Sustainable strategies to obtain protein from brewery wastes and evaluation of film forming properties
Malt atıklarından protein eldesi ve proteinin biyobozunur film üretiminde değerlendirilmesi
- Tez No: 767459
- Danışmanlar: PROF. DR. NEŞE ŞAHİN YEŞİLÇUBUK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 65
Özet
Sürdürülebilirlik çalışmaları ve atık yönetimi, dünyadaki kaynakların azalması nedeniyle global ölçüde ilgi görmektedir. Çevre kirliliği, dünya nüfusunun artması gibi faktörler daha verimli üretim yöntemlerinin geliştirilmesini sağlamaktadır. Gıda endüstrisi de atık yönetiminin etkili bir şekilde rol oynaması gereken sektörlerden biridir. Gıda atıklarının ekonomik olduğu kadar sosyal ve çevresel etkileri de görülmektedir. Bu bağlamda atık ve yan ürünlerin geri dönüşümü ve bu atıklardan katma değeri yüksek ürünlerin üretilmesi bir zorunluluk haline gelmektedir. Günümüzde gıda üretiminde oluşan atık ve yan ürünlerin değerlendirilmesi ve kullanılabilir hale getirilmesi için çalışmalar devam etmektedir. Bira, yaygın olarak üretilen ve tüketilen alkollü bir içecektir. Bira üretiminde açığa çıkan atık miktarlarının çok büyük olması nedeniyle atık yönetimi bu sektör için önemli bir adımdır. Üretimin her aşamasında farklı zengin içeriklere sahip atıklar oluşmaktadır. Örnek verilecek olunursa malt tozu, malt kökçüğü, malt çimi, bira mayşe atığı, atık şerbetçi otu ve atık maya bira endüstrisi atıklarının bir kısmını oluşturmaktadır. Üretilen atıkların bileşimleri göz önüne alındığında, çoğu bira atığı ürünün, düşük maliyetleri ve yüksek besleyici değerleri sayesinde gıda endüstrisinde yeniden kullanım için uygun olabilecekleri düşünülmektedir. Bu çalışmada, bira atığı olan malt çimi ve malt tozunun katma değerli ürün olarak değerlendirilmesini amaçlanmıştır. Malt çimi ve malt tozundan malt proteini elde etmek için alkali ekstraksiyonu, enzim ön işlemi ve ultrases destekli ekstraksiyon teknikleri kullanılmıştır. Enzim ön işlemli ekstraksiyonun, iki numune açısından da diğer yöntemler arasında %0.55 verimle en yüksek verimli ekstrakt olduğu görülmüştür. Enzim ön işlemiyle elde edilen ekstraktların %protein ve %nem içerikleri incelendiğinde ise diğer ekstraklar arasından en düşük protein (%32,40 ve %43,03), en yüksek nem (%15,69 ve %13,62) içeriklerine sahip oldukları bulunmuştur. Malt tozu ve malt çiminden malt proteini ekstraksiyonu sonrasında, malt proteini ve agardan (15:85, w:w) oluşan biyobozunur filmler elde edilmiştir. Film yapımı için kullanılan çözeltiler renk, pH, kuru madde içeriği ve şeffaflık bakımından incelenmiştir. Enzim ön işlemine tabi tutulmuş ekstraktlarla elde edilen film çözeltilerinin en düşük kuru madde içeriğine (%1,20 ve %1,90) sahip olduğu görülmüştür. Aynı zamanda en yüksek pH değeri (7.41 and 7.33) de yine enzim ön işlemine tabi tutulmuş ekstraktlarda ölçülmüştür. pH değeri, film oluşturan çözeltiler için kritik önem taşımaktadır. Protein interaksiyonları farklı pH değerlerinden önemli ölçüde etkilenmektedir. Bu nedenle pH değişikliği, çözeltilerin film oluşturabilme yeteneklerini de etkilemektedir. Proteinlerin izoelektrik noktasına yakın pH değerlerine sahip çözeltilerden oluşan filmlerin daha dayanıklı ve fiziksel özellikleri açısından istenilen özelliklere sahip oldukları görülmüştür. Biyobozunur filmler, film solüsyonlarının 60°C'de 24 saat kurutulması sonucunda elde edilmiştir. Enzim ön işlemine tabi tutulmuş ekstraktların, film oluşturma yeteneklerinin sınırlı olduğu görülmüştür. Kuruma esnasında bu filmlerde çatlamalar meydana gelmiş ve filmler elde edilememiştir. Enzim ön işlemine tabi tutulmuş ekstraktların çözeltilerinin en yüksek pH ve en