Nar ve portakal kabuğu atıklarından biyobazlı gıda ambalaj malzemesi geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development and characterization of biobased food packaging materials from orange and pomegranate peel waste
Yazar: EYLEM KARAKUŞ
Danışman: PROF. DR. ZEHRA AYHAN
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Biyobozunurluk = Biodegradability ; Biyopolimerler = Biopolymers ; Gıda ambalajı = Food packaging ; Gıda atıkları = Food wastes ; Nar = Pomegranate ; Portakal kabuğu = Orange peel

Özet:
Petrol bazlı polimerlere alternatif olarak çevre dostu, yenilenebilir ve sürdürülebilir ambalaj malzemeleri önem kazanmaya başlamış ve gıda işleme atıkları da dahil olmak üzere farklı sürdürülebilir kaynaklardan biyo-bazlı ambalaj malzemelerinin geliştirilmesine daha fazla odaklanılmıştır. Bu çalışmanın amacı, nar ve portakal kabuğu atıklarından biyobazlı filmler geliştirmektir. Bu amaçla nar ve portakal kabukları kurutularak farklı tane boyutlarında un haline getirilmiştir. Çalışmada partikül boyutu, sitrik asit (%3 ve %5) ve gliserol (%7 ve %10) konsantrasyonunun solvent döküm yöntemiyle üretilen biyo bazlı filmlerin (her bir atık için 16 formülasyon olmak üzere) fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Mekanik özellikler dikkate alınarak %5 asit ve %7 gliserol içeren formülasyonlarda partikül boyutunun filmlerin antimikrobiyel, antioksidan, ışık geçirgenliği, morfolojik ve termal özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Sonuçlar, partikül boyutunun test edilen film özellikleri üzerinde en önemli parametre (p≤0,05) olduğunu ve partikül boyutu küçüldükçe mekanik özelliklerin iyileştiğini göstermiştir. Hem nar hem de portakal kabuğundan üretilen biyofilmlerde en iyi mekanik özellikler (çekme mukavemeti ve kopma anındaki uzama) %5 sitrik asit konsantrasyonu kullanılarak sağlanmıştır. Gliserol konsantrasyonunun arttırılması, her bir atık türü için tüm parçacık boyutlarında çekme mukavemeti değerlerinde önemli bir azalmaya neden olmuştur. Ancak nar kabuğu filmlerinde kopma anında uzama değeri en düşük partikül boyutu olan 53 mikron ve %5 asit konsantrasyonunda maksimum değerine (%40,29) ulaşmıştır. Portakal kabuğu filmlerinde %3 asit konsantrasyonunda çekme kuvveti düşerken, kopmada uzamada önemli bir fark görülmemiştir. Nar ve portakal kabuğundan elde edilen biyofilmler, E.coli ve S. aureus'a karşı yüksek antimikrobiyal ve antioksidan aktivite göstermiştir. Elde edilen SEM görüntüleri hem nar kabuğu hem de portakal kabuğu filmlerinin homojen, pürüzsüz ve çatlaksız bir yüzeye sahip olduğunu göstermiştir. Nar kabuğu filmleri için TGA-DSC analizinin sonuçlarına göre filmlerin camsı geçiş sıcaklığı 90-100 ℃, erime sıcaklığı 200-220 ℃ ve kristallenme sıcaklığı 250-255 ℃ olarak belirlenmiştir. Portakal kabuğu filmlerinde ise camsı geçiş sıcaklığı 85-90 ℃, erime sıcaklığı 200-220 ℃ ve kristallenme sıcaklığı 255-260 ℃ olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak, sürdürülebilir ve aktif gıda ambalajlamada nar ve portakal kabukları polimer yapısında yüksek antimikrobiyal ve antioksidan etki sağlama potansiyeline sahiptir, ancak mekanik ve özellikle termal özelliklerin geliştirilmesi gerekmektedir.

Anahtar Kelimeler; Biyozunur plastik, gıda ambalajı, nar kabuğu, portakal kabuğu, gıda atıkları, biyopolimer

Abstract:
Environmentally friendly, renewable and sustainable packaging materials are of getting interests as an alternative to the petroleum-based polymers and there has been more focus on bio-based materials from different sustainable sources including food waste. The aim of this study was to develop biobased films from pomegranate and orange peels. For this purpose, pomegranate and orange peels were dried and processed into flour in four different particle sizes. The effects of particle size, citric acid (3% and 5%) and glycerol (7% and 10%) concentrations on the physical and mechanical properties of bio-based films produced by solvent casting method were investigated. Considering the mechanical properties, the effect of particle size on antimicrobial, antioxidant, light transmission, morphological and thermal properties was investigated for films containing 5% acid and 7% glycerol. Results showed that the particle size was the most important parameter (p≤0,05) on the mechanical properties of the films tested as reducing the particle size improved the mechanical properties. The mechanical properties (tensile strenght and elongation at break) were improved by using 5% acid concentration for the pomegranate and orange peel based films. Increasing glycerol concentration resulted in significant decrease in tensile strength values at all particle sizes for each waste type. However, elongation at break value (40.29%) was the highest at smallest particle size of 53 micron and 5% acid concentration for the pomegranate peel films. Pomegranate and orange peel based films showed very high antimicrobial and antioxidant activity against E.coli and S. aureus. SEM images showed that both pomegranate and orange peel based films had a homogeneous, smooth and crack-free surfaces. The results of TGA-DSC analysis for pomegranate film showed that glass transition, melting and crystallinity temperatures were 90-100 ℃, 200-220 ℃ and 250-255 ℃, respectively. For orange peel based films, the glass transition, melting and crystallinity temperatures were 85-90 ℃, 200-220 ℃ and 255-260 ℃, respectively. In conclusion, pomegranate and orange peels could be good potential as antimicrobial and antioxidant sources to be used in the polymer matrix in the sustainable and active food packaging, but especially mechanical and thermal properties need further improvement.

Keywords: Biodegradable plastic, food packaging, pomegranate peel, orange peel, food waste, biopolymer