Ultrasound-assisted extraction of pectin from orange peels
Portakal kabuklarından ultrases destekli pektin ekstraksiyonu
- Tez No: 683431
- Danışmanlar: PROF. DR. MERAL KILIÇ AKYILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 72
Özet
Gıda atıkları, çevresel ve ekonomik nedenlerden dolayı küresel bir sorun olarak öne çıkmaktadır. Dünya nüfusunun her geçen gün artması gıda tedariği ve gıda atıkları hakkındaki endişeleri artırmaktadır. Diğer ülkeler gibi Türkiye de her yıl yüksek miktarda gıda atığı oluşturmaktadır. Tarım Türkiye ekonomisinde çok önemli bir yer tutmaktadır. Çeşitli meyve, sebze, sert kabuklu meyve, tahıl ve benzeri ürünler Türkiye'de yetiştirilmekte ve bunlardan fazla miktarda gıda atığı da oluşmaktadır. Türkiye'de yetiştirilen ürünler arasında turunçgil çeşitleri en çok yetiştirilen taze meyveler arasında ilk beşte yer alırken, portakal en çok üretilen meyvelerden biridir. Özellikle meyve suyu üretiminde portakalın yan ürünleri büyük miktarlarda birikmektedir. Bu yan ürünlerden pektin, selüloz ve diyet lifi gibi çeşitli fonksiyonel bileşenlerin elde edilip gıda, ilaç ve kozmetik sektörlerinde değerlendirilmesi önem taşımaktadır. Ticari pektin üretimi için en çok kullanılan gıda atığı narenciye yan ürünleridir. Bu sebeple portakal kabuklarının pektin ekstraksiyonu için hammadde olarak kullanılması avantajlıdır. Pektin kompleks yapıda bir polisakkarittir ve bitki doku ve hücre duvarlarında, özellikle hücre duvarlarının orta lamellerinde, bulunmaktadır. α-(1→4) Glikosidik bağlarla bağlanan D-galakturonik asit pektinin ana bileşinidir. Pektin esterleşme derecesine göre iki sınıfa ayrılır. Eğer esterleşme derecesi %50'den yüksekse, pektin yüksek metoksilli pektin olarak adlandırılmaktadır. Eğer esterleşme derecesi %50'den küçükse, düşük metoksilli pektin olarak sınıflandırılmaktadır. Pektin gıda ürünlerinde jelleştirici, kıvam artırıcı, emülgatör ve stabilizör gibi çeşitli işlevlerde kullanılmaktadır. Ayrıca, pektinin sağlığa pozitif etkileri de bulunmaktadır. Türkiye'nin dünyanın en çok narenciye üreten ülkelerinden biri olması sebebiyle turunçgil kabuklarının pektin üretimi için değerlendirilmesi çevre ve ekonomi üzerinde avantajlıdır. Konvansiyonel ekstraksiyon yerine, ultrason destekli ekstraksiyon gibi yeni teknikler, pektin üretimi için araştırılmaktadır çünkü bu yöntemler kolay, ucuz, hızlı ve çevre dostu olmalarıyla fayda sağlayabilen yöntemlerdir. Bu çalışmada, ultrason kullanılarak portakal kabuğundan pektin ekstraksiyonu araştırılmıştır. Pektinin verim ve karakteristik özelliklerine zaman ve sıcaklığın etkisi, geleneksel ekstraksiyon karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ultrason farklı süre (5-10 dakika) ve sıcaklık (20-50°C) kombinasyonlarında %20 (en yüksek 400 W) güçte uygulanmıştır. Geleneksel ekstraksiyon 80°C'de 10 dakika uygulanmıştır. Ultrason uygulamasından sonra ulaşılan sıcaklık 60°C olduğundan, geleneksel ekstraksiyon 60°C'de 10 dakika süreyle de yapılmıştır. Ayrıca, aralıklı ultrason uygulamasının etkisinin belirlenmesi amacıyla 30 saniye açık/kapalı olacak şekilde denemeler de yapılmıştır. Ekstraksiyonlar tamamlandıktan sonra, her numune için verim hesaplanmıştır. Ayrıca ekstrakte edilen pektinin yapısındaki kimyasal grupları ve esterleşme derecesini hesaplamak için 400-4000 cm-1 aralığında Fourier Transform Infrared (FTIR) spektroskopisi uygulanmıştır. Numunelerin toplam karbonhidrat miktarları ve viskoziteleri ticari bir turunçgil pektini ile karşılaştırılarak ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre, pektin verimleri tüm numuneler için %9,08 ile %27,20 arasında bulunmuştur. Konvansiyonel ekstraksiyon örnekleri arasında pektin verimleri %14,58 - %27,20 aralığında iken, ultrason