ÖZEL EGE LİSESİ KİTOSANLA KAPLA GÜVENDE OL

Transkript

1 ÖZEL EGE LİSESİ KİTOSANLA KAPLA GÜVENDE OL HAZIRLAYAN ÖĞRENCİLER: Can İlber AKDENİZ DANIŞMAN ÖĞRETMEN: Gökhan TUFAN İZMİR 2016

2 İÇİNDEKİLER 1. Projenin amacı Projenin hedefi Kitin ve kitosanın elde ediliş yolları Kitosanın kullanım alanları Gerçekleştirilen faaliyetler.6 6. Sonuçlar, Sonuçların değerlendirilmesi Kaynaklar.6 8. Fotoğraflar 7-8 1

3 PROJENİN; AMACI: Kitosanın mikrodalga ışınlara karşı koruma özelliğini araştırmak HEDEFİ: Kitosanla kaplanmış mikrodalga fırın camlarının mikrodalga ışınları tutup tutmadığının, tutuyorsa ne kadar tuttuğunun tespit edilmesi KİTİN VE KİTOSANIN ELDE EDİLİŞ YOLLARI: Dünya çapında, deniz ürünleri üreticisi şirketler tarafından büyük miktarda yengeç ve karides kabuğu değerlendirilmeden çevreye atılmaktadır. Özellikle son yıllarda atıkların yeniden değerlendirilmelerinin gündeme gelmesiyle birlikte, kabuklu su ürünleri çürümeye bırakılmak yerine, kimyasal veya biyolojik yöntemlerle yeniden değerlendirilmekte ve yeni ürünler elde edilmektedir. Bu şekilde edilen ürünlerin başında kitin ve başlıca türevi olan kitosan gelmektedir. Doğal bir biyopolimer olan kitosan, özellikle son 50 yıldır araştırmacılar için ilginç bir materyal olarak yerini korumaktadır. Kitine göre birçok avantaja da sahip olan kitosan başta gıda, kozmetik, ziraat, tıp, kağıt ve tekstil olmak üzere birçok endüstri dalında kullanım alanı bulmuştur. Tekstil terbiyesi işlemlerinde, çok miktarda su ve enerji tüketilmektedir. Bununla birlikte atık suya terk edilen boyarmaddeler, yardımcı maddeler ve atık suyun rengini gidermek için kullanılan kimyasal maddeler de ek bir kirliliğe yol açmaktadır. Tüm bu unsurlar, gittikçe katılaşan çevre kanunları için tehdit edici bir unsur oluşturmaktadır. Bu nedenle, tekstil endüstrisinde toksik özellikte ve atık su yükü oluşturan kimyasal maddelerin yerini alabilecek yeni madde arayışları devam etmektedir (2). Doğada bulunan kaynaklardan bol miktarda elde edilebilen bir biyopolimer olan kitosan, canlılara karşı toksik özelliğinin olmaması, biyolojik olarak parçalanabilirliği, biyouyumluluğu, kimyasal ve fiziksel özellikleri bakımından diğer biyopolimerlere göre üstün özellikler göstermesi nedeniyle birçok endüstri dalı gibi tekstil endüstrisi için de uygun bir madde olarak karşımıza çıkmaktadır. (2) Kitin, selülozdan sonra dünyada en yaygın olarak bulunan ikinci biyopolimerdir. Yengeç, karides gibi kabuklu su ürünlerinin ana bileşeni olup, böceklerin iskeletinde ve mantarların hücre duvarlarının yapısında da bulunmaktadır. Dünyada yıllık kitin üretiminin yaklaşık 150x10 3 ton civarında olduğu belirtilmektedir. Bunun 56x10 3 tonu karidesten, 39x10 3 tonu çeşitli deniz kabuklularından, 32x10 3 tonu mantarlardan ve 23x10 3 tonu istiridyelerden elde edilmektedir. Böcek kabuklarında yaklaşık % 23,5 oranında kitin bulunurken bu oran yengeç ve karideste sırasıyla % 17 ile % 32 arasında değişmektedir. Kitinin birçok türevi bulunmakla beraber, bunlar arasında en önemlisi kitosandır. Kitosan, ilk kez 1811 yılında Henri Bracannot tarafından keşfedilmiştir. Bracannot, mantarlarda bulunan kitini sülfürik asitte çözmeye çalışmış ancak başarılı olamamıştır de Hoppe-Seyler, kitini potasyum hidroksit içerisinde C de işleme sokmuş (deasetilasyon) ve asetil içeriği azaltılmış bir ürün olan kitosan ı elde etmiştir yılında kitosandan film üretimi ve lif eldesi konusunda olmak üzere iki patent alınmıştır. Aynı yıl, Clark ve Smith tarafından çok iyi oryante olmuş kitosan lifi üretimi de başarı ile gerçekleştirilmiştir (2). Kitin; yengeç, karides gibi kabuklu deniz hayvanlarının esas yapısal bileşeni olup, kelebeklerin kanatları, böceklerin dış iskeletleri ve fungusların hücre duvarlarının yapısında da bulunmaktadır. 2

