Utilization of pectin produced from infrared dried orange peel in development of electrospun nanofibers and characterization of the nanofibers
Kızılötesi ile kurutulmuş portakal kabuğundan üretilen pektinin elektroeğrilmiş nanolif tasarımında kullanımı ve nanoliflerin karakterizasyonu
- Tez No: 799159
- Danışmanlar: PROF. DR. ARZU BAŞMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 112
Özet
Son yıllarda, kızılötesi (IR; Infrared) teknolojisinin gıda endüstrisinde kullanımı konvansiyonel ısıtmaya kıyasla avantajlarından (etkin, enerji tasarruflu, düşük maliyetli, doğrudan ürüne penetrasyon, hızlı ısıtma ve kısa işlem süresi) dolayı artmaktadır. Pektin biyouyumluluğu, toksik olmayan yapısı, biyolojik olarak parçalanabilirliği nedeniyle gıda ve ilaç endüstrilerinde birçok araştırmada kullanılmaktadır. Pektin daha az enerji kullanımı, parçacık boyutu dağılımının daha iyi kontrolü, maliyet etkinliği ve oda sıcaklığında uygulanabilirlik gibi çeşitli avantajlara sahip elektroeğirme yöntemi kullanılarak nanolif üretiminde de kullanılmaktadır. Meyve suyu endüstrisi atıkları, pektin için önemli kaynaklardır. Bu tezde, kızılötesinde veya etüvde farklı koşullarda kurutulmuş portakal kabuklarından pektin ekstrakte edilmiştir. Farklı kurutma ve ekstraksiyon koşullarının pektin özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. Bu pektin örnekleri, farklı elektroeğirme parametreleri kullanılarak PEO veya PVA ile birlikte nanolif üretmek için kullanılmıştır. Pektin özellikleri ve farklı elektroeğirme parametrelerinin nanoliflerin özellikleri üzerinde etkileri incelenmiştir. Portakal kabuğu örnekleri, kızılötesinde (600W, 700W ve 800W-30dk) veya etüvde (60 ve 70°C) kurutulmuştur. Pektin, kurutulmuş portakal kabuklarından 90°C'de farklı ekstraksiyon koşulları (pH1-1.5-2, ekstraksiyon süresi 60-90-120dk.) kullanılarak ekstrakte edilmiştir. En iyi pektin ekstraksiyon yöntemi, pektin örneklerinin ve pektin nanoliflerinin özellikleri incelenerek belirlenmiştir. Pektin örnekleri yüksek saflığa (galakturonik asit %72.79-98.66) ve yüksek esterleşme derecesine (59.22-94.06%) sahiptir. En yüksek pektin verimi; etüvde kurutulmuş örnekler için pH1-120dk'da elde edilirken, kızılötesinde kurutulmuş örnekler için pH1.5-120dk'da elde edilmiştir. Pektin verim değerleri ile birlikte elektroeğrilmiş nanoliflerin özellikleri; pH1.5-120dk'da pektin ekstraksiyonun daha iyi morfoloji ile küçük çapta lif oluşumu için anahtar parametre olduğunu doğrulamıştır. Yalnızca pektin (800W-30dk'da kızılötesinde kurutulmuş portakal kabuklarından ekstrakte edilen) çözeltisinden nanolif üretimi mümkün olmamıştır. Yardımcı polimeri belirlemek için pektin:PEO (% 3:1, 3:2, 4:1, 4:2, 5:1 (w/w)) veya pektin:PVA (% 2:5, 2:6, 2.5:5, 2.5:6, 3:5, 3:6 (w/w)) kullanılarak nanolif üretilmiştir. Akış hızı (0.2- 0.7ml/saat), voltaj (15-35kV) ve mesafe (8-20cm) gibi farklı elektroeğirme parametreleri kullanılmıştır. Pektin, pektin+PEO çözeltilerinde pektin+PVA çözeltilerine göre daha yüksek konsantrasyonlarda kullanılmıştır. Nanoliflerin morfolojisi (SEM), DSC termogramı ve su temas açısı belirlenmiştir. Sonuçlar göz önüne alındığında, en uygun yardımcı polimer ve elektroeğirme çözeltisi konsantrasyonu pektin:PEO 3:1 (% w/w, Triton X-100 ile) ve en iyi elektroeğirme parametresi 15cm,0.5ml/sa,35kV olarak seçilmiştir. PEO nanoliflerinin XRD desenleri, elektroeğirme işleminin PEO'nun kristalliğini azalttığını göstermiştir. Ancak elektroeğirme, pektinin XRD desenlerinde bir değişikliğe neden olmamıştır. Çalışmada üretilen pektin örneklerinin entalpi değerleri (89.31-108.95 J/g), ticari pektininkine (71.07 J/g) kıyasla daha yüksektir. PEO+pektin nanoliflerinin FTIR, DSC termogramı ve XRD desenlerinde PEO veya pektinin her ikisinin piklerinin gözlenmesi, nanolif üretiminde PEO ve pektinin uyumlu olduğunu göstermiştir. Çalışmada üretilen pektini içeren pektin+PEO nanolifleri (20.98-50.14°), ticari pektin (15.60°) içeren nanolife kıyasla daha yüksek su temas açısı değerine sahiptir. 