EJONS VOLUME 10

EJONS International Journal on Mathematic, Engineering and Natural Sciences Year 2019 (3)

Vol 10

Editor DAMEZHAN SADYKOVA

Issued in JULY, 2019

EJONS INTERNATIONAL REFEREED & INDEXED JOURNAL ON MATHEMATIC, ENGINEERING AND NATURAL SCIENCES ISSN 2602 - 4136

GENERIC PAGE Year: 3 Volume: (10) Publication Date: JULY, 2019 EDITOR Damezhan SADYKOVA EJONS International Journal on Mathematic, Engineering & Natural Sciences is a referred scientific journal published three times a year. Our main goal is to faciliate communication and open discussion between scholars, researchers and practitioners interested in technical sciences. To provide the academic community immediate access to the latest results of scientific research, we publish open access academic journals and conference proceedings. The articles are thus freely accessible to wide academic audience through web search engines like Google Scholar and other that index full texts of scholarly literature. We accept just original distinguished papers which contribute on science.

ADMINISTRATION Damezhan SADYKOVA Seyithan SEYDOŞOĞLU Ali SÖYLEMEZ Nikolai BELYAKOV Atabek MAYVLANOV

Chief Editor Editor Coordinator Editor Member of Board Member of Board

SCIENTIFIC BOARD Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr.

A.S. KISTAUBAYEVA Abdikalık KUNIMJAN Akmaral S. SYRGAKBAYEVA Anatoliy LOGINOV A.S. KIDIRSAEV Atakan Tuğkan YAKUT Ayslu B. SARSEKENOVA Bahit KULBAEVA Bakit OSPANOVA Bazarhan IMANGALIEVA Bekzhan B. MEYRBAEV Benedec PEN

Al – Farabi Kazakh National University Kazakh State Women’s Teacher Training University Al – Farabi Kazakh National University Ukraine Shevchenko Lugan National University Makhambet U. Batı Kazakhistan State University Nigde Omer Halisdemir University Orleu National Development Institute S.Baybeshev Aktobe University H.Ahmet Yasawi Kazakh-Turk University K.Zhubanov Aktobe State Region University Al – Farabi Kazakh National University Zagreb University

Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr. Dr.

Bigamila TORSIKBAEVA B.K.ZAYADAN Botagul TURGUNBAEVA Cholpon TOKTOSUNOVA D.K.TÖLEGENOVA Dinarakhan TURSUNALIVA Dursun KOSE Dzhakipbek Altaevich ALTAEV Ekrem CAUSEVIC George RUDIC Gulmira ABDIRASULOVA Gulsat SUGAYEVA G.I. ERNAZAROVA Umran SEVİL Seyithan SEYDOŞOĞLU

Astana Medical University Al – Farabi Kazakh National University Kazakh State Women’s Teacher Training University Rasulbekov Kyrgiz Economy University Makhambet U. West Kazakhistan State University Rasulbekov Kyrgiz Economy University Mehmet Akif Ersoy University Al – Farabi Kazakh National University Macedonia Vision University Montreal Pedagogie Moderne Institute Kazakh State Women’s Teacher Training University Dosmukhamedov Atyrau State University Al – Farabi Kazakh National University Ege University Siirt University

EJONS International Journal on Mathematic, Engineering and Natural Sciences

ISSN 2602 - 4136

İÇİNDEKİLER

Ayşe Şebnem ERENLER COMPARISON OF USAGE POTENTIAL OF BULGUR WASTEWATER IN MICROBIAL FUEL CELL TECHNOLOGY WITH OTHER INDUSTRIAL WASTES Seyithan SEYDOŞOĞLU, Uğur SEVİLMİŞ, Deniz SEVİLMİŞ KETENCİK BİTKİSİNİN (camelina sativa (l.) crantz) YEM POTANSİYELİNİN ARAŞTIRILMASI Abdülazim YILDIZ, İrem ERSÖZ, Ercan KÖSE EKRANLI ARAÇLAR İLE YAPILAN ÇALIŞMALARIN İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİ TEMELİNDE ANALİZİ Arzu ÇIĞ, Arzu KOÇAK THE EFFECT OF SALT (NACL) CONCENTRATIONS ON LEAF AND BULB DEVELOPMENT OF HYACINTH (hyacinthus orientalis “fondant”) GROWING IN WATER-CULTURE Yalçın BOZTOPRAK, Güner ÇETIN, Minel Zeynep ŞARDAN, Sefa Enes KILIÇ, Murathan KALENDER KARBON NANOTÜP İLAVESİNİN ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ Mehmet Hafif KILINÇ, Muhemet Zeki KARİPÇİN KÖK ORTAMLARININ KARPUZ KÖK YAPILARINA ETKİLERİ Serap DOĞAN MARDİN SULU KOŞULLARINA UYGUN ARPA GENOTIPLERİNİN BELİRLENMESİ Gülşen TAŞKIN ÇAKICI, Oya ŞANLI OPTIMIZATION OF OSMOTIC DISTILLATION CONDITIONS OF FRUCTOSE SOLUTION USING MICROPOROUS POLYSULFONE MEMBRANES Tuba UZUN (BEKAR), Elman BAHAR, Rüstem CANGİ, Mustafa BAYRAM EFFECTS ON CHEMICAL COMPOSITION AND PHENOLIC COMPOUNDS OF MUST AND WINES PRODUCED WITH REMOVE APPROXIMATELY 45% OF LEAVES OF NARINCE GRAPES GROWN IN THREE TERRITORIES

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

1 15 25 34

41 52 61 70

91

www.ejons.co.uk

COMPARISON OF USAGE POTENTIAL OF BULGUR WASTEWATER IN MICROBIAL FUEL CELL TECHNOLOGY WITH OTHER INDUSTRIAL WASTES Ayşe Şebnem ERENLER Biology Department, Art and Science Faculty, İnonu University, Malatya, TURKEY, sebnem.erenler@inonu.edu.tr ORCID Address: https://orcid.org/0000-0002-1786-5022

ABSTRACT In the food industry, a large amount of solid and liquid wastes are produced during the production and preparation stages. Increasing population and global economic development increase the rate of waste generated. These wastes are solid/liquid substances that are difficult to manage but have high organic fractions which can be used as bioenergy sources. Most of these wastes are disposed of by conventional methods including storage, compost and incineration, which can cause groundwater pollution, the proliferation of pathogenic organisms and emissions of toxic gases. These traditional methods are not sustainable and economical leading to the fact that the valuable nutrients and energy sources in food wastes cannot be used fully or efficiently. Therefore, the use of highly biodegradable wastes as an alternative source of energy recovery as well as refinement simultaneously is also an important approach.

Microbial Fuel Cells (MFCs) are systems that can produce electricity from various organic wastes such as food wastes by using microorganisms as catalysts. MFCs are able to provide organic matter removal simultaneously with clean and direct electricity production. The aim of this study was to use food wastes as substrates in MFCs, and to refine the food industry wastewater and to gain energy simultaneously.

Accordingly, wastewater obtained during bulgur production was experimentally used in MFC applications as substrate, considering the nutritional value it contains. This value was compared with the MFC values of molasse, whey and olive mill wastewater we investigated in our previous studies. Our results suggested that after the optimized bulgur wastewater can be a very suitable substrate for MFC systems. As a result of this study, with an integrated approach where sustainability is taken into consideration, it was concluded that electric energy needs of enterprises can be met within their own facilities by refining the food wastes within the proposed system.

Keywords: Microbial fuel cell, Bulgur wastewater, Molasse, Bacterial energy, Food waste management.

1. INTRODUCTION Wheat has great importance in terms of meeting the food needs of many people in the world. Wheat and food products obtained from wheat is the most consumed foods in Turkey. The average composition of wheat grain contains 12% water, 70% carbohydrates, 12% protein, 2% fat, 2.2% cellulose and 1.8% ash [Wheat Report, 2018]. Wheat is a source of carbohydrates and is used as flour in the production of bread and other bakery products and is found in our daily diets in the form of various food products including bulgur, pasta, semolina and biscuits. The wastes produced by bran and other by-products generated as a result of the grinding technology and the wastewaters obtained during the washing process have high nutritional values which can be evaluated in various fields [Wheat Report, 2018]. Considering the increasing world population and food consumption, the resulting food waste rate is substantially high. The appropriate evaluation methods of these wastes are of great importance for the ecosystem [Gustavsson, 2011]. Food industry wastes/wastewaters are solid/liquid Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

1

substances are difficult to manage but have high organic fractions that can be used as an alternative bioenergy source [USA-EP Agensy, 2010]. Types of wastes from the food business in Turkey is no different from the types of wastes generated in developed countries. Food industry wastes constitute 20% of all the industrial wastes in Turkey while the food industry wastewaters constitute 9% of all the industrial wastewaters. An effective evaluation of these wastes is important both for the prevention of environmental pollution and for economic recycling [Zanbak, 2002]. These wastes can be considered as non-toxic substances. Because, they contain a limited amount of hazardous materials and when compared to other industrial wastewaters, they have a high BOD (Biochemical Oxygen Demand), and most of their organic matter is composed of simple sugars and starch [Speece, 1996]. Wastewater we describe as bulgur wastewater has a high BOD value [7]. For these wastewaters, treatment costs are very high, so there is a great deal of interest in either reducing the costs of treatment or methods for providing products other than wastewater. This technology promises a clean future and relates wastewater treatment with MFC technology [BalcÄą, 2015; Khanal, 2004; Hussy, 2005]. Bulgur Wastewater: As one of the most important wheat producers in the world, Turkey is one of the most important wheat processing countries with abundant wheat processing facilities. Bulgur has subjected to a washing process before consumption and the wastewater generated during washing has a high nutritional value. The color, turbidity, and content analyses carried out in the studies revealed that this wastewater has a rich nutritional content [Speece, 1996]. Due to its high BOD value, its use in MFC systems can provide significant environmental advantages. Therefore, in the present study, it was determined that it could be a suitable substrate for MFC and experimental studies were performed.

Molasse is a kind of organic wastewater commonly generated in the food industry. These wastewaters contain high concentrations of organic substances, such as sugar, pectin and protein, and when they are released directly to rivers, they consume high amounts of dissolved oxygen, causing a bad smell in water, disrupting the quality of water [Satyawali, 2008]. Biological treatment methods can be used to remove organic pollutants because molasse has high organic loading (OL), high chromium values and is biodegradable [Onodera, 2013; Mischopoulou, 2016; Tsioptsias, 2016]. Whey contains nutrients including lactose (4.5-5%, w / v), soluble proteins (0.6-0.8), lipids (0.4-0.5%, w/v) and mineral salts (8-10% of dried extract) and is a lactose-rich, aqueous by-product of the cheese production industry, which constitutes approximately 85-95% of the milk volume [Siso, 1996]. Due to its high organic content and the high COD values of lactose whey disposal is a serious environmental problem.

Therefore, the treatment of whey in MFCs represents an important approach [Antonopoulou, 2010].

Olive mill wastewater, generated as a result of olive oil production, is wastewater produced depending on the system used. Olive mill wastewater has acidic pH and contains high levels of organic matter. It has the potential for high energy sources due to its aromatic compound, simple and complex sugars content. It is also known that, due to its rich content, it is a suitable medium for microorganisms [Basheer, 2007]. For these reasons, it has been suggested that olive mill wastewater can be used as a substrate in MFC Technology. MFC is generally defined as the conversion of chemical energy in organic wastes into electrical energy through microorganisms [Gezginci, 2013; TaĹ&#x;kan, 2013]. MFCs are considered as a direct source to convert any green, safe, clean, and organic waste into electricity [Rikame, 2012; Li, 2016]. Recently, the use of various substrates has been considered for the conversion to bioelectricity in MFCs. Food wastes have become a potential substrate for bioelectricity production due to their high biodegradability and high energy content [Ulusoy, 2018].

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

2

Figure 1: A two-compartment MFC that can be used in food waste treatment [Bose, 2018]

3

Figure 2: An illustration of the advantage of adopting MFC in the evaluation of food wastewaters [Xiaodong, 2018] In our experiments, an original microbial fuel cell was modelled and used in accordance with the requirements of the project. In this study, bulgur wastewater, molasse, olive mill wastewater and whey, which are important food industry wastes, were evaluated and refined in the designed MFC and a simultaneous treatment electric energy production was aimed. On the other hand, water is released as a result of the combination of hydrogen ions transferred into the cathode section with oxygen by means of MFC technology (Figure 1). In other words, water free of waste-specific molecules are released. Thus, the clean water released as a result of the treatment provided by this technology can be evaluated as irrigation water, and this emphasizes another advantageous aspect of our study. Thanks to the established system, the aim was to reduce the cost of waste treatment for enterprises by ensuring that food waste is evaluated efficiently (Figure 2). By adapting the system we have created to large-scale applications in the future, it is foreseen that food enterprises can contribute to the problems arising from the treatment and produce their electricity needs within their own facilities. In our study, the recombinant strain [pUC8: 15] carrying the Vitreoscilla haemoglobin gene (vgb) of the E.aerogenes was used to extend the life and usage period of the system. These are microorganisms suitable for the production of fermentative hydrogen due to their high energy yield and, therefore, suitable for MFC [Erenler, 2007].

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

2. MATERIALS AND METHODS 2.1. Food Industry Wastewaters Used in the Study The raw food wastewater used was first diluted with water (for molasse; 5 % w/v, for whey and olive mill wastewater; 15% v/v) and the pH was adjusted to 7.

2.1.1. Preparation of Olive mill wastewater The olive mill wastewater used in the present study was obtained from a local enterprise. Olive mill wastewater samples were divided into 20 mL flasks and samples were kept at 4 °C during the experiments.

Table 1. The content of olive mill wastewater (g L-1) INGREDIENTS:

MEAN VALUE

pH

4.9-6.5

Fats (mg/L)

1300

Biochemical Oxygen Need (BOD) (mg/L) (x 10-3)

15-120

Chemical Oxygen Demand (COD) (mg/L) (x 10-3)

30-150

Sugars %)

2-8

Nitrogen Compounds (%)

0.5-2.0

Organic Acids (%)

0.5-1.5

Polyalcohols

1-1.5

Pectins-tannins

1-1.5

Polyphenols (g/L)

1.5-2.4

Inorganic content (%)

1.5-2

4

2.1.2. Preparation of Whey The whey used in our study was supplied from a local enterprise. The collected whey samples were divided into 20 mL flasks and the samples were stored at 4 ° C during the experiments.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Table 2. Whey Content (g L-1) INGREDIENTS:

MEAN VALUE

Dry Matter (%)

3.695

Water (%)

96.30

Fat (%)

0.1

Non-fat Dry Matter (%)

3.595

Acidity (%)

0.334

pH

5.10

Protein (%)

0.880

Ash (%)

0.469

Lactose (%)

3.60

N (%)

0.137

P (ppm)

36.30

Fe (ppm)

0.820

Zn (ppm)

4.316

Mn (ppm)

0.70

Mg (ppm)

41.75

K (ppm)

948.5

Ca (ppm)

280.4

Na (ppm)

233.8

5

2.1.3. Preparation of molasse The molasse used in the present study was obtained from a sugar factory in Malatya. The collected molasse samples were divided into 20-mL flasks and the samples were stored at 4 ° C during the experiments.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Table 3. Molasse content (g L-1) INGREDIENTS:

MEAN VALUE

(NH4)2SO4

5

Na2SO4

4.13

KH2PO4

25.993

CaCI2

2.8

MgSO4.7H2O

0.7

FeSO4.H2O

0.040

MnSO4.H2O

0.017

ZnSO4.H2O

0.021

CuSO4.5H2O

0.00152

Pepton

2.67

H3BO3

0.01

Pantothenic acid

0.0010

Inocyte

0.125

Pyridoxine

0.006

Biotin

0.00025

6

2.1.4. Bulgur Wastewater Usage In our study, the bulgur wastewater obtained from local enterprises was used without any treatment.

Samples were divided into 20 ml, flasks and the samples were kept at 4 °C during the experiments.

