Valorization of pea by-products: Development of protein-enriched biodegradable films
Bezelye yan ürünlerinin değerlendirilmesi: Proteinle zenginleştirilmiş biyobozunur filmlerin geliştirilmesi
- Tez No: 958091
- Danışmanlar: PROF. DR. NEŞE ŞAHİN YEŞİLÇUBUK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: 109
Özet
Gıda işleme süreçlerinde sürdürülebilirlik, özellikle atıkların azaltılması ve yan ürünlerin verimli şekilde değerlendirilmesi açısından önemli bir hedeftir. Bu doğrultuda, tarım ve gıda endüstrisine ait yan ürünlerin değer kazanımı (valorizasyonu) umut verici bir yaklaşım olarak öne çıkmaktadır. Tarım ve tarıma dayalı endüstri her yıl önemli miktarda atık ve yan ürün üretmektedir. Meyve ve sebze endüstrisinin toplam atığın yaklaşık %14,5'ine katkıda bulunduğu bilinmektedir. Özellikle kabuk, tohum, sap, yaprak ve posalar gibi bazı sebze bileşenleri, istenmeyen tat veya dokuya sahip olmaları nedeniyle sıklıkla atılmaktadır. Bezelye, taze, dondurulmuş veya kabuğu alınmış olarak süpermarketlerde yaygın şekilde tüketilen mevsimlik baklagillerden biridir. Bezelye tanesi ayıklama işlemi sırasında yaklaşık %30–40 oranında bezelye kabuğu atığı oluşmaktadır. Son yıllarda, bezelye kabuklarının fonksiyonel gıda bileşeni olarak kullanımına yönelik ilgi artmıştır; çünkü bu kabuklar, diyet lifi, karbonhidrat, toplam protein, mineral ve biyoaktif bileşenler açısından zengindir. Özellikle bezelye kabuklarının toplam protein oranının yaklaşık %13 olduğu bildirilmektedir. Bezelye kabuğu gibi tarımsal-endüstriyel yan ürünlerin etkin bir şekilde değerlendirilmesi, çevresel sürdürülebilirlik ve ekonomik uygulanabilirlik açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın amacı, bezelye kabuklarını yüksek katma değerli bir bileşen olarak kullanarak protein ekstrakte etmek ve elde edilen bu proteinin biyobozunur film oluşumundaki potansiyelini değerlendirmektir. Bu kapsamda, bezelye kabuğu proteini ile formüle edilen biyobozunur filmlerin karakterizasyonu yapılmış ve film oluşturucu materyal olarak uygulanabilirliği analiz edilmiştir. Bu çalışma, bezelye kabuğu proteininden biyobozunur film üretiminin uygulanabilirliğini ortaya koyarak tarımsal yan ürünlerin değerlendirilmesine katkı sağlamayı ve sürdürülebilir ambalaj alternatifleri geliştirmeyi amaçlamaktadır. Çalışma dört aşamadan oluşmaktadır: bezelye kabuklarının protein ekstraksiyonu için hazırlanması, protein ekstraksiyonu, bezelye kabuğu proteini içeren biyobozunur filmlerin geliştirilmesi ve bu filmlerin karakterizasyonu. Çalışmada kullanılan taze bezelyeler, Mersin'de yetiştirilip hasat edilmiş ve İstanbul'da satışa sunulan yerel bir pazardan temin edilmiştir. Çalışmanın en başında taze bezelyelerin taneleri kabuk kısımlarından ayrılıp ayıklanmış, yıkanıp gölgede 72 saat kurumaya bırakılmıştır. Kurutmanın ardından alkali ekstraksiyon işlemi için ince toz haline getirilmiştir. Bezelye kabuğu proteini, protein geri kazanım verimini artırdığı bilinen ultrason ön işlemli alkali ekstraksiyon yöntemiyle elde edilmiştir. Ekstraksiyon işleminden sonra elde edilen protein, biyobozunur film hazırlığında kullanılabilmesini sağlamak amacıyla dondurarak kurutma işlemine tabi tutulmuştur. Ekstraksiyon verimini belirlemek için hem bezelye kabuğu tozunun hem de ekstrakte edilen proteinin protein içeriği analiz edilmiştir. Toplam azot içeriği Kjeldahl yöntemi ile hesaplanmış ve azotu proteine dönüştürmek için 6,25 dönüşüm katsayısı kullanılmıştır. Bezelye kabuğu proteininin farklı film yapıcı materyallerle birlikte kullanıldığında film oluşturma üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla çeşitli film oluşturucu materyaller incelenmiştir. Yapısal ve fonksiyonel özellikleri sayesinde film geliştirmede yaygın olarak tanınan agar, balık jelatini ve kitosan ana film oluşturucu materyaller olarak belirlenmiştir. Bu ön değerlendirme sonrasında farklı kombinasyon ve konsantrasyonda film oluşturma çözeltileri hazırlanmış ve bu çözeltiler kullanılarak biyobozunur