T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Transkript

1 T.C. SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAŞHAŞ SAPI VE PAMUK SAPI HEMİSELÜLOZLARININ ALKALİ H 2 O 2 İLE FRAKSİYONEL EKSTRAKSİYONU VE BİLEŞİM KARAKTERİZASYONU Özlem DİLEK DİNÇTÜRK Danışman: Prof. Dr. Mustafa CENGİZ YÜKSEK LİSANS TEZİ KİMYA ANABİLİMDALI ISPARTA-2007

2 İÇİNDEKİLER Sayfa İÇİNDEKİLER..i ÖZET......iii ABSTRACT iv TEŞEKKÜR v ŞEKİLLER DİZİNİ vi ÇİZELGELER DİZİNİ......viii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ ix 1. GİRİŞ KAYNAK ARAŞTIRMASI Kuramsal Temeller Kaynak Özetleri Hemiselülozların İzolasyonu Üzerine Yapılan Çalışmalar Hemiselülozların FTIR Spektrum Yorumları MATERYAL VE YÖNTEM Kullanılan Materyaller ve Kimyasal Maddeler Materyal Kimyasal Maddeler Kullanılan Cihazlar Yöntem Nem Tayini Kül tayini Toluen- Ethanol Ekstraksiyonu Klakson Lignin Tayini Hemiselülozların Fraksiyonlanması Kimyasal Analizler Nötral Şeker Bileşenlerinin Tayini FT-IR Spektroskopisi Spektrometrik Asit Çözünür Lignin Analizi ARAŞTIRMA BULGULARI i

3 5. TARTIŞMA VE SONUÇ KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ ii

4 ÖZET Yüksek Lisans Tezi HAŞHAŞ SAPI VE PAMUK SAPI HEMİSELÜLOZLARININ ALKALİ H 2 O 2 İLE FRAKSİYONEL EKSTRAKSİYONU VE BİLEŞİM KARAKTERİZASYONU Özlem DİLEK DİNÇTÜRK Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı Juri: Prof. Dr. Mustafa CENGİZ (Danışman) Yrd.Doç.Dr. Fethiye GÖDE Yrd.Doç.Dr. H.Turgut ŞAHİN Hemiselülozlar pek çok bitki materyalinin yaklaşık olarak 1/4-1/3 ünü teşkil eder ve bu miktar bitki türlerine göre değişir. Alkali peroksit delignifikasyonda ve biokütleden hemiselülozların izolasyonunda etkili bir ajandır. Araştırmamızda haşhaş (Papaver somniferum L.) ve pamuk (Gossypium spec.) saplarına ait örnekler, çalışma materyali olarak seçilmiştir. Mumdan arındırılmış örnekler sırasıyla distile su, 0,5 M NaOH, %0,5, 1,0, 1,5, 2,0 ve 3,0 H 2 O 2 (ph 11,5) ve 2,0 M NaOH ile 55 o C de 2 saat boyunca ekstrakte edildi. Ard ardına muamelelerde kuru materyal bazında haşhaş saplarındaki hemiselülozların %3,63, 9,62, 3,02, 1,12, 2,01, 2,01, 0,71, 3,70 ve pamuk saplarındaki hemiselülozların %2,80, 11,81, 3,38, 1,21, 2,10, 0,80, 0,59, 2,20 si alındı. Özellikle %1,5 alkali peroksit konsantrasyonunun hemiselülozların fraksiyonlanmasında çok etkili olduğu görüldü. Değişen alkali peroksit konsantrasyonlarında bağlı lignin miktarı haşhaş sapında bağlı lignin miktarı haşhaş saplarında %0,7-2,9 ve pamuk saplarında %0,5-3,1 tespit edildi. Hemiselülozik preparatlarda dominant şeker bileşeni ksilozdur. Alkali peroksidin kullanıldığı hemiselülozik fraksiyonlar açık renkli olarak elde edildi. Haşhaş sapı için mumdan arındırılmış tam kuru numune bazında ekstrakt madde miktarı %4,76, kül miktarı %3,23 ve toplam lignin miktarı %25.97 olarak tespit edildi. Aynı değerler pamuk sapı için sırasıyla %4,53, %2,96 ve %24,9 olarak bulundu. Onaltı hemiselülozik örnek üzerinde şeker analizi, FT-IR spektroskopisi, UV-spektrometrik analizi yapıldı. Pamuk ve haşhaş sapları örneklerine uygulanan analizler sonucu elde edilen bulgular, ilgili literatür verileri doğrultusunda değerlendirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Haşhaş Sapı (Papaver somniferum L.), Pamuk Sapı (Gossypium spec.), Ağaç Polisakkaritleri, Lignin, Hemiselüloz, Alkali Peroksit, Fraksiyonlama. 2007, 45 sayfa iii

5 ABSTRACT M.Sc.Thesis FRACTIONAL EXTRACTION WITH ALKALINE H 2 O 2 AND STRUCTURAL CHARACTERIZATION OF OPİUM POPPY AND COTTON STALKS HEMICELLULOSES Özlem DİLEK DİNÇTÜRK Süleyman Demirel University Graduate School of Applied and Natural Scienses Chemistry Department Thesis Committe: Prof. Dr. Mustafa CENGİZ (Supervisor) Asst.Prof. Fethiye GÖDE Asst.Prof.. H.Turgut ŞAHİN Hemicelluloses comprise raughly one-fourth to one-third of most plant materials, and this amount will vary according to the plant species. Alkaline peroxide is an effective agent for both delignification and isolation of hemicelluloses from biomass. Samples of opium (Papaver somniferum L.) and cotton (Gossypium spec.) stalks have been used as the study material in our research. Dewaxed samples were sequentially extracted with distilled water, 0,5 M NaOH, 0,5, 1,0, 1,5, 2,0 and 3,0% H 2 O 2 at ph 11,5, and 2,0 M NaOH at 55 o C for 2 h. The successive treatment released 3,63, 9,62, 3,02, 1,12, 2,01, 2,01, 0,71, 3,70% hemicelluloses (dry starting material) from opium stalks and 2,80, 11,81, 3,38, 1,21, 2,10, 0,80, 0,59, 2,20% hemicelluloses from cotton stalks. Especially it has been seen %1,5 alkaline peroxide concentration of hemicelluloses fraction is very effective. Amount of associated lignin in alkaline peroxide concentrations that can change determined 0,7-2,9% from opium stalks and, 0,5-3,1% from cotton stalks. Xylose is the dominant sugar component in the hemicellulosic preparations. Hemicellulosic fractions using alkaline peroxide obtained as much lighter in color. For dewaxed opium stalk the bases of too dry sample the amount of extract s substance is 4,76%, the amount of ash 3,23% and the amoun of total lignin is fixed as %. The same worth of cotton stalkis found in order as 4,53%, 2,96 % and 24,9%. The sixteen hemicellulosic samples were also studied by sugar analysis, Faurier transform infrared, UV-spektrometric analysis. Findings obtained as a result of the analyses applied on opium and cotton stalks have been evaluated in hormony with the related literature data. Key Words: Opium Stalk (Papaver somniferum L.), Cotton Stalk (Gossypium spec.), Wood Polysaccharides, Lignin, Hemicelluloses, Alkaline Peroxide, Fractionation. 2006, 45 pages iv

6 TEŞEKKÜR S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı Yüksek Lisans Programı çerçevesinde hazırladığım Haşhaş sapı ve pamuk sapı hemiselülozlarının alkali H 2 O 2 ile fraksiyonel ekstraksiyonu ve bileşim karakterizasyonu konulu bu tez için bana her türlü desteği veren ve yardımlarını esirgemeyen, çalışmalarımın gerçekleştirilmesi için gerekli ortamı hazırlayan Danışman Hocam Prof. Dr. Mustafa CENGİZ e sonsuz saygı ve teşekkürlerimi sunarım YL 05 numaralı proje ile beni destekleyen S.D.Ü. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimine teşekkürlerimi sunarım. Her zaman beni destekleyen aileme, eşim Ercan DİNÇTÜRK e, çalışmalarım boyunca bana emeği geçen ve sabır gösteren herkese sonsuz sevgi ve minnetlerimi sunarım. v

7 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Selüloz zincirinin sistematik yapısı Şekil 2.2 Hemiselüloz yapısı Şekil 2.3 Hemiselüloz monosakkarit bileşenleri...6 Şekil 2.4 Bazı hemiselülozların yapısı....7 Şekil 2.5 Mısır lifi hücre duvarı Şekil 2.6 Glukomannan yapısı Şekil 2.7 İğne yapraklı ağaç lignin genel yapısı Şekil 2.8 Polisakkarit elemanları (P) ve lignin elemanları (L) arasındaki bağlanma modelleri.13 Şekil 2.9 Ksilan ve lignin arasındaki bağlanma tipleri Şekil 2.10 Odun hücresinin iç yapısının modeli Şekil 3.1 Ekstraksiyon basamakları Şekil 4.1 Su ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu Şekil 4.2 0,5 M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu Şekil 4.3 %0,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrum..30 Şekil 4.4 %1 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 30 Şekil 4.5 %1,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 30 Şekil4.6 %2 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 31 Şekil 4.7 %3 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 31 Şekil M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 31 Şekil 4.9 H 2 O ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 32 vi

8 Şekil ,5 M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu Şekil 4.11 %0,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 32 Şekil 4.12 %1 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu Şekil 4.13 %1,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 33 Şekil 4.14 %2 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 33 Şekil 4.15 %3 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 34 Şekil M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu vii

9 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1 Ksilan ana zincirine bağlı yan guruplara ait varyasyonlar Çizelge 2.2 Ksilan ailesine ait yapılar Çizelge 2.3 Bitki hücresinde ksilan ve karbonhidrat olmayan komponentler arasındaki kovalent bağlar..15 Çizelge 2.4 Mumdan arındırılmış şeker kamışı küspesinin farklı derişimlerde alkali ve alkali peroksit ile fraksiyonlu ekstraksiyon ürünleri.. 17 Çizelge 2.5 Çeşitli materyallerden %2 H 2 O 2 (ph 11,6) ekstraksiyonu ile izole edilen hemiselüloz ve ligninin ürün yüzdesi...18 Çizelge 4.1 Haşhaş sapı fraksiyonlu ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlar.27 Çizelge 4.2 Pamuk sapı fraksiyonlu ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlar..28 Çizelge 4.3 Haşhaş ve pamuk sapından ekstraktlanmış tam kuru numune bazında farklı konsantrasyonlarda elde edilen hemiselüloz yüzdeleri Çizelge 4.4 Haşhaş ve pamuk sapından ekstraktlanmış toplam hemiselüloz bazında her bir fraksiyonda elde edilen hemiselüloz yüzdeleri 28 Çizelge 4.5. Haşhaş ve pamuk sapı hemiselülozları FT-IR spektrumu pik yerleri...29 viii

10 SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ A Absorbans B Küvet yüzeyi D Seyreltme faktörü RM Rutubet Miktarı TKA Tam Kuru Ağırlık YA Yaş Ağırlık ix