2.2. The bacteria used and the storage conditions In the experiments, the non-pathogenic E. aerogenes E.a [pUC8:15] strain, which is a E.a [pUC8: 15], a non-pathogenic vgb recombinant was used. The source of the plasmid (pUC8: 15) used in this study was E. aerogenes (NRRL B-427) obtained from the USDA culture collection in Peoria. The plasmid (pUC8: 15) carries the vgb gene on the 2.4-kb Vitreoscilla genomic fragment. Bacteria used in the study were inoculated in the LB (Lauria Broth medium) plates every 30 days, and then they were incubated overnight and the cultures were coated with parafilm and kept at 4 °C These stocks were used during the studies.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

2.3. Solutions Used in the Experiments The solutions used during the experiments are given below: Table 4. 0.2 M Phosphate buffer (pH 7.0) Na2HPO4

3.561 g - 100 mL

NaH2PO4

3.121 g - 100 mL

Accordingly, 38 mL is taken from Na2HPO4 and 12 mL is taken from NaH2PO4 and a 50-mL buffer is obtained Table 5. Methylene blue Methylene blue

0.375 g / 25 mL

7 Table 6. 0.02 M Potassium Ferricyanide Solution Potassium ferricyanide

0.65 g / 100 mL

2.4. Microbial Fuel Cell Used in the Study In our study, a microbial fuel cell, designed and modelled by our team, with 10 mL anodic and cathode sections was used (Figure 3).

Figure 3. Microbial Fuel Cell Used in the Study Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

2.5. Electrodes and Membrane Used in the Study Carbon electrode was used as the electrode and "Nafion 211 membrane 30 × 30 cm" was used as the membrane.

2.6. Microbial Fuel Cell System Used in the Study The recombinant bacteria previously created in our laboratory were added to the above-mentioned food industry wastes and they were left to incubate overnight.

2.6.1. Anode Section; Potassium phosphate buffer (approximately mL), methylene blue (approximately 1.2 mL), bacteria (approximately 2.3 mL of the culture grown in molasse, whey and olive mill wastewater).

2.6.2. Cathode Section; The total volume of the anode+cathode was added to about 10 mL by adding potassium ferricyanide solution (approximately 4.5 mL). The anode and cathode section were filled as described above and all the measurements were carried out at room temperature. (23 ± 3°C).

2.7. Measurement of the voltage value The data collection system (Picotest Brand M3500A 61/2 Digit Multimeter) was used to measure the amount of electricity obtained with the MFC system (Figure 4) and the voltage values were recorded every hour for 24 hours and this data was converted to a graph using the "Excel" software.

8

Figure 4. The Multimeter System Used 2.8. Determination of appropriate culture time for bacterial strain for the use in MFC In 125 mL flasks, 20 mL LB (pH 7) medium was autoclaved for 25 minutes at 1 atm and 120 °C. Then 100 μg/mL stock antibiotic solution (100 mg / mL) was added and inoculations were made from stock bacterial cultures. After incubating at 200 rpm, 37 °C overnight, samples were taken from these cultures and inoculated again in broth. Bacterial cultures were transferred to the MFC unit at the 6th, 8th, 10th, 12th and 14th hours and the electrical current obtained during 24 hours was measured by Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

means of multimeter with three replications for each bacteria and the data were transferred to the computer.

3. RESULTS

Voltage (V)

The time interval which the bacteria produced the highest amount of voltage is not known. To detect this, the period which the MFC showed the best performance was investigated by using different time sections. At this stage, the culture of the Ea [pUC8:15], which gave the highest voltage yield in the LB medium in the previous study, at the 8th, 10th, 12th and 14th hours were used to obtain the highest voltage value. The experimental data are plotted below (Figure 5).

0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 -0.05 -0.10 -0.15 -0.20 -0.25 -0.30 -0.35

6th hour

8th hour 10th hour 12th hour 14th hour

0

20000

40000

60000

80000

9

100000

Time (sec)

Figure 5. The data graph of the time optimization carried out using the cultures of Ea [pUC8:15] at the 8th, 10th, 12th and 14th hours.

In the measurements made, it was found that the highest voltage value that Ea [pUC8: 15] yielded at the 6th hour was 0.480 V while the highest voltage value that Ea [pUC8: 15] yielded at the 8th hour was 0.494 V, the highest voltage value that Ea [pUC8: 15] yielded at the 10th hour was 0.490 V, the highest voltage value that Ea [pUC8: 15] yielded at the 1th hour was 0.453 V and the highest voltage value that Ea [pUC8: 15] yielded at the 14th hour was 0.476 V. (Experiments were carried out in three replications, the highest value of the three attempts was written as the highest value). Based on these data and the graph, the highest voltage yield of the cultures of Ea [pUC8:15] at the 6th, 8th, 10th, 12th and 14th hours was determined at the 8th hour and the remaining steps of the study were carried out based on the culture obtained at this hour.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

3.1. Electricity production in MFC fed with Olive Mill Wastewater Olive mill wastewater 0,45 0,4 Voltage (V)

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

0

5

10

15

20

25 30 Time (hour)

Figure 6. The time-voltage graph in MFC which was used as olive mill wastewater substrate In the graph, it was observed that the voltage increased for a certain amount of time, then stayed constant for some time and then towards the 24th hour. As a result of the study carried out with waste type, a maximum of 0.39 V power was produced. (Experiments were carried out with three replicates and the mean value of three replicates were taken and graphed).

3.2. Electricity production in MFC fed with Whey

10

Whey 0,45 0,4 Voltage (V)

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Time (hour)

Figure 7. The time-voltage graph in MFC using Whey as Substrate In the graph, it was observed that the voltage increased for a certain amount of time, then stayed constant for some time and then towards the 24th hour. As a result of the study carried out with waste type, a maximum of 0.42 V power was produced. (Experiments were carried out with three replicates and the mean value of three replicates were taken and graphed).

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

3.3. Electricity generation in MFC fed with Molasse

Molasse

0,6 0,5

Voltage (V)

0,4 0,3 0,2 0,1 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Time (hour)

Figure 8. The time-voltage graph in MFC using molasses as a substrate In the graph, it was observed that the voltage increased for a certain amount of time, then stayed constant for some time and then towards the 24th hour. As a result of the study carried out with waste type, a maximum of 0.53 V power was produced. (Experiments were carried out with three replicates and the mean value of three replicates were taken and graphed).

3.4. Electricity production in MFC fed with Bulgur Wastewater Bulgur 0,4 0,35

Voltage (V)

0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

0

5

10

15

20

25 30 Time (hour)

Figure 9. The time-voltage graph in MFC using bulgur wastewater as substrate In the graph, it was observed that the voltage increased for a certain amount of time, then stayed constant for some time and then towards the 24th hour. As a result of the study carried out with waste

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

11

type, a maximum of 0.36 V power was produced. (Experiments were carried out with three replicates and the mean value of three replicates were taken and graphed).

4. DISCUSSION AND CONCLUSION Today, with global economic development and population growth, the food industry has rapidly developed and the amount of waste produced has increased significantly. In many countries, following simple recycling, food industry wastes are disposed of by incineration or direct disposal to the landfill sites. However, such applications have several drawbacks. No source and energy can be recycled through combustion and storage, meaning that they are recyclable methods. Therefore, they cannot be considered as environmentally friendly and economically viable approaches for food waste management. On the other hand, studies are underway to investigate the use of composting and biofuel production from food wastes [Nicholson, 2017; Ma, 2017; Koch, 2015]. However, biofuel separation and treatment processes require high costs for a wide range of applications. It is also known that composts of food waste will not have a large market potential due to greenhouse gas emissions and nitrate leakage [Nicholson, 2017; Adhikari, 2008]. In our current MFC system, bulgur wastewater was applied without any pre-treatment and a good voltage value of 0.387 volts was obtained. In this natural state, its efficacy in the MFC system can be considered as successful as a start. Other wastewaters used in our study, molasse, olive mill wastewater and whey can be expressed as efficient substrates suitable for the MFC system [Erenler, 2018]. The highest measured voltage was obtained in the molasse.

Molasse, due to its high organic substance content such as sugar, pectin and protein, it provides a very good nutritional medium. The high levels of microorganisms that grow in this nutrient environment ensure high energy efficiency. The fact that bacterial production in whey and olive mill wastewater did not reach the desired OD values compared to that by molasse was associated with the strongly acidic conditions formed in whey and olive mill wastewater environments. This reduction in biomass will directly affect the energy efficiency in MYH. With the acid removal studies to be applied for such waste materials with an acid content, optimum energy efficiency can be possibly obtained. In the literature, the highest voltage value measured in the laboratory scale was reported to be 0.57 Volts in MFC systems [Sun, 2011]. Our study achieved a very good value of 0.53 volts in molasse. This value is a result obtained from molasse with appropriately optimized pH and concentration. All these results indicated that bulgur wastewater may be a suitable substrate for the MFC system with pre-treatment applications. Compared to other wastewaters, it is a more common source of the substrate in Turkey and it can be obtained quickly from local enterprises. When the energy production by the MFC system using bulgur wastewater is applied at industrial scale, it will be able to produce electrical energy from the wastewater with biological treatment and this energy can be used within the enterprise. The main advantage of this low cost, modern and environmentally friendly treatment model is that its end product is water. This system, which is used with different models in developed countries, needs to be projected and designed in a completely original way by considering the geographical, physical conditions and production capacity of the enterprises. A more effective system can be obtained with substrate optimization which will improve the efficiency of the MFC. It is hoped that this study will provide important insight for food waste management for a fast, efficient energy production and resource recovery.

5. REFERENCES Adhikari, B.K., Barrington, S., Martinez, J., King, S., 2008. Characterization of food waste and bulking agents for composting. Waste Manage. 28, 795–804.

Antonopoulou, G., Stamatelatou, K., Bebelisa, S., Lyberatosa, G. Electricity generation from synthetic substrates and cheese whey using a two chamber microbial fuel cell. Biochemical Engineering Journal 50 (2010) 10–15.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

12

Balcı, F., Bayram, M,.2015. Recovery of Waste-Water from Wheat Washing Operation. Academy Food. 13(1), 15-21.

Basheer, S., Sabbah, I., Yazbek, A., Haj, J. Reducing the environmental impact of olive mill wastewater in Jordan, Palestine and Israel. R&D center, the Galilee Society, P.O. BOX 437, Shefa-Amr 2007.

Bose, D., Bose, A., Mitra, S., Jain, H. and Parashar, P. 2018. Analysis of sediment-microbial fuel cell power production in series and parallel configurations. Nature Environment and Pollution Technology, 17(1): 311-314.

Erenler, SO. Cloning, Isolation and Expression of L- Asparaginase Gene (ANSb) to Different GramNegative Bacteria. İnönü University - Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Biology, Ph.D. Thesis, 2007.

Erenler, SA, Ulke, EN. 2018. Production of Electrical Energy From Industry Wastes Using Microbial Fuel Cell Technology. Batman University Journal of Life Sciences Volume 8, Issue 2/2.

Gezginci, M. 2013. The Effects of Different Substrate Sources on Purification and Renewable Energy Production in Microbial Fuel Cells. Sütçü İmam University, Institute of Science and Technology, Master Thesis, Kahramanmaraş.

Gustavsson, J., Cederberg, C., Sonesson, U., Van Otterdijk, R., Meybeck, A. 2011. Global food losses and FW: Extent, causes and prevention. FAO, Rome.

Hussy, I., Hawkes, F.R., Dinsdale, R., Hawkes, D.L., 2005. Continuous fermentative hydrogen production from sucrose and sugarbeet. Int. J. Hydrogen Energy 30 (5), 471–483.

Khanal, S.K., Li, L., Sung, S., 2004. Biological hydrogen production: effects of pH and intermediate products. Int. J. Hydrogen Energy 29 (11), 1123–1131.

Koch, K., Helmreich, B., Drewes, J.E., 2015. Co-digestion of food waste in municipal wastewater treatment plants: effect of different mixtures on methane yield and hydrolysis rate constant. Appl.

Energy 137, 250–255.

Li, H., Tian, Y., Zuo, W., Zhang, J., Pan, X., Li, L. Electricity generation from food wastes and characteristics of organic matters in microbial fuel cell. Bioresour Technol 2016;205:104e10. https://doi.org/10.1016/ j.biortech.2016.01.042.

Ma, Y.Q., Cai, W.W., Liu, Y. An integrated engineering system for maximizing bioenergy production from food waste. Appl. Energy. (2017a) 206, 83–89.

Mischopoulou, M., Naidis, P., Kalamaras, S., Kotsopoulos, TA., Samaras, P. Effect of ultrasonic and ozonation pretreatment on methane production potential of raw molasses wastewater.

Renewable Energy 2016;96(Part B):1078–85 .

Nicholson, F., Bhogal, A., Cardenas, L., Chadwick, D., Misselbrook, T., Rollett, A., Taylor, M., Thorman, R., Williams, J., 2017. Nitrogen losses to the environment following food-based digestate and compost applications to agricultural land. Environ. Pollut. 228, 504–516.

Onodera, T., Sase, S., Choeisai, P., Yoochatchaval, W., Sumino, H., Yamaguchi, T. Development of a treatment system for molasses wastewater: the effects of cation inhibition on the anaerobic degradation process. Bioresour Technol 2013;131:295–302 Rikame, SS., Mungray, AA., Mungray, AK. Electricity generation from acidogenic food waste leachate using dual chamber mediator less microbial fuel cell. Int Biodeterior Biodegrad 2012;75:131e7. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2012.09.006.

Satyawali, Y., Balakrishnan, M. Wastewater treatment in molasses-based al- cohol distilleries for COD and color removal: a review. J Environ Manage 2008;86:481–97 .

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

13

Speece, RE. 1996. Anaerobic biotechnology for industrial wastewaters. Archae Press, Nashville, TN. Siso, M.I.G., The biotechnological utilization of cheese whey: a review, Bioresource Technology 57 (1996) 1–11.

Sun, J., Bi, Z., Hou, B., Cao, Y., Hu, Y., 2011. Further treatment of decolorization liquid of azo dye coupled with increased power production using microbial fuel cell equipped with an aerobic biocathode. Water Res. 45, 283–291.

Taşkan, E. 2013. Investigation of Electricity Production Capacity and Microbial Type Change in Microbial Fuel Cells According to Different Pollutants. Firat University, Institute of Science and Technology, Ph.D. Thesis, Elazığ.

Tsioptsias, C., Lionta, G., Deligiannis, A., Samaras, P. Enhancement of the performance of a combined microalgae-activated sludge system for the treat- ment of high strength molasses wastewater. J Environ Manage 2016;183(Part 1):126–32 .

Ulusoy, I., Dimoglo, A. Electricity generation in microbial fuel cell systems with Thiobacillus ferrooxidans as the cathode microorganism. Int J Hydrogen Energy 2018;43:1171e8. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.10.155.

USA Environmental Protection Agency. Municipal Solid Waste in the United States, 2011. Facts and Figures; EPA530-R-13-001. Office of Solid Waste, Washington, DC, 2010.

Wheat Report. Chamber of Agricultural Engineers. 2018 Xiaodong, X., YingqunMa,YuLiu. Electric energy production from food waste: microbial fuel cells versus anaerobic digestion. Bioresource Technology Volume 255, May 2018, 281-287.

Zanbak, C. 2002. Macro-level industrial waste management problems and solution approaches in Turkey. Tübitak Vision 2023 Panel - Contribution Document, 1-6.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

14

KETENCİK BİTKİSİNİN (Camelina sativa (L.) Crantz) YEM POTANSİYELİNİN ARAŞTIRILMASI Dr. Öğr. Üyesi Seyithan SEYDOŞOĞLU Siirt Üniversitesi, seyithanseydosoglu@siirt.edu.tr (corresponding author) Dr. Uğur SEVİLMİŞ Doğu Akdeniz Tarımsal Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, sevilmisugur@yahoo.com Zir. Yük. Müh. Deniz SEVİLMİŞ Yağlı Tohumlar Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü, deniz@hotmail.com ÖZET Ketencik (Camelina sativa (L.) Crantz), tek yıllık yağlı tohumlu bir bitkidir. Marjinal alanlarda yetiştirmeye elverişli, düşük girdi gerektiren, yüksek yağ içeriğine (>%30) sahip olması ve insan tüketimine uygun olmaması nedeniyle ketenciği biyo-yakıtlar için çekici bir ürün haline dönüştürmektedir. Gıda amaçlı tarımsal üretimin sürdürülebilirliği için, biyoyakıt üretiminde kullanılan yağlı tohumlu bitkilerin insan gıdası harici kaynaklarından ve marjinal tarım alanlarından üretilmesi gerekmektedir. Bu özellikleri nedeniyle biyodizel üretimi için alternatif kaynak olarak son yıllarda popülarite kazanmaya başlamıştır. Ketencik tohumlarının yağ ekstraksiyonundan sonraki yan ürünleri, yaklaşık %45 protein, %13 lif ve %5 mineral içeriği ile, kolza tohumu küspesi ile benzer özellikler göstermektedir. Son yıllarda ketencik küspesi ile ilgili birçok yeni çalışma yapılmaya başlanmıştır. Bu derleme, ketenciğin hayvan beslemedeki potansiyel kullanım alanları üzerine yapılmış uluslararası çalışmaları incelemeyi amaçlamaktadır.

