Süperkritik CO2 ile kayısı posasından β- karoten ekstraksiyonu

Abstract

ÖZET Doktora Tezi SÜPERKRİTİK C02 ile KAYISI POSASINDAN P-KAROTEN EKSTRAKSİYONU İnci Sultan SANAL Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Ayla ÇALIMLI Meyve suyu üretiminde endüstriyel atık ürün olan kayısı posasındaki fS-karotenin Süperkritik- C02 ile ekstraksiyonunun gerçekleştirilmesi amacıyla dondurarak ve vakum etüvde kurutulmuş kayısı posalanna klasik çözücü ve süperkritik (SQ-CO2 ekstraksiyon işlemi uygulanmış ve bu İM yöntem karşılaştınlmıştır. Dondurarak kurutulmuş örneklerle. 9 ml'lik hücrede, 75-600 um tanecik arahğındaki 1 g örnek ile 1 ml/dak akış hızında, 50 °C çıkış vanası sıcaklığında, 200-500 atm basınç, 40-70 °C sıcaklık aralığında gerçekleştirilen işlemler sonucunda, 400 atm basmç ve 55 `C'de sıcaklıkta ve 90 dakika sürekli işletimde 72 ug p-karoten/gkuru posa değerine ulaşılmıştır. Ekstraktlann analizleri UV-VIS Spektrofotometre, ince tabaka kromatografi ve HPLC ile yapılmış ve uyumlu sonuçlar alınmıştır. HPLC analizleri, ekstraktın p-karotenden oluştuğunu göstermektedir. Örneğe 4 mi 2,2 dimetoksi propan (DMP) katılarak, örneklerdeki nem içeriğinin daha da düşürülmesiyle ve ekstraksiyon verimi %18 artarken ekstraksiyon süresi % 67 azalmıştır. Ekstraksiyon verimini artırmak amacıyla CCVe yardımcı çözücü katılması düşünülmüş ve bu amaçla su ve etanol karşılaştralmışür. Suyun %5 (hacimce)'den fazlasının verimi olumsuz etkilediği saptandığından, çalışmalarda yardımcı çözücü olarak etanol (% 0-20, v/v) kullanılmıştır. Etanole göre kesikli ekstraksiyon süresinin, verime bir etkisi olmadığı, ancak dengeye gelme süresinin hızlandığı saptanmıştır. SC-CO;+Etanol karışımı ile gerçekleştirilen deneylerde, % 15 Etanol ile. 300 atm ve 55°C'de 98 ug p-karoten/g kanı posa ile yaklaşık % 70 verime ulaşılmıştır. Verim hesaplamalarında klasik çözücü ekstraksiyonu ile belirlenen 141 ug P-karoten/g kuru posa değeri temel alınmıştır. Elde edilen verim değerine, klasik çözücü ekstraksiyon yöntemine göre 2 kat daha kısa sürede, daha az ve toksik olmayan çözelti ile ulaşılmıştır. SC-COo+Etanol ile p-karoten ekstraksiyonu işleminin deneysel tasannu `Yanıt Yüzey Yöntemi` (Responce Surface Method, RSM) ile yapılmıştır. Böylece sıcaklığın (43-77 °C), basıncın (132-468 atm) ve etanol yüzdesinin (% 2-28) ekstrakte edilen p-karoten miktarı üzerine etkileri incelenmiş ve en uygun işlem koşullan belirlenmiştir. Sonuçta etanolun doğrusaL sıcaklığın ise ikinci dereceden etkisinin oldukça önemli olduğu saptanmıştır. RSM ile seçilen çalışma koşullannda (308 atm, 69 °C, % 27,4 EtOH) kuramsal olarak elde edilen optimum verim değeri 100.4 jig p-karoten/g kuru posa'dır. Bu değer, deneysel değer (98 ug p-karoten/g kuru posa) ile uyumludur. Matemdik modelleme çalışmalarında ekstraksiyon sürecini en iyi karakterize eden matematik model `Büzülen Çekirdek Modeli` olarak belirlenmiştir. Model çözümü için, gerekli başlangıç ve şuur koşullan oluşturulmuş, viskozite ve yoğunluk değerleri CO^+Etanol karışımı için hesaplanmış; etkin yayımdık ise `ayar değişkeni` olarak kabul edilmiştir. Eksenel dağılma, kütle aktarım katsayısı ve doygunluk derişimi değerleri ise korelasyonlar yardımıyla hesaplanmıştır. Basınç (200, 300 ve 400 atm), sıcaklık (55, 65 ve 70 °C) ve etanol yüzdesinin (% 0. 5, 10, 15. 20 ) önerilen model üzerine etkileri incelenmiş ve modelin çözümü Crank-Nicholson sayısal çözüm yöntemi ile yapılmıştır. Deneysel bulguların model sonuçlan ile karşılaştırılması sonucunda. %5 Etanol katkı değerinin üzerinde, deneysel çalışma sonucu elde edilen verim değerleri ile model verileri tam olarak uygunluk gösterememiştir. 2004, 175 sayfa ANAHTAR KELİMELER : Süperkritik CCh ekstraksiyonu. p-karoten. kayısı posası. DMP. etanol. RSM. matematik model, büzülen çekirdek modeli

