Farklı yöntemlerle doğal nişastanın modifikasyon yöntemlerinin incelenmesi
Examining the modification methods of natural starch with different methods
Yazar: ASLIHAN YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Mikrodalgalar = Microwaves ; Modifikasyon = Modification ; Nişasta = Starch ; Ultrasonik yöntemler = Ultrasonic methods

Özet:
Günümüzde artan nüfus ile birlikte her geçen gün tüketim şekli ve tüketici talepleri değişmektedir. Tüketicilerin internet üzerinden yaptıkları alışverişin artması, paketlemelerde kullanılan kağıt üretim miktarını önemli ölçüde etkilerken, kağıt ve gıda prosesinde kullanılan ham maddelerden nişasta tüketimini de arttırmıştır.
Doğal nişasta mısır, patates ve pirinç gibi birçok tarımsal kaynaktan elde edilebilen ve kolay bulunabilen bir biyopolimerdir. Düşük maliyetli, biyolojik olarak parçalanabilir, yeşil kimyasal olması (kirlilik içermeyen), proseslerde yüksek verimlilik ve yenilenebilirlik özelliklerine sahip olması nişastanın pek çok endüstri dalında kullanılmasını sağlamaktadır. Tekstil, gıda, kozmetik, ilaç ve kağıt endüstrileri nişastanın kullanıldığı sektörlerden bazılarıdır. Bu olumlu özelliklerin yanında, nişastanın proses sırasında soğuk suda düşük çözünürlük, yüksek viskozite ve retrogradasyon eğilimi gibi bazı kullanımını sınırlayan özellikleri vardır. Bu dezavantajları ortadan kaldırmak için modifikasyon en iyi çözümdür. Nişasta fiziksel, kimyasal ve enzimatik yöntemlerle modifiye edilebilmektedir. Nişasta fabrikalarında, katyonik modifiye nişastalar üretilirken birçok kimyasal reaktif kullanılmakta ve bu proses sırasında yüksek miktarda enerji tüketilmektedir. Geleneksel modifikasyon yöntemleri sıkça kullanılmakla birlikte, dezavantajları nedeniyle yenilikçi yöntemlerin araştırılması ihtiyacı doğmuştur. Ultrason ve mikrodalga destekli modifikasyon yöntemleri bu yöntemlerden bazılarıdır. Literatürde yapılan çalışmalar incelendiğinde nişastanın fizikokimyasal özelliklerini geliştirmesi, verimli ve çevre dostu yöntemler olmaları sebebiyle ultrason ve mikrodalga destekli modifikasyon yöntemlerinin yaygın olarak kullanıldığı görülmektedir.
Bu çalışmada; endüstride uygulanan asıl modifikasyon işlemi öncesi ön modifikasyon olarak adlandırılabilen ultrason ve mikrodalga yöntemleri kullanılarak doğal mısır nişastası modifiye edilmiştir. Ultrason destekli modifikasyon sabit sıcaklık ve farklı modifikasyon sürelerinde, mikrodalga destekli modifikasyon ise farklı güç ve modifikasyon sürelerinde gerçekleştirilmiştir. Belirlenen parametrelerde modifiye nişasta üretimi yapıldıktan sonra kullanılacak hammaddeler ve iki modifikasyon yöntemi için optimum koşullar belirlenmiştir. Doğal nişastanın yapısında modifikasyon sonucunda değişim oluşturarak işlem süresini kısaltmak, enerji ve kimyasal ajan kullanımını azaltmak amaçlanmıştır. Nişastaya ultrason ve mikrodalga işlemi farklı sıralarda (US-MW, MW-US), farklı güç (90, 180, 360) ve sürelerde (US 20, 30, 40 dk- MW 1,2,3 dk) sabit sıcaklık, pH ve konsantrasyonda uygulanmıştır. Elde edilen numunelerin SEM ve FTIR analizleri gerçekleştirilmiştir.
Sonuç olarak ultrason ve mikrodalga destekli modifikasyon yöntemlerinin doğal mısır nişastası modifikasyonu için ideal yöntemler olduğu görülmüş, ultrasonik modifikasyonda süre artışının modifikasyon verimliliğini arttırdığı belirlenmiştir. Nişasta granüllerinde en fazla değişim 360W mikrodalga gücü ve 30-40dk ultrasonik modifikasyon koşullarında gözlemlenmiştir.

Abstract:
Today, with the increase in population, consumption type and consumer demands are changing day by day. The increase in online shopping by consumers significantly affects the amount of paper used in packaging, and the consumption of starch as raw materials used in paper and food processing has also increased.
Natural starch is abundant biopolymer can be found easily and extracted from many agricultural sources like corn, potato and rice. Starch can be used in many industries due to the, low cost, biodegradability, to be green chemical (polution free), high efficiency in processes and renewability attributes. Textile, food, cosmetics, pharmaceutical and paper industries are some of the sectors which starch is being used. Besides these positive features, starch has some features that limit its use during process like low solubility in cold water, high viscosity and high retrogradation tendency. To eliminate these disadvantages, modification is the best solution. Starch is being modified with physical, chemical, enzymatic methods.
In starch mills, in order to produce cationic modified starches many chemical reagents are being used and energy consumed. Although traditional modification methods are frequently used, due to their disadvantages, it has led to the need to research innovative methods. Ultrasound and microwave-assisted modification methods are some of these methods. According to the studies in the literature, ultrasound and microwave-assisted modification are widely used because starch improves its physicochemical properties and is efficient and environmentally friendly. The aim of this study is, applying to corn starch environmental friendly pre-modification methods like ultrasonic (US) and microwave (MW) modification. The ultrasound-assisted modification was carried out at constant temperature and different durations, while the microwave-assisted modification was performed at different powers and modification times. The optimum conditions for the raw materials using and the two modification methods were determined after the modified starch was produced in the specified parameters. It was aimed to shorten the modification process time by creating a change as a result of modification in the structure of natural starch and to reduce the use of energy and chemical agents.Various conditions (different sequence of methods (US-MW, MW-US), different treatment power (90, 180, 360) and time (US 20, 30, 40 min- MW 1,2,3 min), constant temperature, pH and concentartion were applied. SEM and FTIR analyzes of the obtained modified starches were carried out.
As a result, it has been seen that ultrasound and microwave assisted modification are ideal methods for natural corn starch modification. It has been determined that increasing the time for ultrasonic modification increases the modification efficiency. The greatest change in starch granules was observed under 360W microwave power and 30-40 min ultrasonic conditions.