Anahtar kelimeler: Ketencik, Camelina sativa, küspe, hayvan besleme INVESTIGATION OF FEED POTANTIAL OF (Comalina sativa (L.) Crantz) CAMELINA PLANT ABSTRACT Camelina (Camelina sativa L. Crantz) is an annual oilseed crop. Due to its low input requirement, high oil content (> 30%) and suitablity to marginal areas, its popularity is increasing as a biofuel product. For the sustainability of agricultural production, the oilseed plants used in the production of biofuels must be produced from non-food sources and marginal agricultural areas. Due to these features, it has gained popularity as an alternative source for biodiesel production in recent years. The by-products of the camelina seeds after oil extraction show similar characteristics to the rapeseed meal with about 45% protein, 13% fiber and 5% mineral content. In recent years, many new studies have started to be carried out on camelina meal. This review aims to analyze the international studies on the potential uses of camelina meal in animal feeding.

Keywords: Camelina, Camelina sativa, meal, animal feeding

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

15

GİRİŞ Ketencik bitkisi (Camelina sativa (L.) Crantz.), ılıman iklimlerde iyi yetişen Brassicaceae familyasına ait tek yıllık geniş yapraklı yağlı tohumlu bir bitkidir. Ketencik bitkisinin birçok avantajları mevcut olup, düşük tarımsal girdi gereksinimi, soğuğa karşı toleransı, kısa büyüme mevsimi gereksinimi (85-100 gün), mevcut tarımsal ekipmanlarıyla uyumluluğu, yarı kurak bölgelerde, kıraç ve tuzlu topraklarda iyi yetişme özelliğine sahiptir. Bu özelliklerinden dolayı yağlı tohumlar içerisinde sıra dışıdırlar (Sawyer, 2008).

Ketencik bitkisinin tohumunda %43’e varan seviyelerde yağ içerir. Aynı zamanda bitkide tokoferol grubundan antioksidanlar içerdiğinden, bitkinin yağı 6 ay kadar raf ömrüne sahiptir. 1 kg ketencik yağında 17-18 mg E vitamini mevcuttur. Ayrıca, herhangi bir yabancı aroma karıştırmadan, kendine özgü ve hoş bir tada sahiptir (Abramovic ve ark., 2007).

Yağ ekstraksiyonundan elde edilen yan ürün olan ketencik küspesinde yaklaşık %45 protein, %13 lif ve %5 mineral bulunmaktadır. Bu özelliğinden dolayı kolza tohumu küspesi ile benzer özelliktedir (Acamovic ve ark., 1999). Ketencik yağı, mekanik presleme, yağlı tohumlardan çözücü ekstraksiyonuyla veya bu işlemlerin kombinasyonuyla ekstrate edilebilir (Giampietro ve ark., 1997).Ketencik yağı temel olarak, ısı veya kimyasal madde uygulanmadan, mekanik prosedürlerle, soğuk presleme yoluyla elde edilmektedir ki bu, Codex Alimentarius'a uygundur (Codex, 2005). Bu tür yağlar kimyasal olarak rafine edilmemekte ve sadece su ile yıkayarak, santrifüjleme, filtreleme veya çökeltme yoluyla saflaştırılabilmektedirler (Hrastar ve ark, 2012; Codex, 2005). Camelina sativa'da, mekanik presleme, farklı şekillerde gerçekleştirilebilen, tohumların işlenmesinde ana yöntemdir. Bir diğer yöntem ise, ketencik tohumlarını mekanik baskıda kavrulmuş macun olarak preslemedir (Rode, 2002). Bu yöntemde, tohumlar, karışıma hamurlu bir görünüm verecek şekilde eşit miktarda su ile karıştırılmaktadır.

Daha sonra macun 60 - 90 °C'de kavrulur. Kavurma işleminden sonra, karışım kumsu hale gelir.

Daha sonra, kavrulmuş macun mekanik bir presle sıkılır ve yağı çıkarılır. Son olarak, yağ berraklaştırmak için süzülmektedir (Rode, 2002). Ketencik tohumlarından yağ, su eklenmeden bir expellerpress ile çıkarılabilmektedir. Tohumları temizledikten sonra, doğrudan bir expeller presiyle preslenmektedirler. Expeller-press içinde üretilen basınç ve ısı, yağı tohumlardan kolayca çıkarmaktadır. Bu işlemlerin ikisi de, ketencik yağı ve yağlı tohum keki üretmektedir. Son olarak, yağlı tohum keki, hayvan yemi amaçlı küspe yapmak için öğütülmektedir (Rajapakse, 2015).Ketencik yağı, soğuk presleme ve çözücü ekstraksiyonu dışında süper kritik CO2 ekstraksiyonu gibi yöntemle detohumlardan ekstrakte edilebilmektedir (Moslavac ve ark., 2014).

Ketencik tohumlarının yağı çözücü olarak çıkarıldığında, Mustakas ve ark., (1981) tarafından tarif edildiği şekilde işlenebilmektedir. Ryhanen ve ark., (2007) ketencik expeller kekinde kuru madde bazında % 35.6 ham protein içerdiğini bildirmiştir. Ketencik tohumlarından yağ mekanik yollarla çıkarıldığında, küspede önemli miktarda yağ kalmaktadır. Pekel ve ark., (2009) kalıntı yağ içeriğini %13.6 civarında bulduklarını belirtmişlerdir. Ryhanen ve ark., (2007) ve Almeida ve ark., (2013), artık yağ içeriğini sırasıyla%17 ve %11 bulduklarını bildirmişlerdir. Ketencik yağı önemli bir omega-3 yağ asidi kaynağıdır (Leonard, 1998). Tohumları ß-glukanlar içermemektedir (Budin ve ark., 1995). Yüksek erusik asit varlığı (%2.3 ila 4.5), ketencik yağını insan gıdası olarak tüketimini güvensiz hale getirmektedir (Zubr ve Matthäus, 2002; Pavlista ve ark., 2012). Ketencik yağı ayrıca, yüksek seviyelerde γ-tokoferol (E vitamini) içermektedir (Zubr ve Matthäus, 2002).

Yağındaki erusik asit (22:3, n-9) içeriği ise yaklaşık %3'tür (Zubr, 1997; Zubr ve Matthaus, 2002).

Doymamış yağ asitleri, yağın yaklaşık %90'ını oluşturmakta ve toplam yağ asitlerinin % 50'si çoklu-doymamış-linoleik asit (18:2, n-6) ve a-linoleik asit (18:3, n) olmaktadır. Çalışmalar, ketencikteki linolenik asit içeriğinin kanola, soya ve zeytinyağından yaklaşık 2-4 kat daha yüksek olduğunu ortaya koymaktadır (Crowley ve Fröhlich, 1998; Karvonen ve ark., 2002). Soğuk preslenmiş yağındaki yağ asitlerinin % 50'sinden fazlası çoklu doymamış yağ asidi içeriğindedir (Budin ve ark., 1995; Abramovic ve ark., 2007)

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

16

Çizelge 1. Bazı Önemli Yağlı Tohumlu Bitkilerin Yağ Asidi Kompozisyonları (yağda %) Yağ asidi

Ketencik

Kanola

Soya

Ayçiçeği

Keten

Palmitic (16:0)

7.8

6.2

10.4

6.1

5.1

Stearic (18:0)

3.0

0

4.0

3.8

4.6

Oleic (18:1)

16.8

61.3

27.2

17.4

24.3

Linoleic (18:2)

23.1

21.6

45.5

69.3

16.3

Linolenic (18:3)

31.2

6.6

7.2

0

45.1

Arachidic ( 20:0)

0

0

0

0

0

Eicosenoic (20:1)

12.0

0

0

0

0

Erucic (22:1)

2.8

0

0

0

0.9

Diğerleri

3.4

4.4

5.8

3.5

3.8

Kaynak: Putnam ve ark., (1993) Küspesi % 5-10 artık yağ (oldukça yüksek seviyede omega 3 yağ asitleri içerir), yüksek kalitede protein ve bazı potansiyel fonksiyonel fitokimyasallar içermektedir. C. sativa, tohumlarında üç glükozinolatı önemli düzeyde biriktirmektedir: glukoarabin (9- (metilsülfinil) nonylglucosinolateGS9), glukokamelinin (10-(metilsülfinil) desilglukosinolat - GS10) ve 11- (metilsülfinil) undekilglukosinolat (GS11) (eteksikiller) ve (Daxenbichler ve ark., 1991; Lange ve ark., 1995; Schuster ve Friedt, 1998; Vaughn ve Berhow, 2005). Ketencik glukozinolatları potansiyel olarak insan diyetinde potansiyel olarak anti-kanser besleyicidir (Berhow ve ark., 2013).Tohumdan yağ ekstraksiyonu sonucu elde edilen ketencik küspesi, yüksek ham protein (%35-40), brüt enerji (4688 kcal kg-1) ve a-linolenik asit (18:3 n-3) (%30) içerdiği için hayvan beslemede değerlendirilebilmektedir (Aziza ve ark., 2010). Küspesi ayrıca antioksidan bileşikler ve tokoferoller bakımından da zengindir (Matthäus , 2002). Glukosinolatlar, tiroid ve karaciğer fonksiyonunu etkileyebilmektedir (Tripathi ve Mishra, 2007). Bununla birlikte, ketencik küspesindeki glukozinolatlar (22 μmol g-1), kolza tohumu küspesinden (118 μmol g-1) daha düşük miktarlardadır (De Lange ve ark., 2000). Tohum küspesinin glukozinolat içeriği (13-36 µmol g-1 kuru tohum) diğer hardalgillere göre oldukça düşüktür (Schuster ve Friedt, 1998). Küspesi dengeli bir amino asit içeriğine sahiptir (Zubr, 1997; 2003) (Çi zelge 2).

Bu özellikleri onu kümes hayvanları ve ruminantlar için potansiyel olarak değerli bir yem haline getirmektedir (Putnam ve ark., 1993; Zubr, 1997; Schuster ve Friedt, 1998). Küspesi yüksek seviyelerde omega-3 yağ asitleri (>% 35), E vitamini, ham protein (>% 45) ve lif (10-11) içerdiğinden çok besleyicidir (Meadus ve ark., 2014).

Ketencikten elde edilen yem, orta ila yüksek miktarlarda erusik asit (%2.4-5) (Zubr ve Matthus, 2002; Pavlista ve ark., 2012), sinapin (2-4 mg kg-1) ve glukosinolatlar (19-25 mmol kg-1) içermektedir ki bunlar besleme özelliklerini azaltıcı bileşiklerdendir (Colombini ve ark., 2014; Russo ve Reggiani, 2012). Morris (1980), yemindeki yüksek erusik asidin, deney hayvanlarının kalp kaslarında yağ birikmesine ve miyokard lezyonlarına neden olduğunu gözlemlemiştir.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

17

Çizelge 2. Bazı Önemli Yağlı Tohumlu Bitkilerin Amino Asit Kompozisyonları (%) Amino asit

Ketencik

Kolza

Soya

Keten

Alalnine

4.6

4.0

4.8

5.5

Arginine

8.2

6.7

7.5

11.1

Aspartik Asit

8.7

6.6

12.7

12.4

Cystine

2.1

3.0

1.3

4.3

Glutamik Asit

16.4

18.1

19.0

26.4

Glycine

5.4

4.7

4.5

7.1

Histidine

2.6

3.1

3.2

3.1

İsoleucine

4.0

4.1

3.1

5.0

Leucine

6.6

6.3

7.3

7.1

Lysine

5.0

6.5

6.1

4.3

Methionine

1.7

1.7

1.3

2.5

Fenilalanin

4.2

3.5

5.0

5.3

Proline

5.1

6.0

6.0

5.5

Serine

5.0

4.0

5.6

5.9

Threonine

4.3

4.5

4.2

5.1

Tryplophan

1.2

0

1.3

1.7

Tyrosine

3.0

2.4

3.9

3.1

Valine

5.4

6.0

3.2

5.6

18

Kaynak: Zubr (2003).

Küspesindeki glukosinolatlar, gastro-intestinal mukozanın tahriş olmasının yanı sıra, hayvancılıkta lokal nekrozu takip eden büyüme ve doğurganlığın bozulmasına neden olmuştur (Russo ve Reggiani, 2012). Glukosinolatlar, ketenciğin ticarileşmesinde olası kısıtlayıcı faktörlerden biridir. Ketenciğin glukosinolat içeriği yaklaşık 24 μmol g-1 olup, farklı genotiplerde 13.2 ila 36.2 μmol g-1 kuru tohum arasında değişmektedir (Schuster ve Friedt, 1998). Bununla birlikte, ketencik tohumu ve küspesi düşük glukosinolat içeriği nedeniyle doğrudan hayvan yemi olarak kullanılabilmektedir (Imbrea ve ark., 2011).

Zubr (2010), yağı alınınca geriye kalan keten küspesinin yaklaşık %10 artık yağ, %45 protein, %15'e kadar çözünmeyen lif, %10'a kadar çözünür karbonhidrat, %5 mineral, yaklaşık %0.2 nükleik asit ve %14 fitokimyasal bileşenlerin karışımından (çoğunlukla glukosinolatlar ve flavonoidlerden) oluştuğunu tespit etmiştir. Ketencik tohumlarında önemli miktarda iki alifatik glukosinolat birikmektedir: glukoarabin (9-(metilsülfinil) nonylglucosinolate; GSL 9) ve glukocamelinin (10(metilsülfinil) desilglukosinolat; GSL 10). Ayrıca eser miktarda üçüncü bir alifatik glukosinolat olan Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

11 (metilsülfinil) undecylglucosinolate (GSL 11) de mevcuttur (Vaughn ve Berhow, 2005). Olgun ketencik tohumu, bol miktarda flavonol quercetin de içermektedir (Onyilagha ve ark., 2003).

Ketencik tohumlarında ortalama 2.2 mg g-1 tanen, 19 mg g-1 fitik asit ve 2 mg g-1 sinapin tespit edilmiştir (Matthas, 1997). Kolza küspesine kıyasla ketencik küspesinde ölçülen sinapin (1.7-4.2 mg g-1'ye karşı 7 mg g-1) ve yoğunlaştırılmış tanen (1.0-2.4 mg g-1'ye göre 3.84 mg g-1) içeriği daha düşüktür, ancak fitik asit daha yüksektir (% 21.9-30.1 ve 17.4 mg g-1) (Matthaus ve Zubr, 2000).

Tohumları %6.7 müsilaj içermektedir (Zubr, 2010). Taninler proteinler, nişasta ve sindirim enzimleriyle daha az sindirilebilir kompleksler oluşturarak sindirimi azaltabilmektedir (Reed, 1995).

Fitik asit (fitat) ise mineral kullanımını bozabilmektedir (Francis ve ark., 2001). Müsilaj, suda çözünürlüğü yüksek nişasta olmayan bir polisakarit türüdür (NSP) ve bir jel oluşturmaktadır (Mazza ve Biliaderis, 1989). Bu nedenle, müsilaj, gastrointestinal kanaldaki gıda geçiş hızını yavaşlatabilmektedir (Storebakken, 1985) ve sindirim enzimleriyle teması engellemektedir (Francis ve ark., 2001). Ketencik tohumu yüksek seviyede E Vitamini içermektedir (17.4 mg 100g-1tohum) ki bu düzey, kanola (9.27 mg 100g-1), keten (12.74 mg 100g-1), soya fasulyesi (10.99 mg 100g-1) ve ayçiçeği (13.29 mg 100g-1) ile karşılaştırıldığında daha yüksektir (Budin ve ark., 1995). E vitamini, ketencik yağının stabilitesi üzerinde olumlu etkilere sahiptir (Eidhin ve ark., 2003).