düşük kuru madde içeriğine sahip olduğu bulunmuştur. Çözeltilerin pH değeri direkt olarak film oluşturma yeteneğini etkilemektedir. Bu iki faktör dışında enzim ön işlemi için uygulanan metodun da ekstraktların özelliklerini değiştirebileceği düşünülmektedir. Enzim ön işleminde, enzim aktivitesini durdurmak ve enzimi denature etmek için 20 dakika boyunca 80°C sıcaklık uygulanmıştır. Yüksek sıcaklık uygulamasının enzim denatürasyonu sırasında elde edilen malt proteinlerinde de denatürasyona sebep olabileceği düşünülmektedir. Proteinlerin denature olması, film oluşturma yeteneklerini doğrudan etkilemektedir. Çalışmada elde edilen tüm ekstraktların film oluşturma yetenekleri ve oluşan filmlerin özellikleri incelenmiştir. Filmlerin fiziksel özelliklerin belirlenmesi için diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), su buharı geçirgenliği (WVP), renk, kalınlık, opaklık ve şeffaflık analizleri yapılmış, filmlerin nem içerikleri ve şişme özellikleri belirlenmiştir. Filmler renk bakımından karşılaştırıldıklarında enzim ön işlemine tabi tutulmuş ekstraktlardan oluşan filmlerin b* değerlerinin negative olduğu görülmüştür. Bu filmlerin, diğer filmlere göre, yeşile daha yakın bir renge sahip oldukları söylenebilir. a* değerleri karşılatırıldığında ise malt çiminden alkali ektraksiyonla elde edilen ekstrakttan oluşan filmin diğer filmlere göre daha sarı bir rengi olduğu çıkarımı yapılabilir. Filmlerin nem içerikleri %11 ila %15 arasında değişmekte ve aralarında anlamlı bir fark bulunmamaktadır (p>0.05). Filmlerin su buharı geçirgenlikleri ise 28-29 g.mm/m2.h.kPa aralığındadır. Filmlerin su buharı geçirgenlikleri arasında da anlamlı bir fark görülmemiştir (p>0.05). Alkali ve ultrases destekli ekstraktlarla hazırlanan filmlerin antibakteriyel etkileri gram negatif bakteri Escherichia coli ATCC 43888, gram negatif bakteri ve insan patojeni Pseudomonas aeruginosa ve gram pozitif bakteri Staphylococcus aureus ATCC 6538'e karşı ve antifungal etkileri ise maya Candida albicans ATCC 10231'e karşı belirlenmiştir. Antimikrobiyel analiz için disk difüzyon yöntemi uygulanmıştır. Bakteriler Mueller-Hinton (MH) sıvı besiyerinde 37°C'de 16 saat boyunca inkübe edilmiş, ardından 106kob/mL konsantrasyonda MH agar petrilere yayılmıştır. C. albicans ise 22°C'de 16 saat boyunca inkübe edilmiş ve inkübasyonun ardından sıvı besiyerinden 0,1 mL alınarak SDA petrilere yayılmıştır. Biyobozunur filmlerden 6 mm çapında diskler kesilmiş ve disklerin her iki yüzeyi de 15 dakika boyunca UV radyasyon altında steril edilmiştir. 37°C'de 24 saat inkübasyon sonucu antibakteriyel etki, 25°C'de 72 saat ise antifungal etki incelenmiştir. C.albicans'a karşı herhangi bir antifungal etki gözlenmezken E. coli ve P. aeruginosa'ya karşı antibakteriyel etki görülmüştür. İnhibe edici alan çapları her iki bakteri için de, diskler dahil olmak üzere, 6 mm olarak belirlenmiştir. Ultrases destekli ekstraksiyon sonucu elde edilen ekstraktlardan üretilen filmlerde S. aureus'a karşı da antibakteriyel etki görülmüştür. S. aureus için inhibe edici alan çapları, diskler dahil olmak üzere, 6 mm olarak belirlenmiştir. Biyobozunur filmlerin toplam fenolik içerikleri, Folin-Ciocalteu analiziyle belirlenmiştir. Filmlerin toplam fenolik içerikleri bakımından istatistiksel bir farklılık bulunmamıştır (p>0.05). Sonuç olarak, bu çalışma malt proteini elde etmek için malt çimi ve malt tozunun kullanılabileceğini kanıtlamaktadır. Malt proteini ve agarın biyobozunur film eldesinde kullanılabileceği görülmüştür. Atıkları katma değeri yüksek bir ürün olarak değerlendirilmesi hem ekonomik olarak hem de sürdürülebilirlik çerçevesinde büyük önem arz etmektedir.
