Farklı ağaç yapraklarından selülozun kazanımı ve biyobozunur ambalajlamada değerlendirilmesi
Cellulose recovery from different tree leaves and its utilization in biodegradable packaging
Yazar: SUDENUR ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. FATİH TÖRNÜK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Ambalajlama = Packaging ; Bitkisel atıklar = Plant wastes ; Biyobozunurluk = Biodegradability ; Biyofilmler = Biofilms ; Selüloz = Cellulose ; Yapraklar = Leafs

Özet:
Atıkların değerlendirilmesi, günümüz dünyasında artan insan nüfusuyla birlikte tükenmek üzere olan doğal kaynakların işlenerek yeniden kullanımına olanak sağlar. Küresel sorunların insanların yaşamları üzerindeki olumsuz etkilerinin yanı sıra eğitim seviyelerinin artması insanlarda çevre bilinci oluşturmuş, insanların daha az atık üretmeye çalışmasına ve atıkları geri dönüştürmenin yollarını aramasına neden olmuştur. Sentetik polimerler, doğal denge için çok tehlikeli olan ve doğada uzun süre çözünmeden kalan atıklardır. Bu nedenle yenilenebilir kaynaklardan çevre dostu malzemeler geliştirilmeli ve bunlar doğal polimerler kullanarak olmalıdır. Özellikle bitkisel kökenli doğal atıklar selüloz içerikleri bakımından zengindir.


Selüloz, lineer bir homopolimerdir ve doğada en yaygın bulunan polisakkarittir. Bitki hücre duvarlarının temel bileşeni olan selüloz; bitkilerde hemiselüloz ve lignin ile birlikte bulunur. Doğada kendi kendini yenileyebilir, toksik değildir ve bitkisel atıklarda bolca bulunduğundan ucuzdur. Bu özellikleri selülozun gıdalarda farklı fonksiyonlarda, biyobozunur film ve ambalajlarda kullanımına olanak sağlar ve geniş bir çalışma alanı oluşturur.
 
Yapılan bu çalışmada, Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Kampüsünde bulunan ağaçlardan (Prunus cerasifera 'Pissardi nigra' (Süs eriği), Morus alba (Beyaz dut) ve Platanus orientalis (Doğu çınarı)) güzün dökülen yapraklar toplanmış ve bunlardan selüloz ekstrakte edilmiştir. Selülozun karakterizasyonu yapıldığında literatüre benzer sonuçlara ulaşılmıştır. Selüloz örneklerinin FTIR spektrumunda 1060–1050 cm^-1  ve 895 cm^-1 civarında belirgin absorpsiyon değerleri okunmuştur. DSC sonuçları 330-350 °C arasındaki ekzotermik sıcaklık göstermiştir. Selüloz örneklerinin zeta potansiyel değerleri -21 ile -26 arasında ölçülmüştür. Ağaç yapraklarından selüloz eldesinde verim kuru madde bazında %19 ile %26 arasında bulunmuştur. Elde edilen selülozlar aljinat bazlı biyobozunur ambalaj malzemesine takviye malzemesi olarak eklenmiştir. Film örneklerinin karakterizasyonunda selüloz takviyeli filmler kontrol filmleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar; film örneklerinin nem içeriğinin, renk ve şeffaflık değerlerinin anlamlı olarak değişmediğini göstermiştir. Ancak Ç-Film örneklerinin su buharı ve oksijen bariyer özellikleri sırasıyla 1,60±0,03 g mm h/m$^2 s kPa^-1 ve 74,72±3,18 meq/kg olarak bulunmuş ve kontrole göre iyileşme olduğunu göstermiştir. Tüm filmler arasında en yüksek çekme dayanımı gösteren film örneği ise 187,78±11,25 ile E-Film örneği olmuştur.

Abstract:
Evaluation of waste enables the reuse of natural resources, which are about to be depleted with the increasing human population in today's world. Along with the negative effects of global problems on people's lives, the increase in education levels has created environmental awareness in people, causing people to work on creating less waste and looking for ways to recycle the waste. Synthetic polymers are wastes that are very dangerous for the natural balance and remain undissolved in nature for a long time. Therefore, environmentally friendly materials should be developed from renewable sources, and they should be using natural polymers. Especially natural wastes of plant origin are rich in cellulose content.

Cellulose is a linear homopolymer and is the most common polysaccharide in nature. Cellulose, the basic component of plant cell walls; is found in plants together with hemicellulose and lignin. It is self-renewing in nature, non-toxic and inexpensive because it is abundant in plant wastes. These properties allow the use of cellulose in foods with different functions, in biodegradable films and packaging, and creates a wide working area.
 
In this study, fallen leaves in autumn were collected from trees (Prunus cerasifera 'Pissardi nigra' (Ornamental plum), Morus alba (White mulberry) and Platanus orientalis (Eastern plane tree)) in Yıldız Technical University Davutpaşa Campus. These leaves were used for the extraction of cellulose. When the characterization of cellulose was performed, the results were similar to the literature. Significant absorption values of 1060–1050 cm-1 and 895 cm-1 were read in the FTIR spectrum of the cellulose samples. DSC results showed exothermic temperature between 330-350 °C. The zeta potential values of the cellulose samples were measured between -21 and -26. The yield of cellulose from tree leaves was found to be between %19 and %26 on the basis of dry matter. The obtained celluloses were added to the alginate- based biodegradable packaging material for reinforcement. Cellulose reinforced films were compared with control films. Results; showed that the film samples' moisture content, color, and transparency values did not change significantly. However, the water vapor and oxygen barrier properties of the Ç-Film samples were found to be 1,60±0,03 g mm h/m^2 s kPa^-1 and 74,72±3,18 meq/kg, respectively, showing an improvement compared to the control. Among all the films, the film sample showing the highest tensile strength was the E-Film sample with 187,78±11,25.