Ketenciğin küspesi, kanatlı diyetlerinde protein bakımından zengin bir kaynak olarak kullanılabilmektedir (Zubr, 1997). Tavuk (Gallus gallus domesticus) yemi ile karıştırılan ketencik yağı, yumurtadaki n-3 (omega-3) içeriğini, keten yağı kullanıldığında sıkça gelen, tatsız bir lezzet oluşturmadan, arttırmıştır (Rokka ve ark. 2002). Finlandiya'da piliç tavuklarının yemlerine karıştırılan ketencik küspesinin ise yüksek glukozinat içeriği nedeniyle uygun olmadığı tespit edilmiştir. Yem alımını, yem dönüşüm oranını ve büyümeyi düşürdüğü belirtilmiştir. Bununla birlikte, ketencik küspesinin broyler tavukların beslenmesinde kullanılmasının, insan beslenmesinde yararlı olan n-3 yağ asidi içeriğini iyileştirdiğini ve etin duyusal kalitesi üzerinde olumsuz bir etki bulundurmadığını gözlemlemişlerdir (Ryhanen ve ark., 2007). Glukosinolatların kendisinin hayvanlar için toksik olmadığı, fakat bunların parçalanmasıyla ortaya çıkan enzimatik metabolik ürünlerin hayvanlarda toksik etkileri olduğu gösterilmiştir (Schuster ve Friedt, 1998). Diğer Brassica türleriyle karşılaştırıldığında, ketenciğin glukosinolat içeriği nispeten düşüktür (Ryhanen ve ark., 2007; Antonious ve ark., 2009). C. Sativa küspesinin, soya fasulyesi küspesi ile benzer özelliklere sahip olduğu ve yem karışımında %15 w/w oranında kullanıldığında, yumurta veya etin organoleptik kalitesi üzerinde olumsuz bir etkisi olmadığı gösterilmiştir (Zubr, 1997).

Bununla birlikte, küspesi yem karışımlarına %15'den fazla eklendiğinde, yumurta aroması üzerinde olumsuz bir etkisi olmaktadır (Zubr, 1993). Kamelina küspesinin broiler kuşlarının büyüme performansına etkisi, çelişkili sonuçlar göstermektedir. Aziza ve ark., (2010) broiler tavuklarına yüzde 2.5 - 5 ve 10 oranında ketencik küspesi vermiş ve mısır-soya temelli kontrole kıyasla 42 günlük vücut ağırlığı artışı, karkas ağırlığı veya yem etkinliği (kazanç: ağırlık) arasında bir fark olmadığını bildirmiştir. Bununla birlikte, Pekel ve ark. (2009), piliç tavuklarında yüzde 10'luk ketencik küspesi beslemenin 15 ila 37 gün arasında büyümeyi bozduğunu, başlangıç aşamasında yem alımını azalttığını, yem etkinliğini azalttığını ve nihai vücut ağırlığını yüzde 7-10 düşürdüğünü bildirmiştir. Diyete yüzde 5 oranında ketencik küspesi katılması hindilerin büyümesini ise azaltmamıştır fakat %5 üzeri seviyeler dikkatli kullanılmalıdır (Frame ve ark., 2007). Hindi diyetlerindeki diğer bitkisel yağlar, ketencik yağı ile ikame edilebilmektedir (Frame ve ark., 2007). ABD Gıda ve İlaç İdaresi, sığır ve broiler tavukları için toplam rasyon ağırlığının % 10'una kadar C. sativa küspesi kullanımını onaylamıştır (Davis, 2010). Avrupa Gıda Güvenliği Kurumu, toplam glukozinolat içeriğinin, monogastrik hayvanlar için kg yem başına 1-1.5 mmol ile sınırlandırmakta ve genç hayvanlar için yemdeki konsantrasyonların daha da düşük olmasını önermektedir (Directive 2008/76/CE) (European Commission, 2008).

Ketencik kekinin, koyun sütündeki doymamış yağ asitlerini arttırdığı gösterilmiştir (Szumacher‐ Strabel ve ark., 2011). Ketencik tohumu ve küspesi, süt ineklerinin (Bos primigenius) diyetlerinde kullanıldığında, süt yağını azalttığı ve daha yumuşak hale getirdiği görülmüştür (Hurtaud ve Peyraud,

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

19

2007). Steppa ve ark., (2017), süt koyunlarına uygulanan ketencik kekinin kandaki yağ asidi içeriğini ve hormonların ve biyokimyasal parametrelerin konsantrasyonunu değiştirdiğini bildirmiştir.

Moriel ve ark., (2011), ketencik unu ile besledikleri düvelerde serum tiroksin, β-hidroksibutirat, glukoz veya insülin konsantrasyonlarının etkilenmediğini, triyodotironin serum konsantrasyonları daha yüksek bulduklarını bildirmişlerdir. Sonuçta ketencik yan ürünlerinin, gelişen sığır düvelerinin diyetlerdeki geleneksel mısır-soya fasulyesi besin takviyelerinin yerini alabileceği sonucuna varmışlardır. Cappellozza ve ark., (2012), düvelere ketencik takviyesinin, kuru madde alımını (DMI) azalttığını, tiroid bezi fonksiyonunu değiştirmediğini ve nöroendokrin stres reaksiyonu ile ortaya çıkan akut faz protein reaksiyonunu azalttığını bildirmiştir. Ruminant türleri, glukosinolatlara monogastriklerden daha toleranslı oldukları, ancak uzun süreli, yüksek glukozinolat beslemelerinin biyolojik olarak aktif ürünlerin seviyelerini arttırdığı ve sığır eti sığırlarında T4'ü baskıladığı gösterilmiştir (Vincent ve ark., 1988). Uzun süreli, yüksek glukozinolat beslemelerinin süt ineklerinde ise yem alımını, süt üretimini ve üreme performansını azalttığı görülmüştür (Laarveld ve ark., 1981; Ahlin, 1994).

Peiretti ve ark. (2007), diyete farklı miktarlarda ketencik tohumu ilavesinin tavşanların (Oryctolagus cuniculus) büyüme performansına, bazı karkas özelliklerine ve et ve yağ asidi profiline etkilerini incelemişlerdir. Tavşanların, diyetin % 15'ine kadar olan seviyelerde ketencik tohumu ile beslenebileceklerini ve bunun büyüme performansını ve karkas özelliklerine etki etmediğini bulduklarını belirtmişlerdir. Diyette % 15'e varan seviyede ketencik tohumu içeriği, tavşanların büyümesini ve karkas kompozisyonunu etkilememiştir (Peiretti ve ark., 2007).

Camelina sativa, balık yemi kritik bileşenleri olan ω3 çoklu doymamış yağ asitleri ve protein açısından zengindir. Bu nedenle su ürünleri yetiştiriciliğinde balık temelli yemlere ucuz ve sürdürülebilir bir katkı olarak kullanılabilmektedir (Tuziak ve ark., 2014). Balık unu ile karşılaştırıldığında, ketencik küspesi dokuz tanesi esensiyel olan 18 amino asit içeriği ve sadece metiyonin ve lisin takviyesi gerektirmesi nedeniyle yeterli durumdadır (Cherian, 2012). Yüksek yağ kalıntısı içeren ketencik küspesi, gökkuşağı alabalığı (Oncorhynchus mykiss)'nın diyetlerine %20 oranında katıldığında büyümeyi baskılamamıştır (Buller3well ve Anderson, 2012). Gökkuşağı alabalığı karkas kompozisyonu, % 16 oranında, yüksek yağ kalıntısı içeren ketencik küspesi ile beslendiğinde, kontrole kıyasla değişmemiştir (Pan ve ark., 2011).

SONUÇ Tohumlarında yüksek miktarda yağ barındıran ketencik, gıda ürünleri ile rekabet etmeden ve düşük girdi gereksinimiyle, marjinal alanlarda biyodizel üretimi için kullanıma çok uygun bir türdür. Keza son yıllarda bu amaçla gerek araştırma gerekse de ticari girişimler hızla artmaktadır ve önemli bir potansiyel söz konusudur. Yağı alındıktan sonra geriye kalan ketencik küspesi, gerek içerdiği kalıntı yağda bulunan önemli yağ asitleri, gerekse de zengin amino asit içeriği ve diğer besleyici içerikler sayesinde önemli bir yem kaynağı olma potansiyeline sahiptir. Fakat içerdiği glukozinolatlar bu ürünün yem olarak kullanımını kısıtlamaktadır. Bununla birlikte sığır ve tavuklarda rasyona düşük miktarlarda girmesi uygun görünmektedir. Zira ABD Gıda ve İlaç İdaresi, sığır ve broiler tavukları için toplam rasyon ağırlığının %10'una kadar C. sativa küspesi kullanımını onaylamıştır. Avrupa Gıda Güvenliği Kurumu, toplam glukozinolat içeriğinin, monogastrik hayvanlar için kg yem başına 1-1.5 mmol ile sınırlandırmakta ve genç hayvanlar için yemdeki konsantrasyonların daha da düşük olmasını önermektedir. Ketencik küspesi veya ununun hayvan diyetlerinde kullanımını daha fazla artırmak için düşük glukozinolat içerikli çeşitlerin geliştirilmesi gereklidir.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

20

KAYNAKLAR Abramovic H, Butinar B, Nikolič V, 2007. Changes Occurring İn Phenolic Content, Tocopherol Composition And Oxidative Stability Of Camelina Sativa Oil During Storage. Food Chemistry, 104 (3): 903-909.

Acamovic T, Gilbert C, Lamb K, Walker K.C, 1999. Nutritive Value Of Camelina Sativa Meal For Poultry. British Poultry Science, 40(S1): 27-27.

Ahlin K.A, Emanuelson M, Wiktorsson H, 1994. Rapeseed Products From Double-Low Cultivars As Feed For Dairy Cows: Effects Of Long-Term Feeding On Thyroid Function, Fertility And Animal Health. Acta Veterinaria Scandinavica, 35(1): 37-53.

Almeida F.N, Htoo J.K, Thomson J, Stein, H.H, 2013. Amino Acid Digestibility İn Camelina Products Fed To Growing Pigs. Canadian Journal of Animal Science, 93(3):335-343.

Antonious G.F, Bomford M, Vincelli P, 2009. Screening Brassica Species For Glucosinolate Content. Journal Of Environmental Science And Health Part B, 44(3): 311-316.

Aziza A.E, Quezada N, Cherian G, 2010. Feeding Camelina Sativa Meal To Meat-Type Chickens: Effect On Production Performance And Tissue Fatty Acid Composition. Journal of Applied Poultry Research, 19(2): 157-168.

Berhow M.A, Polat U, Glinski J.A, Glensk M, Vaughn S.F, Isbell T, Gardner C, 2013. Optimized Analysis And Quantification Of Glucosinolates From Camelina Sativa Seeds By Reverse-Phase Liquid Chromatography. Industrial Crops and Products, 43: 119-125.

Budin J.T, Breene W.M, Putnam D.H, 1995. Some Compositional Properties Of Camelina (Camelina sativa L. Crantz) Seeds And Oils. Journal of the American Oil Chemists Society, 72(3): 309315.

Bullerwell C, Anderson D.M, 2012. Performance Of Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) Fed Camelina Sativa Seeds And High Oil Residue Meal. In Proc. Aquaculture Association of Canada Annual Conference, Charlottetown, PEI. pp (Vol. 137).

Cappellozza B.I, Cooke R.F, Bohnert D.W, Cherian G, Carroll J.A, 2012. Effects Of Camelina Meal Supplementation On Ruminal Forage Degradability, Performance, And Physiological Responses Of Beef Cattle. Journal of Animal Science, 90(11): 4042-4054.

Cherian G, 2012. Camelina sativa In Poultry Diets: Opportunities And Challenges. Biofuel CoProducts As Livestock Feed: Opportunities and Challenges. Rome: FAO: 303-310.

CODEX S, 2005. STAN 210-1999. Codex standard for named vegetable oil. Codex Alimentarius.

Colombini S, Broderick G.A, Galasso I, Martinelli T, Rapetti L, Russo R, Reggiani R, 2014.

Evaluation of Camelina sativa (L.) Crantz Meal As An Alternative Protein Source İn Ruminant Rations. Journal of the Science of Food and Agriculture, 94(4): 736-743.

Crowley J.G, Fröhlich A, 1998. Factors affecting the composition and use of camelina. Teagasc.

Davis P.B, 2010. The Invasion Potential And Competitive Ability Of Camelina sativa (L.) Crantz (camelina) In Rangeland Ecosystems (Doctoral dissertation, Montana State UniversityBozeman, College of Agriculture).

Daxenbichler M.E, Spencer G.F, Carlson D.G, Rose G.B, Brinker A.M, Powell R.G, 1991.

Glucosinolate Composition Of Seeds From 297 Species Of Wild Plants. Phytochemistry, 30(8): 2623-2638.

De Lange C.F.M, Nyachoti C.M, Verstegen M.W.A, 2000. The significance Of Antinutritional Factors İn Feedstuffs For Monogastric Animals. Feed Evaluation: Principles And Practice, 169188.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

21

Eidhin D.N, Burke J, O'beirne D. 2003. Oxidative Stability Of Ω3-Rich Camelina Oil And Camelina Oil-Based Spread Compared With Plant And Fish Oils And Sunflower Spread. Journal of Food Science, 68(1): 345-353.

European Commission. 2008. Directive 2008/76/ CE 2008. Available from: http:// eurlex.europa.eu/LexUriServ/ LexUriServ. do?uri=OJ:L:2008:198:0037:01:IT:HTML Frame D.D, Palmer M, Peterson B, 2007. Use Of Camelina Sativa İn The Diets Of Young Turkeys. Journal Of Applied Poultry Research, 16(3): 381-386.

Francis G, Makkar H.P, Becker K, 2001. Antinutritional Factors Present İn Plant-Derived Alternate Fish Feed İngredients And Their Effects İn Fish. Aquaculture, 199(3-4): 197-227.

Giampietro M, Ulgiati S, Pimentel D, Production. Bioscience, 47(9): 587-600.

1997.

Feasibility

Of

Large-Scale

Biofuel

Hrastar R, Abramovič H, Košir I.J, 2012. In Situ Quality Evaluation Of Camelina Sativa Landrace. European Journal Of Lipid Science And Technology, 114(3): 343-351.

Hurtaud C, Peyraud J.L, 2007. Effects Of Feeding Camelina (Seeds Or Meal) On Milk Fatty Acid Composition And Butter Spreadability. Journal of Dairy Science, 90(11): 5134-5145.

Imbrea F, Jurcoane S, Halmajan H.V, Duda M, Botos L, 2011. Camelina Sativa: A New Source Of Vegetal Oils. Romanian Biotechnological Letters, 16(3): 6263-6270.

Karvonen H.M, Aro A, Tapola N.S, Salminen I, Uusitupa M.I, Sarkkinen E.S, 2002. Effect Of [Alpha]-Linolenic Acid [Ndash] Rich Camelina Sativa Oil On Serum Fatty Acid Composition And Serum Lipids In Hypercholesterolemic Subjects. Metabolism-Clinical and Experimental, 51(10): 1253-1260.

Laarveld B, Christensen D, Brockman R, 1981. The Goitrogenic Potential Of Tower And Midas Rapeseed Meal İn Dairy Cows Determined By Thyrotropin-Releasing Hormone Test. Canadian Journal of Animal Science, 61(1): 141-149.

Lange R, Schumann W, Petrzika M, Busch H, Marquard R, 1995. Glucosinolates in linseed dodder. Fett Wissenschaft Technologie-Fat Science Technology, 97(4): 146-152.

Leonard E.C, 1998. Specialty Oils: The Hume Company Provides İnformation About Camelina Sativa, A Potential Commercial Source Of A-Linolenic Acid. Inform-Champaign-, 9: 830-838.

Matthas B, 1997. Antinutritive compounds in different oilseeds. Lipid/Fett, 99(5): 170-174.

Matthäus B, 2002. Antioxidant Activity Of Extracts Obtained From Residues Of Different Oilseeds. Journal Of Agricultural And Food Chemistry, 50(12): 3444-3452.

Matthaus B, Zubr J, 2000. Variability Of Specific Components In Camelina Sativa Oilseed Cakes. Industrial Crops And Products, 12(1): 9-18.

Mazza G, Biliaderis C.G, 1989. Functional Properties Of Flax Seed Mucilage. Journal Of Food Science, 54(5): 1302-1305.

Meadus W.J, Duff P, McDonald T, Caine W.R, 2014. Pigs Fed Camelina Meal Increase Hepatic Gene Expression Of Cytochrome 8b1, Aldehyde Dehydrogenase, And Thiosulfate Transferase. Journal Of Animal Science And Biotechnology, 5(1): 1.

Moriel P, Nayigihugu V, Cappellozza B.I, Gonçalves E.P, Krall J.M, Foulke T, Hess B.W, 2011.

Camelina Meal And Crude Glycerin As Feed Supplements For Developing Replacement Beef Heifers. Journal Of Animal Science, 89(12): 4314-4324.

Morris E, 1980. Erucic Acid Again. Food Cosmet Toxicol 18(2): 197- 199.