4 Kitosan ise; kitinin kısmi deasetilasyonuyla elde edilen, reaktif fonksiyonel amino gruplarına sahip, modifiye doğal bir biyopolimerdir. Kitin ve dolayısıyla da kitosan, yapısal olarak selüloza benzeyen ve dünyada selülozdan sonra en çok bulunan biyopolimerlerdir. Kitinden kısmi deasetilasyonla kitosan elde etmek amacıyla; öncelikle kitinin elde edileceği doğal kaynak (kabuklu deniz ürünleri, böcekler, kelebekler vb.), kum gibi yabancı maddelerden arındırılmak üzere yıkanır ve sonrasında mekanik olarak parçalanır. Daha sonra kabukların üzerindeki doku kalıntılarının uzaklaştırılması amacıyla, kabuklar %3 lük NaOH ile 30 dak. kaynatılarak kitinin protein kompleksindeki kovalent bağlar parçalandıktan sonra soğutulur ve alkali kalıntısı suyla iyice yıkanır. Bu işlem deproteinizasyon işlemi olarak adlandırılır. Deproteinizasyon işlemini takiben demineralizasyon işlemi uygulanır. Bu işlem, alkali muamelesiyle doku kalıntılarından arındırılmış kabukların, 30 dak. süreyle oda sıcaklığında %3 lük HCL ile muamele edilmesi ve ardından yine suyla yıkanması basamaklarından oluşur. Deproteinizasyon ve demineralizasyon işlemleri uygulanan kabukların, su oranı %6 nın altına düşünceye kadar preslenmesiyle kitin elde edilir. Elde edilen kitin, kitosan üretimi amacıyla deasetilasyon işlemine tabi tutulur. Bu amaçla; kitin öncelikle kostik soda (NaOH) içinde C sıcaklığa ısıtılır, filtre edilir ve alkali kalıntısı kalmayacak şekilde suyla yıkandıktan sonra, kalıntı preslenerek fazla su uzaklaştırılır. Bu işlemler sonucu elde edilen nem içeriği yüksek kitosan, güneşte veya bir kurutucuda nem oranı %5 in altına düşene kadar kurutulur. Kurutma işlemini takiben öğütme yapılarak kitosan elde edilir. (1) 3

5 Genel olarak bakıldığında, yengeç, istakoz ve karides gibi deniz hayvanlarının kabuk kısmı % protein, % kalsiyum karbonat ve kalsiyum fosfat ile % kitinden oluşmaktadır. Kabuklu deniz hayvanlarının yapısındaki protein bazı insanlarda alerjiye sebep olabilmektedir. Dolayısıyla, proteinin tamamen uzaklaştırılması özellikle biyomedikal uygulamalarda kullanımı açısından son derece önemlidir. Polisakkarit yapısında olan kitosan, katı durumdayken sarımsı-beyaz renkte, yarı şeffaf, kokusuz ve tatsızdır. Kitosan, kitinin aksine asidik çözeltilerde çözünebilmektedir. Organik asit çözeltilerinde (ph<6) çözünebilen kitosanın çözünürlüğü; inorganik asit çözeltilerinde sınırlıdır. Kitosan, örneğin; asetik asit (C 2 H 4 O 2 ), laktik asit (C 3 H 6 O 3 ), formik asit (CH 2 O 2 ), malik asit (C 4 H 6 O 5 ), sitrik asit (C 6 H 8 O 7 ) gibi organik asitlerin sulu çözeltilerinde ve inorganik asitlerden %1 lik HCL çözeltisinde çözünürken; sülfürik ve fosforik asit (H 3 PO 4 ) gibi diğer inorganik asit çözeltilerinde çözünmez. Çözünürlük özellikleri; kitosanın elde ediliş yöntemine, asetilasyon derecesine, asetil gruplarının yapıdaki dağılımına, molekül ağırlığına, sıcaklığa, ph ya, kullanılan asidin özelliğine ve çözeltideki iyon konsantrasyonuna bağlı olarak değişmektedir.(1) KİTOSANIN KULLANIM ALANLARI Kitosan türevleri ile hala birçok çalışma söz konusu olup, farklı kullanım alanları ile farklı türevler elde edilmesi temel hedefler arasında yer almaktadır.(3) Antimikrobiyal madde olarak: -Bakteri, küf gelişimini önleyici, -Tarımsal hammaddelerde küf kontaminasyonu engeller. Gıda endüstrisinde: -Gıda ve çevre arasında nem transferinin kontrolü, -Antimikrobiyal bileşiklerin açığa çıkım kontrolü, -Antioksidatif katkı maddesi olarak gıdalarda, -Besleyici maddelerin, tatlandırıcıların ve ilaçların ortaya çıkışının kontrolü, -Oksijenin kısmen basıncını azaltma, -Solunum oranını kontrol etme, -Sıcaklık kontrol etme -Meyvelerde enzimatik kararmayı kontrol etme, -Şarap gibi ürünlerin arıtımında, -Gıda kaplama malzemesi olarak kullanılmaktadır. Katkı maddesi olarak: -İçeceklerin ve meyvelerin asitlendirilmesi, 4