700W- 30dk'da kurutulmuş portakal kabuğundan elde edilen pektin, orta derecede (50.14°) hidrofilik yüzey özellikleri sergilemiştir. Genel olarak elde edilen sonuçlar, pektin+PEO nanoliflerinin gıda endüstrisinde çeşitli uygulamalarda potansiyele sahip olduğunu göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In recent years, utilization of infrared (IR; Infrared) drying in food industry is increasing, due to its advantages (efficient, energy saving, low cost, direct heat penetration, fast heating rate, short processing time) over conventional heating. Pectin has been used in many researches in food and pharmaceutical industries due to its biocompatibility, nontoxic structure and biodegradability. Pectin is also used in production of nanofiber by using electrospinning which has advantages (less energy requirement, better control of particle size, cost effectiveness, applicability at room temperature). Wastes of fruit juice industry are important sources of pectin. In this thesis, pectin was extracted from orange peels infrared dried or oven dried at different conditions. The effects of different drying and extraction conditions on pectin properties were investigated. Nanofibers were produced by using these pectin samples by itself or with PEO or PVA at different electrospinning parameters. The effects of pectin properties and different electrospinning parameters on the characteristics of nanofibers were investigated. Orange peel samples were infrared dried (600W,700W,800W for 30min) or oven dried (60°C,70°C). Pectin was extracted from dried orange peels at 90°C, by using different extraction conditions (pH1-1.5-2, for 60-90-120min.). Best pectin extraction method was determined by investigating properties of pectin samples and pectin nanofibers. The pectin samples had high purity (galacturonic acid 72.79-98.66%) and high esterification degree (59.22-94.06%). The highest yield of pectin was obtained at pH1-120min for oven dried and pH1.5-120min. for infrared dried samples. Pectin yield values together with the properties of electrospun nanofibers confirmed that pectin extraction at pH1.5-120min. is the key parameter for finest fiber formation with better morphology. It was not possible to produce nanofibers from pure pectin (extracted from orange peels infrared dried at 800W-30min.) solutions. Nanofibers were produced by using pectin:PEO (3:1, 3:2, 4:1, 4:2, 5:1% (w/w)) or pectin:PVA (2:5, 2:6, 2.5:5, 2.5:6, 3:5, 3:6% (w/w)) solutions in order to determine the co-polymer. Different electrospinning parameters such as flow rate (0.2-0.7ml/h), voltage (15-35kV), distance (8-20cm.) were used. Higher concentrations of pectin was used in pectin+PEO solutions as compared to pectin+PVA solutions. Morphology (SEM), DSC thermogram, water contact angle of the nanofibers were determined. Based on the results, the most appropriate polymer and electrospinning solution concentration was chosen as pectin:PEO 3:1(%w/w,with Triton X-100) and the best electrospinning parameters were chosen as 15cm,0.5ml/h,35kV. XRD patterns of PEO nanofibers showed that electrospinning process reduced the crystallinity of PEO. However, electrospinning did not cause a change in XRD patterns of pectin. Enthalpy values (89.31-108.95 J/g) of the pectin samples produced in the study were higher as compared to that of commercial pectin (71.07 J/g). Both of the peaks of PEO or pectin were observed in FTIR, DSC thermogram and XRD pattern for pectin+PEO nanofibers, indicating the compatibleness of PEO and pectin in nanofiber production. Pectin+PEO nanofibers including pectin produced in the study had higher water contact angle value (20.98-50.14°) as compared to that of commercial pectin (15.60°) nanofiber. Pectin extracted from orange peels dried at 700W-30min. showed moderate (50.14°) hydrophilic surface characteristics. Overall results indicated that pectin+PEO nanofibers may have a potential in various applications of food industry.
Benzer Tezler
- Tarımsal kaynaklı atıklardan aktif karbon üretimi
Başlık çevirisi yok
İLKNUR ÇİÇEK
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSEN İPEKOĞLU
- Microbial production of alkaline pectinase from hazelnut shell
Fındık kabuğundan mikrobiyal alkali pektinaz üretimi
SİBEL UZUNER
Doktora
İngilizce
2014
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DENİZ ÇEKMECELİOĞLU
- Portakal kabuklarından biyobozunur nanokompozit film üretilmesi ve gıda ambalajı olarak değerlendirilmesi
Biodegradable nanocomposite film production from orange peels and utilization as food packaging
ZERRİN ÇOKAYGİL
Doktora
Türkçe
2013
Çevre MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜFİDE BANAR
- Utilization of electrospun nanofibers containing gelatin or gelatin-cellulose acetate for preventing syneresis in tomato ketchup
Jelatın veya jelatın-selüloz asetat içeren nanoliflerin domates ketçaplarında sineresisi önleyici olarak kullanılması
SAMAN HENDESSİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY
- Polisakkaritlerle kaplı manyetik nanopartiküllerin üretimi ve enzim immobilizasyonu için kullanılması
Production of magnetic nanoparticles coated with polysaccharides and their utilization in enzyme immobilization
NİHAL YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyoteknolojiEskişehir Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SUZAN BİRAN AY