Şeker pancarı atığından üretilen karboksimetil selülozun bijel üretiminde kullanımı
Use of carboxymethyl cellulose produced from sugar beet waste in bijel production
Yazar: ZEYNEP ÖZBEY
Danışman: DOÇ. DR. SALİH KARASU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİCAN AKÇİÇEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Şeker üretim proses atığı olan selülozdan üretilen Karboksimetil selüloz (CMC) gamı hidrofilik doğal bir gıda atığı polimeridir. Bu çalışmanın temel amacı şeker pancarı selülozu atığının (CMC), yüksek jelleşme özelliğinden faydalanarak farklı formülasyonlarda bijeller üretmek ve bu bijellerin gıdalarda katı yağ ikamesi olarak kullanılması ile CMC'nin geri kazanımının sağlanmasıdır. Bu amaçla %8, %10 ve %12 konsantrasyonlarında Karboksimetil selüloz (CMS) tabanlı hidrojeller ile %7,5 balmumu tabanlı ayçiçek yağı oleojeli hazırlanmış ve bu iki fazın 25:75, 50:50 ve 75:25 (H/O) oranlarında birleştirilmeleri ile 9 farklı formülasyonda bijeller elde edilmiştir. Elde edilen bu örneklerin dinamik reolojik analizi ile sıcaklık tarama testi, mikroskobik görüntüleme ve tekstür profil analizi yapılmıştır.
Tüm örneklerin dinamik reolojik özellikleri incelendiğinde, G' değerlerinin G'' değerlerinden ve K' değerlerinin K" değerinden büyük olduğu bulunmuş (p <0,05), tüm örneklerin viskoelastik katı davranış gösterdiği belirlenmiştir. %10 CMC 50:50 HG/OG ve %12 CMC 25:75 HG/OG bijel örnekleri en yüksek K' değerleri göstermiştir. 20°C ve 90°C arasındaki sıcaklık tarama testinde hidrojeller artan sıcaklık değeri karşısında oleojellerden daha yüksek G' değeri göstermiş, bijellerde ise hidrojel oranı ve CMC konsantrasyonunun artışı G' değerini artırarak yüksek termal stabilite ve kademeli ani
faz geçiş özelliği sağlamıştır. Bijel örneklerinin hidrojel oranı ve CMC konsantrasyonu arttıkça esneklik ve çiğnenebilirlik özelliği artmış, oleojel oranı arttıkçada yapışkanlık ve esneklik değerlerinin arttığı belirlenmiştir. 50:50 ve 75:25 hidrojel/oleojel oranına sahip bijeller mikroskobik görüntülemede iki sürekli bijel (bicontinius) yapılar oluştururken, 25:75 bijeller ise oleojel içerisinde hidrojel yapıda görüntülenmiştir. Yapılan analizler sonucu seçilen bijel örnekleri ile hazırlanan kurabiyeler ve palm yapı ile hazırlanan kontrol kurabiyesi örnekleri tekstür özellikleri ve renk özellikleri açısından incelenmiştir. Hidrojel oranının artması kurabiyelerin sertlik ve kırılabilirliLİğini artırırken, CMC konsantrasyonunun artması ile sertlik değeri arasında korelasyon kurulamamış fakat kırılabilirlik değeri ise bu artışla azalmıştır. Sertlik değeri açısından kontrol palm kurabiyeye en yakın %8 CMC 25:75 kurabiye örneği olurken, en sert yapıda %10 CMC 75:25 kurabiye örneği olmuştur. %12 CMC 75:25 kurabiye örneği ise kontrol palmiye kurabiye örneği ile kırılabilirlik değeri açısından önemli bir farklılık göstermemiştir (p <0,05).
