Haşhaş endüstrisi atıkları ve yan ürünlerinden hemiselüloz eldesi için kontrollü ani basınç farkı oluşturma ve alkali özütleme süreçlerinin optimizasyonu
Optimization of controlled instant pressure drop and alkaline extraction processes for the production of hemicellulose from wastes and by-products of poppy industry
Yazar: MERVE KÖLE
Danışman: DOÇ. DR. DİDEM SUTAY KOCABAŞ ; DOÇ. DR. SİBEL YAĞCI
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Lignoselülozik biyokütle, selüloz, hemiselüloz ve ligninden oluşan yenilenebilir bir kaynaktır. Lignoselülozik biyokütlenin ön işlem teknikleri kullanılarak fraksiyonlarına ayrılması ve bu fraksiyonlar kullanılarak kimyasallar, materyaller ve enerji üretilmesi mümkündür. Bu çalışmada, lignoselülozik kaynaklar olan haşhaş fabrika atığı ve haşhaş saplarından hemiselüloz özütlenmesi için yeni bir işleme tekniği süreci geliştirilmiş ve optimize edilmiştir. Tasarlanan süreç, kontrollü ani basınç farkı oluşturma (KABFO) sistemi ve bunu takip eden alkali özütleme tekniğini kapsamaktadır. Çalışmada KABFO ve alkali özütleme yöntemi süreç parametreleri tepki yüzey metodolojisi ve Box-Behnken deney tasarımı ile optimize edilmiştir. Haşhaş fabrika atığı için optimum KABFO şartları 5 bar buhar basıncı, 540 saniye işlem süresi ve %9 nem olarak belirlenmiştir. Optimizasyonun ikinci aşaması olan alkali özütleme süreci için ise, optimum şartlar %22,58 (a/h) potasyum hidroksit (KOH), 1 saat işlem süresi ve 113,89 mL çöktürücü olarak tespit edilmiştir. Bu şartlar, KABFO süreci optimum şartlarıyla bileştirildiğinde, tüm optimizasyon süreci çıktısı olarak %26,37±0,08 hemiselüloz özütleme verimine ulaşılmıştır. Haşhaş sapı için optimum KABFO şartları 5 bar buhar basıncı, 540 saniye işlem süresi ve %7 nem olarak bulunmuştur. Optimum özütleme süreci şartları ise %22,17 (a/h) KOH, 7 saat işlem süresi ve 53,28 mL çöktürücü olarak tespit edilmiştir. Bu şartlarda %26,23±0,04 hemiselüloz özütleme verimine ulaşılmıştır.  

Çalışma sonucunda, KABFO ve alkali özütleme ön işlem süreçlerin optimize edilmesi ile haşhaş fabrika atığında %104,7 haşhaş saplarında ise %49,7 hemiselüloz verim artışı sağlanmıştır. Hemiselüloz verim artışının yanı sıra, hem proses süresi kısaltılmış hem de kimyasal kullanımı azaltılarak, daha ekonomik ve daha çevreci bir süreç geliştirilmiştir.

Abstract:
Lignocellulosic biomass is a renewable source consisting of cellulose, hemicellulose and lignin. When lignocellulosic biomass is separated into main fraction using pretreatment techniques it is possible to produce chemicals, materials and energy from these fractions. In this study, a new processing technique for the extraction of hemicellulose from poppy factory waste and poppy stalks, which are lignocellulosic sources, was developed and optimized. The designed process involves the controlled instant pressure drop (DIC) system followed by an alkali extraction technique. The process parameters of DIC and alkali extraction methods were optimized by response surface methodology and Box-Behnken experimental design. The optimum DIC conditions for poppy factory waste are determined as 5 bar vapour pressure, 540 seconds processing time and %9 moisture. For the alkaline extraction process, which is the second stage of optimization, the optimum conditions were determined as %22.58 (w/v) potassium hydroxide (KOH), 1 hour processing time and 113.89 mL precipitation solution. When these conditions were combined with the optimum conditions of DIC process, 26.37±0.08% hemicellulose extraction yield was achieved as the output of the whole optimization process. The optimum DIC conditions for the poppy stalk are determined 5 bar vapour pressure, 540 seconds processing time and 7% moisture. The optimum extraction process conditions were determined as %22.17 (w/v) KOH, 7 hours processing time and 53.28 mL precipitation solution. At these conditions, 26.23±0.04% hemicellulose extraction yield was achieved.

As a result of the study, the yields of extracted hemicellulose by DIC and alkali extraction pretreatment processes from poppy factory waste and poppy stalks were increased 104.7% and 49.7%, respectively. Along with the increase in hemicellulose yield, both the process time is shortened and the use of chemicals has been reduced and a more economical and more environmentally friendly process has been developed.