Narenciye atıklarından gıda katkı maddesi üretiminin mikrobiyal üretim ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi
Comparative investigation of production of food additives from citrus wastes with microbial production
Yazar: SÜHEYLA PINAR KODAL
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında gıda katkı maddesi olarak kullanılması düşünülen doğal flavonoidlerden fenolik ve karoten pigmentlerin atık portakal kabuğundan soksalet ekstraksiyonu yöntemiyle elde edilmesi ve R. glutinis'ten mikrobiyal yolla β-Karoten üretiminde atık portakal kabuklarının besin ortamı olarak  kullanılabilirliğinin araştırılması hedeflenmiştir. 
Çalışmaların ilk kısmında kurutulmuş posalı, kurutulmuş posasız ve dondurulmuş posalı atık portakal kabuklarından soksalet ekstraksiyonuyla fenolik ve karoten pigmentlerin üretimi gerçekleştirilmiştir. Ekstraksiyon hız ve verimine kabuk türünün, tanecik boyut aralığının, sıvı/katı oranının, çözücü türünün ve ekstraksiyon öncesinde kabuğa uygulanan ön işlemin etkileri araştırılmış ve ekstraksiyonun ikinci dereceden kinetik modellemesi yapılarak kinetik sabitler bulunmuştur. 79oC'da çözücü olarak etanolün kullanıldığı kurutulmuş posasız portakal kabuğundan pigment ekstraksiyonunda, 0.5 mm'den küçük taneciklerle, 40:1 sıvı/katı oranında en yüksek fenolik pigment verimi % 57.3 (0.57 g fenolik pigment/g kuru kabuk) bulunmuştur. En yüksek karoten pigment verimi ise aynı çalışma koşullarında 1.41-3.36 mm boyut aralığındaki donmuş posalı portakal kabuğundan % 0.45 (4.5 mg karoten pigment/g kuru kabuk) olarak saptanmıştır. 
Çalışmaların ikinci kısmında ise yapay ve yaş ve kurutulmuş portakal kabuklarından hazırlanmış doğal besin ortamlarında R. glutinis  mayasından β-Karoten üretimi gerçekleştirilmiştir. R. glutinis'in  üremesi ve β-Karoten üretimi üzerine yapay besin ortamında başlangıç glukoz derişiminin, doğal besin ortamlarında ise başlangıç pH'ının, K/S oranının (başlangıç substrat derişiminin) ve kabuk türünün etkileri araştırılmıştır. Kuru ve yaş portakal kabuğundan hazırlanan doğal besin ortamlarının R. glutinis mayasının üremesi için elverişli koşulları sağladığı, R. glutinis 'in β-Karoten üretimini ise yapay besin ortamındaki üretime göre çok büyük ölçüde arttırdığı gözlenmiştir. Mayanın kuru portakal kabuğundan hazırlanan doğal besin ortamında 29oC'da, 120 rpm karıştırma hızında, başlangıç pH'ı 5.5'te K/S=8.3:1 g/L oranında (3.7 g/L toplam indirgen şeker derişiminde) ürettiği en yüksek β-Karoten pigment verimi 8.3 mg β-karoten/g kuru kabuk olarak bulunmuştur. R. glutinis'e ait kinetik sabitler yapay besin ortamında Monod Eşitliğinden, doğal besin ortamında ise yarışmalı ve yarışmasız inhibisyon modelleri kullanılarak bulunmuştur. 
Ekstraksiyon ve mikrobiyal fermentasyon sonucunda elde edilen karoten pigment verimleri karşılaştırıldığında, ekstraksiyonda birim kuru portakal kabuğu kütlesi başına en yüksek 4.5 mg karoten pigment elde edilirken, mikrobiyal üretimde bu değer 8.3 mg β-Karoten olarak saptanmıştır.

Abstract:
In this thesis study the production of phenolic and carotene pigments, which are natural flavonoids, and thought to be used as food additives from waste orange peels by Soxhlet extraction and the usage of waste orange peels in the natural growth medium in the production of β-Carotene by fermentation are aimed.
In the first part of the studies the production of phenolic and carotene pigments from dried pulpy, dried pulpless and frozen pulpy waste orange peels were performed by Soxhlet extraction. The effects of type of peel, particle size, liquid/solid ratio, type of solvent and pretreatment of the peel before extraction on the extraction rate and yield were investigated and the kinetic constants were found by second order extraction modelling. In the pigment extraction from dried pulpless orange peel with ethanol at 79oC with particles smaller than 0.5 mm and at 40:1 liquid/solid ratio, the highest phenolic pigment yield was found as 57.3 % (0.57 g phenolic pigment/g dry peel). Under the same working conditions the highest carotene pigment yield from frozen pulpy peels with the particles in the size range of 1.41-3.36 mm, was determined as 0.45 % (4.5 mg phenolic pigment/ g dry peel). 
In the second part of the studies the production of β-Carotene from the yeast R. glutinis in artificial and natural growth media prepared from dried and fresh orange peels was carried out. The effect of initial glucose concentration in the artificial medium and the effects of initial pH, S/L ratio (initial substrate concentration) and type of the peel in natural media on the growth of R. glutinis  and β-Carotene production were researched. It was observed that natural growth media prepared from dried and fresh orange peels provided the  suitable conditions for the growth of yeast R. glutinis and also increased β-Carotene production of the yeast considerably  in comparison with the growth in the artificial media. The highest yield of the β-Carotene that was produced in the medium prepared from dry orange peel at 29oC, 120 rpm stirring rate, initial pH 5.5, 8.3:1 S/L ratio (3.7 g/L total reducing sugar concentration) was achieved as 8.3 mg β-Carotene/g dry peel. The kinetic constants were found by using Monod Equation at artificial media, from noncompetitive and competitive substrate inhibition equations at natural growth media. 
When carotene pigment yields obtained at the end of fermentation and extraction were compared it was found that maximum 4.5 mg β-Carotene/g dry peel was achieved by extraction and this value was confirmed as 8.3 mg β-Carotene/g dry peel by fermentation.