Sc-Co2 akışkan metodu ile kakao çekirdeği kabuğundaki yağın ekstraksiyonu ve özelliklerinin araştırılması
Study of Sc-CO2 extraction of cacao bean shell fat and determination of characteristics
Yazar: ERTAN ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN ; DOÇ. DR. ASLI BARLA DEMIRKOZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Kakao meyvesi tropikal iklime sahip alanlarda yetiştirilmekte ve günümüzde önemli bir ekonomiye sahip olan çikolata üretiminin de hammaddesidir. 
Kakao meyvesi toplandıktan sonra çekirdeklerin ayrıştırılması, fermantasyon ve kurutma işlemi yapıldıktan sonra işleneceği fabrikalara sevk edilir. 
Kakao çekirdekleri tarımsal bir ürün olduğu için fiziksel ve mikrobiyolojik olarak kirlilikler içerir. Dolayyısıyla işlenebilmesi ve tüketime uygun hale getirilebilmesi için gerekli temizliğin yapılması gerekmektedir. Kakao, eleme-boyutlandırma, taş ayırma ve mıknatıslar sayesinde fiziksel olarak temizlenir ve mikrobiyal yükünün de kabul edilebilir seviyeye indirilmesi ya da tamamen ortadan kaldırılması için pastörizasyon işlemi uygulanır. Bu işlemler sonrasıda kakao çekirdeği işlemeye hazır hale gelir. 
Temizlenmiş kakao çekirdekleri gerekli aromanın ve aroma öncüllerinin oluşması için kavurma işleminden geçirilmektedir. Kavurma işleminin bir diğer avantajı ise kabuğun nibten kolaylıkla ayrılmasını sağlamasıdır. Kabuk kırma ve ayırma işleminde bütün olan çekirdekler önce değirmenden geçirilir ve kırılır. Kabukların ise sıralı vakum ve elekler yardımıyla nibten ayrılması sağlanır. Kakao çekirdeği kabuğu bu basamakta elde edilir. 
Kavrulmuş kakao çekirdeği %48-57 oranında yağ içermektedir. Kakao çekirdeği kabuğunun oranı ise %10-12 arasındadır. Kabuk ayırma işleminden sonra kakao nibi değirmen ve inceltme proseslerinden geçirilerek kakao likörü elde edilmektedir. Elde edilen kakao likörü hem çikolata reçetesinde direkt olarak hem de kakao yağı ve kakao tozu eldesinde kullanılmaktadır. Kakao yağı, kakao likörünün presleme işleminden geçirilerek elde edilir. Yağı alınan likörden geriye %10-12 kakao yağı içeren kakao tozu elde edilir. Bu adımdan sonra kakao yağı partikül içerdiğinden santrifüj ve filtrasyon işlemlerinden geçirilir. Böylece ham kakao yağı elde edilmiş olur. Ham kakao yağında ise deoderizasyon işlemi uygulanarak yağ asitleri uzaklaştırılır. Kakao yağı eldesi mevcut ekstraksiyon yöntemleri kullanılarak yüksek verim ile yapılamamaktadır. Presleme sonrasında kakao tozunda %10-12 seviyesinde yağ kalmaktadır. 
Kakao yağı, çikolata sektöründe önemli bir yere sahiptir. Son ürün olan çikolatanın reolojik ve duyusal parametrelerinin istenilen değerde olması için ürüne ilave olarak eklenir. Bu nedenle çikolata üretiminde kakao yağı üretimi, kakao tozu üretiminden daha önemlidir. 
Bu çalışmada Önem Gıda San. Tic. A.Ş.'de yan ürün olarak elde edilen ve hayvan yemi olarak kullanılan kakao çekirdeği kabuğunda bulunan yağın gıdada kullanıma uygun olacak şekilde ekstrakte edilmesi amaçlanmıştır. Ön deneme amacıyla elde edilen kakao çekirdeği kabuğunun elek bazlı ve tümden Soxhlet analizi yapılarak yağ içeriği araştırılmıştır. Analiz sonucunda kakao çekirdeği kabuğunun ortalama %4,15 yağ içerdiği gözlemlenmiştir. Elek bazlı olarak bakıldığında ise 5 nolu elekten (1x1 mm elek boyutu) alınan numunelerinde yaklaşık %13 oranında yağ içerdiği ölçülmüştür. Bu sebeple, çalışma 5 numaralı elekten alınan numuneler üzerinden ilerletilmiştir. Bu sayede çalışması planlanan süperkritik akışkan metodunda prosesi etkileyen parametrelerden biri olan partikül boyutu parametresi de sabitlenmiştir. 
Ekstraksiyon metodunun, elde edilen yağın tekrar çikolata üretiminde kullanılabilmesi için geride kalıntı bırakmaması önem teşkil etmektedir. Hızlı olması, ucuz solvent kullanılması, solventin yanıcı-patlayıcı olmaması istenmektedir. Bu nedenle ekstraksiyon metodu olarak süperkrtik karbondioksit akışkan ekstraksiyonu seçilmiştir. Çalışma için tepki yüzey metodu ile belirlenen parametreler Central Composite modeli çalıştırılarak 31 farklı senaryo için 3 tekrarlı analiz ile yapılmıştır. Deneme deseni basınç, sıcaklık, süre ve CO2 akış hızı değiştirilerek oluşturulmuştur.
% verime bakıldığında %65 verim üstünde olan 3 analizde elde edilen yağlarda GC analizi yapılarak yağ asidi kompozisyonlarına bakılmıştır. Referans olarak geleneksel metot ile elde edilen ham kakao yağı ile karşılaştırma yapılmış ve aralarında farklılık olmadığı gözlemlenmiştir. En yüksek verim elde edilen 3 numunde toplam fenolik, yağ asidi kompozisyonu, aroma profili ve antioksidan kapasitesi araştırılmıştır. Yağ asidi komposizyonu için referans olarak geleneksel yöntem ile elde edilen ham kakao yağı alınmıştır. Toplam fenolik ve antioksidan kapasitesi ise kakao çekirdeği kabuğu ve ekstrakte edilen yağda bakılmıştır. Sonuçlara bakıldığında geleneksel yöntemle elde edilen kakao yağına karışım oranı belirlenerek elde edilen kakao yağı ekstraktı ilave edilerek kullanılabilir olduğu saptanmıştır.

Abstract:
Cacao is the main raw material for chocolate production. Cacao mass, cacao butter and cacao powder is produced from cacao beans. During the production cacao bean shells are produced as a by-product and sell as animal feed or use as fuel material. But cacao bean shells are include cacao butter at 4,15% ratio. According to fat ratio of cacao bean shells, cacao butter should be extract without any trace of solvent because of standards. Standards said that cocoa butter should not include any solvent for use in food industry. Therefore supercritical extraction method is fit the standards when co-solvent is not used during extraction. 
Yield of SCE-CO2 extraction is affected by temperature, pressure, time, flow rate of CO2 and particule size. At Önem Gıda San. Tic. A.Ş., cacao bean shell is broken with winnowing process which seperates the shell and cacao nib with vacuum and sieving. There is 5 sieving size. Cacao butter ratio is determined by soxhlet method depend on sieving size. The cacao bean shells samples that are gathered from the 5th sieve, have the highest fat ratio as 12,98%. Regarding to this result, research is focused on the 5th sieving cacao bean shells. 
Process parameters of SCE-CO2 are generated with response surface method depends on 4 factors (pressure,time,temperature and flow rate). Extracted cacao butter samples' fatty acid compositions, phenolic compunds and antioxidant capacity results are compared with raw cacao butter that is generated with traditional method.