Sitrik ve fosforik asitlerle modifiye edilen şeker pancarı küspesinin sulu şerbetten katyonların ve renkli maddelerin giderilmesinde kullanılması
The use of sugar beet pulp modified with citric and phosphoric acids in the removal of cations and colorants from thin juice
Yazar: HASAN ARSLANOĞLU
Danışman: PROF. DR. FİKRET TÜMEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Şeker teknolojisinde şeker veriminin artırılması için bir yan ürün olarak meydana gelen melasın miktarının azaltılması konusunda yoğun araştırmalar yapılmıştır. Başlangıçtaki dönemlerde, yaklaşık % 50 oranında şeker içeren melasın şekerinin bazı yöntemlerle kazanılmasına önem verilmiş ve çok çeşitli prosesler uygulanmıştır. Daha sonra, şerbetlerdeki katyonların iyon değiştiriciler ve membranlar gibi vasıtalar kullanılarak giderilmesiyle melas teşekkülünün azaltılması ön plana çıkmıştır. Diğer taraftan, daha beyaz renkli şekerler elde edilmesi için şerbetlerin renginin giderilmesi konusunda yoğun gayretler sarfedilmiştir. Bu alanda da sülfitasyon ve aktif karbon adsorpsiyonu yöntemleri önemli uygulamalar olarak sayılabilir. Ticari aktif karbonların pahalı maddeler olması nedeniyle, tarımsal artıklardan elde edilen düşük maliyetli karbonların, killerin ve zeolitlerin bu alanda kullanılması araştırılmıştır.Bu çalışmada şeker pancarı küspesinden, saponifiye edilerek ve daha sonra sitrik asit ve fosforik asitle esterleştirilerek çeşitli modifiye ürünler elde edilmiştir ve bazı karakteristikleri belirlenen bu modifiye ürünleri kullanarak sulu şerbetten katyonların ve renkli maddelerin giderilmesi araştırılmıştır. Yapılan ön çalışmada, sitrik asit ve fosforik asitle esterleştirilmiş ürünler ve bunların sodyum formlarının daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Bu esterifiye ürünler kullanılarak yapılan sistematik çalışmalarda katı madde dozu, temas süresi ve sıcaklık parametrelerinin sulu şerbetten Ca2+-Mg2+ toplamı, K+, Na + ve renk giderilmesi üzerine etkileri araştırılmıştır. Yapılan ardışık deneylerde işlemin endüstriyel uygulamasına ilişkin bulgular elde edilmiştir. Şeker pancarı küspesine uygulanan saponifikasyon işlemi ve daha sonra uygulanan esterleştirme işlemleri şeker pancarı küspesinin şişme ve su tutma özelliklerini ıslah ederek onu stabilize etmektedir. Belirtilmesi gereken diğer önemli bir husus da, sitrik asitle ve fosforik asitle esterleştirme işlemlerinin şeker pancarı küspesinin katyon değiştirme yeteneğini artırdığıdır.Genel olarak modifiye malzeme dozu, temas süresi ve sıcaklık arttırıldıkça sulu şerbetteki katyonların giderilmesi artmaktadır. Renk giderme durumunda ise modifiye madde dozu ve temas süresi arttırıldıkça giderme artmakta, ancak, 30 dakikadan daha uzun süreli temaslarda ve yüksek dozlarda renk gidermede azalmalar meydana gelmektedir. Sıcaklığın arttırılmasıyla sitrik asit türevi modifiye ürünler için renk giderme etkinliği azalmakta iken, fosforik asitten yapılan modifiye ürünlerin uygulanmasında ise etkinlikte artma gözlenmiştir. Sonuç olarak sulu şerbetten gerek renk ve gerekse katyonların giderilmesindeki en etkin vasıtanın sitrik asitle modifiye edilmiş şeker pancarı küspesinin sodyum formu olduğu belirlenmiştir. Bu madde ile sulu şerbetin, 5 g l-1 dozunda 20 ºC'de 20'şer dakika süren 6 ardışık temasıyla Ca2+-Mg2+ toplamı, K+ ve renk giderme etkinlikleri sırasıyla % 49.7, % 37.5 ve % 43.7 olduğu tespit edilmiştir. Modifiye şeker pancarı küspesinin sodyum formlarının kullanılmasının sulu şerbetin ortamının nötral kalarak invertleşmeye yol açmayacağı yönünden de önem ve avantajı vardır.Nihai bir sonuç olarak, bir şeker fabrikası artığı olan şeker pancarı küspesinin zararsız ve ucuz kimyasal maddeler kullanılarak, basit şartlarda modifiye edilmesiyle sulu şerbet gibi bir şeker fabrikasyonu ara ürününün ileri arıtımlarını gerçekleştirilmesinde kullanılabileceği ifade edilebilir.Anahtar Kelimeler: Şeker pancarı küspesi, modifikasyon, sulu şerbet, katyon giderme, renk giderme

Abstract:
In the sugar technology, in order to increase the sugar yield, numerous investigations have been made on decreasing the amount of molasses which is a by-product. In the beginnings, recovery of sugar from molasses which contains about 50 % sugar through some methods has gained importance and various processes have been applied. Nowadays, reducing of molasses formation through the removal of cations from juices by using the agents such as ion exchangers and membranes has been come up. On the other hand, intensive efforts have been spent on the decolorization of juices to obtain whiter sugars. On this field, the methods of sulfitation and active carbon adsorption can be considered as important applications. Since the commercial active carbons are expensive materials, the use of low-cost carbons made from agricultural wastes, clays and zeolites have been investigated with these purposes.In this study, various modified products have been obtained by saponifying the sugar beet pulp followingly esterifying with citric and phosphoric acids and the removal of cations and coloured substances from thin juice has been investigated by using these modified products after characterization. In the preliminary study, it has been observed that sugar beet pulps esterified with citric acid and phosphoric acid and theirs sodium forms are more efficient materials. In the systematic study, the effects of the parameters such as dosage of solid material, contact time and temperature on the removal of Ca2+-Mg2+, K+, Na+ and color from thin juice have been investigated by using above mentioned esterified products. In the succesive experiments carried out, findings related to the possible industrial application of process have been obtained.Saponification and following esterification treatments applied to sugar beet pulp have resulted a stabilization by improving its swelling and water retention properties. It is another worthwhile matter that citric and phosphoric acid esterification treatments have increased the cation exchange capability of sugar beet pulp.In general, cation removal from thin juice has increased by modified material dosage, contact time and temperature. In the case of color, removal has increased by modified material dosage and contact time, however, contacting more than 30 min and using high dosages results to decreases in color removal. By increasing the temperature, it has been observed that the efficiency of color removal increased for the application of phosphoric acid modified sugar beet pulps while that decreased in the case of citric acid derrivatives. As a result, it has been found that the most efficient product is the sodium form of citric acid modified sugar beet pulp for both cations and color removals. By using this material, the removals of Ca2+-Mg2+, K+, Na+ and color from thin juice have been found as % 49.7, % 37.5 and % 43.7 respectively, at the end of 6 succesive contacts applied at the conditions of dosage, 5 g l-1, temperature, 20 ºC and period of contact time, 20 min each. Since acidic media causes inversion of sugar, it should be importantly noted that the use of sodium forms of modified sugar beet pulp have advantages because the thin juice medium is still neutral or slightly alkaline after treatment.As concluding words, it can be stated that intermediate products of beet sugar industry such as thin juice may be furtherly purified by using sugar beet pulp, which is a by-product of sugar process, modified by harmless and cheap chemicals at mild conditions.Keywords: Sugar beet pulp, modification, thin juice, cation removal, color removal