11 1.GİRİŞ Bütün diğer bitkisel biokütlelerde olduğu gibi yıllık bitkiler de güneş enerjisinin biriktirdiği bir form sergiler, bundan dolayıdır ki gelişebilir ve yenilenebilir. Artan dünya nüfusu kıtlık problemini doğurmaktadır. Son yıllarda bollukları ve yenilenebilirlikleri nedeniyle tarımsal ürünlerdeki lignoselülozik materyallerin kullanımına ilgi artmıştır. Buğday, arpa, çavdar sapları, mısır sap ve koçanları, pamuk ve haşhaş sapları dünyanın her yerinde yıllık üretilen bitkilerdir. Bunlardan tahıl sapları kısmen hayvan yiyeceği olarak kullanılabilir. Oysa pamuk ve haşhaş saplar, hasat sonrası tarlada bırakılması sorun oluşturan ve çoğu zaman yakılarak giderilen ekonomiye kazandırılamayan tarımsal atıklardır. Yurt genelinde yılda tonlarca sap atığı oluştuğu düşünülürse bu bir kaynak israfıdır. Haşhaş sapı ve pamuk sapı selüloz, hemiselüloz ve ligninden kimyasal türevlerin elde edilmesi için yenilenebilir hammadde olarak değerlendirilebilir. Polyozlar olarak da adlandırılan hemiselülozlar çoğunlukla ağaçlar ve kara bitkilerinde büyük miktarlarda sentezlenen kompleks bitki polisakkaritlerinin bir gurubudur. Dünya üzerinde yıllık bitkilerde hemiselüloz üretiminin 60 milyar ton olması bu maddelerin bolluğu üzerine bir fikir verir. Örneğin selülozdan sonra dünyadaki polimerler ailesinin ikinci büyük üyesidir ve böylece tamamen kullanılmadan kalan çok büyük yenilenebilir bir kaynak teşkil eder (Xu vd., 2006). Son yıllarda hemiselülozlardan yeni polimerlerin hazırlanması ve özelliklerinin belirlenmesi konusunda yıllık bitkiler ve tarımsal atıklar üzerinde pek çok araştırma yapılmaktadır. Böylece hem petrokimyasallara alternatif kaynaklar bulunmaya çalışılmakta hem de yeni uygulama alanları denenmektedir. Örneğin odun veya tahıl saplarından elde edilen ksilanlar boya formüllerinde bir bileşen olarak, jel yapıcı veya termoplastik materyaller olarak, polipropilende gözenekleri tıkayıcı olarak kullanılır. Ayrıca zayıf asit hidroliziyle geri alınan ksiloz, katalitik veya enzimatik hidrojenasyon yoluyla yüksek değerli bir ürün olan ksilitole dönüştürülebilir (Xu vd., 2006). Hemiselülozlar yiyecek katkı maddeleri, kıvamlaştırıcılar, adhezivler ve absorbanlar olarak da kullanılabilir. Arabinogalaktanlar bir tablet tutkalı olarak ve su 1

12 içinde yağ veya yağ içinde su emülsiyonları için bir emülsüfier olarak farmosetikal dağılımlarda kullanılabilir (Popa vd., 1998). Fan ve Fen (1987), karboksimetil modifiye edilmiş hemiselülozların bağışıklık hücrelerinin aktivitesini ve sayılarını çoğaltarak hücresel bağışıklığı artıran yeni bir anti-tümör ilaç olarak kullanılabileceğini örneklerle ortaya koymuşlardır (Fang,1999b). Saha (2003), hemiselülozların bitki materyalinden izolasyonunda konsantre asit, seyreltik baz, SO 2, H 2 O 2 ekstraksiyonları, otohidroliz, amonyak fiber explasion (AFEX), ıslak oksidasyon, kireç explasion ve organik çözücülerle muamele gibi pek çok teknik uygulandığını bildirmiştir. Alkali peroksit, saplardan ve otlardan hemiselülozların çözündürülmesi ve delignifikasyonu için etkili bir yoldur. Alkali kullanılan şartlarda hemiselülozlar önemli ölçüde bozunur ya da formik, asetik, laktik ve glikolik asitler gibi monokarboksilik asitlere okside olur. Oysa delignifikasyon prosesinde alkali peroksit kullanımı makromoleküler hemiselülozların ilk olarak çözünmesine ve sadece kısmi olarak bozunmasına neden olur. Bu nedenle hidroperoksit anyonunun (HOO ), alkali ortamda oluşur, hidrojen peroksit ağartma sistemlerinde oluşan başlıca aktif tür olduğu kabul edilmektedir. Hidrojen peroksit alkali ortamda kararsızdır ve kolaylıkla hidroksil radikallerine (HO. ) ve süperoksit (O 2. ) anyon radikaline ayrışır (Sun vd., 2004b). Fang vd. (1999a) tarımsal atıkların hidrojen peroksit delignifikasyonunun ph a bağlı olup optimum ph ın 11,5-11,6 olduğunu bildirmiş ve bozunma reaksiyonunu şu şekilde açıklamıştır: H 2 O 2 + HO H 2 O + HOO (1.1) İşlem esnasında, alkali peroksit, lignin ile düşük molekül ağırlıklı suda çözünebilir oksidasyon ürünleri vermektedir. Bunda yüksek reaktif hidroksil radikali de etkilidir (Fang vd. 1999a, b). 2

13 H 2 O 2 + HOO HO. + O 2. + H 2 O (1.2) Hidrojen peroksidin ayrışmasında ortaya çıkan hidroperoksil ve hidroksil radikalleri, hemiselülozların çözünmesini ve uzaklaşmasını sağlamaktadır (Lewis vd., 1987). Alkali H 2 O 2 ile hemiselülozların fraksiyonlu ekstraksiyonu buğday, pirinç, arpa, keten, çavdar sapları, mısır sap ve koçanları gibi tarımsal atıklar ile pek çok ağaç türü üzerinde uygulanmış olmasına karşı pamuk ve haşhaş sapından henüz denenmemiştir. Çalışmanın amacı büyük ölçüde açık renkli hemiselülozların ekstraksiyonu için, çevre dostu bir işlem kullanarak tarımsal atıkların fraksiyonuna uygun bir proses geliştirmektir. Bu çalışmada haşhaş sapı ve pamuk sapı hemiselülozlarının alkali peroksit işlemi ile fraksiyonlu ekstraksiyonu incelenecektir. Alkali ve peroksit konsantrasyonlarının, hemiselülozların verim, renk ve fizikokimyasal özellikleri üzerinde etkileri incelenecektir. 3

14 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI 2.1. Kuramsal Temeller Lignoselülozik biokütle çeşitli tarımsal atıklar (samanlar, kabuklar, saplar, gövdeler) kışın yapraklarını döken bitkiler ve kozalaklı ağaçlar, kağıt endüstrisinin atıkları ve otsu enerji ürünlerini kapsar. Bu materyallerde en büyük bileşen selülozdur (%35-50). Bunu hemiselüloz (%20-35) ve lignin (%10-25) takip eder. Proteinler, yağlar ve kül lignoselülozik biokütlenin fraksiyonundan kalan oluşumlardır. Bu materyallerin yapısı çok komplekstir ve doğal biokütle genellikle bir enzimatik hidrolize dirençlidir. Lignoselülozların yapısının varsayılan modelinde selüloz lifleri bir lignin polisakkarit içinde gömülüdür. Ksilanlar kovalent ve nonkovalent ilişkilerin ikisi tarafından hücre duvarları yapısal bütünlüğü için önemli rol oynarlar (Saha, 2003). Selüloz, makromoleküler iskelet yapısıyla bütün bitkisel hücrelerden elde edilebilen önemli bir doğal üründür. Bitki dünyasındaki toplam selüloz miktarı 26, t dur (Krässig, 1993). Şekil 2.1. de görüldüğü gibi doğrusal yapı gösteren selüloz molekül zinciri birbiriyle (1,4)-glikozidik bağlanmış β-d-glikoz birimlerinden oluşmaktadır. Şekil 2.1. Selüloz zincirinin sistematik yapısı Dallanmamış (doğrusal) selüloz zincirinin uzunluğu polimerizasyon derecesiyle (DP) ifade edilir. Goring ve Timell (1962) e göre odun selüloz zincirinin DP si

15 iken Bast-selülozunun DP si olarak ifade edilmiş, yine pamuk selülozunun DP sinin e kadar ulaşabileceğine değinilmiştir. Doğrusal selüloz moleküllerinden oluşan lifler molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağlarıyla sabitlik kazanmaktadır (Fengel ve Wegener, 1989). Çoğu bitkisel materyalin 1/3 ile 1/4 ü hemiselülozlardan oluşur. Bu miktar bitki türüne göre değişebilir. Hemiselülozlar polimerizasyon derecesi arasında olan, molekül ağırlığı düşük, dallanmış polimerlerdir (Şekil 2.2). Genel formülleri (C 5 H 8 O 4 ) n ve (C 6 H 10 O 5 ) n olan pentozan ve heksozan ismi verilen beş ve altı karbonlu; ramnoz, arabinoz, ksiloz, mannoz, glukoz, galaktoz ve üronik asit vb. birimlerinden oluşmaktadır (Fang vd., 1999a). Şekil 2.3. de hemiselülozların başlıca monosakkarit bileşenleri gösterilmektedir. Şekil 2.2. Hemiselüloz yapısı Hemiselülozların dominant şeker bileşeni geniş yapraklı ağaçlarda ksiloz, iğne yapraklı ağaçlarda mannoz olup kolaylıkla hidrolizlenebilirler. Mannoz ve diğer 6 karbonlu heksoz şekerleri etanole fermente edilebilirler. Ksiloz ve diğer 5 karbonlu pentoz şekerleri ise asitler yardımıyla yüksek oranlarda furfurala kolaylıkla dönüşebilirler (Popa, 1996). 5

16 Hemiselülozlar farklı şeker guruplarından oluşmaları, düşük polimerizasyon dereceleri, dallanmışlıkları, kristal olmayışları, hidroksil gruplarının çokluğu gibi özellikleri ile selülozlardan farklıdırlar. Asetal bağlanmalar ve iskelet son grupları selülozdakilere benzer. Ek olarak hemiselülozlar, asetil gruplarındaki ester bağlarını içerir. Üronik asit grupları bir asetal bağlanması ve bir karboksil grubunun ikisine katkıda bulunur (Popa ve Spiridon, 1998). Şekil 2.3. Hemiselüloz monosakkarit bileşenleri (Joly, 2003) 6

17 Şekil 2.4. Bazı hemiselülozların yapısı (Deker den, 1985) a. Angiospermdeki O- Asetil-4-O-metil-D-glukuronoksilan b. Gymnospermlerdeki Asetil-4-O-metilglukuronoksilan c. Angiosperm Glukomannan d. Gymnospermlerdeki O-Asetilgalaktoglukomannan 7

