KARİDES ATIKLARINDAN KİTİN VE KİTOSAN ÜRETİMİ: OPTİMİZASYON VE KARAKTERİZASYON

Transkript

1 KARİDES ATIKLARINDAN KİTİN VE KİTOSAN ÜRETİMİ: OPTİMİZASYON VE KARAKTERİZASYON Kader TOKATLI Aslıhan DEMİRDÖVEN Gaziosmanpaşa Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü TOKAT

2 SUNUM İÇERİĞİ Neden karides atıkları? Kitin - Kitosan nedir? Kitosan nasıl elde edilir? Çalışmanın amacı Materyal Metod Bulgular Kitin Üretiminin optimizasyonu Kitosan Üretiminin optimizasyonu Kitosan karakterizasyonu Sonuç

3 Neden Karides Atıkları? Deniz kabuklularının %20 si yenilebilir kısım %80 atık Değerlendirilmelerine ilişkin herhangi bir veri yok Karides atıklarının uygun bir şekilde ortadan kalkması sağlanabilir Katma değeri daha yüksek bir ürüne dönüştürülerek ülke ekonomisine katkı sağlanabilir

4 Neden Karides Atıkları? TÜİK (Türkiye İstatistik Kurumu) 2013 verilerine göre; ,0 ton deniz kabuklusu 4.027,6 tonu Karides 2.056,6 tonu Marmara bölgesinde

5 KİTOSAN Doğada en çok bulunan ikinci polisakkarit olan kitinin deasetilasyonuyla elde edilen doğal bir karbonhidrat polimeridir.

6 Kitin poli-[β-(1,4)-2-asetamid-2-deoksi-β-d-glukopiranoz] Kitosan poli-[β-(1,4)-2-amino-2-deoksi-β-d-glukopiranoz]

7 Günümüzde endüstriyel kitinin temel kaynağını karides, yengeç ve ıstakoz gibi deniz kabuklularının atıkları oluşturmaktadır. Atıklar: mineral (%20-50) protein (%20-50) kitin (%5-40)

8 Kitosan Üretim Yöntemleri Deminerilizasyon Deproteinizasyon Deasetilasyon Kimyasal HCI NaOH KOH NaOH Enzimatik Proteazlar, Papain, Pepsin, Tripsin Kitin deasetilaz Mikrobiyal Rhizopus oryzae Lactococcus lactis Lactobacillus plantarum Teredinobacter turnirae Lactobacillus plantarum Mucor rouxii Aspergillus niger Rhizopus oryzae

9 ÇALIŞMANIN AMACI Hiçbir ticari değeri olmayan karides atıklarından kimyasal üretim basamaklarını kullanarak Katma değeri yüksek bir ürün olan kitosan üretmek için Karides atıklarından maksimum verimle kitin üretim koşullarının optimizasyonu Optimum noktada üretilen kitinden kitosan üretim koşullarının optimizasyonu Optimum noktada üretilen kitosanların karakterizasyonu

10 MATERYAL Çalışmada kullanılan karides atıkları Marmara Denizi nde avlanan karideslerden temin edilmiştir.

11 METOD Yıkama-Kurutma Boyut Küçültme Blender Deminerilizasyon HCI Deproteinizasyon NaOH Dekolorizasyon H 2 O 2 Deasetilasyon NaOH

12 KİTOSANIN KARAKTERİZASYONU Analiz Mineral Madde Protein Tayini Yöntem Toplam Kül Tayini Biüret Yöntemi Renk (Beyazlık İndeksi) Hsu, Chen, Weng, & Tseng, 2003 Deasetilasyon Derecesinin (%DD) Belirlenmesi Molekül Ağırlığı Viskozite SEM Görüntüleri Titrimetrik (Jia ve Shen, 2002) Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi Ubbelohde Viskozimetresi Viskozimetre Taramalı Elektron Mikroskobu

13 İSTATİSTİKSEL ANALİZ Optimizasyon modellerinin oluşturulması ve değerlendirilmesinde Cevap yüzey yöntemi kullanılmıştır. Box Benken deneme planı izlenmiştir.