Moslavac T, Jokić S, Šubarić D, Aladić K, Vukoja J, Prce N, 2014. Pressing And Supercritical CO2 Extraction Of Camelina Sativa Oil. Industrial Crops And Products, 54: 122-129.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

22

Mustakas G.C, Moulton K.J, Baker E.C, Kwolek W.F, 1981. Critical Processing Factors In Desolventizing-Toasting Soybean Meal For Feed. Journal Of The American Oil Chemists’ Society, 58(3): 300-305.

Onyilagha J, Bala A, Hallett R, Gruber M, Soroka J, Westcott N, 2003. Leaf Flavonoids Of The Cruciferous Species, Camelina Sativa, Crambe Spp., Thlaspi Arvense And Several Other Genera Of The Family Brassicaceae. Biochemical Systematics And Ecology, 31(11): 13091322.

Pan X, Xie W, Caldwel C.D, Anderson, D.M, 2011. Growth Performance And Carcass Composition Of Rainbow Trout (Oncorhynchus Mykiss) Fed Practical Diets Containing Graded Levels Of High Fat Residue Camelina Meal. In Canadian Journal Of Animal Science 91(3): 484-494.

Pavlista A.D, Baltensperger D.D, Isbell T.A, Hergert G.W, 2012. Comparative Growth Of SpringPlanted Canola, Brown Mustard And Camelina. Industrial Crops And Products, 36(1): 9-13.

Peiretti P.G, Mussa P.P, Prola L, Meineri G, 2007. Use Of Different Levels Of False Flax (Camelina sativa L.) Seed In Diets For Fattening Rabbits. Livestock Science, 107(2-3): 192-198.

Pekel A.Y, Patterson P.H, Hulet R.M, Acar N, Cravener T.L, Dowler D.B, Hunter J.M, 2009. Dietary Camelina Meal Versus Flaxseed With And Without Supplemental Copper For Broiler Chickens: Live Performance And Processing Yield. Poultry Science, 88(11): 2392-2398.

Putnam D.H, Budin J.T, Field L.A, Breene W.M, 1993. Camelina: A Promising Low-Input Oilseed. New Crops. Wiley, New York, 314.

Rajapakse B, 2015. Nutritive Evaluation Of Mechanically-Pressed Camelina (Camelina sativa), Carinata (Brassica carinata) and Soybean (Glycine max) Meals For Broiler Chickens.

Reed J.D, 1995. Nutritional Toxicology Of Tannins And Related Polyphenols In Forage Legumes. Journal Of Animal Science, 73(5): 1516-1528.

Rode J, 2002. Study Of Autochthon Camelina sativa (L.) Crantz In Slovenia. Journal of Herbs, spices and Medicinal Plants, 9(4): 313-318.

Rokka T, Alén K, Valaja J, Ryhänen E.L, 2002. The Effect Of A Camelina Sativa Enriched Diet On The Composition And Sensory Quality Of Hen Eggs. Food Research International, 35(2-3): 253-256.

Russo R, Reggiani R, 2012. Antinutritive Compounds İn Twelve Camelina Sativa Genotypes. American Journal Of Plant Sciences, 3(10): 1408.

Ryhanen E.L, Perttilä S, Tupasela T, Valaja J, Eriksson C, Larkka K, 2007. Effect Of Camelina Sativa Expeller Cake On Performance And Meat Quality Of Broilers. Journal Of The Science Of Food And Agriculture, 87(8): 1489-1494.

Sawyer K, 2008. Is there room for camelina. Biodiesel Mag, 5(7): 83-87.

Schuster A, Friedt W, 1998. Glucosinolate Content And Composition As Parameters Of Quality Of Camelina Seed. Industrial Crops And Products, 7(2-3): 297-302.

Steppa R, Cieślak A, Szumacher-Strabel M, Bielińska-Nowak S, Bryszak M, Stanisz M, Szkudelska K, 2017. Blood Serum Metabolic Profile And Fatty Acid Composition İn Sheep Fed Concentrates With Camelina Sativa Cake And Distillers Dried Grains With Solubles. Small Ruminant Research, 156, 20-26.

Storebakken T, 1985. Binders İn Fish Feeds: I. Effect Of Alginate And Guar Gum On Growth, Digestibility, Feed Intake And Passage Through The Gastrointestinal Tract Of Rainbow Trout. Aquaculture, 47(1): 11-26.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

23

Szumacher-Strabel M, Cieślak A, Zmora P, Pers-Kamczyc E, Bielińska S, Stanisz M, Wójtowski J, 2011. Camelina Sativa Cake İmproved Unsaturated Fatty Acids İn Ewe's Milk. Journal Of The Science Of Food And Agriculture, 91(11): 2031-2037.

Tripathi M.K, Mishra A.S, 2007. Glucosinolates İn Animal Nutrition: A Review. Animal Feed Science And Technology, 132(1-2): 1-27.

Tuziak S.M, Rise M.L, Volkoff H, 2014. An Investigation Of Appetite-Related Peptide Transcript Expression In Atlantic Cod (Gadus Morhua) Brain Following A Camelina Sativa MealSupplemented Feeding Trial. Gene, 550(2): 253-263.

Vaughn S.F, Berhow M.A, 2005. Glucosinolate Hydrolysis Products From Various Plant Sources: Ph Effects, Isolation, And Purification. Industrial Crops And Products, 21(2): 193-202.

Vincent I.C, Hill R, Williams H.L, 1988. Rapeseed Meal In The Diet Of Pubertal Heifers During Early Pregnancy. Animal Science, 47(1): 39-44.

Zubr J, 1993. New Source Of Protein For Laying Hens. Feed Compounder, 13: 23-23.

Zubr J 1997. Oil-Seed Crop: Camelina sativa. Industrial Crops And Products, 6(2): 113-119.

Zubr J, 2003. Dietary Fatty Acids And Amino Acids Of Camelina Sativa Seed. Journal Of Food Quality, 26(6): 451-462.

Zubr J, 2010. Carbohydrates, Vitamins And Minerals Of Camelina Sativa Seed. Nutrition & Food Science, 40(5): 523-531.

Zubr J, Matthäus B, 2002. Effects Of Growth Conditions On Fatty Acids And Tocopherols In Camelina Sativa Oil. Industrial Crops And Products, 15(2): 155-162.

24

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

EKRANLI ARAÇLAR İLE YAPILAN ÇALIŞMALARIN İŞ SAĞLIĞI VE GÜVENLİĞİ TEMELİNDE ANALİZİ Abdülazim YILDIZ Öğr. Gör. Uluslararası Kıbrıs Üniversitesi, ayildiz@ciu.edu.tr İrem ERSÖZ Dr. Öğr. Üyesi Tarsus Üniversitesi iremer@tarsus.edu.tr Ercan KÖSE Dr. Öğr. Üyesi Tarsus Üniversitesi ercankos@tarsus.edu.tr ÖZET İş sağlığı ve güvenliği açısından dikkat edilmesi gereken en önemli hususlardan biriside ekranlı araçlar kullanılarak yapılan çalışmalardır.Bilim ve teknolojinin hızla gelişmesiyle birlikte çok sayıda iş alanında, bilgisayarlar yoğun bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Ekranlı araçlar kullanılarak yapılan çalışmalar ülkemizde ve tüm dünyada her geçen gün hıza artmakta ve ekranlı araçlar önünde saatlerce zaman harcanmaktadır.Özellikle bilgisayar kullanarak çalışan kişilerde, ciddi sağlık sorunları ortaya çıkabilmektedir.Bu sorunlar ortaya çıkmadan önce tedbirler alınmalı ve uygulanmalıdır.

Günümüzde uzun süre bilgisayar kullananlarda genellikle boyunda kas zorlanması,başparmak, el bileği, omuz ve dirsekte tendom iltihaplanması,el bileğinde sinir sıkışması, kötü pozisyonda oturmadan ve uzun süre aynı pozisyonda çalışmadan kaynaklanan iskelet sistemi bozuklukları, gibi birtakım sağlık sorunları görülebilmektedir.

Ekranlı araçlar karşısında uzun süre çalışma durumunda en çok etkilenen bir diğer organ da gözdür.Gözlerde yorgunluk,ağrı,yanma,batma,bulanık görme,kızarıklık,kaşıntı,gözleri kısarak bakmak gibi belirtiler ortaya çıkabilmektedir.Gözlerin korunmasına yönelik; işbaşı yapmadan önce eğitimler verilmeli ve göz muayeneleri yapılmalıdır.

Ofis ortamlarında, bilgisayarda yoğun bir şekilde çalışan kişiler ile ekran arasındaki mesafe,ekran parlaklığı,kontrast,ekrandaki karakterlerin kolayca seçilebilmesi,ekranın her yöne dönebilmesi,ekran görüntüsünün stabil olması gibi konular çalışanlar açısından büyük önem arz etmektedir. Ülkemizde 16-04-2013 tarihli Ekranlı Araçlarla Çalışmalarda Sağlık ve Güvenlik Önlemleri Hakkındaki Yönetmelik hükümleri istisnalar hariç, tüm ekranlı araçlarla çalışmalarda uygulanmaktadır.

Bu araştırmada, ekranlı araçlar ile yapılan çalışmalarda, çalışanların maruz kalabilecekleri hastalıklar ve korunma yolları iş sağlığı ve güvenliği temelinde analizi incelenecektir.

Anahtar Kelimeler : Ekranlı araçlar,iş sağlığı ve güvenliği,ofis ortamı

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

25

ANALYSIS OF WORKS WITH SCREENED EQUIPMENTS BASED ON OCCUPATIONAL HEALTH AND SAFETY ABSTRACT One of the most important points to be considered in terms of occupational health and safety is the operation using screened equipments. With the rapid development of science and technology, computers are being used extensively in many business areas. Works and operations using screen devices increase speedy in our country and all over the world and spend hours in front of screened devices. Serious health problems can occur especially in people working with computers. Precations should be taken and implemented before these problems arise.

Computer users may experience a number of health problems, such as muscle strain on the neck, inflammation of the neck, wrist, tendons in the shoulder and elbow, nerve tightness in the wrist, sitting in a bad position, and skeleton system disorders caused by working in the same position for a long time.

Another organ that is most affected by long-term working conditions is eye. Symptoms such as fatigue, pain, burning, stinging, blurred vision, redness, itching, squinting can occur in the eyes. For eye protection; trainings should be given and eye examinations should be performed before starting work.

In the office environment, the issues such as the distance between the people working in the computer and the screen, the brightness of the screen, the contrast, the easy selection of the characters on the screen, the screen being able to turn in all directions, and the stability of the screen image are of great importance for the employees.

Regulations on Health and Safety Measures in Working with Screened devices dated 16-04-2013 in Turkey are applied in all screened equipments except for exceptions.In this study, the works or operations on screened equipments, the diseases that the employees may be exposed and the ways to protect the occupational health and safety analysis will be examined.

Keywords: Screened equipments, occupational health and safety, office environment GİRİŞ Çağımızda ekranlı araçların kullanımı tüm dünyada hızla artmaktadır.Bunların başında bilgisayarlar gelmektedir.Hemen hemen hergün önünde saatlerce zaman geçirdiğimiz bilgisayarlar, bilgilerin saklanmasında, geliştirilmesinde ve işlenmesinde önemli rol oynamakla birlikte,kısa veya uzun dönemde ciddi rahatsızlıklara da neden olabilmektedir.İnternet bilgiye erişimde en önemli faktörlerden birisidir.Bu sebepten dolayı yaşamımızın tüm alanlarında bilgisayarlar yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.Bilgisayarlar çalışma hayatımızda ve günlük yaşantımızda oldukça önemli bir yere sahiptir.İhtiyaçlarımıza ve teknolojik gelişmelere paralel olarak başta işyerlerimiz olmak üzere daha fazla bilgisayar sistemleriyle donatılıp geliştirilmektedir.

Bilgi ve iletişimin teknoloji ile kaynaşması sonucu bilişim teknolojisi ortaya çıkarak bilginin ağlar vasıtası ile iletilmesi, depolanması, toplanması,işlenmesinde büyük kolaylıklar sağlanmıştır.Bilişim teknolojisinin gelişimi sonucu elde edilen ürünler sadece bilgisarlar ile sınırlı kalmayıp endüstride video kameralar,radyo ve televizyon vericileri,programlanabilir iş makinaları ve tezgahları, data ve ölçüm sonuçlarını gösteren cihazlar da yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.

Ekranlı araçlar iş yaşamının birçok alanında kullanılmasına rağmen özellikle,haber ve dergi editörleri, gazeteciler, çağrı merkezi çalışanları,bankacılar,güvenlik kontrol odalarında çalışanlar,grafik tasarımcıları,televizyon kurgu teknisyenleri,kontrol işletmenleri, veri hazırlama,sekreterler,hava trafik kontrolleri tarafından yoğun bir şekilde kullanılmaktadır.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

26

Ekranlı araçlar ile yapılan çalışmaların insan sağlığı üzerine etkileri dört ana grupta incelenebilmektedir. Bunlar radyasyon maruziyetine bağlı birtakım rahatsızlılar,psikolojik rahatsızlıklar,ergonomi kaynaklı kas iskelet sistemi rahatsızlıkları,göz ve görme rahatsızlıkları olarak sınıflandırılabilir.

Bilgisayar kullanımı sırasında tekrarlamalı hareketler, boynun, belin, ellerin kötü pozisyonda tutulması yetersiz ergonomik koşullara bağlı olarak gelişen birtakım rahatsızlıklara neden olarak tedavileri uzun zaman alabilmekte ve iş kayıplarına neden olabilmektedir.Kas iskelet hastalıklarının yol açtığı sakatlılar sonucunda iş verimliliği ve iş memnuyeti azalarak yüksek tedavi harcamalarına,tazminat ödemelerine ve iş günü kayıplarına neden olarak ekonomik yapıyıda olumsuz yönde etkilemektedir[1].

1948 den beri faaliyet gösteren Dünya Sağlık Örgütü sürekli bilgisayar kullanmanın mesleki kas iskelet hastalıklarına sebep olduğunu ve bu hastalıkların 1980 den beri hızlı bir şekilde arttığını bildirmiştir.Bilgisayarları yoğun bir şekilde kullananlarda kas iskelet hastalıkları ve sakatlıklardan korunmak egonomi eğitimi ile önemli ölçüde mümkün olmaktadır.ABD, Kanada ve Avrupa Birliği ülkelerinde özellikle yasal zorunluluklar nedeniyle ergonomi eğitimi her geçen gün yaygınlaşmakta ve gelişmektedir. Ülkemizde birtakım yasal düzenlemelere rağmen ergonomi eğitiminde istenilen seviyeye ulaşılamamıştır.

Ekranlı araçlar ile yapılan çalışmalar sonucu ortaya çıkabilecek başta göz ve görme rahatsızlıkları olmak üzere, aynı zamanda olumsuz ergonomik koşullardan kaynaklanabilecek kas ve iskelet sistemi rahatsızlıklarının oluşmaması için alınacak proaktif tedbirlerin iş sağlığı ve güvenliği temelinde incelemelerin önemi her geçen gün daha çok önem kazanmaktadır.

M. Kurt ve D. Dülgeroğlu 2001 yılında “Bilgisayar kullananlarda birikimli travma bozuklukları” adlı çalışmasında bilgisayar kullanımıyla son yıllarda birikimli travma bozukluklarının hızla arttığını, bunların tedavisi için fiziksel tıp ve rehabilitasyon,ortopedi kliniklerine başvurulması ve fizyoterapistlerden destek alınması gerektiğini belirtmiş ilaç, fizikterapi,postür,gevşeme egzersizleri uygulanabileceğini belirtmiştir[2].

E. Özcan, S Esmaelzadeh,H. Başat 2011’de “Bilgisayar kullanıcılarında üst ekstremite işe bağlı kas iskelet hastalıkları ve ergonomi girişiminin etkinliği” isimli çalışmasında ekranlı araç kullanıcılarında uygulanan ergonomi girişiminin; üst ekstremite işe bağlı kas iskelet hastalıkları’nın azalmasında etkili olduğunu ayrıca işyerinde uygulanan ergonomi girişiminin bilgisayar kullanıcılarının postür bozukluklarının giderilmesinde,yanlış bilgisayar ekipman yerleşiminin düzeltilmesinde ve psiko sosyal risk etkenlerinin etkili olduğunu ifade etmiştir.[3] V. Laçin, 2013 yılında “ekranlı araçlarla yapılan çalışmalarda iş sağlığı ve güvenliği” adlı çalışmasında ekranlı araçlar ile çalışanların sağlığına zarar vermemesi için alınması gereken birtakım önlemlerin gönüllülük esasına dayanılmasının kabul edilemiyeceği, bundan dolayı alınması gereken tedbirlelere ilişkin yaptırım gücü olan hukuki düzenlemelerin yapılması gerektiğini vurgulamıştır.Ayrıca konuyu düzenleyen 90/270/EEC sayılı Avrupa Birliği direktifi oldukça geniş kapsamlı bir düzenleme olduğunu direktifin giriş kısmında ergonomik gereklilikler belirtilerek Türkiye’nin konuya ilgili mevzuat yapılırken,yöetmelikle düzenleme yoluna gidildiğini belirtmiştir[4].