18 Geniş yapraklı ağaç hemiselülozları bol miktarda ksilanları içerirken iğne yapraklı ağaç hemiselülozları bol miktarda glukomannanları içerir (Saha, 2003). Bitkisel kaynağa göre hemiselüloz molekül yapısına örnekler Şekil 2.4. de gösterilmiştir. Ksilanlar kara bitkilerinin hücre duvarında bulunan hemiselülozların en boludur (Fang,1999a). Ksilan ana molekül zinciri (Bkz. Şekil 2.4. a, b) glikozidik olarak bağlanmış 1-4 bağlı β-d-ksilopiranoz birimlerinden oluşmaktadır (Fengel ve Wegener, 1989). Ksilan ana molekül zincirine bağlanmış yan gruplar daima aynı pozisyonda bulunmaktadır. Sözü geçen yan gruplara ait varyasyonlar Çizelge 2.1. de gösterilmiştir. Çizelge 2.1. Ksilan ana zincirine bağlı yan guruplara ait varyasyonlar (Çopuroğlu, 2004) 8

19 Ksilozdan başka ksilanlanlar; arabinoz, glukuronik asit ya da onun 4-O-metil eteri ve asetik, ferulik ve p-kumarik asitleri içerir. Sıklık ve dalların bileşimi ksilanın kaynağına bağlıdır. İskelet O-asetil, α-l-arabinofuranozil, α-1,2-bağlı glukuronik ya da 4-O-metilglukuronik asit substutientlerinden oluşmaktadır (Saha, 2003). Bununla birlikte Eda vd. (1976), substutientleri olmayan doğrusal (lineer) ksilanları guar tohumu kabuğu, hafsa otu ve tütün saplarından izole etmişlerdir. Ksilanlar böylelikle doğrusal homoksilan, arabinoksilan, glukuronaksilan ve glucuronoarabinoksilan olarak kategorize edilmiştir (Joseleau vd., 1992). Çizelge 2.2. de bitkisel kaynağına göre ksilanlara ait molekül yapıları gösterilmiştir. Çizelge2.2. Ksilan ailesine ait yapılar (Joseleau vd., 1992) Strüktür Yan Zincirler ya da Köken Lineer Homoksilan Yok gruplar Esparto Arabinoksilan Komplex yan zincirler A-L-Araf α-l-arabino Monokotprimer çeperinde Çiçekler Graminea Glukuronoksilan A-D-GluU α-4-ome-d- GluU Leguminea Glukuronoarabinoksilan A-D-GluU α-4-ome-d- GluU α-l-araf β-d-galp Soya fasulyesi Geniş yapraklı ağaçlar, Graminea İğne yapraklı ağaçlar Graminea Dikotprimer çeperinde Tahıl samanlarındaki ksilanlar arabinozil, glucuronik asit ve asetil substutientlerinin ksilopiranoz kalıntılarının C-2 ve C-3 karbonlarının iki serbest OH grubuna bağlanabilen bir β-(1-4)-d xylp iskeletidir (Puls, 1997). Geniş yapraklı ağaçlarda dominant ksilan, arabinoz substutientlerinden serbest 4-O-metilglukuronoksilan iken iğne yapraklı ağaçlardaki başlıca ksilan, arabino-4-o-metilglukuronoksilandır (Sjöström,1992). İğne yapraklı ağaç ksilanları asetil gurupları içermezler (Popa ve Spiridon, 1998). İğne yapraklı ağaçlardaki heteroksilanlar ve arabinofuranozil kalıntıları p-kumarik asitler ve ferulik asitlerle esterleşmişlerdir. Geniş yapraklı ağaçlarda ksilanlar ksiloz kalıntılarının %60-70 i asetallenmişlerdir. Geniş yapraklı ağaç ksilanlarının polimerizasyon derecesi iğne yapraklı ağaçlarınkinden yüksektir (Saha, 2003). 9

20 Saha (2003), huş ağacı ksilanın %89,3 ksiloz, %1 arabinoz, %1,4 glukoz ve %8,3 anhidrouronik asit içerdiğini, buğday arabinoksilanın %65,8 ksiloz, %33,5 arabinoz, %0,1 mannoz, %5-11 galaktoz ve %3,6 glukuronik asit içerdiğini açıklamıştır. Mısır lifleri nötral ksilanın β-(1,4)-bağlı ksilan kalıntıları içeren kompleks heteroksilanlardan biri olduğunu belirtmiş ve %48-54 ksiloz, %33-35 arabinoz, %5-11 galaktoz ve %3-6 glukuronik asit içerdiğini rapor etmiştir. Şekil 2.5. Mısır lifi hücre duvarı (Saulnier ve Thibault, 1999) Şekil 2.5. de mısır liflerinin hücre duvarının bir modeli gösterilmektedir. Diferulik köprüler tarafından son derece sağlam çapraz bağlı heteroksilanlar selüloz mikrofibrilleri birbirine ekleyerek bir ağ teşkil ederler. Yapısal hücre proteinleri isoditrozin köprüleri ve feruloylaşmış heteroksilanlarla çapraz bağlanmış olabilir ve böylece çözülmez bir bağ formu oluştururlar (Saha, 2003). 10

21 Glukomannanlar (Bkz. Şekil 2.4. c, d), β-(1,4)-bağlı-d-glukoz kalıntılarının 3/1 oranında bileşimidir. Mannoz birimleri zincirde rast gele dağılmakta ve α-bağlı galaktoz son guruplarının çeşitli miktarlarını içermektedir (Dutton ve Josseleau, 1977). İğne yapraklı ağaç glukomannanları (1,6) bağlanmalarıyla ana zincirin D- glukozil üniteleri ve D-mannozil ünitelerinin ikisine de tekli bir yan zincir olarak bağlanırlar. Mannozil ünitelerinin bazıları C2 ve C3 arasında eşit olarak dağılan O- asetil gurupları ile substutie olurlar (Popa ve Spiridon 1998). Şekil 2.6. da glukomannan yapısı gösterilmektedir. Şekil 2.6. Glukomannan yapısı (Gonzáles vd., 2004) Bir yıllık bitkilerde en yaygın hemiselüloz bir veya birkaç α-l-arabinofuranozil, D- galaktopiranozil ve β-d-glikuronopironozil ünitelerinin yan zinciriyle ana zincirdeki (1,4)-β-D-ksilopiranozil ünitelerinden meydana gelir. Aynı zamanda L-ramnozil, L- galaktozil, L-fukozil üniteleri ve çeşitli metillenmiş şeker ürünleri vardır. Bu hemiselülozlar kısmen asetilenmiş olabilir (Popa ve Spiridon 1998). Odunlaşmış hücre yapısında selülozun yanı sıra diğer glukanlara da rastlanmaktadır (Hoffman ve Timell, 1972). Bu gruba özellikle parankim hücrelerinde depolanmış salloz örnek olarak verilebilir. Salloz molekül zinciri β(1 3) glukozidik bağlanmış glikoz birimlerinden oluşmaktadır (Fu vd., 1972). Aynı zamanda selüloz benzeri β(1 4) glukozidik bağlanmış glukoz birimlerinden oluşan glukanlar molekül zincirinin kısa oluşuyla selülozla farklılık göstermektedirler (DP:200). Odunlaşmış bitki hücrelerinin en önemli üçüncü kimyasal üyesi olan lignin amorf, heterojen, makro moleküler, polifenolik bir molekül yapısı göstermekte olup, 11

22 karbon-karbon ve eter bağlanmalarıyla değiştirilmiş fenolpropanların dallanmış polimerleridir (Wegener ve Fengel,1983; Goring, 1989; Maijala, 2000) (Şekil 2.7). Şekil 2.7. İğne yapraklı ağaç lignin genel yapısı (Brunow, 1998) Lignin molekülü üç monomer yapıtaşından oluşmaktadır. p-hidroksizimtalkol: transp-kumaralkol, trans-koniferilalkol ve trans-sinapinalkol. Bitkisel kaynağına göre farklılık gösteren lignin tiplerini tanımlayabilmek amacıyla p-hidroksifenil yapıtaşı için H, 4-Hidroksi-3-metoksifenil yapıtaşı için G (Guajacyl-yapıtaşı) ve 4-hidroksi- 3,5-dimetoksifenil yapıtaşı için S (Syringyl-yapıtaşı) kullanılmaktadır (Sarkanen ve Ludwig, 1971). Lignin molekül yapısını oluşturan G, S ve H yapıtaşlarının oranları bulundukları bitki türüne göre farklılık göstermektedir. İğne yapraklı ağaç odunu lignini, özellikle 12

23 G yapıtaşından oluşurken, geniş yapraklı ağaç odunu lignini S ve G yapıtaşlarından oluşmaktadır. Yıllık bitkilerde özellikle H yapıtaşının baskın olması dikkat çekicidir (Wegener ve Fengel, 1983; Fengel ve Wegener, 1989). Odun hücresinin üç ana kimyasal bileşeni olan selüloz, polyoz ve lignin, hücre çeperinde üç boyutlu matrix bir kafes oluşturmaktadır. Selüloz molekülleri birbirleri ve polyoz molekülleri ile H bağları ile bağlanırken, diğer yandan lignin molekülleri ile H bağları ve kovalent bağlarla tutunmaktadır. Bu şekilde polyozlar ve lignin arasında meydana gelen oluşuma lignin polisakkarit kompleksi (LPK) adı verilmektedir(wegener ve Fengel, 1983, Fengel ve Wegener, 1989) (Şekil 2.8). Şekil 2.8. Polisakkarit elemanları (P) ve lignin elemanları (L) arasındaki bağlanma modelleri (Fengel ve Wegener, 1985) 13

24 Ksilan, hidrojen bağlarının yanı sıra lignine kimyasal eter ve ester bağları ile de bağlanmaktadır. Benzil eter bağlanması ksilan zincirine ait olan arabinoz gurubunun C(5)-atomu ile lignine ait C(α)-atomu arasında oluşmaktadır. Benzil ester bağlanması ksilan zincirinin 4-O-metil-glukuronik asit grubunun C(6)-atomu ile ligninin C(α)- atomu arasında gerçekleşmektedir (Şekil 2.9). Yine bir diğer eterik bağlanmanın ksilan ana zinciri ile lignin arasında gerçekleştiği Koshijiama vd. (1989) tarafından ifade edilmiştir. Bambudan izole edilmiş feruloylenmiş arabinoksilanın incelenmesinden sonra hemiselülozların lignin yapıtaşları ile de bağlar oluşturduğu görülmüştür (Çizege 2.3). Şekil 2.9. Ksilan ve lignin arasındaki bağlanma tipleri (Xylp: Ksilopiranoz, Ara: Arabinoz, MeGluU: O-Metil-Glukuronik asit, Lig: Lignin) (Fengel ve Wegener, 1985; 1989) 14