14 KİTİN ÜRETİMİNİN OPTİMİZASYONU

15 Kitin Üretim Optimizasyon Koşulları Aşama Deminerilizasyon Deproteinizasyon Bağımsız Değişkenler Değişken Seviyeleri Süre (saat) 0,5-24 HCl konsantrasyonu (M) 0,5-1,5 Sıcaklık ( C) Süre (saat) 0,5-24 NaOH konsantrasyonu (M) 0,5-1,25

16 Kitin Üretim Optimizasyon Yanıtları Kitin Optimizasyonu Maksimum Kitin Verimi Yapılabilirlik Fonksiyonu Minimum Protein Minimum Mineral Madde

17 Kitin Üretimi Deminerilizasyon aşaması Hidroklorik asit (HCl) çözeltisi Optimizasyon için: süre (0,5-24 saat) ve çözelti konsantrasyonu (0,5-1,25M) HCI 100mL Karides atıkları 10g Demineralize örnek

18 Kitin Üretimi Deproteinizasyon aşaması Sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi Optimizasyon için: süre (0,5-24 saat), sıcaklık (60-100⁰C) ve çözelti konsantrasyonu (0,5-1,25M) NaOH 100mL Deminerilize örnek Demineralize-Deproteinize örnek KİTİN

19 Kitin Üretimi Dekolorizasyon aşaması %35 lik hidrojen peroksit (H 2 O 2 ) çözeltisi Kitin Dekolorize kitin H 2 O 2

20 Kitin Üretiminin Deneysel Yanıt Değerleri Run Factor 1 A:DM süresi dakika Factor 2 B:DM HCI k. Molar Factor 3 C:DP Sıcaklık C Factor 4 D:DP süresi dakika Factor 5 E:DP NaOH k. Molar Response % Kitin Verimi

21 Deneysel Yanıt Değerleri devam Run Factor 1 A:DM süresi dakika Factor 2 B:DM HCI k. Molar Factor 3 C:DP Sıcaklık C Factor 4 D:DP süresi dakika Factor 5 E:DP NaOH k. Molar Response % Kitin Verimi

22 Kitin için ANOVA tablosu Kareler Serbestlik Kareler F p-değeri Source Toplamı Derecesi Ortalaması değeri Prob >F Model < significant A-DM-süresi B-DM-HCl konsan C-DP-Sicaklik D-DP-süre < E-DP-NaOH kons AB AC AD AE BC BD BE CD CE DE A B C < D E Residual Lack of Fit not significant Pure Error Cor Total Std. Dev Mean 8.24 C.V. % 3.30 PRESS 6.96 R-Squared Adj R-Squared Pred R-Squared Yeterli kesinlik

23 Çoklu Regresyon Eşitliği KİTİN VERİMİ (%) = A B C D E AB AC AD AE BC BD BE CD CE DE A B C D E 2 A : DM Süresi B : DM-HCI konsantrasyonu C : DP-Sıcaklık D : DP-Süre E : DP-NaOH konsantrasyonu

24 %95 güven sınırları Model Üzerine Etkisi Olan Değişkenler deproteinizasyon sıcaklığı deproteinizasyon süresi deproteinizasyon çözelti konsantrasyonu Lineer deproteinizasyon süre-sıcaklık deproteinizasyon sıcaklık-çözelti konsantrasyonu İnteraksiyon deminerilizasyon süresi deminerilizasyon sıcaklığı deproteinizasyon sıcaklığı deproteinizasyon çözelti konsantrasyonunun Quadratik

25 Yapılabilirlik Fonksiyonuna Ait Değişkenler ve Yanıtlar Run DM süresi dakika DM HCI k. Molar DP Sıcaklık C DP süresi dakika DP NaOH k. Molar Yapılabilirlik Kitin Verimi % Beklenen Kitin Verimi % Hesaplanan Protein % Mineral Madde %

26 Kitin Üretimi için Optimum Nokta 133 dakika Deminerilizasyon süresi 0.73M Deminerilizasyonda kullanılan HCI konsantrasyonu 60.50±1 C Deproteinizasyon sıcaklığı 76 dakika Deproteinizasyon süresi 0.95M Deproteinizasyonda kullanılan NaOH konsantrasyonunu

27 KİTOSAN ÜRETİMİNİN OPTİMİZASYONU

28 Kitosan Üretim Optimizasyon Koşulları Aşama Deasetilasyon Bağımsız Değişkenler Değişken Seviyeleri Sıcaklık ( C) Süre (saat) 1-12 NaOH konsantrasyonu (%) 40-50

29 Kitosan Üretim Optimizasyon Yanıtları Kitosan Optimizasyonu Maksimum Kitosan Verimi Yapılabilirlik Fonksiyonu 2 farklı deasetilasyon derecesine sahip kitosan

30 Kitosan Üretimi Deasetilasyon aşaması Sodyum hidroksit (NaOH) çözeltisi Optimizasyon için: süre (1-12 saat), sıcaklık ( C) ve çözelti konsantrasyonu (%40-50) NaOH 20mL Kitin 1g Kitosan

