Biyokütle artıklarından elde edilen pektin ile ambalaj malzemesi üretimi
Production of packaging material with pectin from biomass residues
Yazar: BİRSEN TEMUÇİN
Danışman: DOÇ. DR. MÜJGAN OKUR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında biyokütle artıklarından derin ötektik çözücüler (DES) ile pektin elde edilerek bu pektinlerin karakterizasyon çalışmalarının yapılması ve elde edilen pektinlerin gıda ambalaj malzemesi üretiminde kullanılması amaçlanmıştır. Seçilen DES bileşenlerinin türü ve molar oranı, biyokütle/DES oranı, ön işlem süresi ve sıcaklık pektin ekstraksiyon verimliliğini etkilemektedir. Bu tez çalışmasında hammadde kaynağı olarak artık karpuz kabukları kullanılmıştır. Pektin kaynağı olarak tercih edilen karpuz kabuklarının literatürde ilk kez DES kullanılarak ekstrakte edilmesi çalışmaya özgün değer kazandırmaktadır. Karpuz kabuklarından sitrik asit ekstraksiyonu ile 90oC sıcaklıkta, 45 dk ekstraksiyon süresinde, 300 rpm karıştırma hızında, 1:30 katı:çözücü oranı ve 1:3 süzüntü:etanol oranında, en yüksek pektin verimi % 38,5 olarak bulunmuştur. Karpuz kabuğundan DES bileşenleri varlığında pektin ekstraksiyonunda farklı molar oranlarında EG-SA, EG-SA-SU, EG-LA, EG-AA, KK-SA, KK-EG DES bileşenleri kullanılmıştır. DES bileşenleri varlığında en yüksek pektin verimine (%32,6), EG-SA (2:1 mol oranında) DES sistemi ile ekstraksiyon sonucunda ulaşılmıştır. DES bileşenleri varlığında elde edilen yüksek metoksilli pektin (EG-SA/2:1 DES sisteminde, %32,6 verim, %56,4 esterleşme derecesi) ile farklı oranlarda montmorillonit (MMT) birleştirilerek, ambalaj filmi hazırlanmıştır. Karpuz kabuğundan ekstrakte edilen pektinleri içeren ambalaj filmlerin karakterizasyonu; suda şişme testi, fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) analizi, x-ışını toz kırınımı (XRD) analizi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi, c-LAB renk analizi, kalınlık ve çekme/ kopma testi uygulanarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmada elde edilen film kalınlıkları 0,14 ± 0,001'den 0,26 ± 0,04 mm'ye kadar değişmiştir. MMT içermeyen filmin kopma uzaması % 326,87 iken hacimce %2 MMT içeren filmin kopma uzaması %91,66'dır. Filmlerde en yüksek % şişme değeri 60. dakikada %184,11 ± 4,7 değerinde %2 MMT içeren ambalaj filmde gözlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, it is aimed to obtain pectin from biomass residues with deep eutectic solvents (DES) and to carry out characterization studies of these pectins and to use the obtained pectins in the production of food packaging materials. The type and molar ratio of the selected DES components, biomass/DES ratio, pretreatment time and temperature affect pectin extraction efficiency. In this thesis study, waste watermelon peels were used as a raw material source. The fact that watermelon peels, which are preferred as a pectin source, were extracted using DES for the first time in the literature adds original value to the study. The highest pectin yield was found to be 38,5% with citric acid extraction from watermelon peels at 90 oC temperature, 45 minute extraction time, 300 rpm stirring speed, 1:30 solid:solvent ratio and 1:3 filtrate:ethanol ratio. In the extraction of pectin from watermelon rind in the presence of DES components, EG-SA, EG-SA-SU, EG-LA, EG-AA, KK-SA, KK-EG DES components were used at different molar ratios. In the presence of DES components, the highest pectin yield (32,6%) was achieved as a result of extraction with EG-SA (2:1 molar ratio) DES system. Packaging film was prepared by combining high methoxyl pectin obtained in the presence of DES components (EG-SA/2:1 DES system, 32,6% yield, 56,4% degree of esterification) with montmorillonite (MMT) at different ratios. Characterization of packaging films containing pectins extracted from watermelon rind were carried out by applying water swelling test, fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis, x-ray powder diffraction (XRD) analysis, scanning electron microscope (SEM) analysis, c-LAB color analysis, thickness and tensile/breakage test. The film thicknesses obtained in the study varied from 0,14 ± 0,001 to 0,26 ± 0,04 mm. While the elongation at break of the film without MMT was 326,87%, the elongation at break of the film containing 2% MMT by volume was 91,66%. The highest swelling value in the films was observed in the packaging film containing 2% MMT at 184,11 ± 4,7% at 60 minutes.