25 Çizelge 2.3. Bitki hücresinde ksilan ve karbonhidrat olmayan komponentler arasındaki kovalent bağlar (Çopuroğlu, 2004) Bağlanma Tipi Sakkarit Birimi Karbonhidratın Karbonhidrat bağlanan C atomu olmayan birim Glikozidik Xylp C(1) p- Kumarik asit Ester Eter 4-O-MeGluU GluU Araf Araf Araf Xylp Araf C(6) C(6) C(5) C(5) C(5) C(2), C(3) C(5) C(α)-Lignin Feruloik asit p- Kumarik asit C(γ)-Lignin C(α)-Lignin C(α)-Lignin Şekil Odun hücresinin iç yapısının modeli (Harada ve Côté, 1985) Sonuç olarak Şekil da görüldüğü gibi odunlaşmış bitkisel hücredeki polyozlar bir yandan lignin ile LPK oluştururken, diğer taraftan hidrojen bağları ile selüloza bağlanmaktadır. 15

26 2.2. Kaynak Özetleri Hemiselülozların İzolasyonu Üzerine Yapılan Çalışmalar Göksel (1986), yaptığı çalışmada dört ayrı örnekte pamuk sapını incelemiştir. Antalya delta da holoselüloz (selüloz+ hemiselüloz) miktarını %87,0, Antalya Çukurova örneğinde %85,40, Adana delta da %89,33 ve yine Adana tam kuru delta da %89,98 olarak tespit ederken, lignin miktarı Antalya delta da miktarını %27,98, Antalya Çukurova örneğinde %26,13, Adana delta da %25,65 ve yine Adana tam kuru delta da %27,61 olarak bulunmuştur. Cengiz vd. (1993), yaptıkları çalışmada haşhaş sapında %70,23 holoselüloz, %35,89 α-selüloz, %24,48 pentoz ve %23,19 lignin miktarını tespit etmiştir. Yine aynı çalışmada, diğer yıllık bitki türlerinde holoselüloz miktarı buğday samanında %76,25, ayçiçeği sapında %74,03, tütün sapında %67,04, α-selüloz miktarı buğday samanında %38,90, ayçiçeği sapında %37,66, tütün sapında %37,50, pentoz miktarı buğday samanında %30,67, ayçiçeği sapında %19,58, tütün sapında %17,52 olarak sunulmuştur. Fang vd. (1999a), buğday samanının farklı sıcaklıklarda alkali %2 H 2 O 2 ekstraksiyonu üzerine yaptıkları çalışmada hemiselülozların izolasyonu için optimum sıcaklığın 50 o C olduğunu tespit etmişlerdir. Bu sıcaklıkta, orijinal hemiselülozların %92 si izole edimiş ve bu oran bitki kuru ağırlığının %28,8 i olarak bulunmuştur. Hemiselüloz preparatlarının %2,8-5,1 bağlı lignin içerdiği tespit edilmiştir. Şeker bileşenleri olarak %64,1-79,6 ksiloz, 13,7-18 arabinoz, %2,7-7,8 glukoz, %1,3-5,7 galaktoz, %0,15-1,02 mannoz, %0,51-1,5 ramnoz bulunmuştur. Fang vd. (1999b), buğday samanının sodyum kloritle delignifikasyon sonrasında %10 KOH ile ekstraksiyon yoluyla elde ettikleri hemiselülozlu ürünün kuru ağırlığın %32,6 sı olduğunu bildirmişlerdir. Şeker analizinde ksiloz, toplam şekerin %81,4 ünü oluşturan etkin bir şeker bileşeni olarak bulunmuş ve bunu %10,1 ile arabinoz takip etmiştir. Glukoz (%4,6), galaktoz (%3,0) ve ramnoz (%1,0) küçük bileşenler 16

27 olarak gözlenmiştir. Üronik asitler başlıca MelcA- belirgin bir miktarda (%5,2) tespit edilmiştir. Fang ve arkadaşları yaptıkları iki çalışma sonucunda %10 KOH ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlardaki bağlı lignini %8,9, alkali %2 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlardaki bağlı lignini %3,7-5 bulmuşlardır. Bu sonuçlara göre alkali peroksit ekstraksiyonunun lignin ve polisakkaritler arasındaki α-eter bağlarının açılmasında çok etkili olduğunu bildirmişlerdir. Sun vd. (2004a), şeker kamışı küspesini distile su, 0,5 M NaOH, %0.5, 1.0, 1.5, 2.0 H 2 O 2 (ph 11.5) ve 2.0 M NaOH ile 55 o C de 2 saat muameleyle yaptıkları çalışmada, hemiselülozların %90.4 ü, lignini %89 u izole edilmiştir (Çizelge 2.4). Çizelge 2.4. Mumdan arındırılmış şeker kamışı küspesinin farklı derişimlerde alkali ve alkali peroksit ile fraksiyonlu ekstraksiyon ürünleri (Sun vd., 2004a) NaOH % H 2 O 2 konsantrasyonu NaOH H 2 O 0,5 M 0,5 1 1, M Toplam Hemiselüloz 4,1 12,0 3,8 1,4 2,5 1,0 0,9 4,6 30,3 Lignin 0,5 9,5 2,7 0,6 1,0 0,9 0,5 0,4 16,1 Kalıntı 94,8 71,4 64,4 62,4 58,8 56,8 55,2 45,9 Sun vd. (2004a), aynı çalışmada hemiselülozları hidroliz ederek nötral şeker bileşenlerini tespit etmişlerdir. Su ekstratında, arabinoksilanın varlığına işaret eden ksiloz (%55,2) majör bileşen olarak bulunmuştur. Bunu hemiselülozlar ve serbest bırakılmış nişasta kaynaklı glukoz (%20,4) takip etmiştir. Üronik asit (%7,0) ve ramnoz (%1,8) nispeten yüksek diğer bileşenler olarak gözlenmiştir. Hemiselülozların %35,8 inin elde edildiği 0,5 M NaOH ekstratında Xyl/Ara oranı 6,8:1 tespit edilmiştir. Sırasıyla %0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0 H 2 O 2 muamelesinde arabino (glukurono) ksilan türleri ekstrakte edilmiştir. Bunlar ksiloz (%68,6-76,6), arabinoz (%12,8-15,6), glukoz (%7,4-13,1), üronik asit (3,5-4,8), galaktoz (%1,9-3,0), ramnoz (%iz-1,1) ve mannoz (%iz-0,3) dur. 2M NaOH muamelesinde ise arabinoksilan kaynaklı ksiloz (85,0) ve arabinoz (8,7) majör bileşenler olarak tespit edilmiştir. Sun 17

28 ve arkadaşları bu çalışmada küçük boyutlu hemiselülozların distile suda çözündüğünü, arabinozca zengin hemiselülozların kolay ekstrakte edildiğini göstermişlerdir. Ayrıca seyrek yan zincirli ksilanların alkalide daha az çözünüp, selüloza sıkı bağlandığı halde yan zincir substutiasyonu yüksek ksilanların alkalide daha çok çözünüp selüloza daha zayıf bağlıdığını ortaya koymuşlardır. Sun vd. (2004b) nin mumdan arındırılmış yağ palmiye fiber yaprakları, kavak ağacı, mısır sap ve koçanları ve arpa, buğday, pirinç ve çavdar sap ve samanlarını 45 o C'de 16 saat süreyle ph 11,6 da %2 H 2 O 2 ekstraksiyonu ile yaptıkları çalışmada sırasıyla hemiselülozların %85,7, %49,5, % 78,2, %79,7, % 87,1, %92,7, ve %79,4 ü, ligninin %72,1, %24,9, %87,3, %70,9, %85,7, %88,6 ve %89,8 i izole edilmiştir (Çizelge 2.5). Çizelge 2.5. Çeşitli materyallerden %2 H 2 O 2 (ph 11,6) ekstraksiyonu ile izole edilen hemiselüloz ve ligninin ürün yüzdesi (Sun vd., 2004b) Ürün Yüzdesi Yağ palmiye fiber yaprak Hızlı büyüyen kavak ağacı Mısır sapı Arpa samanı Buğday samanı Pirinç samanı Çavdar samanı Hemiselüloz 26,4 13,4 21,9 27,8 33,8 33,2 29,3 Lignin 12,9 5,8 13,1 11,2 14,4 10,9 15,8 Atık(kalıntı) 58,2 78,3 57,5 58,4 47,3 38,4 52,4 Sun ve arkadaşları hemiselülozların hidrolizi sonucunda pirinç samanı dışında tüm materyallerde toplam şekerlerin %62,4-72,6 sını teşkil eden ksilozun dominant bileşen olduğunu tespit etmişlerdir. İkinci büyük bileşenin de arabinoz (%12,4-19,5) olduğunu bildirmişlerdir. Gluktoz ve galaktoz daha küçük miktarlarda olup mannoz ve ramnoz minör bileşenler olarak bulunmuştur. Pirinç samanındaki yüksek glukoz oranı (%47,5), alkali peroksit muamelesi esnasında selülozdaki glukanların bozunmasına bağlanmıştır. Tüm materyallerde üronik asitler yakın değerlerde (%4,6-8,6) elde edilmiştir. Çopuroğlu (2004), yaptığı çalışmada pamuk sapında %24,31 hemiselüloz, %40,44 selüloz, %25,1 lignin, haşhaş sapında %24,31 hemiselüloz, %40,01 selüloz %26,29 lignin tespit etmiştir. Pamuk sapında manan miktarı%2.36, ksilan miktarı %19.35, 18

29 galaktan miktar %2,81, haşhaş sapında ksilan miktarı %23,33 ve arabinan miktar %0,98 bulunmuştur. Xu vd. (2006), şeker kamışı küspesini hafif alkali ve asidik 1,4-dioksan ile iki basamaklı muamele etmişlerdir. İlk muamele 1 M NaOH çözeltisi ile 20, 25, 30, 35 ve 40 o C de 18 saat yapılmış olup hemiselülozların sırasıyla %55,5, 57,3, 59,1, 60,9 ve 61,1 i izole edilmiştir. ikinci muamele 87 o C de 2 saat 1,4-dioksan-2 M HCl (9:1, v/v) ile yapılmış ve hemiselülozların sırasıyla %11,6, 11,9, 11,4, 10,9 ve 10,6 sı izole edilmiştir. Alkalide çözünen hemiselülozik preparatlarda yüksek bileşen ksiloz (%78,0-82,2) olarak bulunmuştur. Bunu üronik asitler (%4,8-5,8), başlıca 4-O-metilα-D-glukopiranoziluronik asit, arabinoz (%9,3-11,7) ve glukoz (%2,2-4,1) takip etmiştir. Asidik dioksanda çözünen hemiselülozların başlıca şeker bileşenleri ise ksiloz (%44,9-46,8) arabinoz (%35,9-38,1) ve glukoz (%13,0-13,7) bulunmuştur. Alkalide çözünen hemiselülozların lineer, asidik ve molekül ağırlıklarının asidik dioksanda çözünen hemiselülozlardan daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Asidik çözücüler ile hemiselülozların ekstraksiyonu, çevre dostu olması özelliği ile alkali ekstraksiyonuna alternatif olarak önerilmiştir Hemiselülozların FTIR Spektrum Yorumları FT-IR spektroskopisi uygulamaları hücre zarı polisakkaritlerinin incelenmesinde (Sun vd., 2002) ve hemiselülozların yapılarının aydınlatılmasında son derece etkili bir tekniktir (Kacurakova, 1994). Fang vd. (1999a), su, alkali peroksit ve NaOH gibi farklı şartların kullanıldığı izolasyonlarda hemiselülozların yapılarının benzerlik gösterdiğini açıklamıştır. Alkali peroksit ile muamelenin hemiselülozların makromoleküler yapılarında önemli bir değişikliğe neden olmadığı ve hemiselülozlar için spesifik bantların cm -1 bölgesinde maksim olduğu bildirilmiştir (Fang vd., 1999a; Sun vd., 2004a). Sun vd. (2002; 2004a, b), karbonil gerilme bölgesinde cm -1 aralığında hemiselülozlar tarafından absorblanmış suyun şiddetli bir bant verdiğini bildirmiştir. 19