destekli ekstraksiyon örneklerinde pektin verimleri %9,08 ve %21,7 arasında bulunmuştur. Sürekli mod ultrason %17,09 ile %21,57 arasında verim sağlarken, aralıklı mod %9,08 ile %10,53 arasında verim sağlamıştır. Tüm numuneler arasında en yüksek pektin verimi, geleneksel yöntemle 80°C'de ekstrakte edilen numuneden %27,20 olarak elde edilmiştir. Sürekli ultrason destekli ekstraksiyon uygulamaları ile elde edilen verimler benzer ve 60°C'de konvansiyonel ekstraksiyon ile elde edilen verimden yüksek bulunmuştur. Aralıklı ultrason ekstraksiyon uygulaması en düşük verime sebep olmuştur. En yüksek verim geleneksel ekstraksiyonda elde edilmiş olmasına rağmen, sürekli ultrason uygulaması kavitasyon etkisi ve çözücünün numuneye daha hızlı nüfuz etmesi nedeniyle, daha düşük sıcaklıklarda ve daha kısa sürelerde benzer verim elde edilmesini sağlamıştır. Ultrason destekli ve geleneksel yöntemlerle ekstrakte edilen portakal kabuğu pektin örneklerinin FTIR spektrumları, benzer dalga boylarında pikler göstermiş ve literatüre ve ticari pektine uygun olarak pektin numunelerine özel 1716 cm-1 ve 1636 cm-1 dalga sayılarında karakteristik pikler göstermiştir. Bu nedenle, ekstrakte edilen polisakkaritlerin pektin olduğu doğrulanmıştır. Pektin numunelerinin karakteristik piklerinde gözlenen absorpsiyon yoğunluklarına göre esterleşme dereceleri 71,74 ve 88,55 aralığında hesaplanmıştır. En düşük esterleşme derecesi ticari pektinde görülürken en yüksek esterleşme derecesi 80°C'de geleneksel ekstraksiyonla elde edilen pektin numunesinde bulunmuştur. Buna göre tüm numuneler %50'den fazla esterleşme derecesine sahip olduklarından yüksek metoksilli pektin olarak tespit edilmiştir. Numunelerin esterleşme dereceleri birbirlerine çok yakın hesaplanırken ticari pektine göre daha yüksek bulunmuştur. Pektin örneklerinin 0,15 s-1 kayma hızında görünen viskozite değerleri 0,15 Pas ile 0,30 Pas arasında ölçülmüştür. En yüksek görünür viskozite ticari pektinde ölçülürken, hem geleneksel ekstraksiyon hem de ultrason destekli ekstraksiyon ile elde edilen numunelerin viskozite değerlerinin birbirine benzer olduğu gözlenmiştir. Ayrıca, pektin örneklerinde kayma hızı arttıkça viskozite düşmüş ve ve psödoplastik Newton-tipi olmayan akış davranışı gözlenmiştir. Numuneler ve ticari pektin için toplam karbonhidrat içeriği %36,31 ile %65,70 aralığında bulunmuştur. En yüksek karbonhidrat içeriği ticari pektinde %65,70 olarak gözlenirken, en düşük karbonhidrat içeriği ultrason ile 50°C'de 5 dakika süreyle ekstrakte edilen numunede %36,31 olarak bulunmuştur. Sonuçlara göre, numuneler ticari pektine kıyasla safsızlıklar içermektedir. Ultrason ile 20°C giriş sıcaklığında portakal kabuklarından ekstrakte edilen pektin örneklerinin verim, esterleşme derecesi ve toplam karbonhidrat içeriği 80C'de geleneksel yöntemle elde edilen örneğinkine benzer bulunmuştur. Bununla birlikte, ultrason uygulamasında sıcaklığın 50°C'ye yükseltilmesi pektin ekstraksiyonunu olumsuz yönde etkilemiştir. Bu nedenle ultrason destekli ekstraksiyonda sıcaklığın kontrolü kritik öneme sahip bulunmuştur. Ultrason uygulaması konvansiyonel ekstraksiyonla karşılaştırıldığında pektinin portakal kabuklarından daha düşük sıcaklıkta ve sürede elde edilmesini sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Food waste is one of the most important problem globally due to its high environmental and economic risks. Population of the world is increasing day by day, resulting in greater concerns about food supply and food waste. Like other countries, Turkey creates large amounts of food waste every year. Since agriculture is a vital sector in Turkish economy, various fruits, vegetables, nuts and grains are harvested in great amounts in Turkey. Therefore, excessive