ABSTRACT Ph.D. Thesis EXTRACTION of p-CAROTENE fam APRICOT POMACE by SUPERCRITICAL CO- İnci Sultan ŞANAL Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Food Engineering Supervisor. Prof. Dr. Ayla ÇALIMLI In this study, extraction of p-carotene was carried out from apricot pomace obtained in fruit puree production process using supercritical (SQ-CO2. The samples drying both in vacuum oven and freeze-dryer were extracted by two different methods (classical solvent extraction and SC-CO2 extraction). SC-CO2 extraction experiments were carried out using freeze-drying 1 g sample grinding to particle size range of 75-600 urn in the 9 ml of extraction cell at 1 ml CO./min flow rate, 50 °C outlet valve temperature, the pressure range of 200-500 atm and the temperature range of 40-70 °C. At the end of the SC- CO2 extraction experiments, the highest yield of p-carotene was obtained 72 ng /g dry pomace at 400 atm, 55°C and at the end of 90 minutes. Analyses of extracts were carried out by UV-VIS spectrophotometer, thin layer chromatography and HPLC and these results were well adjusted. According to HPLC analyses, it can assume that extracts are consist of p-carotene. When 4 ml 2,2- dimethoxypropane (DMP) was added, moisture of the samples decreased. Consequently the extraction yield increased 18 % and the time of extraction decreased. An entrainer was added in SC-CO2 to increase extraction yield. For this aim, water and ethanol were compared. Since addition of higher amount of 5 % (v/v) water gave a negative effect on the yield, ethanol was used as entrainer in the farther experiments. Static extraction time with regards to ethanol did not affect on the extraction yield, only caused decreasing of extraction time. In the experiments carried out with SC-CO2 +ethanol mixing, maximum amount of p-carotene was 98 ug/g dry pomace (70 %) at 300 atm - 55°C and using 15 % (v/v) ethanol. The extraction yield calculations were made on the classical solvent extraction yield, 141 ug/g dry pomace. Hence, SC-CO2 extraction of p-carotene might carry out at shorter time (2 fold), using nontoxic and less solvent than those of classical solvent extraction. The experimental design of SC-CQ, +ethanol extraction of p-carotene was made by Response Surface Methodology (RSM). Thus the effects of temperature (43-77 °C), pressure (132-468 atm) and ethanol percentage (2-28 %) on the amount of p-carotene extracted and on the each other were studied. Optimum amount of p-carotene extracted was obtained as 100,4 ig / g dry pomace with employing the following predicted optimum extraction conditions: temperature 69 °C, pressure 308 atm and ethanol percentage 27,4 %. A verification experiment, conducted at these optimized conditions for maximum extraction of p-carotene, produced value for amount of p-carotene (98 ng /g dry pomace) that was very close to predicted value, indicated the reliability of the empirical model. `Shrinking Core Model` was selected the best mathematical model, which characterizes this extraction process. To the solve the model, initial and boundary conditions were determined, viscosity and density values of the SC-CO2 +ethanol mixing were calculated and effective diffusivity (De) value was selected as fit parameter. Axial dispersion and mass transfer coefficients and saturated concentration were calculated by correlations in the literature. Solving the model was carried out by Crank-Nicholson method. Effect of pressure (200. 300 and 400 atm), temperature (55. 65 and 70 °C) and ethanol percentage (% 0, 5, 10, 15, 20) on the model was studied. These results were compared with those of extraction experiments, model could not agree with experimental results at the above of 5 % ethanol. 2004, 175 pages Key Words : Supercritical CO3 extraction, P-carotene. apricot pomace. DMP, ethanol. RSM. mathematical modeling, shrinking core model.