filmler geliştirilmiştir. Başarıyla film haline getirilen beş farklı film formülasyonu ileri analizler için seçilmiştir. Bu filmlerden üçü bezelye proteini içermekte olup, diğer ikisi kontrol örneği olarak değerlendirilmiştir. Bu formülasyonlar şunlardır: A (agar bazlı film), AP (agar ve bezelye kabuğu proteini bazlı film), AGP (agar, jelatin ve bezelye kabuğu proteini bazlı film), C (kitosan bazlı film) ve CP (kitosan ve bezelye kabuğu proteini bazlı film). Biyobozunur filmler solvent döküm yöntemi kullanılarak 55°C'de 24 saat kurutma işleminin ardından elde edilmiştir. Geliştirilen filmler, fiziksel ve fonksiyonel özelliklerinin değerlendirilmesi amacıyla çeşitli karakterizasyon testlerine tabi tutulmuştur. Film kalınlığı ölçülerek protein katkısının film üzerindeki etkisi incelenmiştir. Işık geçirgenliği ve opaklık analizleri, ambalaj uygulamaları için kritik öneme sahip şeffaflık özelliklerini değerlendirmek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Nem içeriği ve su tutma davranışı da filmlerin su emme direnci ve nemli ortamlardaki stabilitesini belirlemek için test edilmiştir. Ambalaj malzemelerinde renk önemli bir parametre olduğundan, protein katkısının neden olduğu olası değişiklikleri belirlemek için renk analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, bozulabilir gıda ürünlerinin raf ömrünü uzatmak açısından avantaj sağlayabilecek antimikrobiyal özellikleri test etmek amacıyla antimikrobiyal aktivite analizleri de yapılmıştır. Deneysel ölçümler için çeşitli cihazlar kullanılmıştır: kalınlık ölçümü için elektronik dijital mikrometre, ışık geçirgenliği ve opaklık ölçümleri için nano spektrofotometre, renk analizleri için kromametre. Tüm filmlerin antimikrobiyal aktiviteleri; Staphylococcus aureus, Escherichia coli ve Aspergillus niger kullanılarak agar disk difüzyon yöntemiyle değerlendirilmiştir. İstatistiksel analizler Minitab yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Protein ekstraksiyonu ultrason ön işlemli alkali ekstraksiyon yöntemiyle gerçekleştirmiş olup protein içeriği analizleri bulgularına göre, ekstraksiyon işleminin verimliliği %13,20 olarak belirlenmiştir. Bu oran, bezelye kabuğundan toplam proteinden başarıyla geri kazanılan protein oranını ifade etmektedir. Daha önce yapılan bazı çalışmalarda, bezelye kabuğundan protein ekstraksiyonu için farklı yöntemler denenmiş, ultrason ve enzim ön işlemlerinin etkileri değerlendirilmiştir. Bu çalışmalar, ultrason ön işlemli alkali ekstraksiyon metodunun en yüksek protein geri kazanımını sağladığını göstermiştir ve mevcut çalışmada elde edilen sonuçlarla da benzerlik göstermektedir. Kalınlık bulgularına göre, agar içeren filmler arasında anlamlı bir fark gözlenmemiştir (p>0,05). Ancak kitosan içeren filmler, agar içerenlerle karşılaştırıldığında kalınlık açısından anlamlı fark göstermiştir (p
Özet (Çeviri)
Sustainability in food processing is an important goal, particularly in reducing waste and utilizing by-products efficiently. One promising approach involves the valorization of agro-industrial by-products. Pea pod, a by-product of pea processing, is often discarded or underutilized despite being rich in nutritious components. In this study, the potential of pea pod was explored to develop biodegradable films enriched with protein. These films are intended to serve as sustainable alternatives to conventional plastic packaging, particularly within the food industry. To maximize protein yield, protein extraction from pea pod was performed using Ultrasound-pretreated alkali extraction method. This technique combines alkaline extraction with ultrasound treatment to help break down cell walls and release higher amounts of protein. After the extraction process, protein yield and efficiency were evaluated to ensure effectiveness. After obtaining the protein, a series of commonly used film-forming materials were examined to investigate the effect of pea pod protein on film formation by combining it with various film-forming