Glikoz kullanılarak katalitik hidrojenizasyon yöntemi ile sorbitol üretimi
Sorbitol production with catalytic hydrogenation from glucose
Yazar: MELTEM ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ERBAŞ
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Dünya'da şeker alkolü pazarının %50 kadarını oluşturan ve önemli şeker alkollerinden biri olan sorbitol, başta gıda endüstrisi olmak üzere ilaç, kimya, kozmetik ve diğer endüstri alanlarında da kullanılmakta olan bir ticari üründür. Sorbitol; toksik olmaması, tatlı tada sahip olması, suda çözünürlüğünün yüksek olması, lezzet ve aroma üzerine olumlu etkilerinin bulunması, higroskopik özellikte olması, stabilize etmesi ve nem, kıvam ve hacim arttırıcı olması gibi avantajları nedeniyle gıda endüstrisinde özellikle düşük kalorili bir tatlandırıcı ve şeker ikamesi olarak diğer ticari şekerler gibi yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Dünyada her yıl yaklaşık 800.000 ton sorbitol üretilmesine rağmen ülkemizde sorbitol üretimi ve bu konu üzerine bilimsel çalışmalar son derece sınırlıdır. Sorbitolün üretimine ve gıdalarda kullanımlarına yönelik ülkemizde daha çok araştırma yapılması gerektiği ve dışa bağımlılığın azaltılabilmesi için sorbitol üretiminin önemli bir konu olduğu değerlendirilmiştir.
Bu tezde, glikoz kullanılarak katalitik hidrojenizasyon yöntemi ile sorbitol üretimi ve sorbitol üretimi üzerine etkili olan katalizör türü (rutenyum, paladyum ve platin) ve hidrojenizasyon koşullarının (sıcaklık, basınç ve süre) optimize edilmesi amaçlanmıştır. Hidrojenizasyon işleminin optimizasyonu için bağımsız değişkenlerin sınır değerleri; sıcaklık için 100 ila 200°C, basınç için 20 ila 60 bar ve süre için ise 1 ila 5 saat olarak belirlenmiş ve yanıt yüzey metodunun merkezi kompozit tasarım istatistik yöntemi ve orta noktanın 3 kere tekrarlanması ile toplam 45 üretimlik bir deneme deseni kullanılmıştır. Sorbitol miktarı analiz sonuçlarına göre; en iyi katalizör türü ve optimum hidrojenizasyon koşulları deneme desenine göre belirlenmiştir. 
Hidrojenizasyon sonrası elde edilen ham sıvı, rafine edilmek için filtre ve reçine içeren kolonlardan geçirilmiştir. Kalite kontrol için ham sıvı ve rafine sıvıya ise; renk, spektrofotomet-rik renk yoğunluğu, suda çözünür kuru madde ve elektriksel iletkenlik analizleri yapılmıştır.
Hidrojenizasyonda sorbitol miktarı üzerine; katalizör türü, H2 gazı basıncı, katalizör türü ve H2 gazı basıncı interaksiyonu ve sıcaklığının istatistiksel olarak önemli seviyede etkili olduğu, ancak reaksiyon süresinin etkili olmadığı tespit edilmiştir. Yapılan 45 hidrojenizasyon denemesi ve bunların analizleri sonucunda, deneme şartlarında sorbitol üretim miktarının %0.16 ila 85.53 verim aralığında değiştiği ve en yüksek verimle sorbitolün %85.53 oran ile rutenyum katalizörü varlığında, 150°C sıcaklıkta, 60 bar H2 gazı basıncında ve 1 saat reaksiyon süresi şartlarında sağlandığı tespit edilmiştir. Ayrıca hidrojenize sıvı renginin ve spektrofotometrik renk yoğunluğunun sıcaklık artışı ile arttığı, suda çözünür kurumadde içeriğinin sıcaklıkla azaldığı ve elektriksel iletkenliğinin ise reçine uygulaması ile azaldığı belirlenmiştir.
Sonuç olarak; glikozdan hidrojenizasyon ile sorbitol üretimi için optimum koşullar; rutenyum katalizörü varlığında, 153°C sıcaklık, 60 bar H2 gazı basıncı ve 1 saat reaksiyon süresi olarak belirlenmiş ve optimum koşullarda gerçekleştirilen bu üretimlerden ortalama %93.30 verim ile sorbitol üretimi gerçekleştiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Sorbitol, which constitutes 50% of the sugar alcohol market in the world and is one of the important sugar alcohols, is a commercial product used in especially in the food industry and pharmaceutical, chemical, cosmetic and other industrial fields. It is widely used as commercial sugars substitute in the food industry because of its advantages such as low calorie, non toxic, sweet taste, high solubility in water, positive effects on flavour and aroma, hygroscopic feature, stabilization and moisture, stabiliser and bulking enhancer. Although approximately 800,000 tons of sorbitol is produced every year in the world, the its production and scientific studies on this subject are extremely limited in Turkey. It has been evaluated that more research needs to be done in Turkey regarding the production of sorbitol and its use in foods, and that the production of sorbitol is an important issue in order to reduce import and external dependence.
In this thesis, it was aimed to produce sorbitol by catalytic hydrogenation method using glucose and optimize the type of catalyst (ruthenium, palladium and platinum) and hydrogenation conditions (temperature, pressure and time) that are effective on sorbitol production. Limit values of independent variables for optimization of the hydrogenation process were 100-200°C for temperature, 20-60 bar for pressure and 1-5 hours for pressure, and a total of 45 production central composite design was used with response surface method by repeating the midpoint 3 times. According to the sorbitol analysis as a response result, the best catalyst type and optimum hydrogenation conditions were determined.
The raw liquid obtained after hydrogenation was passed through columns containing filter and resin for refining. Colour, spectrophotometric colour density, water soluble dry matter, and electrical conductivity analyses were carried out in both raw and refined liquid for quality control.
It was determined that while the catalyst type, H2 gas pressure, interaction of catalyst type and H2 gas pressure and temperature were statistically significant, the reaction time was not significant on the amount of sorbitol in hydrogenation. As a result of the 45 hydrogena-tion processes and their analyses, sorbitol production amount varied between 0.16% and 85.53% under selected design conditions and the highest sorbitol production was 85.53% in the presence of ruthenium catalyst at 150°C, 60 bar H2 gas pressure, and 1-hour reaction time. In addition, it was determined that while the colour of the hydrogenated liquid and the spectrophotometric colour density increased with the increase of temperature, the water soluble dry matter content decreased with the temperature. The electrical conductivity of samples also decreased with resin application. 
As a result; it was determined that optimum conditions for sorbitol production from glucose by hydrogenation was 153°C temperature, 60 bar H2 gas pressure and 1-hour reaction time in the presence of ruthenium catalyst and sorbitol was produced with an average yield of 93.30% with these optimum condition parameters.