31 Kitosan Üretiminin Deneysel Yanıt Değerleri Run Factor 1 A:Sıcaklık C Factor 2 B:Süre dakika Factor 3 C:NaOH kon. % Response Kitosan Verimi %

32 Kitosan İçin Anova Tablosu Kaynak Kareler Serbestlik Kareler F p-değeri Toplamı Derecesi Ortalaması Değeri Prob > F Model significant A-Sıcaklık < B-Süre C-NaOH kon AB AC BC A B C Residual Lack of Fit not significant Pure Error Cor Total Std. Dev Mean C.V. % 1.74 PRESS R-Squared Adj R-Squared Pred R-Squared Yeterli kesinlik

33 Çoklu Regresyon Eşitliği KİTOSAN VERİMİ (%) = A 2.08B 2.44C 2.18AB 0.35AC BC A B C 2 A : Deasetilasyon - Sıcaklık B : Deasetilasyon - Süre C : Deasetilasyon NaOH konsantrasyonu

34 %95 güven sınırları Model Üzerine Etkisi Olan Değişkenler Deasetilasyon sıcaklığı Deasetilasyon süresi Deasetilasyon çözelti konsantrasyonu Lineer Deasetilasyon sıcaklık süre Deasetilasyon süre- çözelti konsantrasyonu İnteraksiyon Deasetilasyon çözelti konsantrasyonu Quadratik

35 Yapılabilirlik Fonksiyonuna Ait Değişkenler ve Yanıtlar Run DA süresi dakika DA sıcaklığı C DA NaOH kon. % Yapılabilirlik Kitosan Verimi % Beklenen Kitosan Verimi % Hesaplanan Deasetilasyon Derecesi , ,06

36 Kitosan Üretimi için Optimum Noktalar %40 Deasetilasyonda kullanılan NaOH konsantrasyonu %50 120⁰C Deasetilasyon sıcaklığı 100⁰C 300 dakika Deasetilasyon süresi 720 dakika KİTOSAN-1 KİTOSAN-2

37 KİTOSANIN KARAKTERİZASYONU

38 Protein (%) 47,45 4,46 4,86 Karides atığı Kitosan-1 Kitosan-2

39 Mineral Madde (%) 23,27 1,22 1,25 Karides atığı Kitosan-1 Kitosan-2

40 Beyazlık İndeksi 71,57 62,94 Kitosan-1 Kitosan-2

41 Deasetilasyon Derecesi 66,05 78,2 80,06 84,95 Kitosan-1 Kitosan-2 Titrimetrik yöntem FTIR

42 Moleküler Ağırlık-Viskozite Kitosan-1 Moleküler ağırlık 182kDa 150cP Viskozite Moleküler ağırlık 127kDa 40cP Viskozite Kitosan-2

43 SEM görüntüleri Kitosan-1 Kitosan-2

44 SONUÇ Bu çalışmada kimyasal üretim basamakları kullanılarak ticari olarak hiçbir önemi olmayan karides atığından, kitin ve kitosan üretim koşullarının optimizasyonu ve optimum noktalarda üretilen kitosanların karakterizasyonu yapılmıştır.

45 Sonuç Karides atıklarından % verimle Kitin %8.05 verimle Kitosan-1 %7.72 verimle Kitosan-2 üretilmiştir.

46 Sonuç Çalışmada hiçbir ticari değeri olmayan karides atıkları katma değeri yüksek bir ürün olan kitosana kimyasal üretim basamakları kullanılarak başarılı bir şekilde dönüştürülmüştür. Bununla birlikte çalışmanın ana hedeflerinden biri olan atık değerlendirme Marmara denizinde avlanan karides atıkları kullanılarak etkili bir şekilde başarılmıştır. Ancak ileriki çalışmalarda karides atıklarının içerdiği yüksek proteinin ve renk pigmenti astaksantinin de geri kazanımı ile sıfıra yakın atık yaklaşımı sağlanarak ülkemiz ekonomisine daha fazla yarar sağlayacağı düşünülmektedir.

47 Sonuç Üretilmiş olan kitosanların etkinlikleri, yapılmış olan Kitosanlardan elde edilen yenilebilir film kaplamanın kirazların raf ömrüne etkisi Kitosanların bazı kültür bitkilerinde antifungal etkinlikleri 2 farklı çalışma ile test edilmiş ve oldukça başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

48 TEŞEKKÜR EDERİM Bu araştırma Gaziosmanpaşa Üniversitesi BAP birimi tarafından 2014/60 proje numarası ile desteklenmiştir.