6 -Meyve sularının durultulmasında ve asiditesinin kontrolünde, gıda proseslerininde atık durumuna gelen suyun içerisindeki materyalin geri kazanılmasında kullanılmaktadır. -Doğal tatlandırıcıları artırma, -Kas yapısı kontrol maddesi, -Kalınlaştırıcı ve stabilize edici madde -Gıda taklitçisi -Renk sabitleştirici olarak da kullanılabilmektedir. Besinsel kalite: -Yüksek kolesterolü azaltıcı etkisi, - Diyet yardımcısı olarak kullanılmaktadır. Kolesterol düşürücü etkisinin olması ve vücuttaki depo yağla birleşerek sindirim yoluyla atılmasını sağlamaktadır, - Kabuklu ve balık beslenmesinde katkı maddesi, -Yağ absorbsiyonunu azaltma, -Gastriti önleyici madde, -Bebek besin içeriğinde kullanılmaktadır. Gıda İşleme Artıklarından Katı Materyallerin Yeniden Kazanımı: -Agarın küçük bir maddesi olarak da kullanılır. Suyun saflaştırılması: -Metal iyonlarının, pestisitlerin, fenollerin, tutulmasında, -Renklendiricilerin uzaklaştırılmasında kullanılır, -Alkol ve suyun ayrıştırılması gibi işlemlerde kullanılabilecek sahte bağlar meydana getirmektedir. Diğer uygulamalar: -Enzim inaktivasyonu, -Hayvan yemi olarak kullanılabilir. Hayvanın yem tüketimini azaltırken, karkas ağırlığını artırır, -Kâğıt bazlı kartonlar gibi bazı paket materyallerinin fonksiyonel özelliklerinin arttırılması özelliğine sahiptir, -İnsan sağlığı açısından ise, doğal olması, toksik olmaması, tümör oluşumunu engelleyebilmesi, serum kolesterolü seviyesini düşürebilmesi gibi yaralı etkilerinin olması oldukça önemlidir, -Yara iyileşmesinde düşük asetilasyon derecesine sahip kitosan filmlerin yarada, keratinosit çoğalmasını desteklediği böylece epidermis rejenerasyonuna katkı sağlayabildiği bildirilmiştir, -Kabuklu deniz ürünlerinin yapısında bulunan kitosan, atık su arıtımı için en etkili malzemelerden biridir.(3) 5

7 GERÇEKLEŞTİRİLEN FAALİYETLER 1. Aşama: Yüksek yoğunluklu ve düşük yoğunluklu olarak temin ettiğimiz kitosanlardan hassas terazide 1 g tarttık. 100 ml asetik asit çözeltisine 1 g düşük ve yüksek yoğunluktaki kitosanları ilave ederek %1 lik çözelti hazırladım. 2. Aşama: Hazırladığım çözeltileri iki adet şişeye koyarak içlerine mıknatıs kapsülü attım. Çözeltilerin mıknatıs yardımıyla karıştırıcıda yaklaşık 1 gün boyunca karışmalarını sağladım. Çözeltiler iyice karışarak jel kıvamına geldikten sonra bunları petri kaplarına döktüm ve oda sıcaklığında kurumaya bıraktım. 3. Aşama: Çözeltilerde bulunan asetik asit oda sıcaklığında yaklaşık 3-4 gün gibi bir sürede tamamen uçtu. Kuruyan düşük ve yüksek yoğunluklu kitosan örneklerini ucu sivri bir bıçakla petri kaplarından çıkardım. İnce film tabakası halinde olan kitosanları düşük yoğunluklular ve yüksek yoğunluklular olacak şekilde bir araya getirdim. Mikrodalga fırını çalıştırarak radyasyon ölçen cihaz yardımıyla ölçümlerimi yaptım. Kitosanlar olmadan yaptığım ölçümlerde yüksek radyasyondan dolayı cihazın öterek alarm verdiğini tespit ettim. Sırasıyla düşük ve yüksek yoğunluklu kitosan örneklerini kullanarak da ölçümler gerçekleştirdim. SONUÇLAR, SONUÇLARIN DEĞERLENDİRİLMESİ: Tüm bu yaptığım çalışmalar sonucunda kitosan örneklerimin mikrodalga fırından yayılan ışınları ciddi oranda azalttığını tespit ettim. Denemelerimi yapmadan önce yüksek yoğunluklu kitosanın mikrodalga ışınlarını tutacağını tahmin ediyordum. Ancak şaşırtıcı bir şekilde düşük yoğunluklu kitosan örnekleri mikrodalga ışınları daha fazla tuttu ve cihazın gösterdiği değerler daha düşük çıktı. Kullandığımız kitosan örnekleri çok ince film tabakaları şeklinde olduğundan sonuçlar değişkenlikler gösterdi. Ancak kitosan tabakası kalın olur ve mikrodalga fırınların önündeki camlar da bu tabakalarla kaplanırsa yayılan mikrodalga ışınlardan en az oranda etkileneceğimiz düşüncesindeyim. KAYNAKLAR:

8 7

9 8