materials. Based on the well-documented structural and functional properties in biodegradable film formation, agar, fish gelatin, and chitosan were selected as primary film-forming agents. Agar and chitosan were chosen due to their film-forming properties, while gelatin was included in some formulations to enhance film flexibility. Each formulation aimed to integrate the beneficial properties of the selected biopolymers while also incorporating the extracted pea protein. After this preliminary evaluation, film-forming solutions were prepared using different combinations and concentrations of these materials, and subsequently, biodegradable films were developed. Five different film formulations, successfully formed into films, were selected for further analysis. Among these, three formulations contained pea pod protein, while the remaining two formulations were considered control samples. The selected formulations are as follows: A (agar-based film), AP (agar-pea pod protein-based film), AGP (agar-gelatin-pea pod protein-based film), C (chitosan-based film), and CP (chitosan-pea pod protein-based film). The obtained film samples were systematically characterized through a series of tests to evaluate their physical and functional properties. Thickness measurements were conducted to determine the effect of protein addition on the film structure. To evaluate the transparency of the films, permeability and opacity analyses were conducted, which are critical factors in potential food packaging applications. Moisture content and swelling behavior were examined to evaluate the water absorption resistance of the film samples and their stability in humid environments. Due to the fact that, color is an important factor for packaging applications, color analysis was conducted to evaluate the changes caused by protein enrichment. Additionally, antimicrobial activity tests were conducted to determine the ability of the film samples to inhibit microbial growth, as antimicrobial properties correlate with prolonged shelf life of the food products. The results showed that protein enrichment positively affected the film properties, providing good structural integrity, balanced moisture resistance, and acceptable transparency. Some protein-enriched film samples also exhibited antimicrobial activity, indicating their potential suitability for food packaging applications. These findings highlight the potential to develop biodegradable, protein-rich films using pea pod protein that offer both environmental and functional benefits.
Benzer Tezler
- Stiren-etilakrilat kopolimerinin gaz kromatografisi ile incelenmesi
Characterization of styren ethylacrylate copolymers by gas gromatography
REŞAT BENZER
- Son kullanma tarihi geçmiş ve iade edilmiş çeşitli gıdaların biyoetanol üretiminde değerlendirilmesi
Valorization of various expired and returned food products for bioethanol production
BURCU DUYGU AÇIKGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
BiyoteknolojiEge ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAİT SARGIN
- Valorization of carrot processing by-products through fermentation and extrusion for enhanced bioactive content and bioaccessibility
Havuç işleme yan ürünlerinin fermentasyon ve ekstrüzyon yoluyla değerlendirilmesi, biyoaktif içerik ve biyoerişilebilirliğin artırılması
DAMLA EZGİ UZUN
Doktora
İngilizce
2025
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
- Valorization of lignocellulosic waste abundant in Türkiye for potential application in sustainable lithium recovery
Sürdürülebilir lityum geri kazanımında potansiyel uygulama için Türkiye'de yaygın bulunan lignoselülozik atıkların değerlendirilmesi
YAŞAR KEMAL RECEPOĞLU
Doktora
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ASLI YÜKSEL ÖZŞEN
- Valorization of lignocellulosic waste by oleaginous yeast
Lignoselülozik atıkların yağlı maya ile değerlendirilmesi
HÜLYA ÜNVER
Doktora
İngilizce
2023
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