TÜBİTAK-BİDEB KİMYA LİSANS ÖĞRENCİLERİ KİMYAGERLİK, KİMYA ÖĞRETMENLİĞİ, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ- BİYOMÜHENDİSLİK ARAŞTIRMA PROJESİ EĞİTİMİ ÇALIŞTAYI KİMYA 3 (Çalıştay 2012) GRUP ORGANİK BUĞDAY NİŞASTASINDAN ÜRETİLEN BİYOPOLİMERİN UYGULAMALARI Merve DARDAĞAN Kimya Mühendisliği Özlem ÇEVİK Biyomühendislik PROJE DANIŞMANI: Prof. Dr. Mehmet AY TEKNİSYEN: G. Deniz TURHAN GÖKSU MALATYA 29 Haziran 8 Temmuz 2012
PROJENİN AMACI Buğday nişastasıyla, günlük yaşamda kullanılabilecek çevreye zarar vermeyen biyopolimerlerin üretilmesi, Bu biyopolimerlerin; çevreye duyarlı polimerik filmlerin üretilmesinde ve çocukların güvenle oynayabileceği organik oyuncaklar yapımında kullanılmasıdır.
SUNUM İÇERİĞİ Teorik Bilgi Materyal ve Yöntem Kullanılan Materyaller Deneysel Metot Bulgular FT-IR Sonuçları Sonuçlar ve Tartışma
TEORİK BİLGİ Nişasta Nişastanın Jelleşmesi
NİŞASTA Nişasta, tahıl tanelerinde bulunan amiloz ve amilopektinlerin glikoliz bağlarıyla bağlanmasından meydana gelen bir karbonhidrattır. Glikozun bitkilerdeki depolanmış halidir ve enerji üretiminde kullanılır. Amiloz Amilopektin
NİŞASTA Nişasta sıcak su içinde jelatinimsi bir kütle haline gelir. Parçalanmamış nişasta granülleri soğuk suda çözünmez, suyu emer ve şişer. Jelatinleşme nişastanın cinsine göre farklı sıcaklıkta olabilir.
NİŞASTA ÇEŞİTLERİ Hammaddeye Göre Mısır nişastası Patates nişastası Elde Edilişine Göre Doğal nişastalar Modifiye nişastalar Pirinç nişastası Buğday nişastası Deney için gereken pirinç nişastası temin edilemediğinden, proje önerisinde belirtilen B planı uygulandı. B planında olduğu gibi buğday nişastası kullanılarak deney gerçekleştirildi.
NİŞASTANIN JELLEŞMESİ Oda sıcaklığında nişasta, polimer zincirlerinin birbirine sıkıca kenetlendiği granüllerden oluşur. Granüllerdeki zincirler, yüksek sıcaklıkta birbirlerinden uzaklaşır ve suyla etkileşebilir. Su, nişastanın içine nüfuz ettikçe polimer yapısının düzeni bozulmaya başlar. Suyla etkileşen amiloz, nişasta tanesinden dışarı sızar. Böylece su emip şişen nişasta, jelleşmiş olur.
MATERYAL ve YÖNTEM Kullanılan Materyaller Yapılan Deneyler
Kullanılan Materyaller Buğday nişastası Gliserin Elma sirkesi Üzüm sirkesi Limon Türk kahvesi Havuç Kiraz Teflon tencere Çay bardağı Kek kalıbı Rende Alüminyum folyo Tel süzgeç Pastör pipeti Cam pipet Beher Mezür Silikon kaşık Bıçak Isıtıcı FT-IR
Deney için Hazırlık Kiraz Suyunun Elde Edilişi 250 g kiraz yıkandı, Çekirdeklerinden ayrıldı. Kirazlar sıkılıp suyu ve posası elde edildi, süzüldü. Böylece homojen bir kiraz suyu elde edildi.
Limon Suyunun Elde Edilişi Limonlar yıkandı. Sıkılarak suyu alındı. Tel süzgeçten geçirilerek çekirdeklerinden ayrıldı.