30 Kacurakova vd. (1998) ne göre bunun nedenini katı haldeki bu makromoleküllerin kolaylıkla hidratlanabilen, suya çok büyük ilgi duyan düzensiz yapılar olmalarıdır. Gupta vd. (1987), hemiselülozlardaki glikozidik bağların FT-IR deki izlerini şu şekilde açıklamıştır: Anomerik bölgede ( cm -1 ) 903 cm -1 de küçük keskin bir bant β anamorlerinin tipiğidir ve bu bütün hemiselülozik preparatlardaki şeker üniteleri arasında β-glikozidik bağlanmalarının varlığını ispat eder. 782 cm -1 deki zayıf bant hemiselülozlardaki şekerlerin α- konfügürasyonlarından kaynaklanır. Hemiselülozik preparatlarda α-piranozidin küçük miktarlarının olduğunu gösterir. Fang vd. (1999a), 894 cm -1 de, Sun vd. (2002) ve Sun vd. (2004b), bir omuz ve 903 cm -1 de küçük keskin bir bandın şeker üniteleri arasında β-glikozidik bağlanmaların karasteriği olduğu bildirilmiştir cm -1 arası bantlar ksilanlar için tipiktir (Sun vd., 2004a) cm -1 deki belirgin bant hemiselülozlardaki C-O, C-C gerilme veya C-OH bükülmelerinin C-O- C glikozidik bağlanmalarından kaynaklanır (Marchessault, 1962; Fang vd., 1999a; Sun vd., 2002). Sun vd. (2004a, b), 1049 cm -1 deki keskin bandın izole hemiselülozlardaki dominantın ksilan olduğunu gösterdiğini bildirmiştir. Arabinozil yan zincirlerinin varlığını Sun vd. (2002), 1182 cm -1 de düşük şiddetli omuz, Sun vd. (2004a), 1175 cm -1 ve 990 cm -1 de düşük şiddetli iki omuzla belgelendirmişlerdir. Bunların şiddetindeki değişiklikler arabinozyl substutientlerine göre değişir. Fang vd. (1999a) ne göre 1096 cm -1 deki bant dallanma derecesiyle kuvvetli etkili olan C-OH bükülmesine tekabül eder. Dallanmanın numarasında bir artış ile cm -1 de şiddetle bir azalma olduğu Kacurakova vd. (1998) tarafından rapor edilmiştir. 20

31 Sun vd. (2004a, b), cm -1 civarında görülen bantların hemiselülozların hidroksil gerilme titreşimlerinden, cm -1 civarındaki bantların C-H gerilme titreşimlerinden kaynaklandığını bildirmiştir. Fang vd. (1999a), 1467, 1320, 1260 ve 1213 cm -1 deki bantların, Sun vd. (2004a), 1387, 1334 ve 1262 cm -1 deki bantların, Sun vd. (2004b), 1467, 1427 ve 1341 cm -1 deki bantların C-H, OH veya CH 2 bükülmelerini temsil ettiğini bildirmiştir. Kacurakova (1998), 1421 cm -1 deki güçlü bandın hemiselülozlardaki C-O gerilmesi ve CH yada OH bükülmesini temsil ettiğini bildirmiştir (Fang vd.,1999a). Sun vd. (2004a, b), 1520 cm -1 de görülen zayıf veya şiddetli bandın veya omuzun hemiselülozlardaki ortaklanmış ligninden kaynaklandığı bildirilmiştir. Sun vd., (2002; 2004b), suda çözünen hemiselülozların spektrumunda cm -1 arası absorbansların, hemiselüloz ve lignin asetil, feruloyl ve p-kumarik vb. guruplarının karbonillerinin göstergesi olduğunu ve lignin veya hemiselüloz moleküllerindeki hidroksil guruplarının oksidasyonuyla sonuçlanan karbonil gurupları nedeniyle 1710 cm -1 civarında görülebileceğini bildirmiştir. Alkali veya alkali peroksit ile izole edilen hemiselülozlarda karbonil ve karboksil guruplarının ester bağlarının açılması nedeniyle bu bant veya omuzların bulunmayabileceği belirtmişlerdir. Ester bağları alkali şartlar altında hidrolize duyarlıdır. Oysa hemiselülozlardaki glikozidik bağlar ve hidroksil gurupları alkaliye açıkça dirençlidir (Sun vd., 2004b). 21

32 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1. Kullanılan Materyaller ve Kimyasal Maddeler Materyal Haşhaş sapları Isparta nın Gelendost ilçesinin Yenice Köyünden, pamuk sapları ise Adana nın Karaisalı İlçesi nin Çakallı Köyünden temin edilmiştir. Toplanan saplar gölgede kurutulduktan sonra küçük boyutlara getirilip, S.D.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Maden Mühendisliği Bölümü Cevher Hazırlama Laboratuarı nda öğütülerek mesch lik elek arası alınmıştır Kimyasal Maddeler J.T.Baker firmasından toluene (C 6 H 5 CH 3 ), ethanol (C 2 H 5 OH, %92,96), Climax firmasından aseton (C 3 H 6 O, %99), Merck firmasından hidrojen peroksit (H 2 O 2, %35), asetik asit (CH 3 COOH, %99), sodyum hidroksit (NaOH), sülfirik asit (H 2 SO 4, %98), baryum hidroksit (BaOH), potasyum bromür (KBr) kimyasalları temin edilmiştir. Deneylerin tümünde damıtık su kullanılmıştır Kullanılan Cihazlar ph metre (Crison Basic 20) UV/VIS (Perkin Elmer Lambda 20) Hassas Terazi (Shimadzu A*200) FT-IR Shimadzu (IR- Rrestige-21) 22

33 3.2. Yöntem Nem Tayini Isıya dayanıklı ve ağırlığı sabit olan cam kap içinde 1 gramlık örnekler tartılmıştır. Etüvde 105±2 o C sıcaklıkta 2 saat süre ile bekletilmiştir. Örnekler desikatörde soğutulduktan sonra tartılmış ve tam kuru ağırlıkları bulunmuş, nem oranları hesaplanmıştır. YA TKA RM (%) = x 100 (3.1) TKA RM: Rutubet Miktarı YA: Yaş Ağırlık TKA: Tam Kuru Ağırlık Kül tayini 900 o C de sabit tartıma getirilen porselen krozeler içine 1 gramlık örnekler yerleştirilmiştir. Bek alevinde yakılan örnekler 200 o C deki fırına yerleştirilerek sıcaklık 600 o C ye yükseltilmiştir. 600 o C de 2 saat bekletildikten sonra desikatörde soğutulmuş ve tartılarak kül miktarı tespit edilmiş, % kül oranı hesaplanmıştır Toluen- Ethanol Ekstraksiyonu Öğütülmüş örnekler önce toluen-ethanol (2:1, v/v) karışımı ile sokslet ekstraksiyon cihazında 6 saat süreyle ekstrakte edilmiştir. Ekstrakte edilen örnekler, hava kurusu hale gelinceye kadar serilerek kurutulmuştur. Nem oranı tayin edilen örnekler kavanozlara aktarılmıştır. 23

34 Klason Lignin Tayini Nem miktarı bilinen, ekstrakttan arınmış örnekler, 1 g tam kuru maddeye denk gelecek şekilde tartılmış ve öncelikle 50 ml %72 lik H 2 SO 4 ile 20 o C de 2 saat süreyle, daha sonra 200 ml saf su ilave edilip 100 o C de 5 dakika süreyle hidroliz edilmiştir. Soğutulup süzme işlemi sonucu, klason lignin kalıntı olarak, polisakkarit birimleri ise hidrolizat içerisinde elde edilmiştir. 105±2 o C de kurutulan lignin miktarına spektrometrik yöntemle tespit edilmiş bağlı lignin miktar ilave edilerek toplam ekstraktlanmış ve fırın kurusu lignin yüzdesi belirlenmiştir Hemiselülozların Fraksiyonlanması Pamuk ve haşhaş sapındaki hemiselülozlar ardışık ekstraksiyon yoluyla izole edilmiştir (Şekil 3.1). Haşhaş ve pamuk saplarının her biri için ekstraktiflerinden arındırılmış 40 gram örnek sırasıyla 1200 ml distile su, 1200 ml 0,5 M NaOH, 800 ml %0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0 H 2 O 2 (6M NaOH ile ph 11.5 e ayarlanmış) ve 800 ml 2.0 M NaOH ile 55 o C de 2 saat süreyle karıştırılarak ekstrakte edildikten sonra goche krozesi aracılığı ile süzülmüştür. Çökelek bir sonraki ekstraksiyonda kullanılmak üzere 40 o C de 72 saat kurutulup tartılmıştır. Filtrat derişik asetik asit ile ph 5.5 e ayarlanmış, 4 hacim aseton ile -20 o C de çöktürülmüştür. Hemiselüloz bileşimini teşkil eden çökelek süzülerek hava kurusu hale gelene kadar oda sıcaklığında kurutulmuştur. Tartıldıktan sonra kimyasal analizlerde kullanılmak üzere numune kaplarına aktarılarak saklanmıştır. Tartılan hemiselüloz örneklerindeki bağlı lignin spektrometrik yöntemle tespit edilerek çıkarılmış ve her bir fraksiyonda elde edilen hemiselüloz oranı hesaplanmıştır. 24

35 Haşhaş ve Pamuk sapı Toluen-ethanol (2:1, v/v) ekstraksiyonu (sokslet aparatında 6 saat) Ekstraktiflerden arındırılmış materyal 300 ml H 2 O ile 55 o C de 2 saat karıştırarak muamele Çökelek Filtrat 1) Asetik asit ile ph 5,5 2) 4 hacim aseton ile çöktürme Filtrat (Çözünen lignin) 1200 ml 0,5 M NaOH, 800 ml %0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0 H 2 O 2 (6M NaOH ile ph 11.5 e ayarlı) ve 800 ml 2.0 M NaOH ile 55 o C de 2 saat süreyle karıştırılarak muamele Çökelek 1) Aseton ile yıkama 2) Kurutma Hemiselülozlar Çökelek Filtrat Filtrat (Çözünen lignin) Çökelek 1) Asetik asit ile ph 5,5 2) 4 hacim aseton ile çöktürme Hemiselülozlar 1) Aseton ile yıkama 2) Kurutma Şekil 3.1. Ekstraksiyon basamakları 25

