Gıda ambalajı olarak yenilebilir biyokompozit filmlerin geliştirilmesi
Development of Edible Biocomposite Films as Food Packaging
Yazar: FATMAGÜL ŞAHİN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR KÜÇÜK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Gıda ambalajı = Food packaging ; Kitosan = Chitosan

Özet:
İnsanların temel ihtiyacı olan gıdaların çevresel etkilerden korunması, tüketim ömürlerinin uzaması gibi benzeri amaçlarla kullanılan ve petrol türevli hammaddelerden üretilen gıda ambalajlarının atıklarından oluşan sentetik plastik birikimi çevre için ciddi bir problem haline gelmiştir. Bu nedenle biyolojik olarak parçalanabilen yenilebilir filmlerin ve kaplamaların geliştirilmesine yönelik araştırma çabaları son zamanlarda ağırlık kazanmıştır. Gıda ürünlerinin depolanması, dağıtımı ve pazarlanması sırasında gıdanın korunmasında önemli bir rol oynaması, yenilebilir, düşük maliyetli ve bol olması yenilebilir filmleri biyobozunur olmayan materyallere önemli bir alternatif haline getirmiştir.
Bu çalışmada, insan sağlığı açısından pek çok faydası olduğu bilinen özellikle C vitamini bakımından zengin, kabuğu ile birlikte yenilebilen, turunçgiller ailesinden olan kumkuat meyvesinin kabuk ekstraktının kitosan biyopolimeri ile gıda ambalajı olarak kullanılabilecek özelliklere sahip, yenilebilir ve biyobozunur film olabilme potansiyeli araştırılmıştır.  Bu amaçla öncelikli olarak kitosan (%1-%2 w/v) ve plastikleştirici olarak gliserol (%0,2-%0,8 w/v) çeşitli oranlarda kullanılarak ideal film bileşimi belirlenmiş ve bu bileşime 60 ℃' de kurutulmuş kumkuat kabuğundan hazırlanan ekstraktlar çeşitli oranlarda (%5, %10, %20 ve %40) katılmıştır. Hazırlanan filmlerin özellikleri ve kumkuat kabuğu ekstraktının film özelliklerine etkisi nem miktarı, şişme derecesi, suda çözünürlüğü, su buharı geçirgenliği, renk, saydamlık ile karakterize edilmiştir. Ayrıca hazırlanan filmlerin çekme dayanımı ve kopma anında uzamaları belirlenerek mekanik özellikleri, TG/DTA ile termal özellikleri belirlenmiştir. Hazırlanan filmler FTIR ve SEM analizleri ile yapısal olarak karakterize edilmiştir. 
Hazırlanan filmlerin nem miktarının, şişme derecesinin ve çözünürlük değerlerinin sırasıyla (%30,95- %22,05), (%177,96- %24,8) ve (%34,58- %54,47) aralığında değiştiği, film yapısındaki kumkuat kabuğu ekstraktının artmasıyla filmlerin nem miktarının ve şişme derecesinin azaldığı, çözünürlük değerlerinin arttığı görülmüştür. Ayrıca, hazırlanan filmlerin su buharı geçirgenliği, kalınlık ve yoğunluk değerlerinin sırasıyla (1,039 g H2O Pa-1 s-1 m-1 ile 0,989 g H2O Pa-1 s-1 m-1), (0,0670 mm ile 0,0554mm) ve (0,86 g/cm3 ile 0,79 g/cm3) aralığında olduğu görülmüştür. Kumkuat kabuğu ekstraktı oranının, filmlerin su buharı geçirgenliği, kalınlık ve yoğunluk değerleri üzerinde önemli bir değişikliğe neden olmadığı belirlenmiştir. Kumkuat kabuğu ekstraktının film yapısındaki konsantrasyonu artmasıyla, filmlerin daha esnek özellik sergiledikleri ve çekme dayanımının 33,28-13,5 Mpa, kopma anındaki uzamalarının %7,04- %20,57 aralığında değiştiği görülmüştür. Hazırlanan filmlerin L, a ve b renk değerleri sırasıyla (93,7 ile 81,8), (0,31 ile 6,41), (5,45 ile 53,88) aralığında, saydamlık değerlerinin ise %10,45 ile %26,45 aralığında değiştiği görülmüştür. Kumkuat kabuğu ekstraktının film yapısına katılmasıyla rengin daha sarı ve opak bir görünüme sahip olduğu belirlenmiştir. 
Yapılan bu çalışmada, kitosan biyopolimeri ve kumkuat kabuğu ekstraktı kullanılarak yenilebilir özellikte filmler hazırlanmış ve bu filmlerin fiziksel ve yapısal özellikleri karakterize edilmiştir. Hazırlanan filmlerin hali hazırda kullanılan gıda ambalajlarına alternatif olabilecekleri gösterilmiştir.

Abstract:
Synthetic plastic accumulation, which consists of the waste of food packaging prepared from petroleum-derived raw materials used for similar purposes, such as protecting the foods of people's basic needs from environmental impacts and extending their shelf life, has become a serious problem for the environment.  For this reason, research efforts intended for developing biodegradable edible films and coatings have recently gained importance. Having played an important role in food preservation during storage of food products, distribution and marketing, edible, abundant and low cost have made edible films an important alternative to non-biodegradable materials.
In this study, the potential of being edible and biodegradable film with properties that can be used as food packaging with chitosan biopolymer of peel extract of kumquat fruit of the family of citrus fruits, especially rich in vitamin C, which is known to have many benefits for human health has been investigated. 
For this purpose, the ideal film composition has been determined using chitosan by weight (1% - 2%) and using glycerol (0.2% - 0.8%) as the plasticizer in various ratios and the extracts (5%, 10%, 20% and 40%) prepared from the dried kumquat peel at 60 ℃ have been added in this composition in various ratios. The properties of the films and the effect of the kumquat peel extract on the film properties have been characterized by the moisture content of the film, the degree of swelling, water solubility, water vapor permeability, color and transparency. In addition, the mechanical properties have been determined with the tensile strength and elongation in terms of breakage of the prepared films, and thermal properties have been determined with TG / DTA. The prepared films have been characterized by FTIR and SEM analysis as structurally. 
It has been observed that the amount of moisture, swelling, and solubility of the films changed between (30,95% - 22,05%), (177,96% - 24,8%) and (34,58% - 54,47%) respectively. It has been observed that the amount of moisture and the degree of swelling of the films decreased and the solubility values increased with the increase of kumquat peel extract. The water vapor permeability, thickness and density values of the films have been as follows: (1,039 g H2O Pa-1 s-1 m-1 and 0,989 g H2O Pa-1 s-1 m-1), (0,0670 mm and 0,0554 mm) ve (0,86 g/cm3 and 0,79 g/cm3) respectively. It has been determined that the ratio of kumquat bark extract does not cause a significant change on the water vapor permeability, thickness and density values of the films. With the increasing of the concentration of the Kumquat peel extract in the film structure, it has been observed that the films exhibit a more flexible property and the tensile strength at 33,28 - 13,5 MPa has been observed to vary between 7,74% and 20,57%. L, a and b color values of the prepared films are respectively (93,7 and 81,8), (0,31 to 6,41), (5,45 to 53,88), while the transparency values are 10,45% with 26,45% range. It has been determined that the color has a more yellow and opaque appearance with the addition of kumquat peel extract to the film structure.
In this study, edible films have been prepared using chitosan biopolymer and kumquat peel extract and the physical and structural properties of these films have been characterized. Prepared films have been shown to be an alternative to currently used food packaging.