Keçiboynuzundan sıvı şeker eldesi ile adsorpsiyon kinetiği ve mekanizması
Equilibrium and kinetic studies on the adsorption process with liquid sugar production from carob
Yazar: FUNDA TURAN
Danışman: PROF. DR. FİKRET PAZIR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu araştırmada, keçiboynuzu meyvesinden sıvı şeker üretimi ve adsorpsiyon kinetiği ve mekanizması çalışmalarının yapılması amaçlanmıştır. Çekirdekleri çıkarılan ve parçalanan keçiboynuzu meyvelerinden 22⁰Briks'lik keçiboynuzu özütü elde edilmiştir. Elde edilen özütün bulanıklığı fazladır. Bu nedenle, jelatin, bentonit ve kizelsol ile berraklaştırılmıştır. Berraklaştırılan keçiboynuzu özütleri önce aktif karbon ile renk açma işlemine, ardından iyon değiştirici reçine ile safsızlık giderme işlemine tabi tutulmuştur.
Çalışmamızda, üç farklı konsantrasyonlara sahip keçiboynuzu özütleri kullanılmıştır. Bu nedenle, 22⁰Briks konsantrasyona sahip olan berrak keçiboynuzu özütü, 5, 10 ve 15⁰Briks konsantrasyonlara ayarlanıp çalışma koşullarına getirilmiştir.
Konsantrasyonları ayarlanan özütlerin renginin giderilebilmesi amacı ile 20, 25 ve 30⁰C sıcaklıkta, 5, 10 ve 15 g/L toz aktif karbon ile çalışılmıştır. Aktif karbon renkte açılma sağlamış, ancak özütlerin parlaklığını azaltmıştır. 
Aktif karbon uygulamasından sonra 25 g Dowex Marathon MR-3 reçine/ 100 ml özüt olacak şekilde reçine ilave edilmiştir. Reçine ile muamele işleminden sonra özütlerde aktif karbonun neden olduğu sorunlar ve safsızlıklar giderilmiştir. 
Bu çalışmada hedefimiz iyon değiştirici reçine uygulamasından sonra elde edilen ürünlerin kontrol grupları ile kıyaslandığında L* değerlerinin yüksek, a* ve b* değerlerinin ise düşük olmasıdır. Reçine uygulamasından sonra yapılan Hunter Lab renk ölçüm değerleri incelendiğinde, 15⁰Briks keçiboynuzu özütünün L* değeri kontrol grubundan yüksek, a* ve b* değerlerinin de kontrol grubundan düşük olduğu görülmektedir. En etkin uygulama 15⁰Briks keçiboynuzu özütü ile gerçekleştirilmiştir.
Dowex Marathon MR-3 reçine ile adsorpsiyon kinetiği ve mekanizması çalışmaları yapılmıştır. 10 g/L ve 20 g/L reçine konsantrasyonlarında, 30, 40 ve 50⁰C sıcaklıklarda 10⁰Briks berrak keçiboynuzu özütü ile çalışıldığında, en yüksek fenolik uzaklaşma veriminin 40⁰C sıcaklıkta 20 g/L reçine kullanıldığı zaman olduğu görülmüştür. Adsorpsiyon prosesi Langmuir izotermiyle açıklanmaktadır. Proses pseudo-birinci dereceden kinetik model olarak tespit edilmiş ve por difüzyonunun hız belirleyici basamak olduğu görülmüştür. Proses fiziksel adsorpsiyon ile kendiliğinden gerçekleşen ve ekzotermik bir prosestir.

Anahtar Sözcükler: Keçiboynuzu, sıvı şeker, aktif karbon, iyon değiştirici reçine, adsorpsiyon

Abstract:
The objective of this research is to conduct liquid sugar production from carob fruit in addition to the examination of its adsorbtion kinetics and mechanism. Within this framework, 22 brix concentrate extracts were obtained by the seedfree and chopped parts of the carob fruits. The extracts possess a great deal of turbidity. Therefore, gelatine, bentonite and kieselsol agents were applied for clear fruit juice production. The bleached carob extracts were first treated with powder activated charcoal prior to the removal of impurities by an ion-exchange resin.
In this study, three different concentrates of carob extracts were used. Thus, the Brix value of the 22 brix carob extracts was adjusted to three different  concentrates of 5, 10 and 15 brix which will be analyzed in the following part of the research.
In order to bleach the extracts whose brix values were adjusted for the working conditions, three different concentrations (5,10 and 15 g/L) of powder activated charcoal at 20, 25 and 30⁰C were used. Powder activated charcoal provided the decolorization of the samples but led to a reduction in the lightness of the extracts.
 Having treated with powder activated charcoal, 25 g of Dowex Marathon MR-3 resin per 100 ml extract was added in order to increase the lightness and remove the impurities. After the treatment with the resin, the problems and impurities caused by the powder activated charcoal were eliminated.  
The goal of this study is to obtain higher L* and lower a* and b* values for the final products in comparison with the control groups after the treatment with ion exchange resin.  Following this, Hunter Lab color analysis were performed which revealed  higher L* values of 15 Brix concentrates and lower values of a* and b* compared to the control group. The most effective application was carried out with the 15 brix concentrates of carob extracts.
 The studies in relation to the adsorbtion kinetics and mechanism were conducted by the Dowex Marathon MR-3 resin. The highest removal was yielded by treating with the resin of 20 g/L at 40⁰C under the working conditions with the resin concentrations of 10 g/L and 20 g/L at 30, 40 and 50⁰C. The adsorbtion process was described by the Langmuir isoterm model. The process was determined as a pseudo first order reaction and it was observed that pore diffusion is the rate determining step. This process occurs spontaneously by physical adsorbtion and it is also an exothermic reaction.

Key words: Carob, liquid sugar, powder activated charcoal, ion exchange resin, adsorbtion