Kahve Renkli Çözeltinin Elde Edilişi 10 ml su içine 2 g Türk kahvesi ilave edildi ve ısıtıcı üzerinde karıştırıldı. Jeli renklendirmede kullanılacak kahve renginde bir çözelti elde edildi.
Havuç Suyunun Elde Edilişi Havuç rendelendikten sonra suyla beher içine koyuldu ve ısıtılarak karıştırıldı. Böylece havuç suyu elde edildi.
DENEY 1 25 g buğday nişastası 12,5 ml saf su 2,5 ml gliserin 2,5 ml elma sirkesi 5 ml kiraz suyu Tutkalımsı yapı oluştuktan sonra, hamur haline geldi ve etüvde kurutulduktan sonra üzerinde çatlaklar oluştu.
DENEY 2 55 g buğday nişastası 45 ml saf su 6 ml gliserin 6 ml limon suyu 6 ml kiraz suyu Yeterli sürede karıştırılmadığı için, sıvı bir yapı oluştu. Sonuçta 1 gün sonra, katılaşmış bir halde kalıptan çıkarıldı.
DENEY 3 42 g buğday nişastası 40 ml saf su 4 ml gliserin 4 ml üzüm sirkesi Oluşan sıvı-katı yapışkanımsı polimer, kalıba koyularak soğutulmaya bırakıldı. 1 gün bekletildikten sonra sert bir yapı elde edildi.
DENEY 4 2 g buğday nişastası 4 ml saf su 2 ml gliserin 1 ml üzüm sirkesi Isıtıcı teflon tencereyi yeterince ısıtamadığından, deney 50 ml lik beher içinde gerçekleştirildi.
DENEY 5 6 g buğday nişastası 12 ml saf su 6 ml gliserin 3 ml limon suyu 4 damla kiraz suyu
DENEY 6 20 g buğday nişastası 40 ml saf su 15 ml gliserin 10 ml limon suyu 16 damla kiraz suyu Miktarlar arttırılarak, 600 ml lik beher içinde jelleşme gerçekleştirildi.
DENEY 6 Sonuçta; ideal oranların bulunmasıyla, istenilen şekilde organik plastik elde edildi. Jelleşme sonrası oluşan ürünün bir kısmı kalp şeklindeki kalıba döküldü ve 2 saat sonra kalp şeklinde jel kıvamında bir yapı elde edildi.
DENEY 7 20 g buğday nişastası 40 ml saf su 15 ml gliserin 10 ml elma sirkesi 30 damla kiraz suyu
DENEY 8 20 g buğday nişastası 40 ml saf su 15 ml gliserin 10 ml üzüm sirkesi 35 damla kahve
DENEY 9 20 g buğday nişastası 40 ml saf su 15 ml gliserin 10 ml limon suyu 40 damla havuç suyu
DENEY 9 Oluşan jelimsi polimer kalıba döküldü ve polimer kısa süre içinde katılaştı, sonuçta istenilen şekilde organik jelimsi yapı elde edildi.
DENEY 10 20 g pirinç unu 40 ml saf su 10 ml gliserin 10 ml limon suyu 10 damla kiraz suyu
BULGULAR FT-IR Sonuçları
FT-IR SPEKTROSKOPİSİ Spektroskopi, bir örnekteki atom, molekül veya iyonların, bir enerji düzeyinden diğerine geçişleri sırasında absorplanan veya yayılan elektromanyetik ışımanın ölçülmesidir. Değişik dalga boylarında numune tarafından soğurulan ışın miktarı ölçülür. Bir gruba ait sinyal gözlemlenemiyorsa o grubun molekülde bulunmadığı varsayılabilir.
Nişastaya Ait Spektrum 1200-1300 cm -1 dalga boyunda 2900 C-H cm -1 eğilmeleri dalga boyunda görülmektedir. alkil 3300 cm -1 dalga grubundan boyunda, dolayı oluşan C-H alkolden kaynaklanan gerilmesinin O-H orta-kuvvetli pik gerilmesinin geniş ve verdiği kuvvetli görülmüştür. pik vermiştir. 1100 cm -1 dalga boyunda ise eterik bağdan kaynaklanan C-O gerilmesi güçlü pik vermiştir.