B. Çalık, O Atalay, E. Başkan, B. Gökçe 2013 yılında “ Bilgisayar kullanan masa başı çalışanlarda kas iskelet sistemi rahatsızlıkları,işin engellenmesi ve risk faktörlerinin incelenmesi ” adlı çalışmasında masa başı çalışanlarda bilgisayar kullanımı ile en sık sırt ,bel boyun ve sağ omuz bölgelerinin etkilendiğini görmüş günlük bilgisayar kullanım süresi bilgisayar kullanırken hissedilen fiziksel rahatsızlık hissi ve kadın olmanın kas iskelet sistemi rahatsızlık hissi ve kadın olmada dört bölge için farklılık oluşturduğunu belirtmişlerdir[5]. İ. Aydemir ve G. Yenimahalleli Yaşar 2016 yılında “ Ergonomik tasarımın sağlık çalışanları ve hasta güvenliğine etkisi” adlı çalışmasında iş ortamında iş süreçlerine yönelik ergonomik tasarımların

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

27

çalışan memnuniyetini artırmakta ve çalışanların işe bağlılıklarını pekiştireceği ve olabilecek sağlık sorunlarını önemli ölçüde azaltacağını belirtmiştir[6].

T.Akpınar, B Çakmakkaya, N Batur 2018 yılında “Ofis çalışanlarının sağlığını korumasında çözüm önerisi olarak ergonomi bilimi” adlı çalışmalarında sürekli ekran başında çalışmalarda olası rahatsızlıkların önüne geçebilmek için postüre dikka edilmesi gerektiği uzun süre sabit ve aynı pozisyonda fazla durulmaması gerektiği, bel sorunlarını azaltmak için bel desteği kullanılması gerektiği vurgulanmıştır.Ayrıca işyerlerinde ekranlı araçlarla çalışmalarda mesleli kas ve iskelet sistemi hastalıklarından çalışanların korunmasında farkındalık oluşturmak gerektiği bu amaçla kamu spotu oluşturulması, özellikle ofis çalışanlarına ergonomi ve İSG konusunda seminerler ve eğitimlerin vrilmesi gerektiğini belirtmiştir[7].

Ekranlı araçlar ile çalışanlarda kısa dönemde genellikle fazla bir rahatsızlık görülmemesine rağmen uzun dönemde ciddi kalıcı rahatsızlıklar görülebilmektedir.Kısa dönemlerde rahatsızlıkların görünmemesi veya ortaya çıkmaması çalışanları bu konuda dikkatsiz olma unutma ve gereken özeni göstermeme gibi yanılgılara düşürebilmektedir.Bunun sonucunda günlük yapılan ihmaller sonucunda uzun dönemde birikimli travma bozuklukları ortaya çıkabilmektedir.İşyerlerinde ekranlı araçlarla çalışanların çoğu konu ile eğitim almasına rağmen veya konu ile ilgili sözlü veya yazılı basından ekranlı araçlarla çalışmalar konusunda dikkat edilmesi gereken kurallar hakkında bilgilendirilmesine rağmen bu konuda maruz kalabilecekleri rahatsızlıklar konusunda duyarsız kalabilmektedirler.Bu çalışmada özellikle bu konuda duyarsız çalışmayan devam edenler dikkate alınarak gözlemler yapılmış, ekranlı araçlar ile çalışanların dikkat etmeleri gereken kurallar vurgulanarak olası rahatsızların azaltılması amaçlanmıştır[8].

EKRANLI ARAÇLARLA ÇALIŞANLARIN MARUZ KALABİLECEKLERİ RAHATSIZLIKLAR Ekranlı araçlarla çalışanların karşılaşabileceği rahatsızlıklar dört farklı grupta incelenebilir.

-Radyasyondan kaynaklanabiecek rahatsızlıklar -Göz ve görme rahatsızlıkları -Ergonomik nedenlerden dolayı oluşabilecek rahatsızlıklar -Psikolojik nedenlerden kaynaklı rahatsızlıklar olmak üzere dört farklı grupta incelenebilir 1-RADYASYONDAN KAYNAKLANABİLECEK RAHATSIZLIKLAR Radyasyon ingilizce bir kelime olup yayılma anlamına gelmektedir.Radyasyon iyonlaştıran ve iyonlaştırmayan radyasyon olmak üzere iki gruba ayrılır. İyonlaştıran radyasyon canlılar için zararlı olup hücresel yapıyı bozabilmektedir.İyonlaştırmayan radyasyon hücresel yapıyı veya atomik yapıyı bozmaz.Ancak uzun süre maruz kalındığında birtakım rahatsızlıklara neden olabilir.

Elektrikle çalışan tüm cihazlarda elektrik akımından dolayı elektromanyetik dalda yayılır.Bu yayılan dalgalar iyonlaştırmayan radyasyon grubuna girer ve hücresel yapıyı bozmaz.Dolayısıyla ekranlı araçlarda elektrikle çalıştığı için bu cihazlarda iyonlaştırmayan radyasyon yayar. Ekran başında uzun süre çalışma durumunda kalan kişiler risk altındadır.İşyerlerindeki birtakım radyasyonlar hassas kişilerde yorgunluk,halsizlik, baş ağrısı,uykusuzluk gibi rahatsızlıklara neden olabilmektedir.

Bilgisayar monitörleri üreten firmalar, ekranın karşısında çalışan kişiye radyasyonun en az olabileceği seviyede tasarımlarını yapmaktadırlar.Bu sebepten dolayı ekranın ön kısmındaki radyasyon arka kısmından daha az seviyededir. İş yerlerinde monitörle sırt sırta değilde yanyana yerleştirildeki takdirde çalışanlar daha az radyasyona maruz kalmaktadırlar. Ayrıca göz ile ekran arasındaki mesafenin 42-50 cm olması cam filtreler kullanılması radyasyon etkisini

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

28

azaltmaktadır.Ayrıca günümüzde kullanılmakta olan LCD monitörler çok düşük radyasyon yaymaktadır.

2-PSİKOLOJİK NEDENLERDEN DOLAYI OLUŞABİLECEK RAHATSIZLIKLAR Ekranlı araçlarda uzun süreli çalışmalarda psikolojik birtakım sorunların görülmesinde çevre faktörleri büyük rol oynamaktadır. Ekran önünde yapılan çalışmalar yüksek düzeyde konsantrasyon gerektirmektedir.Bu sebepten dolayı ekran önünde çalışanın dikkatinin dağılmaması konsantrasyonunun bozulmaması gerekmektedir.Çalışma ortamında sürekli olarak az veya çok ses,ışığın şiddeti,ortamının uygun olmayan sıcaklığı ve nem oranı çalışanı olumsuz yönde etkiler.Bu olumsuz durumlar çalışanda yorgunluk keyifsizlik,baş ağrısı,uykusuzluk gibi sorunlara neden olur ve çalışma hayatını olumsuz yönde etkiler.

Diğer yandan çalışılan ortamdaki termal konforun yani ortam sıcaklığının, nem oranının havalandırmanın çalışanlar üzerinde önemli etkileri vardır.Düşük ve yüksek sıcaklıklar halsizlik,yorgunluk,işe konsantre olamama gibi sorunlara neden olabilmektedir.Aşırı nemli ortamlarda aynı sorunlarla karşılaşılabilir.Konforlu bir ortamda sıcaklık 20-24 derece nem oranı da % 40-60 arasında olmalıdır[9].

3-ERGONOMİK NEDENLERDEN KAYNAKLANABİLECEK RAHATSIZLIKLAR Ergonomiyi kısaca insanın çevre ve makina ile uyumunu doğal ve teknik olarak inceleyen bilim dalıdır diyebiliriz. Çalışılan ortamın, çalışanın işini en rahat ve en konforlu bir şekilde yapabilmesi amacıyla düzenlenmesi gerekir.Aksi takdirde birtakım ergonomi kaynaklı kas iskelet sistemi rahatsızlıkları ortaya çıkabilmektedir.Ekranlı araçlarla çalışanlarda kas iskelet sistemi rahatsızlıkları en yaygın sağlık problemlerinin başında gelmektedir.Boyun ve bel fıtığı bel ve sırt ağrıları, kas zorlanmaları,el bileği ve el ağrıları şeklinde görülebilmektedir[10].

Ekranlı araçlarla çalışmalarda ergonomik sorunların başında statik pozisyonda duruş,iş yerindeki yetersiz ergonomik koşullar,vücudun yanlış pozisyonlarda kullanımı sorunların temel kaynağının oluşturmaktadır.Duruş bozukluğu, çalışanların alışkanlıklarına bağlı olabileceği gibi iş ekipmanlarının çalışanın yapısına uygun olmadığı bir durumlarda da ortaya çıkabilmektedir.Ergonomik sorunlar kalıcı veya kronik rahatsızlıklara neden olabilmektedir.

Ekranlı araçlarla çalışanların tekrarlanan hareketlerine bağlı olarak kas iskelet sistemlerinde rastlanan yorulma yaralanma gibi sağlık sorunları birikimli travma bozukluğu şeklinde karşımıza çıkmaktadır.

Birikimle travma bozuklukları parmaklarda, bileklerde,ellerde dirseklerde ve önkolda gerginlik,ellerde güç kaybı, kasılma, avuçlarda batma hissi şeklinde ortaya çıkabilir[11].

Uzun süreli ekran karşısında çalışanların birikimli travma bozukluklarına maruz kalabilecekleri rahatsızlıklara, parmak kaslarının sürekli kullanımı sebebiyle bilekte bağ dokunun daralmasından oluşan karpal tünel sendromu,el hareketlerinin kısıtlanması nedeniyle el osteoartiridi, ganglionlar yani el bileğinin üstünde görülen cilt altı şişlikler,sürekli monitör başında çalışmak zorunda kalanlarda parmakta zaman zaman uyuşma ve karıncalanma şeklinde görülen ulnar sinir baskısı, el bileğinin çok kullanılması zorlanmalara maruz kalınması sonucu De Quervain hastalıkları örnek olarak verilebilir.Son yıllarda bilgisayar kullanan kişilerin saysının hızla artması toplum açısından ciddi bir sorun haline gelmiştir[12].

Ellerde, kollarda, parmaklarda olumsuz birtakım ergonomik koşullardan kaynaklanabilecek rahatsızlıkların en aza indirilmesi klavye tasarımı klavyenin doğru bir şekilde kullanımı dikkat edilmesi gereken hususlardan biridir. Bu sebepten dolayı klavye, kullanıcının tam karşısında ve uzanma hareketlerine engel olmayacak şekilde yakın mesafede bulunmalı, kollar yanda rahat hareket edebilecek şekilde ayarlanmalıdır.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

29

Ergonomik nedenlerden dolayı kaynaklanabilecek rahatsızlıkların en aza indirilmesi ve monitör önünde en rahat biçimde çalışılabilmesi için, bilgisayar ve buna bağlı tüm ekipmanların çalışan kişinin vücut oranları ve yapısı ile uyum içerisinde olacak biçimde tasarlanması gerekir.Ekran önünde yapılan çalışmalar genel olarak oturarak geçirilir.Uzun süren çalışmalarda bel sırt boyun ve birtakım kaslarda ağrı gibi şikayetler olabilmektedir.Bu nedenden dolayı başta sandalyenin ve masanın çalışana göre ayarlanması gerekir[13].

Ekranlı araçalarda yapılan uzun süren çalışmalarda statik pozisyonda kalmak kasların zorlanmasına, kas yorgunluğuna,kan akışında azalmaya neden olabilir. Ellerde ve omuzlarda ağrı başladığı zaman iş performansı düşer. Bu sebepten dolayı kısa ve sık sık ara vermek gerekmektedir. Her on dakikada 10 saniyelik aralar verilmesi kasları rahatlatmaktadır.Çalışma süresinin üst limiti 45 dakikayı geçmemeli ve 45 dakika sonunda en az beş dakika mola vermek gerekmektedir.Sabit duruş gerektiren işlerde her sekiz dakikada bir oturuş ve duruş biçimini değiştirmek gerekmektedir.

4-GÖZ VE GÖRME RAHATSIZLIKLARI Ekranlı araçlarda çalışan kişilerde gözlerde ciddi rahatsızlıklar çıkabilmektedir.Bu sebepten dolayı ekranlı araçların gözde ciddi olumsuz etkileri olabilmektedir.Çalışanın bilgisayar kullanımında gözler birçok nedene bağlı olarak etkilenebilmektedir.Bu nedenlerin başında çalışanın pozisyonu ve çalışılan ortamdaki ergonomik tasarımlar ön plana çıkmaktadır.Ekranlı araçlarla yapılan çalışmalar sonucu ortaya çıkması muhtemel göz rahatsızlıkları bilgisayar görme sendromu olarak adlandırılmaktadır.Bu sendromun başlıca nedenleri: 1-Dinlenme arası verilmeden çalışmaya devam etmek, 2-Çalışılan ortamın termal konforunun olmaması,

30

3- Aydınlatmanın yeterli olmaması, 4-Ekran ölçülerinin,renginin, parlaklığının uygun olmaması, 5-Yansımaların önlenmemesi, 6-Monitörle göz arasındaki mesafenin ve monitöre bakış açısının standartlara uygun olmaması şeklinde özetlenebilir.

Uygunsuz ergonomik veya çevre koşullarında iki saaten fazla çalışmak durumunda kalanlarda gözlerinde yanma, ışığa karşı hassasiyet çift görme,ışığa karşı hassasiyet odaklanma zorluğu,sulanma,bulanık görme,kaşıntı, kuruluk, kızarıklık gibi rahatsızlıklar oluşabilmektedir.Çalışanlarda bu belirtiler görülmeye başlamışsa bilgisayar görme sendromu geliştiğini göstermektedir.Ayrıca ekranlı araçlarda çalışan kişiler istemsiz bir şekilde daha az göz açıp kapatmaktadırlar.Normalde insan dakikada 12-15 defa göz kırparken ekranlı araç karşısında bu değer %50-60 oranında azalmaktadır.Bu da görme kalitesinde azalma ve göz kuruluklarına neden olabilmektedir.

Ekranlı araçlarla yapılan çalışmalarda göz rahatsızlıklarının önlenebilmesi için monitörün yeri ve konumu en başta planlanması gerekenlerin başında gelmekte ve ekran önünde çalışma yapılacak yerin gözün yapısına uygun olarak tasarlanması gerekmektedir.Ekranda gözü yormaya ve görmeyi zorlaştıracak parlamalar yansımalar önlenmelidir.Monitörün ekran rengi gözü yoran renklerden seçilmemelidir.Göz retinası tarafından kolay algılanan beyaz, açık mavi gibi renkler gözü daha az yorar.Ayrıca çalışılan ortamın ve ekranların tozunun sık bir şekilde alınması gözlerde toza bağlı birtakım sorunları azaltabilmektedir[14].

Ortam aydınlatmasının uygun olması, göz yakınmalarını önemli ölçüde azaltmaktadır. Monitör ışığı ve çalışılan ortamın aydınlatılması arasında ciddi farklar olması durumunda, görme uyumunu olumsuz etkiliyerek gözde rahatsızlıklara neden olabilmektedir.Görsel algılamanın kolaylaştırılması açısından ortam aydınlatılmasında beyaz ışık tercih edilmelidir [10].

