Karalahana saplarından nanoselüloz eldesi ve gıda ambalajlarında kullanımı
Obtaining nanocellulose from collard stems and their application in food packaging
Yazar: SELMA DİLARA YENİCE
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERAL YILDIRIM YALÇIN
İstanbul Aydın Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu çalışmada, genellikle tüketilmeden atılan bir mutfak atığı olan karalahana saplarının değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Karalahana yani halk arasında yaprak lahana olarak bilinen "Brassica oleracea L. var acephala" latince tür ismiyle bilimsel literatürde geçen yeşil yapraklı bir sebzedir. Bu bitkinin lifçe zengin özelliklerinden yararlanmak istenmiş ve yaprak kısımlarının yemek yapımında kullanılması sonrasında atık olarak ayrılan sap kısımları temin edilmiştir. Temin edilen karalahana saplarına ayıklama, kesme, kurutma, öğütme, elekten geçirme ön işlemleri uygulanmıştır. Kuru toz forma getirilen ürüne sırasıyla; homojenleştirme, asitle muamele, alkali ile muamele, ağartma ve dondurarak kurutma işlemleri uygulanarak selüloz elde edilmiştir. İzole edilen selülozun karalahana saplarındaki selüloz içeriği cinsinden verimi %28,59 olarak hesaplanmıştır. Selülozdan nanokristal elde etmek için ise H2SO4 hidrolizi yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen CNC (selüloz nanokristal) çözeltisine zeta potansiyel ve partikül boyutu analizleri uygulanmıştır. Elde edilen parçacıkların zeta potansiyel değeri -25,7 mV olarak bulunmuş ve orta düzeyde kararlı oldukları görülmüştür. Çözelti içerisindeki nanopartiküllerin çapı ise ortalama 506,3 nm olarak bulunmuştur. Ticari selüloz, kara lahana sapından elde edilen selüloz ve kuru nano selüloz örneklerine FTIR ölçümü yapılmış ve spektrumları incelendiğinde bağ yapılarında farklılık gözlemlenmediği tespit edilmiştir. Elde edilen selüloz nanokristal çözeltisi nişasta filmin özelliklerini iyileştirmek amacıyla farklı oranlarda film formülasyonuna ilave edilmiştir. Kontrol filmi olarak üretilen %5 mısır nişastası içeren film örneklerine farklı konsantrasyonlarda CNC çözeltisi (%1, %2, %3 ve %5) eklenerek filmlerin mekanik, bariyer ve fizikokimyasal özellikleri test edilmiştir. Elde edilen film örneklerine kalınlık, yoğunluk, nem, suda çözünürlük, opaklık, su buharı geçirgenliği, mekanik mukavemet analizleri uygulanmıştır. Ayrıca filmlerin bağ yapılarını gözlemlemek için FTIR analizi ve morfolojilerini görüntülemek için SEM (taramalı elektron mikroskobu) analizi uygulanmıştır. Analizlerin sonucuna göre mısır nişastası bazlı kontrol filmine CNC çözeltisinin eklenmesi sonucunda filmlerin nemi azaltmıştır ve sudaki çözünürlükleri önemli ölçüde değişmemiştir. Filmlerin opaklık değerleri 2,83 ile 6,26 arasında değişmekte olup şeffaflık ve görünüş özellikleri ile bu bulgular uyuşmaktadır. Opaklığı en yüksek olan film %5 CNC çözeltisi içeren film örneği olmuştur. Filmlere selüloz nano dolgusu eklenmesi için en önemli özelliklerden olan mekanik gerilme direnç değerleri 8,36 ve 11,37 N/mm2 arasında değişmektedir ve kontrol filmine kıyasla %5 CNC çözeltisi içeren filmlerde anlamlı bir artış görülmektedir. Filmlerin 500x SEM görüntülerine bakıldığı zaman CNC'lerin filmlere başarılı bir şekilde gömülü olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, the evaluation of collard stalks, which are usually discarded kitchen waste, was aimed. Collard, also known colloquially as leaf cabbage, is a green leafy vegetable referred to by its Latin species name "Brassica oleracea L. var acephala" in the scientific literature. The aim was to utilize the fiber-rich properties of this plant and obtain the stalk parts discarded as waste after using the leaf parts in cooking. The obtained collard stalks underwent preprocessing steps including sorting, cutting, drying, grinding, and sieving. The product brought into dry powder form underwent processes of homogenization, acid treatment, alkaline treatment, bleaching, and freeze drying to obtain cellulose. The cellulose yield from collard stalks, calculated as a percentage of cellulose content, was found to be 28.59%. For obtaining cellulose nanocrystals (CNC), the H2SO4 hydrolysis method was employed. The resulting CNC (cellulose nanocrystal) solution underwent zeta potential and particle size analyses. The zeta potential value of the obtained particles was found to be -25.7 mV, indicating moderate stability. The diameter of nanoparticles in the solution was found to be an average of 506.3 nm. FTIR measurements were conducted on commercial cellulose, cellulose obtained from collard stalks, and dry nano cellulose samples, revealing no differences in bond structures when examining their spectra. The obtained cellulose nanocrystal solution was added to film formulations in different proportions to improve the properties of starch films. Films containing 5% corn starch, produced as control films, were supplemented with CNC solution at different concentrations (1%, 2%, 3%, and 5%), and the mechanical, barrier, and physicochemical properties of the films were tested. Thickness, density, moisture content, water solubility, opacity, water vapor permeability, and mechanical strength analyses were conducted on the obtained film samples. Additionally, FTIR analysis was performed to observe the bond structures of the films, and SEM (scanning electron microscopy) analysis was conducted to visualize their morphologies. According to the analysis results, the addition of CNC solution to corn starch-based control films resulted in reduced moisture content and no significant change in water solubility. The opacity values of the films ranged from 2.83 to 6.26, consistent with their transparency and appearance characteristics. The film with the highest opacity was the one containing 5% CNC solution. The mechanical tensile resistance values, which are among the most important properties for adding cellulose nano filler to films, ranged from 8.36 to 11.37 N/mm2, showing a significant increase in films containing 5% CNC solution compared to the control film. When examining the 500x SEM images of the films, it was observed that CNCs were successfully embedded in the films.