Kenevir (Cannabis sativa L.) lifinin kompozit biyobozunur gıda ambalaj malzemesi olarak kullanılması
Utilization of cannabis (Cannabis sativa L.) fibers in composite biodegradable food packaging material
- Tez No: 1023794
- Danışmanlar: PROF. DR. AYŞE ZEYNEP KATNAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Trakya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel plastik üretiminin yıllık 400 milyon tonu aşması ve bu atıkların doğada yüzlerce yıl bozunmadan kalması, sürdürülebilir ambalaj malzemelerine olan gereksinimi giderek artırmıştır. Bu çalışmada, sürdürülebilirlik ve“Yeşil Mühendislik”ilkeleri çerçevesinde, kenevir (Cannabis sativa L.) liflerinden elde edilen selüloz, poli(laktik asit) (PLA) biyopolimer matrisi ve altıgen bor nitrür (h-BN) nano dolgu malzemesi kullanılarak biyobozunur gıda ambalajı potansiyeli taşıyan üçlü kompozit filmler geliştirilmiştir. Selüloz, kenevir saplarından üç aşamalı alkali–asit–alkali özütleme yöntemiyle elde edilmiş, PLA/kenevir selülozu/h-BN dispersiyon sistemi için kloroform çözgen olarak kullanılmış, PEG400'ün plastikleştirici etkisiyle dispersiyon dökme tekniği kullanılarak kompozit filmler üretilmiştir. Kompozit filmin özelliklerine h-BN nano plakalarının katkısı %0, %2, %3, %5 ve %6 (w/w) olmak üzere beş düzeyde incelenmiştir. Filmler kalınlık, yüzey morfolojisi (SEM), ısıl özellikler (DSC termogramları), mekanik özellikler (gerilme- gerinim eğrileri), kimyasal direnç, oksijen ve su buharı geçirgenliği ile biyobozunurluk açısından karakterize edilerek karşılaştırılmıştır. PLA / kenevir selülozu / h-BN sistemi kullanılarak elde edilen filmlerin oksijen ve su buharı geçirgenliği Fick'in 1. Kütle yayılım yasası koşullarına uygun biçimde deneysel olarak elde edilmiş ve deneysel veriler kuramsal yaklaşım çerçevesinde yorumlanmıştır. PLA/kenevir selülozu/h-BN sistemi için, %3 (w/w) h-BN katkısının yalnızca selüloz içeren kompozit filmle karşılaştırıldığında, oksijen ve su buharı için etkin yayılım katsayısını %48 oranında, oksijen ve su buharı geçirgenliklerini sırasıyla %47, 5 ve %63,7 azalttığı gözlenmiştir. Kompozit filmlerin karakterize edilmesi sonucunda, PLA filminin özelliklerine olumlu katkıda bulunabilmesi için, h-BN plakalarının tek plaka olarak düzenli dağılımının sağlanması gerektiği, bu amaçla kullanılabilecek h-BN katkı oranının %3 (w/w) olduğu ve h-BN katkı oranı için perkolasyon eşiğinin %5 (w/w) olduğu ortaya çıkmıştır. Dolayısıyla, h-BN plakalarının düzenli tek plaka dağılımı sağlanan koşullarda, film içindeki kıvrımlılığı ve dolambaçlı yolu uzatarak oksijen ve su buharı geçirgenliğini azaltabileceği ortaya çıkmıştır. Selüloz lifleri sayesinde PLA matrisi sınırlı düzeyde esneklik kazanmıştır. PLA/kenevir selülozu/h-BN üçlü kompozit film sisteminde, %3 (w/w) h-BN katkısı, gıda benzetimli ortamlarda, filmin kimyasal direncini %30–50 oranında artırmıştır. DSC termogramları, %3 (w/w) h-BN katkısının heterojen örütlenme bölgeleri oluşturarak PLA'ya sınırlı ölçüde örütlenme özelliği kazandırarak ısıl kararlılığı artırabileceğini göstermiştir. Kompozit filmde %3(w/w) h-BN katkısıyla ilk evrede biyobozunma hızını azaltırken, ambalaj malzemesinin gıda maddesini koruma işlevi sırasında bütünlüğünü koruma avantajı sunduğunu ortaya çıkarmıştır. İkinci bozunma aşamasında, atık durumuna geldikten sonra ise bozunma hızını artırarak endüstriyel kompostlama koşullarına gerek olmadan doğada bozunmayı desteklemiştir. Ancak bu etkilerin elde edilebilmesi için dispersiyon dökme tekniği kullanılarak elde edilen filmlerin, yalnızca dispersiyon ve film içeriği ile ilgili göreli karşılaştırmaların yapılmasını sağlayabileceği görülmüştür. Film özelliklerinin mutlak değerlerinin saptanarak ticari nitelikli örneklerle karşılaştırılabilmesi için, filmin kayma kuvvetleri altında sıkıştırılarak elde edilmesini sağlayan endüstriyel teknikler kullanılması gerektiği ortaya çıkmıştır. Bu araştırma sonucunda elde edilen kenevir selülozu ve %3 (w/w) h-BN katkısı içeren kompozit film, endüstriyel yöntemlerle elde edilmesi koşuluyla, kuru gıda, tahıl ve fırın ürünü ambalajlarında; MAP gibi özel paketleme uygulamalarında, süreç sıcaklığının camsı geçiş sıcaklığından düşük olduğu ısıl olmayan yenilikçi gıda koruma yöntemlerinde ve donma / soğutma gibi düşük sıcaklık uygulamalarında biyobozunur bir seçenek olarak ortaya çıkmıştır.