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Ofis ortamında ekranlı araçlarda çalışan 50 kişi gözlemlenmiştir.Yapılan gözlem sonucunda aşağıdaki bulgulara rastlanmıştır; Ekran karşısında çalışırken konsantrasyondan dolayı göz kırpmanın azalması

10 kişi

Ekran karşısında oturmada postür bozukluğu

25 kişi

Göz ile ekran arasındaki mesafeyi koruyamayan

15 kişi

Bel ağrısı

5 kişi

Fare kullanımından dolayı bilek ağrısı

2 kişi

Gözde batma

4 kişi

Gözde kızarıklık

1 kişi

Sırt ağrısı

3 kişi

Boyun kaslarında rahatsızlık

3 kişi

31

25 25 15

20 15 10

4 3 5

2

3

1

10 5 0

Göz Kırpma Azlığı

Postür Bozukluğu

Göz-Ekran Mesafe

Bel Ağrısı

Gözde Kızarıklık

Gözde Batma

Sırt Ağrısı

Boyun Rahatsızlık

Bilek Ağrısı

Gözlem sonuçlarını incelediğimizde, gözlem yapılan ofislerde ekranlı araçlarda çalışma hususunda, İSG açısından ofis çalışanlarının daha dikkatli olması gerektiği, konu ile ilgili çalışanlara eğitim verilmesi sonucu ortaya çıkmaktadır. Genel olarak dikkat edilmeyen veya ihmal edilen maddelerin başında postür bozukluğu, göz kırpmada azalmaya ve göz ile ekran arasındaki mesafeye dikkat etmeme gibi sonuçlar çıkmaktadır.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

SONUÇ VE ÖNERİLER Ekranlı araçların özellikle bilgisayarların hayatımızın her alanına girmesi ve kullanımının hızla artması hayatımızı ve işlerimizi önemli ölçüde kolaylaştırması yanında beraberinde çalışanlar açısından ciddi sorunlarıda getirmiştir.Dikkat edilmediği takdirde birçok hastalık riskleri olmakla birlikte alınacak proaktif önlemler ile en aza indirmek mümkün olduğu gibi bütünüyle ortadan kaldırılmasıda imkan dahilindedir.

Sağlığın korunmasına yönelik genel önlemler alındıktan sonra verimlilik ve performansta artacaktır.Çalışılan ortamın çalışanlara göre düzenlenmemesi durumunda verimlilik ve performanstan söz edilemeyeceği gibi çalışan kişilerde birtakım sağlık sorunlarının çıkabileceğinide unutmamak gerekmektedir.

Ergonomik tasarımlar göz önüne alınarak yapılan işyerlerinde, çalışan kişiler kendilerini daha rahat bir ortamda hissederler. Ofisler az tehlikeli iş yerleri sınıfına girmekle beraber özellikle ekranlı araçlarla çalışmalarda meslek hastalıklarının artması iş sağlığı ve güvenliğini ön plana çıkarmıştır.Ekranlı araçlarda çalışma sonucu ortaya çıkabilecek meslek hastalıklarının en aza indirilmesi,çalışma heyecanı ve verimliliğin artması,çalışan kişiler arasındaki ilişkilerin sağlıklı olması gibi bu ve buna benzer durumlar ofisteki ergonomik şartların iyileştirilmesi ile mümkün olabilmektedir.

Ergonomik olmayan bir ofis ortamında özellikle ekranlı araçlarla yapılan çalışmalarda bel,boyun,sırt ağrıları, görme bozuklukları son zamanlarda sıkça görülebilmektedir. Bu rahatsızlıkların sebebi yüksekliği ayarlanmayan ve uygun olmayan sandalye ve çalışma masası,yetersiz aydınlatma ve havalandırma, sürekli eğilme,uzanma gibi davranış ve durumlar olarak sayılabilir.

Başta bilgisayar olmak üzere, ekranlı araçlarda çalışanların sağlığının koruması için alınması gereken tedbirlere yönelik yaptırım gücüne sahip hukuki düzenlemelerin yapılması büyük önem taşımaktadır.Türkiye’de konuya ilişkin yönetmelik yürürlüğe girmiştir.Yönetmeliğin yürürlüğe girmesi yanında işverenlere ve çalışanlara kendilerini korumaya yönelik büyük görevler düşmektedir. İşverenler çalışanların sağlığının korunmasına yönelik her türlü tedbiri almakla mükellef olup,çalışanlarda alınan kararları uymakla yükümlüdür.

REFERANSLAR [1] Utlu Z. ve Gürler Ö. (2015), Ofis Çalışmalarında Ergonomik Risklerin İş Sağlığı ve Güvenliği Açısından Değerlendirilmesi, 21. Ulusal Ergonomi Kongresi Sunumu, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta [2] https://www.ttb.org.tr/dergi/index.php/msg/article/viewFile/255/236 [3] http://www.ftrdergisi.com/uploads/sayilar/215/buyuk/236-2411.pdf [4] Emek ve Toplum Dergisi Cilt:2,yıl 2, Sayı 4 (2013/2) [5] https://dergipark.org.tr/marusbed/issue/17856/187213 [6] https://www.journalagent.com/shyd/pdfs/SHYD_3_3_174_184.pdf [7] http://www.ibaness.org/bnejss/2018_04_02/09_Akpinar_et_al.pdf [8] Karaman, A. ve Karakoç, Z. G. (2014), Ofislerde İş Sağlığı Ve Güvenliği, Yeni Yüzyıl Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Bitirme Projesi [9] www.ttb.org.tr [10] ÖZCAN, Emel. (2011). İş Yerinde Ergonomik Risklerin Değerlendirilmesi ve Hızlı Maruziyet Değerlendirme (HMD) Yöntemi. Mühendis ve Makine. Cilt: 52. Sayı: 616. s.86- 89.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

32

[11] Karaman, A. ve Karakoç, Z. G. (2014), Ofislerde İş Sağlığı Ve Güvenliği, Yeni Yüzyıl Üniversitesi, Sağlık Bilimleri Enstitüsü, Bitirme Projesi [12] Bilir N, Yıldız AN. İş Sağlığı ve Güvenliği. Hacettepe Üniversitesi Yayınları, 2013.

[13] ÖZCAN, Emel. Bilgisayar Kullananlarda Boyun ve Kol Hastalıkları ve Bel Ağrısı. http://www.ergonomistanbul.com/, (Giriş: 26.11.2013) [14] Bilir N, Yıldız AN. İş Sağlığı ve Güvenliği. Hacettepe Üniversitesi Yayınları, 2013.

33

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

THE EFFECT OF SALT (NaCl) CONCENTRATIONS ON LEAF AND BULB DEVELOPMENT OF HYACINTH (Hyacinthus orientalis “Fondant”) GROWING IN WATER-CULTURE SU KÜLTÜRÜNDE YETİŞTİRİLEN SÜMBÜL (Hyacinthus orientalis “Fondant”) BİTKİSİNİN YAPRAK VE SOĞAN GELİŞİMİNE TUZ (NaCl) KONSANTRASYONLARININ ETKİSİ Arzu ÇIĞ Assoc. Prof. Dr., Siirt University, Faculty of Agriculture, Department of Horticulture, Siirt, Corresponding Author: arzucig@yahoo.com

Arzu KOÇAK Assist. Prof. Dr., Siirt University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Biotechnology, Siirt arzukocak@siirt.edu.tr

ABSTRACT In this study, the effects of salt concentrations applied to hyacinth (Hyacinthus orientalis “Fondant”) on leaves and bulbs were determined in water culture. In water culture, a solution of ½ percent diluted Hoagland nutrient solution was used. Four different concentrations (500 (S1), 1000 (S2), 2000 (S3) and 4000 ppm (S4)) salt (NaCl) were applied together with the control group (T0) which was not salted into the water culture. Hyacinth bulbs were planted in pots with peat:perlite mixture in 1:1 ratio. They were kept in the laboratory until leaves emerged. The hyacinths taken into the water culture were applied with salt in the flowering stage. At the end of the study, according to the applications the lowest and highest average values were in the number of leaf, leaf length, leaf width, bulb weight, bulb length and bulb width as 6.000-7.026 pieces (S4-S3), 107.401-254.343 mm (S4S1), 20.723-29,769 mm (S3-S1), 20.35-24.900 g (S4-S3), 32.364-36.724 mm (S4-S3) and 35.21536.618 mm (S4-S3), respectively. The difference between the average values of the applications was statistically insignificant in bulb width; the difference between leaf number, leaf length and leaf width averages at p <0.001; bulb weight at p <0.05 and bulb length at p <0.01 level was found to be significant. At the end of the study, it was determined that 4000 ppm salt application (S4) had a negative effect on leaf and bulb growth.

Keywords: Bulb, Hyacinth, Hyacinthus orientalis, Leaf, Salt, Water Culture ÖZET Bu çalışmada bir süs bitkisi olan sümbüle (Hyacinthus orientalis “Fondant”) su kültüründe uygulanan tuz konsantrasyonlarının yaprak ve soğanlara yaptığı etkiler belirlenmiştir. Su kültüründe ½ oranında seyreltilmiş Hoagland besin çözeltisi kullanılmıştır. Su kültürü içine tuz uygulanmayan kontrol grubuyla (T0) beraber dört farklı konsantrasyon (500 (T1), 1000 (T2), 2000 (T3) ve 4000 ppm (T4)) tuz (NaCl) uygulaması yapılmıştır. Sümbül soğanları, içlerinde 1:1 oranlarında torf:perlit karışımı bulunan saksılara dikilerek; yapraklar çıkana kadar laboratuvarda tutulmuştur. Su kültürüne alınan sümbüllere çiçeklenme aşamasında tuz uygulanmıştır. Çalışmanın sonunda uygulamalara göre en düşük ve en yüksek ortalama değerler yaprak sayısı, yaprak uzunluğu, yaprak genişliği, soğan ağırlığı, soğan uzunluğu ve soğan genişliğinde sırasıyla 6.000-7.026 adet (T4-T3), 107.401-254.343 mm (T4T1), 20.723-29.769 mm (T3-T1), 20.35-24.900 g (T4-T3), 32.364-36.724 mm (T4-T3) ve 35.21536.618 mm (T4-T3) olarak tespit edilmiştir. Uygulamalara ait ortalama değerler arasındaki fark soğan

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

34

genişliğinde istatistik olarak önemsiz bulunurken; yaprak sayısı, yaprak uzunluğu ve yaprak genişliği ortalamaları arasındaki fark p<0.001 düzeyinde; soğan ağırlığında p<0.05 ve soğan uzunluğunda p<0.01 düzeyinde önemli bulunmuştur. Çalışmanın sonunda 4000 ppm’lik tuz uygulamasının (T4) yaprak ve soğan gelişimine olumsuz etki yaptığı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Hyacinthus orientalis, Soğan, Su Kültürü, Sümbül, Tuz, Yaprak.

1. INTRODUCTION Salinity is a worldwide problem affecting yield and quality of crops. It has natural origins such as soil and water and causes problems for plant growth, (Grattan and Grieve, 1999). Salt in soil, from irrigation water and irrational chemical fertilizers use without considering soil analysis results could negatively affect horticulture crops such as vegetables and fruits and field crops such as cereals and pulses. Besides, salt could also affect ornamental species used for aesthetic and visual purposes as well as for landscape purposes. Effects of salt on cultivated plants other than ornaments are through lowering their yield and quality. Various impaired metabolic events, especially lower photosynthetic activity, in crops exposed to salinity could lower survival of plants (Çulha and Çakırlar, 2011).

Navarro et al. (2008) and McCammon (2009) noted that due to the scarcity of enough fresh water for agriculture in the world ornamental plants are watered using alternative water sources with high salt contents (Koksal et al., 2015). Recently, selection of salt tolerant plant species and salt tolerant genotypes within species has been the focus of many investigators, and intense studies have been carried out for this purpose.

The aim of the present study carried out in water culture, considered a form of soilless agriculture, was to determine the effects of different salt concentration on leaf and bulb development of hyacinth plant.

2. MATERIAL AND METHOD The field trials were conducted in “completely randomized design” with three replications. Each replication consisted of four bulbs. Bulbs of Hyacinthus orientalis cv. “Fondant” were obtained from Asya Lale Ornamental Seed Company and were planted in pots containing 1:1 perlite:peat mixture for root development (Figure 1a). After rooting and leaf development, bulbs were transferred to Hoagland nutrient solution (Hoagland and Arnon, 1938) in water-culture. Duration of time between planting of bulbs in pots and transferring them to water-culture was 50 days (Figure 1b). Applied salt (NaCl) concentrations were 0, 500, 1000, 2000 and 4000 ppm. The first salt application was started 13 days after commencing water-culture, i.e. when flower stalks developed and florets formed (Figure 1c). Effects of salt doses on leaf and bulb development in hyacinth were determined (Figure 1d).

Figure 1 shows the stages from planting of the bulbs to transferring to water-culture.

The analysis of the data was done in the SAS 9.1 statistical package program according to randomized plot trial design. LSD multiple comparison test was used for comparing the averages. Tests were performed at α = 0.05 importance level (Düzgüneş et al., 1987). Descriptive statistics in terms of the traits emphasized; given as average and standard error.

3. RESULTSS AND DISCUSSION Differences among the salt doses used (0, 500, 1000, 2000 and 4000 ppm) were significant at p<0.001 level for the number of leaves, leaf length and width, at p<0.01 for bulb length and at p<0.05 for bulb weight. On the other hand, no difference was found among salt doses for bulb width (Table 1).

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

35

1b

1a

1d

1c

Figure 1. Planting, Culturing, Leafing and Flowering of Hyacinth Bulbs. a-bulbs in pots, b-bulbs in waterculture, c-floret blooming and salt application, d-flowers in salt applications.

Table 1. Effect of Salt Doses on Hyacinth Leaf and Bulb Properties Treatments

Leaf

Leaf length

Leaf width

Bulb weight

Bulb length

Bulb width

number***

(mm)***

(mm)***

(g)*

(mm)**

(mm)

S0

6.386 BC

180.456 C

25.489 B

21.260 AB

32.956 BC

36.226

S1

6.750 AB

254.343 A

29.769 A

21.986 AB

32.590 C

36.380

S2

6.750 AB

227.372 B

22.164 BC

21.912 AB

36.269 AB

35.251

S3

7.026 A

121.265 D

20.723 C

24.900 A

36.724 A

36.618

S4

6.000 C

107.401 D

25.745 AB

20.355 B

32.364 C

35.215

Significant degree

P<0.001

P<0.001

P<0.001

P<0.05

P<0.01

NS

S0: control, S1: 500 ppm NaCl, S2: 1000 ppm NaCl, S3: 2000 ppm NaCl, S4: 4000 ppm NaCl *: In the same

letter, there is no statistically significant 5% difference between the averages; **: In the same letter, there is no statistically significant 1% difference between the averages; ***: In the same letter, there is no statistically significant 0.1% difference between the averages; NS: Not significant

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

36

2c

LEAF WIDTH (MM) 29.769 25.745

25.489 22.164

20.723

37

S0

S1

S2

S3

S4

2f

BULB WIDTH (MM)

36.618 36.226

36.380

35.251

S0

S1

S2

35.215

S3

S4

S0: control, S1: 500 ppm NaCl, S2: 1000 ppm NaCl, S3: 2000 ppm NaCl, S4: 4000 ppm NaCl Figure 2. Effect of applications on leaf and bulb properties; a-leaf number, b-leaf length (mm), c-leaf width, d-bulb weight, e-bulb length, f-bulb width

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

NUMBER OF LEAVES The highest number of leaves were obtained from T3 treatment (7.026 leaves) while T4 (6000 leaves) treatment produced the least number of leaves (Figure 2a). The highest salt dose of 4000 ppm lowered the number of leaves prominently (Table 1).

LEAF LENGTH (MM) T1 treatment produced the longest leaves (254.343 mm), whereas T4 produced the shortest ones (107.401 mm) (Table 1). The highest salt dose used (4000 ppm) negatively affected leaf lengths (Figure 2b). However, 500 and 1000 ppm doses seemed to positively affect leaf lengths compared to control treatment.

LEAF WIDTH (MM) T1 treatment produced the widest leaves (29.769 mm) while T3 produced the narrowest ones (20.723 mm) (Figure 2c). As in leaf length, T1 appeared to positively affect leaf width compared to other salt doses (Table 1). As can be understood from the measurements, T4 treatment resulted in increases in leaf width. This feature was prominent during the measurements of leaf lengths and widths. Leaves were short and wide in the highest salt dose. The leaves which did not grow remained short and blunt at the bottom.

BULB WEIGHT (G) The heaviest bulbs were produced by 2000 ppm salt application as 24.900 g and the lightest ones by 4000 ppm as 20.355 g (Figure 2d). Compared to T4 dose, T3 and lower doses, as well as control treatment, resulted in heavier average bulbs (Table 1).

BULB LENGTH (MM) In terms of bulb lengths, bulb length of T3 treatment (36.724 mm) was highest and T4 was lowest (32.364 mm) (Figure 2e). Similar to bulb weight, bulb length was also positively affected by 2000 ppm salt dose.