36 Kimyasal Analizler Nötral Şeker Bileşenlerinin Tayini İzole edilen hemiselülozlardan g lık örnekler alınarak 10 ml %72 H 2 SO 4 ile 2 saat süreyle karıştırılarak hidroliz edilmiştir. Hacim 100 ml ye tamamlandıktan sonra 15 dakika kaynatılmıştır. Balon jojeye aktarılan hidrolizatın hacmi distile su ile 100 ml ye tamamlanmıştır. Nötral şekerlerin miktarı, HPLC de tayin edilmiştir. HPLC analizi öncesinde örneklerde bulunan SO -2 4 iyonları BaOH ilavesi ile çöktürülerek ayrılmıştır FT-IR Spektroskopisi FT-IR spektroskopisi analizleri için hemiselüloz örneklerini %1 içeren KBr diskleri hazırlanmıştır. Ölçümler için bir FT-IR Shimadzu spektrometresi kullanılarak onaltı hemiselülozik fraksiyonun spektrumları elde edilmiştir Spektrometrik Asit Çözünür Lignin Analizi Hemiselüloz preparatlarındaki asit çözünür lignin yüzdesi spektrometrik yöntemle tespit edilmiştir. UV-Küvete aktarılan asit hidrolizatın absorbansı 250 nm de ölçülmüştür. Kör değer için asit hidrolizat konsantrasyonuna eşit H 2 SO 4 çözeltisi kullanılmıştır. A Lignin (g/i) = x D (3.2) b x a A: Absorbans (205 nm) b: Küvet yüzeyi (cm) a: 110 lg -1 cm -1 D: Seyreltme faktörü 26

37 4. ARAŞTIRMA BULGULARI Haşhaş ve pamuk sapı örneklerine uygulanan toluen-ethanol ekstraksiyonu sonucu tam kuru materyal miktarı bazında haşhaş sapında %4,76, pamuk sapında %4,53 ekstraktif madde materyallerden uzaklaştırılmıştır. Toluen- ethanol ekstraksiyonu ile ekstraktiflerinden arındırılmış haşhaş ve pamuk sapları örneklerine uygulanan kül ve nem tayini sonucunda kül oranı haşhaş sapında %3,23, pamuk sapında %2,96 olarak, nem oranı haşhaş sapında %3,45, pamuk sapında %3,85 olarak tespit edilmiştir Toluen- ethanol ekstraksiyonu ile ekstraktiflerinden arındırılmış haşhaş ve pamuk sapları örneklerine uygulanan asit hidrolizi sonucu, tam kuru ekstraktlanmış materyal miktarı bazında klason lignini miktarı haşhaş sapında %22,34, pamuk sapında %21,58 olarak elde edilmiştir. Asit hidrolizatında spektrometrik olarak tespit edilmiş asit çözünür lignin miktarı tam kuru ekstrakttan arındırılmış materyal miktarı bazında haşhaş sapında %3,63 iken pamuk sapında %3,32 şeklindedir. Bu durumda toplam lignin miktarı haşhaş sapında %25,97 ve pamuk sapında %24,9 olarak elde edilmiştir. Ekstraktiflerden arındırılmış haşhaş ve pamuk sapı örneklerinden H 2 O, NaOH ve farklı konsantrasyonlarda alkali H 2 O 2 ile uygulanan fraksiyonel ekstraksiyonlar sonucunda elde edilen hemiselüloz miktarları Çizelge 4.1 ve Çizelge 4.2 de verilmiştir. Çizelge 4.1. Haşhaş sapı fraksiyonlu ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlar NaOH % H 2 O 2 konsantrasyonu NaOH Gram Miktar H 2 O 0,5 M 0,5 1 1, M Toplam Hemiselüloz+ Bağlı Lignin 1,5642 4,0486 1,2465 0,4476 0,8119 0,3218 0,2870 1, ,2099 Bağlı Lignin 0,1120 0,2000 0,0362 0,0050 0,0068 0,0022 0,0019 0,0014 0,3655 Hemiselüloz 1,4522 3,8486 1,2103 0,4426 0,8051 0,3196 0,2851 1,4809 9,

38 Çizelge 4.2. Pamuk sapı fraksiyonlu ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlar NaOH % H 2 O 2 konsantrasyonu NaOH Gram Miktar H 2 O 0,5 M 0,5 1 1, M Toplam Hemiselüloz+ Bağlı Lignin 1,2235 5,0356 1,3931 0,4889 0,8476 0,3215 0,2385 0, ,4317 Bağlı Lignin 0,1029 0,3135 0,0428 0,0052 0,0057 0,0018 0,0011 0,0023 0,4753 Hemiselüloz 1,1206 4,7221 1,3503 0,4837 0,8419 0,3197 0,2374 0,8807 9,9564 Haşhaş ve pamuk sapı materyallerinde bulunan hemiselülozların ekstrattan arındırılmış tam kuru numune bazında her bir fraksiyonda elde edilen yüzde miktarları hesaplanarak Çizelge 4.3 de verilmiştir. Çizelge 4.3. Haşhaş ve pamuk sapından ekstraktlanmış tam kuru numune bazında farklı konsantrasyonlarda elde edilen hemiselüloz yüzdeleri Hemiselüloz NaOH % H 2 O 2 konsantrasyonu NaOH % H 2 O 0,5 M 0,5 1 1, M Toplam Haşhaş Sapı 3,63 9,62 3,02 1,12 2,01 0,80 0,71 3,70 24,61 Pamuk Sapı 2,80 11,81 3,38 1,21 2,10 0,80 0,59 2,20 24,89 Haşhaş ve pamuk sapından elde edilen toplam hemiselüloz miktarı bazında her bir fraksiyonda elde edilen verim yüzdeleri hesaplanarak Çizelge 4.4 de gösterilmiştir. Çizelge 4.4. Haşhaş ve pamuk sapından ekstraktlanmış toplam hemiselüloz bazında her bir fraksiyonda elde edilen hemiselüloz yüzdeleri H 2 O NaOH % H 2 O 2 konsantrasyonu NaOH Toplam 0,5 M 0,5 1 1, M % Haşhaş Sapı 14,8 39,1 12,3 4,5 8,2 3,2 2,9 15,0 100 Pamuk Sapı 11,3 47,3 13,6 4,9 8,5 3,2 2,4 8,

39 Haşhaş ve pamuk sapından her bir fraksiyonda elde edilen hemiselülozlara ait FT-IR spektrumları aşağıda verilmektedir. Çizelge 4.5. Haşhaş sapı ve pamuk sapı hemiselülozlarının FT-IR spektrumu pik yerleri Pik Yeri (cm -1 ) Absorbe Su 1650 β-glikozidik Bağ 900 α-piranozidin Ksilan Arabinozil Gurubu ortaklaşnmış Lignin %T 37, , FTIR Measurement /cm Şekil 4.1. Su ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 80 %T /cm Şekil ,5 M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına FT-IR spektrumu 29

40 60 %T 52, , /cm Şekil 4.3. %0,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrum 95 %T /cm Şekil 4.4 %1 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 30

41 87,5 %T 85 82, , /cm Şekil 4.5. %1,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 70 %T /cm Şekil 4.6. %2 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 55 %T /cm Şekil 4.7. %3 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 31

42 75 %T /cm Şekil M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen haşhaş sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 70 %T /cm Şekil 4.9. H 2 O ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT- IR spektrumu 82,5 %T 75 67, /cm Şekil ,5 M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 32

43 82,5 %T 75 67, /cm Şekil %0,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 45 %T /cm Şekil %1 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 37,5 %T 30 22, FTIR Measurement /cm Şekil %1,5 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 33

44 60 %T FTIR Measurement /cm Şekil %2 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 60 %T 52, , /cm Şekil %3 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 30 %T 22,5 15 7, /cm Şekil M NaOH ekstraksiyonundan elde edilen pamuk sapı hemiselülozlarına ait FT-IR spektrumu 34

45 5. TARTIŞMA VE SONUÇ Son yıllarda gıda, yakıt, ilaç endüstrileri gibi pek çok alanda bitkisel materyallere ilgi gittikçe artmaktadır. Bitki temel bileşenlerinden olan hemiselülozların izolasyonu ve kullanımı üzerine pek çok araştırma yapılmaktadır. Bu çalışmada yıllık bitkilerden olan pamuk ve haşhaş saplarından hemiselülozların alkali peroksit ortamda fraksiyonel olarak ekstraksiyonu yapılmıştır. Kül miktarı haşhaş sapında %3.23, pamuk sapında %2.96 tespit edilmiştir. Sun ve arkadaşları (2004b), kül miktarını mısır sapında %4,1, arpa sapında %3,7, buğday sapında 3,9, çavdar sapında %3,0 bulmuştur. Buna göre haşhaş sapı ve pamuk sapındaki inorganik madde miktarı çavdar sapındakiler ile yakın orandadır. Ekstraktif madde miktarı haşhaş sapı (%4,76) ve pamuk sapında (%4,53) yakın oranlarda olup Çopuroğlu (2004) nun benzen-ethanol ekstraksiyonunda elde ettiği değerler (haşhaş sapında %4,92, pamuk sapında %4,81) ile uyumludur. Haşhaş ve pamuk saplarından su ekstraksiyonu ile izole edilen hemiselülozların koyu renkli olduğu, 0,5 M NaOH ve %0,5 H 2 O 2 fraksiyonunda rengin kısmen açıldığı artan H 2 O 2 konsantrasyonu ile hemiselülozik fraksiyonların renklerinin tamamen açıldığı gözlenmiştir. Bu H 2 O 2 nin ağartma sistemlerinde etkin bir madde olmasının sonucudur. Tüm hemiselülozik fraksiyonların koyu kıvamda yapışkan materyaller olduğu tespit edilmiştir. Bu ise kıvamlaştırıcı ve adheziv olarak kullanılabilmelerine imkan sağlar. Bu çalışmada ekstraktiflerinden arındırılmış kuru materyal bazında hemiselüloz oranı haşhaş sapında %24,61, pamuk sapında %24,89 olarak bulunmuştur. Cengiz vd. (1993), yaptıkları çalışmada haşhaş sapında %24,48 hemiselüloz tespit etmiştir. Yine aynı çalışmada, diğer yıllık bitki türlerinde hemiselüloz miktarı buğday samanında %30,67, ayçiçeği sapında %19,58, tütün sapında %17,52 olarak sunulmuştur. Çopuroğlu (2004), yaptığı çalışmada pamuk sapında %24,31, haşhaş sapında %24,31 hemiselüloz bulduğunu açıklamıştır. Bu çalışmada elde edilen değerler 35