amounts of food waste are generated every year. Citrus fruits comes forward in the top five of total fresh produce while orange is one of the most harvested one in Turkey. Since there are significant amounts of orange by-products are generated in juice processing, it is important to utilize functional compounds like pectin, cellulose and dietary fiber from them to be used in several industries such as food, pharmaceutical and cosmetic. Citrus by-products are the most evaluated source for commercial pectin production. Pectin is a polysaccharide located in the cell walls of plants tissues, especially in the middle lamella of cell walls. D-galacturonic acid, networked by means of α-(1→4) glycosidic bonds, is the primary constituent of pectin. Degree of esterification (DE) of pectin divides pectin into two classes. If the DE is higher than 50%, pectin is labeled as high methoxyl pectin (HMP) while pectin is named as low methoxyl pectin (LMP) if the DE is less than 50%. Pectin is used in food products because of its functional characteristics such as thickening, gelling, emulsifiying and stabilizing as well as its positive health effects. Since Turkey is one of the world's most citrus producing countries, evaluating citrus peels for pectin production will be beneficial for environment and economy. Instead of conventional extraction, novel techniques like ultrasound-assisted extraction are being explored for pectin production because they are promising methods in terms of their easy, cheap, fast and eco-friendly usage. In this study, effect of ultrasound on extraction of pectin from orange peels was investigated in comparison with conventional extraction. Ultrasound was applied for 5 and 10 minutes and at temperatures of 20°C and 50°C at a power level of 20% (max 400 W) during extraction. Conventional extraction was performed at 80°C for 10 minutes. Since the temperature reached 60°C after ultrasound application, conventional extraction was also performed at 60°C for 10 minutes. In addition, pulsed mode (30 seconds on/off) was applied to see its effect on ultrasound-assisted extraction. After extractions were finished, yields for each treatment were calculated. Structure and degree of esterification of extracted pectin were analyzed by Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy in the wavenumber range of 400-4000 cm-1. Total carbohydrate content and viscosity of the samples were measured. Measured properties of extracted samples were compared with those of commercial citrus pectin.Pectin yields were between 9.08% and 27.20% for all samples. Pectin yields were in the range of 14.58% and 27.20% among conventionally extracted samples while pectin yields were found between 9.08% and 21.57% among ultrasound extracted samples. While continuous mode provided yields between 17.09% and 21.57%, pulsed mode resulted in yields between 9.08% and 10.53%. The highest pectin yield among all samples was obtained as 27.20% by conventional extraction at 80°C. Pectin yield among continuous ultrasound extracted samples was found similar and higher than that of conventionally extracted sample at 60°C. Pectin yields obtained by pulsed ultrasound-extraction were the lowest among all experiments. Although the highest yield was obtained in conventional extraction, ultrasound assistance provided a similar yield at a lower temperature and shorter time owing to the cavitation effect of ultrasound and accelerated infiltration of the solvent into the sample. FTIR spectrums of orange peel pectin extracted through ultrasound-assisted and conventional methods showed peaks in the similar wavelengths. Characteristic peaks, 1716 cm-1 and 1636 cm-1, special to pectin samples