Kurabiye örneklerinin hidrojel oranının ve CMC konsantrasyonunun artması ile L* değerinin arttığı fakat bu artış ile a* ve b* değerleri arasında korelasyon kurulamamıştır. Kurabiyelerde ΔE olarak en az renk değişiminin %10 CMC 75:25 kurabiye, en yüksek renk değişimi ise farklı konsantrasyonlardaki %8, %10 ve %12 CMC 25:75 kurabiyelerde olduğu tespit edilmiştir. Kurabiye hamuru kesitsel görünümde kontrol palm kurabiyeye en çok benzeyen örneğin %10 CMC 75:25 bijellerle hazırlanan kurabiyeler olduğu bulunmuştur. %10 CMC 75:25 bijel kurabiye örneklerine ait görsel görünüm, tekstür özellikleri ve renk özellikleri açısından incelendiğinde kurabiyelerde palm yağına alternatif olarak değerlendirilmesinde iyi bir seçim olacağı düşünülmektedir.
Anahtar Kelimeler: Karboksimetil selüloz, balmumu oleojelleri, bijeller, reolojik özellikler.

Abstract:
Carboxymethyl cellulose (CMC) gum, produced from sugar production process waste cellulose, is a hydrophilic natural food waste polymer. The main purpose of this study is to produce bijels in different formulations by taking advantage of the high gelling properties of sugar beet cellulose waste (CMC) and to ensure the recovery of CMC by using these bijels as an alternative to solid fat in foods. For this purpose, Carboxymethyl cellulose (CMS)-based hydrogels at 8%, 10% and 12% concentrations and 7.5% beeswax-based sunflower oil oleogel were prepared and by combining these two phases at 25:75, 50:50 and 75:25 (H/O) ratios, bigels in 9 different formulations were obtained. Dynamic rheological analysis, temperature screening test, microscopic imaging and texture profile analysis of these samples were performed. When the dynamic rheological properties of all samples were examined, it was found that G' values were greater than G'' values and K' values were greater than K" (p <0.05), ıt was determined that all samples showed viscoelastic solid behavior. 10% CMC 50:50 and 12% CMC 25:75 bijel samples showed the highest K' values. In the temperature screening test between 20°C and 90°C, hydrogels showed higher G' value than oleogels in response to increasing temperature, and in bigels, the increase in hydrogel ratio and CMC concentration increased the G' value, providing high thermal stability and gradual sudden phase transition. It was determined that as the hydrogel ratio and CMC concentration of the bijel samples increased, the flexibility and chewability properties increased, and as the oleogel ratio increased, the stickiness and flexibility values increased. Bigels with 50:50 and 75:25 hydrogel/oleogel ratios formed two continuous bigel (bicontinius) structures in microscopic imaging, while 25:75 bigels was visualized as a hydrogel structure within the oleogel. As a result of the analysis, cookies prepared with bijel samples and control cookie samples prepared with palm structure were examined in terms of texture properties and color properties. While increasing the hydrogel ratio increased the hardness and breakability of the cookies, no correlation could be established between the increasing CMC concentration and the hardness value, but the breakability value decreased with this increase. In terms of hardness value, the 8% CMC 25:75 cookie sample was closest to the control palm cookie, while the 10% CMC 75:25 cookie sample had the hardest structure. The 12% CMC 75:25 cookie sample did not show a significant difference in terms of breakability value with the control palm cookie sample (p <0,05).
As the hydrogel ratio and CMC concentration of the cookie samples increased, the L* value increased, but no correlation could be established between this increase and the a* and b* values. It was determined that the least color change in cookies in terms of ΔE was in 10% CMC 75:25 cookies, and the highest color change was in 8%, 10% and 12% CMC 25:75 cookies at different concentrations. It was found that the cookie dough most similar to the control palm cookie in cross-sectional view was the cookies prepared with 10% CMC 75:25 bijels. When the 10% CMC 75:25 bijel cookie samples are examined in terms of visual appearance, texture properties and color properties, it is thought that it will be a good choice as an alternative to palm oil in cookies.
Keywords: Carboxymethyl cellulose, wax oleogels, bigels, rheological properties.