Özet (Çeviri)
The annual global plastic production exceeding 400 million tons and the persistence of plastic waste in natural environments for hundreds of years have intensified the demand for sustainable packaging materials. In this study, within the framework of sustainability and“Green Engineering”principles, triple bionanocomposite films with biodegradable food packaging potential were developed using cellulose isolated from hemp (Cannabis sativa L.) fibers, poly(lactic acid) (PLA) biopolymer matrix, and hexagonal boron nitride (h-BN) nano filler. Cellulose was isolated from hemp stems via a three-stage alkali–acid–alkali extraction process. Chloroform was used as the solvent, and PEG400 was used as the plasticizer to obtain films via solvent casting of the PLA / hemp cellulose / h-BN dispersion system, Effect of h-BN addition on the composite film properties was studied on five levels as, % 0, % 2, % 3, % 5 ve % 6 (w/w) h-BN content. The composite films were characterized and compared with respect to their thiickness, surface morphology (SEM), thermal properties (DSC thermograms), mechanical properties (stres-strain curves), chemical resistence, oxygen and water vapor permeability and biodegradability. Oxygen and water vapor permeability of the composite films obtained from the PLA / hemp cellulose / h-BN system were obtained experimentally according to the conditions dictated by the Fick's First Law Of Diffusion , and were interpreted according to the theoretical approach. For the PLA / hemp cellulose / h-BN system, 3 % (w/w) h-BN content resulted in 48 % decrease in the effective diffusivity of oxygen and water vapor, and 47,5 % and 63,7 %, decrease in oxygen and water vapor permeability, respectively, in comparison with the film containing only cellulose. Characterization of the composite films provided the fact that positive effect of h-BN addition on the composite film properties can be obtained only if the h-BN particulate plates are distributed uniformly within the polymer matrix. The h-BN content that provided uniform distribution of h-BN nano plates was found to be as 3% (w/w) and the percolation limit for h-BN was found as 5 % (w/w). These conditions provided the necessary turtuosity and a longer tortous path, resulting in a decrease in oxygen and water vapor permeability. The hydrophobic character of the particulate h-BN plates provided extra support against oxygen and water vapor permeability of the films in addition to the increase in tortuosity and a longer tortous path. Cellulose fibers provided the PLA matrix with limited elasticicty. For the PLA / hemp cellulose / h-BN system, 3 % (w/w) h_BN content resulted in 30-50 % increase in chemical resistence of the film against food simulants. Hydrophobic character of the h_BN particulate plates at the 3 % (w/w) level provided protection to the food packaging material during the first phase of biodegradation by slowing down the the degradation process, while it causes the acceleration degradation during the second phase of biodegradation that comes after the packaging material accomplishes the protection function and becomes a waste product. Thus, the film degrades in nature without providing industrial composting conditions. However, composite films obtained by solvent casting only provides relative comparisons in between films with different compositions. Comparison with the composite film properties and trademark films requires the absolute values of the composite films, which further requires industrial techniques that allow application of shear forces. The composite film that contains 3 % (w/w) h-BN obtained in the present study can be used as a biodegradable alternative in the packaging of dry foods, cereals and bakery products, in special packaging processes such as MAP, in food processes alternative to thermal treatment as long as the processing temperature is below the glass tarnsition temperature, and in low temperature processes such as fast freezing and cooling when produced by using industrial techniques
Benzer Tezler
- Kenevir tohum proteinlerinin ultrases, yüksek basınç ve manotermosonikasyon uygulamaları ile modifikasyonu
Modification of hemp seed proteins using ultrasound, high pressure and manotermosonication treatments
GÜLŞAH KARABULUT
Doktora
Türkçe
2023
Gıda MühendisliğiSakarya ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OKTAY YEMİŞ
- Tütkiye kenevir (Cannabis sativa l.) genotiplerinin morfolojik karakterizasyonu
Morphological characterisation of Turkish hemp genotypes
MERVE GÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
ZiraatOndokuz Mayıs ÜniversitesiTarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİM AYTAÇ
- In vitro koşullarda bazı yerel kenevir (Cannabis sativa L.) popülasyonlarının çoğaltımı
In in vitro conditions some local cannabis (Cannabis sativa L.)reproduction of populations
BURAK ÖNOL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
ZiraatUşak ÜniversitesiTarım Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET UĞUR YILDIRIM
PROF. DR. KHALID M.KHAWAR BHATTI
- Kenevir (Cannabis sativa L.) yağı biyodizeli-dizel yakıt karışımına farklı ağır alkol ve atık eps ilavelerinin bir dizel motorun karakteristikleri üzerine etkileri ile termodinamik, ekonomik ve çevresel analizleri
Effects of the additions of different higher alcohol and waste eps into hemp (Cannabis sativa L.) oil biodiesel-diesel fuel blend on the characteristics of a diesel engine and thermodynamic, economic and environmental analyses
ZEKİ YILBAŞI
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiYozgat Bozok ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEVLÜT ARSLAN
DOÇ. DR. MURAT KADİR YEŞİLYURT
- Kenevir ( Cannabis sativa L.) yetiştiriciliğinde su tutucu polimer uygulamalarının verim ve kalite özellikleri üzerine etkisi
Effects of water holding polymer applications on yield and quality traits in hemp (Cannabis sativa L.)cultivation
OKAN MİRZE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
ZiraatYozgat Bozok ÜniversitesiTarla Bitkileri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT YAZİCİ