46 Cengiz ve Çopuroğlunun sonuçları ile uyumludur. Hemiselüloz miktarlarının bu çalışmada kısmen yüksek çıkma nedeni Sun vd. (2000; 2004a, b) nin de belirttiği üzere %0,5 den 3 e artan alkali peroksit konsantrasyonu nedeniyle selülozdan kısmen glukoz çözünmesidir. Ekstraktiflerinden arındırılmış haşhaş sapı ve pamuk sapının sırasıyla distile su, 0,5 M NaOH, %0,5, 1,0, 1,5, 2,0, 3,0 H 2 O 2 (ph 11,5) ve 2 M NaOH ile fraksiyonel ekstraksiyonu yapılmıştır. Sonuçta başlangıç materyali yüzde kuru ağırlığı bazında haşhaş sapı hemiselülozları sırasıyla %3,63, 9,62, 3,02, 1,12, 2,01, 2,01, 0,71, 3,70 i, pamuk sapı hemiselülozlarının sırasıyla %2,80, 11,81, 3,38, 1,21, 2,10, 0,80, 0,59, 2,20 si izole edilmiştir. Bu oranlar haşhaş sapı için orijinal hemiselülozların sırasıyla %14,8, 39,1, 12,3, 4,5, 8,2, 3,2, 2,9, 15,0 ına denk düşer. Pamuk sapı hemiselülozları için ise bu değerler sırasıyla %11,3, 47,3, 13,9, 4,9, 8,5, 3,2, 2,4, 8,8 olarak hesaplanmıştır. Ardışık ekstraksiyonlarda hemiselülozların %100 e yakın miktarı elde edilmiştir. Su ile ekstraksiyonda haşhaş sapındaki hemiselülozların %14,8 i, pamuk sapındaki hemiselülozların %11,3 ü izole edilmiştir. Bu sonuçlar Sun vd. (2004a) nin şeker kamışı küspesi ile yaptıkları çalışmada elde ettikleri veriler ile uyumludur. Aynı çalışmada su ile ekstraksiyonda elde edilen hemiselülozların düşük molekül ağırlıklı, alkali ve alkali peroksit muamelesinde elde edilenlerin ise yüksek molekül ağırlıklı olduğunu bildirmiştir. 0,5 M NaOH ile muamele edilen her iki numune ile çok yüksek ekstraksiyon verimi elde edilmiştir Bu verim haşhaş sapında (%39,1) pamuk sapına (%47,3) göre daha düşük orandadır. Sun vd (2004a), aynı konsantrasyonda NaOH ile yaptıkları çalışmada şeker kamışı küspesi hemiselülozlarının %35,8 ini izole etmişlerdir. Xu vd. (2006), farklı sıcaklıklarda 1 M NaOH kullanarak şeker kamışı küspesi hemiselülozlarını %55,5-61,1 ini izole etmişlerdir. %0,5 den %3,0 e değişen alkali peroksit ekstraksiyonlarında ekstrakttan arındırılmış kuru materyal bazında haşhaş sapından %7,66, pamuk sapından %8,08 hemiselüloz 36

47 izole edilmiştir. Bu değerler materyallerdeki hemiselülozları sırasıyla %31,1 ve %32,6 sına denk düşer ve bunlar Sun vd. (2004a) nin aynı konsantrasyonda elde ettiği değerler ile uyumludur. Sun vd. (2004b) nin yaptıkları çalışmada çoğunluğu yıllık, farklı bitkilerden hemiselüloz izolasyonunda %2 H 2 O 2 konsantrasyonunun etkili olduğunu bildirmesine karşılık pamuk ve haşhaş sapının fraksiyonel ekstraksiyonunda %1,5 H 2 O 2 kullanımının etkili olduğu görülmüştür. Bilindiği üzere hücre duvarındaki hemiselülozların farklı fonksiyonlarından dolayı ekstraksiyonlarında da farklılık gözlenir. Ooesreveld vd. (2003) ve Sun vd. (2004a, b) yan zincir subtutiasyonu yüksek ksilanların selüloza daha gevşek bağlandığını ve alkalide daha çok çözündüğünü ifade etmişlerdir. Ekstraksiyon gücündeki artış ile arabinogalaktanların dallanma derecelerinin azaldığı da otoritelerce belirlenmiştir. Fang vd. (1999a, b), Sun vd. (2000; 2002), Sun vd. (2004a, b), Xu (2006) farklı bitki türleri üzerinde yaptıkları çalışmalarda majör bileşenin arabinoksilanların varlığına işaret eden ksiloz olduğunu tespit etmişlerdir. Çopuroğlu (2004) da pamuk ve haşhaş sapındaki en büyük bileşenin ksiloz olduğunu göstermektedir. Çalışmamızda elde edilen FT-IR spektrumlarındaki ksilana ait pikler de bunu destekler. İkinci büyük bileşen arabinoz dur. Fang vd (1999a,b), yaptıkları iki çalışma sonucunda %10 KOH ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlardaki bağlı lignini %8,9, alkali %2 H 2 O 2 ekstraksiyonundan elde edilen hemiselülozlardaki bağlı lignini %3,7-5 bulmuşlardır. Sun vd. (2004a), çalışmalarında su fraksiyonunda %9,6 bağlı lignin, değişen alkali peroksit konsantrasyonlarından elde edilen hemiselülozik fraksiyonlarda %0,5-1 bağlı lignin tespit etmişlerdir. Bu sonuçlara göre alkali peroksit ekstraksiyonunun lignin ve polisakkaritler arasındaki α-eter bağlarının açılmasında çok etkili olduğunu bildirmişlerdir. Çalışmamızda spektrometrik ölçümlerimizden yola çıkarak hesapladığımız bağlı ligninin oranı su fraksiyonunda haşhaş sapı için %7,1, pamuk sapı için %8,4 tespit edilmiştir. Değişen alkali peroksit fraksiyonlarında ise haşhaş sapı için %0,7-2,9, pamuk sapı için %0,5-3,1 oranlarında bağlı lignin hesaplanmıştır. Bu alkali peroksidin lignin bozunmasındaki etkinliğinin sonucudur. Bu sonuçlar Fang ve Sun ın verileri ile uyumludur. 37

48 Alkali şartlar altında hemiselülozların ekstraksiyonu gerçekte onları sulu ortama ekstrakte etmek yoluyla lignoselülozik matristen serbest bırakmak için ester bağlarının alkali hidrolizini gerektirir. Ancak bitki hücre duvarından hemiselülozik bileşenlerin serbest bırakılması hem lignin ağının varlığı hem de ester ve eter ligninhemiselüloz bağlanmaları yüzünden sınırlıdır. Ek olarak geniş hidrojen bağlanmaları arasında hücre duvar özel polisakkarit bileşenleri hemiselülozların izolasyonuna engel olabilir. İlginçtir ki hidrojen peroksidin bozunmasıyla oluşan hidrojen peroksil ve hidroksilin sonucu olarak alkali peroksit ile lignoselülozik materyallerin muamelesi sadece zengin lignin bozunmasıyla değil aynı zamanda önemli hemiselüloz çözünmesi ile de sonuçlanır. Haşhaş sapı ve pamuk sapından izole edilen onaltı hemiselülozik fraksiyonun FT-IR incelendiğinde tüm spektrumlarda 1650 cm -1 civarında hemiselülozlar tarafından absorblanmış suya ait bazen şiddetli bazen zayıf bir bant elde edilmiştir. Bu bant Fang vd. (1999a), Sun vd. (2002; 2004a, b) nin spektrumlarında gözlenen bantlar ile uyumludur. Gupta vd. (1987), Fang vd. (1999a), Sun vd. (2002) ve Sun vd. (2004a), 903 cm -1 de β-glikozidik bağlanmalarının varlığından kaynaklanan küçük keskin bir bant gözlemişlerdir. Bu bant çalışmamızda 900 cm -1 civarında küçük görülmektedir. Gupta vd. (1987), 782 cm -1 de hemiselülozlardaki şekerlerin α- konfügürasyonlarından kaynaklanan zayıf bir bandın gözlenebileceğini bildirmiştir. Bu doğrultuda pamuk spektrumlarının tamamı ile distile su, 0,5 M NaOH ve 2 M NaOH hemiselüloz fraksiyonlarna ait spektrumlarda 800 cm -1 civarında gözlenen bantlar küçük miktarlarda α-piranozidin olduğunu düşündürür. Sun vd. (2004a, b), 1049 cm -1 deki keskin bandın izole hemiselülozlardaki dominantın ksilan olduğunu gösterdiğini bildirmiştir. Tüm spektrumlarda 1040 cm -1 civarında ksilana ait keskin ve şiddetli absorbsiyon bantları gözlenmiştir. Bu aynı zamanda pamuk ve haşhaş sapında dominant bileşenin ksilan olduğunu gösterir cm -1 ve 1100 cm -1 civarında gözlenen omuz ve küçük bantlar ise arabinozil yan zincirlerinin varlığına işaret eder. 38

49 Haşhaş sapı ve pamuk sapı hemiselülozik fraksiyonlarında cm -1 civarında geniş bant hemiselülozların hidroksil gerilme titreşimlerinden kaynaklanmaktadır. Sun vd. (2004a, b), cm -1 civarında bu bantları gözlediklerini bildirmişlerdir. Elde ettiğimiz bantlar yer itibari ile bununla uyumlu ancak daha geniştir cm -1 civarında elde ettiğimiz bant C-H gerilme titreşimlerinden kaynaklanır. Bu bantlar Sun vd. (2004a, b) nin elde ettiği bantlar ile uyumludur. Spektrumlarda 1460, 1320 ve 1260 cm -1 civarında C-H, OH veya CH 2 bükülmelerini temsil eden bantlar gözlenmiştir. Tüm spektrumlarda 1420 cm -1 de gözlenen güçlü bant hemiselülozlardaki C-O gerilmesi ve CH yada OH bükülmesini temsil eder. Bu sonuçlar Kacurakova (1998), Fang vd. (1999a), Sun vd. (2004a, b) nin yaptıkları çalışmalarda elde ettikleri spektral bantlar ile uyumludur. Sun vd. (2004a, b), 1520 cm -1 de görülen zayıf veya şiddetli bandın veya omuzun hemiselülozlardaki ortaklanmış ligninden kaynaklandığı bildirilmiştir. Spektrumlarda lignine ait absorbsiyon banları cm -1 civarında gözlenmiştir cm -1 civarında da gözlenen bantlar lignin oksidasyonuyla sonuçlanan karbonil gurupları nedeniyledir. 39