Özet (Çeviri)
Sustainability studies and waste management have gained worldwide attention due to the decrement of resources. Factors such as environmental pollution, and increase in world population lead to the development of more efficient production methods. Thus, recycling of waste and by-products and producing high value-added products from these wastes become a must. Beer is a widely produced and consumed alcoholic beverage. Waste management in beer production is an important step for the industry since the amounts of waste generated are enormous. Considering the composition of the waste generated, most brewery waste products can be suitable for reuse in the food industry as a source of valuable food components, bioactives or food additives due to their low cost and nutritive value. This study aimed to utilize brewery wastes, malt sprout and malt dust, as value-added products. For this purpose, alkali extraction, enzyme pre-treatment and ultrasound-assisted extraction techniques were applied in order to obtain malt protein. Enzyme pre-treated extraction had the highest yield (0.55%) for both of the samples and among the other methods. However, protein contents of the enzyme pre-treated extracts were the lowest (32.40% and 43.03%). Moreover, the moisture contents were the highest among the other samples (15.69% and 13.62%). After malt protein extraction, biodegradable films composed of malt protein and agar (15:85, w:w) were obtained. Film forming solutions were compared in terms of their colour, pH, dry matter content, and transparency. Film forming solutions having enzyme-pretreated extracts had the lowest dry matter content (1.20% and 1.90%) while having the highest pH value (7.41 and 7.33). Biodegradable films were obtained after evaporation at 60°C for 24 hours. Enzyme-pretreated extracts showed a limited capability of film forming. Film properties of all extracts were investigated. Differential scanning calorimetry (DSC), water vapour transmission rate (WVTR) and water vapour permeability (WVP), colour, thickness, transmittance and opacity analysis were performed for the determination of physical properties. Moreover, moisture content and swelling behaviour analysis of biodegradable films were also conducted. Antimicrobial activities of the prepared films having alkali and ultrasound-assisted extracts were determined against gram negative bacteria Escherichia coli, gram negative bacteria and human pathogen Pseudomonas aeruginosa, gram-positive Staphylococcus aureus and yeast Candida albicans. Disc diffusion method was conducted for the antimicrobial analysis. There were no antifungal effect observed against C.albicans; whereas, no bacterial growth of E. coli and P. aeruginosa was observed under discs. Ultrasound-assisted extracts showed antibacterial activity against S. aureus. Inhibitory zone diameters were determined as 6 mm, including the discs. Total phenolic contents of the biodegradable films were determined according to Folin-Ciocalteu assay. There were no statistical significance observed between the film samples (p>0.05). In conclusion, this study proves that malt protein extracted from malt sprout and malt dust, with the addition of agar, can form functional biodegradable films successfully. Moreover, brewery wastes can be used as high value added products in the food industry.
Benzer Tezler
- Effect of microwave pretreatment on fate of antimicrobials and conventional pollutants during anaerobic sludge digestion and biosolids quality for land application
Anaerobik çamur çürütme prosesinde uygulanan mikrodalga dezentegrasyon işleminin antimikrobiyallerin ve konvansiyonel kirleticilerin akıbetine ve arazi uygulaması için biyokatı kalitesine etkisi
GÖKÇE KOR BIÇAKCI
Doktora
İngilizce
2018
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
- Tarihi kent merkezlerinde mekan kalitesinin okunabilirliği üzerine araştırmalar
Researches on legibility of spatial quality in historical city centers
BEYZA ÇERMİKLİ
Doktora
Türkçe
2016
Peyzaj Mimarlığıİstanbul ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HANDE SANEM ÇINAR ALTINÇEKİÇ
- Mahalle ölçeğinde sürdürülebilir kentsel peyzaj tasarımı, Erzurum örneği
Sustainable urban landscape designing at district scale, a case study of Erzurum
REZA GHOLIZADEH
Doktora
Türkçe
2022
Peyzaj MimarlığıAtatürk ÜniversitesiPeyzaj Mimarlığı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN YILMAZ
- Pencere veri zarflama analizi ile hayat sigortası şirketlerinin etkinliklerinin analizi
Analysis of the efficiency of life insurance companies using window data envelopment analysis
ABDULLAH İLKAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERHAN ÇEBİ
- Enerji verimliliği yükümlülük sisteminin elektrik dağıtım şirketlerinde uygulanması
Implementation of energy efficiency obligation scheme to electricity distrubution companies
BERAT BERKAN ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERMİN ONAYGİL