Üzüm Sirkesi Kullanılarak Yapılan Deneylerin FT-IR Sonuçları
Üzüm sirkesine ait FT-IR spektrumu 1700 cm -1 dalga boyunda C=O gerilmesi kuvvetli bir pik vermiştir. 3300 cm -1 dalga boyunda, O-H gerilmesi görülmektedir.
Üzüm sirkesi kullanılarak hazırlanmış polimere ait FT-IR spekturumu 1700 cm -1 dalga boyunda 2900 C=O cm -1 dalga boyunda gerilmesi C-H gerilmesi görülmektedir. 1200-1300 görülmüştür. cm -1 dalga boyunda C-O gerilmesi güçlü 3300 cm -1 dalga boyunda, pik vermiştir. O-H gerilmesinin geniş ve kuvvetli pik vermiştir. 1100 cm -1 dalga boyunda C-O gerilmesi görülmektedir.
Limon Suyu Kullanılarak Yapılan Deneylerin FT-IR Sonuçları
Limon suyuna ait FT-IR spektrumu 1700 cm -1 dalga boyunda C=O gerilmesi kuvvetli bir pik vermiştir. 3300 cm -1 dalga boyunda O-H gerilmesi görülmektedir.
Limon suyu kullanılarak hazırlanmış polimere ait FT-IR spektrumu 2900 1200-1300 cm dalga boyunda cm -1 C-H dalga gerilmesi boyunda 1700 görülmüştür. cm -1 C-O dalga gerilmesi boyunda güçlü C=O pik gerilmesi vermiştir. kuvvetli bir pik vermiştir. 3300 cm -1 dalga boyunda, O-H gerilmesinin görülmektedir. 1100 cm -1 dalga boyunda C-O gerilmesi güçlü pik vermiştir.
Elma Sirkesi Kullanılarak Yapılan Deneylerin FT-IR Sonuçları
Elma sirkesine ait FT-IR spektrumu 1700 cm -1 dalga boyunda C=O gerilmesi görülmektedir. 3300 cm -1 dalga boyunda O-H gerilmesi görülmektedir.
Elma sirkesi kullanılarak hazırlanmış polimere ait FT-IR spektrumu 29001200-1300 cm dalga boyunda C-H 1700 cm cm -1 dalga gerilmesi boyunda görülmüştür. -1 dalga boyunda C=O gerilmesi C-O gerilmesi kuvvetli bir güçlü pik pik vermiştir. 3300 cm -1 dalga boyunda, O-H gerilmesinin geniş ve 1100 cm -1 dalga boyunda C-O kuvvetli pik vermiştir. gerilmesi güçlü pik vermiştir.
SONUÇLAR ve TARTIŞMA
Üzüm sirkesi, limon suyu ve elma sirkesinden hazırlanmış polimerik jele ait spektrumda 3300 cm -1 dalga boyundaki O-H gerilmeleri benzerdir.
Buğday nişastasından yapılan biyopolimerik jel yapısı su içerisinde 1 gün bekletilmiştir ve yapının şiştiği ancak çözünmediği gözlemlenmiştir. Bu oluşan jel yapı, daha uzun süre suda bekletilirse, parçalanma miktarı artabilir. Bunun sebebi, buğday nişastasından hazırlanan biyopolimerin doğaya zarar vermeden zaman içinde parçalanarak yok olmasıdır.
Sonuç olarak; Hazırlanan polimerik jeller, günlük yaşamda kullanılabilecek çevreye zarar vermeyen biyopolimerler olarak üretilebilir. Bu jellerden, Çevreye duyarlı polimerik filmler üretilmesinde, Çocukların güvenle oynayabileceği organik oyuncaklar yapımında, Çeşitli takı veya süs eşyaları yapımında kullanılabilir.
Çalıştay koordinatörü ve aynı zamanda çalışmalarıyla bizleri aydınlatan, desteklerini esirgemeyen danışmanımız Prof Dr. Mehmet AY a, Teknisyen G. Deniz TURHAN GÖKSU ya, Tüm çalıştay ekibine ve İnönü Üniversitesi ne TEŞEKKÜR EDERİZ