50 6. KAYNAKLAR Blakeny, A., B., Haris, P., J., Henry, R., J., Stone, B., A., A Simple and Rapid Preparation of Alditol Acetates for Monosaccharide Analysis. Carbohydrate Research 113, Blumenkrantz, N. and Asboe-Hansen, G., New Method for Quantitative Determination of Uronic Acids. Analytical Biochemistry 54, Brunow, G., Kilpeläinen, I., Sipilä, J., Syrjänen, K., Karhunen, P., Setälä, H., Rummakko, P.,1998. Oxidative Coupling of Phenols and the Biosynthesis of Lignin. In: Lignin and Lignin Biosynthesis. (Lewis, N.G. & Sarkanen, S., - eds.) American Chemical Society Symposium, 697, pp Cengiz, M., As, N., Atay, R., A Study on Possibilities of Opium Poppy Stalk in Pulp and Paper Industry. Doğa-Tr. Journal Of Agriculture and Forestry, 17, Çopuroğlu, M., Haşhaş sapı ve Pamuk Sapındaki Polisakkarit Bileşimlerinin Analizinin Yapılması. S.D.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 36s, Isparta. Deker, R., F., H., Biodegradtion of Hemicellulose. In: Biosynthesis and Biodegradtion of Wood Component. (Higuchi, T., -ed.) Academic Pess, pp , Tokyo, Japan. Dutton, G., G., S., Josseleau, Hemicellulose of Redwood, Cellulose. Chemical Technology, 7J(3), 313. Eda, S., Ohnishi, A., Kato, K., Xylan Isolated from the Stalk of Nikotiana Tabacum. Agric Biology Chemistry, 40, Fan, X. R., Fen, Z., H., Nephrotoxicity of Anti- Tumor Drugs. Acta Pharmacol Sinica, 8, Fang, J., M., Sun, R., C., Salisbury, D., Fowler, P., Tomkinson, J., 1999a. Comparative Study of Hemicelluloses from Wheat Straw by Alkali and Hydrogen Peroxide Extractions. Polymer Degradation and Stability, 66(3), Fang, J., M., Sun, R., Fowler, P., Tomkinson, J., Hıll, C., A., S., 1999b. Esterification of Wheat Straw Hemicelluloses in the N, N- Dimethylformamide/Lithium Chloride Homogeneous system, Journal of Applied Polymer Science, 74 (9),

51 Fengel, D., Wegener, G., Polyosen und Lignin-Polysaccharid-Komplexe aus Holz. In: Polysaccharide. (Burchard, W., -ed) Springer Verlag, pp.43-55, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo. Fengel, D., Wegener, G., Wood Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Walter de Gruyter Verlang, 612s. Berlin, New York. Fu, Y., L., Gutmann, D., J., Timell, T., E., Secondary Pholem of Scots Pine (Pinus Sylvestris L.), Isolation and Characterization of Callose. Chemical Technology, 6, , Gabrielli, I. and Gatenholm, P., Preparation and Properties of Hydrogels Based on Hemicellulose. Journol of Aplied Polimer Sciense 69, Gáspár,M., Juhász, T., Szengyel, Zs., Réczey, K., Fractionation and Utilisation of Corn Fibre Carbohydrates. Process Biochemistry, 40, Goldstein I., S., The Hydrolysis of Wood, Tappi, 63, 9. Gonzáles, C., A., Fernandez, M., N., Sahagun, A., M., Castro, R., L., J., Sierra, V., M., Glucomannan: Properties and Therapeutic Applications. The Journal of Nutrition Hospital, 19(1), Goring, D., A., I., Timell, T., E., Molecular Weight of Native Cellulose. Tappi, 45, Goring, D., A., I., The lignin paradigm. In: Lignin Properties and Materials. (Glasser, W., G., Sarkanen, S., -eds.) American Chemical Society, pp.2-9, Washington D.C.. Göksel, E., Pamuk Saplarının Selüloz ve Kağıt Endüstrisinde Kullanım Olanakları Üzerine Araştırmalar. İ.Ü. Orman Fakültesi Dergisi, Seri A, 36 (1), Gupta, S., Madan, R., N., Bansal, M., C., Chemical Composition of Pinus Caribaea. Hemicellulose. Tappi, 70, Harada, H., Côté, W., Structure of Wood. In: Biosynthesis and Biodegradation of Wood Components. (Higuchi, T., -ed.) Academic Press, pp.1-42, Orlando. Hoffman, G., C., Timell, T., E., Polysaccharides in Compression Wood of Tamarrack (Larix Laricina), 1. Isolation and Characterization of Laricina, an Acidic Glucan. Svensk Paperstidning, 75 (4), Imamura, T., Watanabe, T., Kuwahara, M., Koshijima, T., Ester Linkages Between Lignin and Glucuronic Acid in Lignin-Carbohydrate Complexes from Fagus Crenata. Phytochemistry, 37,

52 Jacobsen, S., E. and Wyman, C., E., Xylose Monomer and Oligomer Yields for Uncatalyzed Hydrolysis of Sugarcane Bagasse Hemicellulose at Varying Solids Concentration. Industrial Engineer and Chemical Research 41, Joly, N., Synthèse et Caractérisation de Nouveaux Films Obtenus par Acylation Plastiques et Réticulation de la Cellulose. L Université de Limoges, École Doctorale Science, 153p, Paris. Kacurakova, M., Ebringerova, A., Hirsch, J., Hramadkova, Z., Infrared study of Arabinoxylans. Journal of Science Food Agriculture, 66, Kacurakova, M., Belton, P., S., Wilson, R., H., Hirsch, J., Ebringerova, A., Hydration Properties of Xylan-Type Structure: FTIR Study of Xylooligosaccharides. Journal of Science Food Agriculture, 77, Koshijiama, T., Watanabe, T., Yaku, F., Structure and Properties of the Lignin-Carbonhydrate Complex Polymer as an Amphipathic Substance. In: Lignin Properties and Materials. (Glasser, W., G., Sarkanen, S., -eds.) American Chemical Society, pp.11-18, Washington D.C.. Krässig, H., A., Cellulose: Structure, Accessibility, and Reactivity. Gordon and Breach Science, 27, Lawther, J., M., Sun, R., C. and Banks, W., B., Extraction, Fractionation, and Characterization of Structural Polysaccharides from Wheat Straw. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 43, Lewis, S., M., Holzgraefe, D., P., Berger, L., L., Fahey, G., C., Gould, J., M., Fanta, G., F., Alkaline Hydrogen Peroxide Treatments of Crop Residues to Increase Ruminal Dry Matter Disappearance in Sacco Animal Feed Science Technology, 17, Maijala, P., Heterobasidion Annosum and Wood Decay: Enzymology of Cellulose, Hemicellulose, and Lignin Degradation. Department of Biosciences, Division of Plant Physiology University of Helsinki, 90p, Helsinki. Marchessault, R., C. and Liang, C., Y., The İnfrared Spectra of Crystalline Polysaccharides. VIII. Xylans. Journal of Polymer Science, 59, Ooesreveld, A., Harmsen, J., S., Voragen, A., G., J., Schols, H., A., Extraction and Characterization of Polysaccharides from Gren and Roased Coffea Arabica Beans. Carbohydrate Polymers, 52, Pan, G., X., Bolton, J., L., Leary, G., J., Determination of Ferulic and p- Coumaric Acids in Wheat Straw and the Amounts Released by Mild Acid and 42

53 Alkaline Peroxide Treatment. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 46, Popa, V., I., Hemicelluloses. In: Polysaccharides in Medical Applications. (Dumitiui, S., -ed.) Marcel Dekker Interscience, pp , New York. Popa, V., I., Spiridon, I., Hemicelluloses. In: Polysaccharides Structural Dıversıty and Functional Versatılıty. (Dumitriu, S., -ed.) Marcel Dekker Interscience, pp , New York. Puls, J., Chemistry and Biochemistry of Hemicelluloses. Relationship Between Hemicellulose Structure and Enzymes Required for Hydrolysis. Macromolecular Symposium, 120, Saha, B., C., Hemicellulose Bioconversion. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 30(5), Sarkanen, K., V., Ludwig, C., H., Definition and Nomenclature. In: Lignins: Occurence, Formation, Structure and Reactions. (Sarkanen, K., V., Ludwig, C., H., -eds.) Wiley Interscience, pp , New York. Saulnier, L., Marot, C., Chanliaud, E., Thibault, J., F.,!995. Cell Wall Polisaccaride Interactions in Maize Bram. Carbohydrate Polymers, 26, Saulnier, L., Thibault, J., F., Ferulic Acid and Diferulic Acids as Components of Sugar-Beet Pectins and Maize Bran Heteroxylans. Journal of Science Food Agriculture, 79, Sjöström, E., Wood Chemistry, Fundamentals and Applications. Academic Press, No:2, 293s. San Diego. Sun, R., C., Tomkinson, J., Ma, P., L., Liang, S., F., Characterization Study of Hemicelluloses from Rice Straw by Alkali and Hydrogen Peroxide Treatments. Carbohydrate Polymers, 42, Sun, R., C. and Tomkinson, J., Characterization of Hemicelluloses Obtained by Classical and Ultrasonicall Assited Extractions from Wheat Straw. Carbohydrate Polymers 50, pp Sun, R., Wang, X., Y., Sun, X., F., Sun, J., X., Physicochemical and Thermal Characterisation of Residual Hemicelluloses Isolated by TAED Activated Peroxide from Ultrasonic Irradiated and Alkali Organosolv Pre-treated Wheat Straw. Polymer Degradation and Stability, 78(2), Sun, J., X., Sun, X., F., Su, Y., Q., 2004a. Fractional Extraction and Structural Characterization of Sugarcane Bagasse Hemicelluloses. Carbohydrate Polymers, 56(2),

54 Sun, J., X., Mao, F., C., Sun, X., F., Sun, R., C., 2004b. Comparative Study of Hemicelluloses Isolated with Alkaline Peroxide from Lignocellulosic Materials. Journal of Wood Chemistry and Technology, 24, Xu, F., Sun, J., X., L.iu, C., F., Sun, R., C., Comparative Study of Alkali- and Acidic Organic Solvent- Soluble Hemicellulosic Polysaccharides from Sugarcane Bagasse. Carbohydrate Research, 341, Wegener, G., Die Rolle des Holzes als Chemierohstoff und Energieträger, Teil:2 Verwertungsmöglichkeiten für Cellulose, Polyosen un Lignin. Holz als Roh- und Werkstoff, 40, Wegener, G., Fengel, D., Lignin- Makromolekül, Zelwandkomponente Rohstoff, 37(10),

55 ÖZGEÇMİŞ Adı Soyadı: Özlem DİLEK DİNÇTÜRK Doğum Yeri ve Yılı: Bucak-1977 Isparta Medeni Hali: Evli Yabancı Dili: İngilizce Eğitim Durumu Lise: Burdur Sağlık Meslek Lisesi Lisans: Selçuk Üniversitesi Eğitim Fakültesi Kimya Öğretmenliği İş Deneyimi : Konya-Çumra Devlet Hastanesi, Hemşirelik : Konya-14 Nolu Sağlık Ocağı, Hemşirelik : Burdur-Bucak Devlet Hastanesi, Hemşirelik : Ağrı-Doğubayazıt Lisesi, Kimya Öğretmenliği : Isparta-Senirkent Teknik Lise ve E.M.L., Kimya Öğretmenliği : Isparta-Senirkent İ.H.Ö. İşitme Engelliler Lisesi, Kimya Öğretmenliği. 45