Production of pectin from wastes and low-grade products of sun-dried fig processing: Optimization of pectin extraction and characterization of its major properties

Abstract

This thesis aimed extraction and characterization of pectin from processing wastes as stalks and low-grade fruits of sun-dried figs as an alternative pectin source. The extraction performed with three techniques (hot acidic, ultrasonic, enzymatic extraction) was optimized for key parameters. The hot acidic extraction, the most feasible method, yielded 11.7% crude fig stalk pectin (CSP) and 9.4% crude low-grade fig pectin (CFP) at optimal extraction conditions. The CSP had higher galacturonic acid content (GA: 34.2%) and degree of esterification (DE: 45%) than CFP (GA: 32.2% and DE: 36.7%). Purification of CSP gave pectin (PSP) with the highest GA (63%) and DE (65.9%). Despite differences in sugar compositions (D-glucose, L-rhamnose, D-galactose and L-arabinose), fig and citrus pectins displayed similar molecular weights and FT-IR profiles. The fig pectins were characterized for their gelation, antioxidant activity, water/oil absorption, emulsification/foaming capacities and stabilities, and viscosity. The properties of edible fig pectin films obtained with or without CaCl2 crosslinking were also investigated. PSP films showed greater mechanical strength (15.6-19.1 MPa), but lower water vapor permeability (6.28-12.85 g.mm/m2.day.kPa) than other films. The crosslinked CFP film exhibited the lowest solubility (32.8%) and degree of swelling. The emulsion films of CFP with eugenol (EUG) characterized and applied as a coating on whole melons effectively inhibited Listeria innocua (-2.2 log reduction) within 1 weeks at 10 °C. Fig pectins exhibited comparable or superior functional properties than commercial pectins, thus, utilization of low-quality figs and fig stalks into pectin could provide huge economic benefits to Turkish dried-fruit industry.

Bu tezde, alternatif bir pektin kaynağı olarak güneşte kurutulmuş incirlerin işlenmesiyle oluşan sap atıklarından ve düşük kaliteli meyvelerden pektin ekstraksiyonu ve bunun karakterizasyonu amaçlanmıştır. Ekstraksiyon, üç farklı teknik (sıcak asidik, ultrasonik, enzimatik ekstraksiyon) kullanılarak değişik koşullarda gerçekleştirilmiştir. Ekonomik olarak en uygun yöntem olan sıcak asidik ekstraksiyon ile optimum koşullarda ham incir sapı pektini için (CSP) %11,7, ham düşük kaliteli kuru incir pektini için (CFP) %9,4 verim elde edilmiştir. Galakturonik asit (GA) içeriği ve esterleşme derecesi (DE) dikkate alındığı zaman CSP (GA: %34,2, DE: %45) üretimi CFP'ye (GA: %32,2, DE: %36,7) göre daha avantajlıdır. CSP saflaştırıldığı zaman GA (%63) ve DE (%65,9) değerleri daha yüksek saf incir sapı pektini (PSP) elde edilmiştir. Şeker kompozisyonlarında (D-glikoz, L-ramnoz, D-galaktoz ve L-arabinoz) farklılıklar olmasına rağmen, incir ve turunçgil pektinleri benzer molekül ağırlığı ve FT-IR profilleri göstermiştir. İncir pektinleri, jelleşme, antioksidan aktivite, su/yağ tutma, emülsiyon/köpük oluşturma kapasite ve stabiliteleri ile viskozite özellikleri açısından karakterize edilmiştir. Ayrıca, incir pektinlerinin yenilebilir film oluşturma özellikleri, CaCl2 ile çapraz bağlanmış ve bağlanmamış olarak incelenmiştir. PSP filmleri, diğer filmlere göre daha yüksek mekanik dayanıklılık (15,6-19,1 MPa) ve daha düşük su buharı geçirgenliği (6,28-12,9 g.mm/m2.gün.kPa) gösterirken, CFP-çapraz bağlı film en düşük suda çözünürlük (%32,8) ve şişme derecesi göstermiştir. CFP kullanılarak ögenol ile oluşturulmuş ve karakterize edilmiş emülsiyon filmler tüm kavunlarda kaplama olarak uygulandığında 10 °C' de 1 hafta depolamayla Listeria innocua' yı önemli düzeyde (2.2 log) inaktive etmiştir. İncir pektinleri ticari pektinlere kıyasla benzer veya üstün fonksiyonel özellikler göstermiştir. Buna göre kuru incir düşük kalite meyve ve sap atıklarından katma değeri yüksek pektin üretiminin Türk kuru meyve sektörüne ekonomik katkılar sağlayabileceği açıktır.