ZEYTİNYAĞI ENDÜSTRİSİ KATI ATIĞININ DEĞERLENDİRİLMESİ: AÇIK RENKLİ HEMİSELÜLOZLAR İÇİN ALKALİ ÖZÜTLEME KOŞULLARININ İSTATİSTİKSEL OPTİMİZASYONU

Abstract

Zeytinyağı üretim sürecinin yan-ürünü olan zeytin katı atığı (ZKA), çok düşük ekonomik değere sahip bir lignoselülozik materyaldir. ZKA’nın hemiselüloz fraksiyonu, birçok endüstriyel uygulama için hammadde olarak kullanım potansiyeline sahiptir. Bu çalışmanın temel amacı, ZKA’dan mümkün olan en yüksek ham hemiselüloz özütleme verimine ulaşmak için bir alkali özütleme tekniğinin istatistiksel olarak geliştirilmesi ve bunun yanında siyah hemiselülozların renginin açılmasıdır. Optimizasyon için Box-Behnken Tasarımı temelli tepki yüzey metodolojisi kullanılmıştır. Optimum hemiselüloz özütleme koşulları %19,3 (a/h) alkali (KOH) konsantrasyonu, 1,3 mm partikül büyüklüğü, 25,3 saat özütleme süresi, %1 (a/h) MgSO₄ konsantrasyonu, %6,4 (h/h) H₂O₂ konsantrasyonu ve 60°C sıcaklık olarak tespit edilmiştir. Bu koşullardaki en yüksek deneysel hemiselüloz verimi %35,6±0,5 olup, teorik değer olan %31,2 ile uyumludur. Sonuç olarak, özütleme verimi %21,7’den %35,6’ya (a/a) çıkarılmıştır. Optimum koşullarda özütlenen hemiselülozların renk değerleri (L*,a*,b*) sırasıyla 31,69±0,28, -2,90±0,04 ve 5,49±0,04 olarak bulunmuştur. Çalışmanın sonuçları, gıda paketleme uygulamaları için biyobozunur plastikler ve ksilooligosakkaritler gibi endüstriyel öneme sahip katma değerli ürünlere dönüştürülme potansiyeline sahip açık renkli ZKA hemiselülozlarının izole edilmesi için yol göstermektedir.

Keywords

• Zeytin katı atığı,ön işlem,hemiselüloz,özütleme,optimizasyon,tepki yüzey metodolojisi,atık değerlendirme

VALORIZATION OF OLIVE-OIL INDUSTRY SOLID WASTE: STATISTICAL OPTIMIZATION OF ALKALINE EXTRACTION CONDITIONS FOR LIGHT-COLOURED HEMICELLULOSES

Abstract

Olive solid waste (OSW), the by-product of olive oil production process, is a lignocellulosic material with very low economic value. The hemicellulose fraction of OSW has a potential to be used as a raw material for several industrial applications. The main objective of the present work was to statistically develop an alkaline hemicellulose extraction procedure to achieve the highest possible crude hemicellulose extraction yield from OSW with concurrent efforts to lighten the colour of black hemicelluloses. Box-Behnken Design based response surface methodology was employed for optimization. The optimum hemicellulose extraction conditions were found as 19.3% (w/v) alkaline (KOH) concentration, 1.3 mm particle size, 25.3 h extraction time, 1% (w/v) MgSO₄ concentration, 6.4% (v/v) H₂O₂ concentration and 60°C temperature. The maximum experimental hemicelluloses yield at this condition was 35.6±0.5% which is in agreement with the predicted yield value of 31.2%. As a result, the extraction yield has been increased from 21.7% to 35.6% (w/w). The colour values (L*,a*,b*) of hemicelluloses extracted at optimum conditions were predicted as 31.69±0.28, -2.90±0.04 and 5.49±0.04, sequentially. The findings of this study demonstrated the route for isolation of light-coloured OSW hemicelluloses that have potential for conversion into industrially important value-added products such as biodegradable plastics for food packaging applications and xylooligosaccharides.

Keywords

• Olive solid waste,pretreatment,hemicellulose,extraction,optimization,response surface methodology,waste valorization

References

1. Romero-Garcia JM, Nino L, Martinez-Patino C, Alvarez C, Castro E, Negro MJ. 2014. Biorefinery based on olive biomass. State of the art and future trends. Bioresour Technol 159:421-432.
2. Nzihou A. 2010. Toward the valorization of waste and biomass. Waste Biomass Valor 1:3-7.
3. Fava F, Totaro G, Diels L, Reis M, Duarte J, Carioca OB, Poggi-Varaldo HM, Ferreira BS. 2015. Biowaste biorefinery in Europe: Opportunities and research & development needs. New Biotechnol 32:100-108.
4. Kalogiannis KG, Stefanidis S, Marianou A, Michailof C, Kalogianni A, Lappas A. 2015. Lignocellulosic biomass fractionation as a pretreatment step for production of fuels and green chemicals. Waste Biomass Valor 6:781-790.
5. Peng P, She D. 2014. Isolation, structural characterization, and potential applications of hemicelluloses from bamboo: A review. Carbohydr Polym 112:701-720.
6. Saxena A, Ragauskas AJ. 2009. Water transmission barrier properties of biodegradable films based on cellulosic whiskers and xylan. Carbohydr Polym 78:357-360.
7. Bahcegul E, Toraman HE, Erdemir D, Akinalan B, Ozkan N, Bakir U. 2014. An unconventional approach for improving the integrity and mechanical properties of xylan type hemicellulose based films. RSC Adv 4:34117-34126.
8. Zhang Y, Pitkanen L, Douglade J, Tenkanen M, Remond C, Joly C. 2011. Wheat bran arabinoxylans: Chemical structure and film properties of three isolated fractions. Carbohydr Polym 86:852-859.

9. Singh RD, Banerjee J, Arora A. 2015. Prebiotic potential of oligosaccharides: A focus on xylan derived oligosaccharides. Bioact Carbohydr Diet Fibre 5:19-30.
10. Tatar F, Tunç MT, Dervişoğlu M, Çekmecelioğlu D, Kahyaoğlu T. 2014. Evaluation of hemicellulose as a coating material with gum arabic for food microencapsulation. Food Res Int 57:168-175.