were observed in agreement with literature and commercial pectin. Therefore, extracted polysaccharides were confirmed as pectin. DE of the samples were calculated based on the absorption intensities observed at characteristic peaks of pectin samples. DE values were found in the range of 71.74 and 88.55. The lowest DE was seen in the commercial pectin whereas the highest one was calculated for conventionally extracted sample at 80°C. Additonally, all pectin samples and the commercial pectin were detected as HMP since they have DE greater than 50%. DE of the samples were similar and higher than that of commercial pectin. Apparent viscosity values of the samples were measured between 0.15 Pas and 0.30 Pas at a shear rate of 0.15 s-1. The highest viscosity was measured in the commercial pectin. Apparent viscosity values of the samples obtained by conventional extraction and ultrasound-assisted extraction were found similar. Viscosity declined as the shear rate was increased demonstrating non-Newtonian pseudoplastic behavior. Total carbohydrate content of the extracts were determined in the range between 36.31% and 65.70% for the samples and the commercial pectin. Total carbohydrate contents of the conventionally extracted sample and ultrasound extracted sample at 20°C for 10 min were found similar. The highest carbohydrate content was observed as 65.70% in the commercial pectin while the lowest one was found in the sample extracted by ultrasound at 50°C for 5 minutes as 36.31%. Lower carbohydrate content in the extracted samples compared to that of the commercial pectin might be due to the presence of impurities in the samples. Yield, DE and total carbohydrate contents of pectin samples obtained by ultrasound extraction at 20°C from orange peels were found similar to those of conventionally extracted sample. However, increase of temperature to 50°C in ultrasound treatment adversely affected extraction of pectin. Therefore, control of temperature was found critical for extraction of pectin by ultrasound. Application of ultrasound allowed extraction of pectin from orange peels at a lower temperature and in a shorter time than conventional method.
Benzer Tezler
- Nar kabuğundan enzim ve ultrason destekli ekstraksiyon yöntemi ile fenolik madde ve pektin elde edilmesi
Enzyme and ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds and pectin from pomegranate peel
ZEYNEP MERVE KAHVECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA KAHVECİ KARINCAOĞLU
- Extraction of pectin from pistachio hull and its use in emulsion system
Antepfıstığı kırmızı yumuşak kabuğundan pektin ekstraksiyonu ve emülsiyon sistemlerinde kullanılması
SEHRA BARIŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Gıda MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA KOÇAK YANIK
- Extraction, characterization and usage of pectin from sugar beet pulp waste
Şeker pancarı posa atığından pektinin kstraksiyonu,karakterizasyonu ve kullanımı
ELİF KARTAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL KILIÇ AKYILMAZ
- Bal kabağı kabuklarından ultrason destekli yöntem ile pektin ekstraksiyonu ve karakterizasyonu
Ultrasound assisted extraction and characterization of pectin from pumpkin peels
SEDA IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Gıda MühendisliğiTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM AKPINAR
- Şeker pancarı posasından ultrason destekli pektin eldesinin Taguchi yöntemi ile optimizasyonu
Optimization of the pectin obtaining with pre-treatment ultrasound from sugar beet pulp with using Taguchi method
ARZU SADİ DÖNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Gıda MühendisliğiErciyes ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT DOĞAN