BULB WIDTH (MM) The highest average bulb width was observed in T3 treatment (36.618 mm) and the lowest was in T4 (35.215 mm) (Figure 2f). Similar to bulb weight and length, bulb width was positively affected by 2000 ppm salt application. It could be stated that 4000 ppm salt dose negatively affected bulb width compared to other salt doses and control treatment (Table 1).

Previous studies showed that excess Na+ and Cl- contents result in impaired growth and flowering, color deterioration in leaves, turning the leaf edges to brown color and eventual drying, thereby lowering the quality of ornamental plants (Bernstein et al., 1972).

In a study aiming to determine the effect of salt application on growth of Kalanchoe blossfeldiana plant in media with or without mycorrhiza, salt (NaCl) especially at a high dose was found to hamper plant growth. Salt led to decreases in root length, weight and functions (Shannon and Grieve, 1999) and in leaf area (Munns and Tester, 2008). Another study into the salt tolerance levels of Cestrum aurantiacum, Cotoneaster lacteus, Eugenia myrtifolia, Pyracantha â&#x20AC;&#x2DC;Harlequinâ&#x20AC;&#x2122; and Teucrium fruticans species showed that major responses of plants to salt included decreases in leaf area, leaf number and leaf dry weight (Cassaniti et al., 2009). Borde et al. (2010) applied 0, 100, 200 and 300

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

38

mM salt doses to garlic plant (Allium sativum L.) and found that modedose doses resulted in highest values for leaf area, and fresh and dry plant weight (Borde et al., 2010). Türkoğlu et al. (2011) found that 50, 100 and 200 mM salt applications resulted in rotting of hyacinth bulbs (Hyacinthus orientalis) while 400 mM dose produced necrosis on leaves. The same study revealed that increasing salt concentration resulted in smaller stoma sizes. In another study to determine the effects of 34 and 68 mmol NaCl salt doses in daffodil (Narcissus tazetta L.) grown in media with or without mycorrhiza, it was observed that 68 mmol salt dose decreased average leaf length and width (Çığ et al., 2014).

The same study found that fresh and dry weights of leaves, and length, number, fresh or dry weights of leaves were negatively affected by increasing salt doses. Another study found that fresh weights of leaves, flowers and bulbs decreased in Ornithogalum saundersiae plants exposed to salinity stress and that compared to control salt stressed plants had late start of flowering (Salachna et al., 2016).

Our findings are in accordance with the findings from the previous studies. Deterioration in leaf and bulb quality varied with salt doses applied and the highest salt dose led to rotting of bulbs. It was found that inside of bulb was empty at high salt doses, which resulted in their rotting. Leaves, on the other hand, remained blunt and compact, and caused them to rot. Positive effects of some salt doses on leaf and bulb development could be explained by the fact that although Na+ and Cl- ions constitute stress factors, they are also taken in by plants at low amounts and used as nutrient.

REFERENCES 1.

Bernstein, L., Francois, L.E., Clark, R.A., 1972. Salt tolerance of ornamental shrubs and ground covers. J. Amer. Soc. Hort. Sci., 97: 550–556.

2.

Borde, M., Dudhane, M., Jite, P.K., 2010. AM fungi influences the photosynthetic activity, growth and antioxidant enzymes in Allium sativum L. under salinity condition. Not Sci Biol. 2(4): 64-71. DOI: 10.15835/nsb.2.4.5434

3.

Cassaniti, C., Rosi, A.L., Romano, D., 2009. Salt Tolerance of Ornamental Shrubs Mailnly Used in The Mediterrnean Landscape. ISHS Acta Horticulturae 807: International Symposium on Strategies Towards Sustainability of Protected Cultivation in Mild Winter Climate 807: 675-680.

DOI: 10.17660/ActaHortic.2009.807.101

4.

Çığ, A., Gülser, F., Başdoğan, G., Gülser, E., 2014. Effects of Mycorrhiza on Growth of Narcissus Tazetta (L.) Under Salt Stress. The International Congress on Green Infrastructure and Sustainable Societies / Cities (GREINSUS), 08-10 May 2014, 148-152. İzmir, Turkey.

5.

Çulha, Ş, Çakırlar, H., 2011. Tuzluluğun bitkiler üzerine etkileri ve tuz tolerans mekanizmaları.

Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11: 11-34.

6.

Düzgünes, O., Kesici, T., Kavuncu, O., Gürbüz, F., 1987. Araştırma ve Deneme Metotları, Yayın No: 1021, Ders Kitabı: 295, A.Ü. Ziraat Fakültesi Yayınları, Ankara. 381.

7.

Grattan, S.R., Grieve, C.M., 1999. Salinity–mineral nutrient relations in horticultural crops. Sci. Hortic. 78 (1-4): 127-157. DOI: 10.1016/S0304-4238(98)00192-7

8.

Hoagland, D.R., Arnon, D.I. 1938. The water culture method for growing plants without soil.

Circ. Calif. Agr. Exp. Sta., 347-461.

9.

Koksal, N., Kafkas, E., Sadıghazadı, S., Kulahlioglu, I., 2015. Floral fragrances of daffodil under salinity stress. Romanian Biotechnological Letters, 20 (4): 10600-10610.

10. McCammon, T.A., Marquart-Pyatt S.T., Kopp K.L., 2009. Water-conserving landscapes: an evaluation of homeowner preference. J. Extension, 47 (2): 1-10.

11. Munns, R., Tester, M., 2008. Mechanisms of salinity tolerance. The Annual Review of Plant Biology. 59 (1): 651-681. DOI: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

39

12. Navarro, A., Bañón, S., Conejero, W., Sánchez-Blanco, M.J., 2008. Ornamental characters, ion accumulation and water status in Arbutus unedo seedlings irrigated with saline water and subsequent relief and transplanting. Environmental and Experimental Botany, 62 (3): 364-370.

DOI: 10.1016/j.envexpbot.2007.10.010 13. Salachna, P., Zawadzińska, A., Podsiadło, C., 2016. Response of Ornithogalum saundersiae Bak. to salinity stress. Acta Scientiarum Polonorum - Hortorum Cultus, 15 (1): 123-134.

14. Shannon, M.C., Grieve, C.M., 1999. Tolerance of vegetable crops to salinity. Scientia Horticulturae, 78 (1-4): 5-38. DOI:10.1016/S0304-4238(98)00189-7 15. Türkoğlu, N., Erez, M.E., Battal, P., 2011. Determination of physiological responses on hyacinth

(Hyacinthus orientalis) plant exposed to different salt concentrations, African Journal of Biotechnology. 10 (32): 6045-6051. DOI: 10.5897/AJB10.2271

40

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

KARBON NANOTÜP İLAVESİNİN ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ Yalçın BOZTOPRAK Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Kadıköy/İstanbul, Türkiye Güner ÇETIN Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora Programı, Kadıköy/İstanbul, Türkiye Minel Zeynep ŞARDAN Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Kadıköy/İstanbul, Türkiye Sefa Enes KILIÇ Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Kadıköy/İstanbul, Türkiye

41

Murathan KALENDER Marmara Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Kadıköy/İstanbul, Türkiye

ÖZET Kompozit malzemeler, malzeme biliminin gelişmekte olan dallarından biridir. Geleneksel üretim metotlarına uygunluğu ve özel üretim metotlarına izin vermesi nedeniyle otomotiv, denizcilik, havacılık, tekstil ve savunma sanayinde oldukça tercih edilir hale gelmiştir.

Gelişen teknolojiyle birlikte kompozit malzemeler alanında nano boyutlu çalışmalar önem kazanmıştır. Nano teknolojide hedef, moleküler boyutta çalışarak moleküler yapısı yenilenmiş makro yapılar elde etmektir. Malzemelerin nanometrik boyuttaki özellikleri, aynı malzemenin makro boyuttaki özelliklerine göre değişiklik göstermektedir. Nano partikül takviyeli kompozitler, bir matris içerisinde nanometre büyüklüğündeki partiküllerin dağılması ile oluşan malzemelerdir. Nano boyuttaki partiküller, gelişmiş özelliklere sahip nano partikül takviyeli kompozitleri oluşturmak üzere seramik, metal ya da polimer gibi malzemeler içinde takviyelendirici olarak kullanılmaktadır.

Yapılan nano boyutta çalışmalar, kompozit malzemelerin sağladığı üstün özellikleri daha da arttırmak veya malzemeye yeni özellikler kazandırmak amacıyla endüstride önem arz eden alanlarda uygulanmaktadır.

Bu çalışmada, tek duvar karbon nanotüpün kırpılmış cam elyaf takviyeli doymamış polyester matrisli kompozit malzemenin mekanik özelliklerine ve yanma özelliklerine etkisi incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Kompozit malzemeler, nano partikül, tek duvar karbon nanotüp, polyester reçinesi, cam elyaf

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

THE EFFECT OF CARBON NANOTUBE ADDITION ON THE MECHANICAL PROPERTIES OF FIBER REINFORCED COMPOSITE MATERIALS ABSTRACT Composite materials is one of the developing branches of materials science. It has become very preferred in the automotive, maritime, aviation, textile and defense industries because of its suitability for traditional production methods and allowing special production methods.

In the field of composite materials, nano-size studies have gained importance with the developing technology. The aim of nanotechnology is to obtain new and superior properties in macro structures by working with nano-size. The properties of the materials in nanometrical dimensions vary according to the properties of the same material in the macro size. The nanoparticle-reinforced composites are materials formed by dispersing nano-sized particles in a matrix. The nanoparticles are used as reinforcements in materials such as ceramic, metal or polymer to form nano particlereinforced composites with improved properties. Nano-sized works have applied in the industry in order to increase the superior properties of composite materials or to give new properties to the material.

In this study, the effect of single wall carbon nanotube on the mechanical properties and flammability properties of trimmed glass fiber reinforced unsaturated polyester matrix was investigated.

Keywords: Composite materials, nano particle, single wall carbon nanotube, poliester resin, glass fiber 1. GİRİŞ 20. yüzyılın başından itibaren teknolojinin ve endüstriyel üretimin hızla gelişmesi, beraberinde endüstrinin temel girdisi olan malzeme ve malzeme biliminde de gelişmelerin hızlanmasını sağlamıştır. Fakat yeryüzünde ana malzemelerin sınırlı olmasından dolayı malzemeler ve bu malzemelerin sağladığı özellikler teknolojinin gelişimine ayak uyduramamıştır. 1950’li yıllardan itibaren uzay araçlarının yapımına geçilen çağda yüksek teknoloji ürünleri olan bu araçlardan istenilen üstün özellikler ile birlikte geleneksel malzemelerin tek başına kullanılamayacağı veya hiç kullanılamayacağı araştırmacılar tarafından anlaşıldı. Araştırmacılar istenilen üstün özellikleri sağlamak amacıyla tek bir malzeme yerine birçok malzemeden meydana gelen kompozit malzemeler üzerine çalışmalarını arttırdılar. Dolayısıyla hem ekonomik hem daha üstün mekanik özelliklere sahip hem de çok hafif malzemelerin oluşturulması için yapılan çalışmalara yoğunlaşıldı. Böylece malzemeyi teşkil eden bileşenlerin ve farklı kombinasyonlarının özellikleri büyük önem kazandı [1,2]. Tablo 1’de kompozit malzemeler ve çeşitli malzemelerin mekanik özellik değerleri ve yoğunluk değerleri verilmiştir [3].

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

42

Tablo 1. Kompozit malzemelerle diğer malzemeler arasındaki yoğunluk ve mekanik özellik farkları [3] Yoğunluk Malzeme

(gr/cm3)

Özgül Özgül Çekme Elastikiyet Mukavemet Modül Mukavemeti Modülü (σç/ρ) (MPa) (GPa) (E/ρ)

Kemik

1.8

75

14

138

26

Alaşımsız Çelik

7.9

58

26

459

203

Alüminyum

2.8

30

25

84

71

Al Alaşımı-2024

2.8

88

25

247

69

Pirinç

8.5

38

11

320

97

Bor Elyaf Takviyeli Epoksi Kompozit

1.8

889

124

1600

224

Karbon Elyaf Takviyeli Epoksi Kompozit

1.6

788

136

1260

218

Kevlar Elyaf Takviyeli Epoksi Kompozit

1.4

1000

55

1400

77

S Cam Elyaf Takviyeli Epoksi Kompozit

1.8

824

33

1400

56

Tablo 1’de verilen değerler incelendiğinde kompozit malzemeler ile diğer malzemeler arasında mukavemet/yoğunluk açısından büyük bir fark olduğu görülmektedir [3]. Kompozit malzemenin ağırlığının hafif olmasının yanında mekanik özelliklerinin de iyi olduğu görülmektedir [4-6].

Kompozit malzemeler, şekil ve/veya kimyasal bileşenleri farklı, birbiri içerisinde çözünmeyen veya kısmen çözünen iki ya da daha fazla sayıda makro bileşenin kombinasyonundan oluşan malzemeler şeklinde literatürde tanımlanmaktadır [4-7]. Kompozit malzemeler temel olarak matris ve takviye malzemesi olarak iki ayrı bileşenden meydana gelir. Şekil 1’de kompozit malzemelerin meydana geliş biçimi şematik olarak gösterilmiştir [8].

Şekil 1. Kompozit malzemelerin şematik olarak gösterimi [8]

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

43

Özellikle son 30 yılda nano boyutta partiküllerin gelişmeye başlamasıyla birlikte nanokompozit malzemelerin üretimi ya da nano partikül takviyeli kompozit malzemelerin üretimi alanında da çalışmalar artmıştır [9]. Bu çalışmalara bağlı olarak nano partikül takviyeli kompozitlerin mekanik özellikleri, kimyasal özellikleri, fiziksel özellikleri, termal ve elektriksel özellikleri gibi birçok alanda yapılan çalışmalar da artış göstermiştir. Özellikle karbon nanotüp ve grafen eklenmiş polimer matrisli elyaf takviyeli kompozit malzemelerin mekanik özellikleri ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır [9-23].

Araştırmalarda katkısız kompozit malzemelere kıyasla çeşitli katkı maddelerinin, ilave edildiği kompozit malzemelerin fiziksel ve mekanik özelliklerinde iyileşmeler sağladığı görülmüştür [24-25].

Ancak nano takviyeli kompozitlerde en önemli husus, nano takviyesinin organik fazda homojen bir şekilde dağılmış aglomera (topaklanma) oluşmadan dağılmasıdır [20-26]. Ayrıca, reçine içerisine ilave edilecek nano parçacıkların kütlece yüzde miktarları da önem taşımaktadır.

Zhou ve arkadaşları, ilk aşamada Bisfenol-F tipi epoksi reçine içerisine karbon nanotüp ekleyerek reçine yapısını modifiye etmişlerdir. Ağırlık yüzdesi bakımından % 0 - % 0,4 arasında bulunan değerlerde dairesel kesiti 30-60 nm ve boyuna kesiti 3-10 µm aralığındaki çok duvarlı karbon nanotüpler ile karışım sağlamışlardır. Modifiye edilen karbon nanotüp katkılı epoksi kompozitlere mekanik testler uygulamışlardır. Yapılan mekanik testlerde kopma mukavemeti ve kırılma tokluğu en yüksek değeri, ağırlıkça % 0,3 oranında çok duvarlı karbon nanotüp ilaveli kompozit malzemede elde etmişlerdir. Zhou ve arkadaşları, ikinci aşamada karbon nanotüp takviyeli epoksi sistemi ve karbon elyaf dokuma kumaşını kullanarak kompozit plakaların üretimini gerçekleştirmiştir. Elde ettikleri plakalara mekanik testler ve TGA, DMA analizlerini yapmışlardır. Bu test ve analizlere göre camsı geçiş sıcaklık değerinin ve eğilme dayanımının karbon nanotüp takviyesi ile arttığı sonucunu bildirmişlerdir. Çalışma kapsamında son aşamada, saf epoksi reçine ve karbon nanotüp/epoksi kompozit plakalarda lineer hasar denklemi oluşturarak Weibull dağılım fonksiyonuyla kombine etmişlerdir. Bu sonuçlara dayanarak saf epoksi reçine ve karbon nano tüp takviyeli epoksi kompozit plakaların mekanik test değerlerinin Weibull dağılımı ile eş değer olduğu sonucuna ulaştıklarını belirtmişlerdir [27].

Soliman ve arkadaşları, yaptıkları çalışmada karboksil grupları ile fonksiyonellendirilmiş çok duvarlı karbon nanotüp ilavesi ile modifiye edilmiş epoksi reçine kullanmış ve karbon nanotüpün etkisini incelemişlerdir. Ağırlıkça %0,5, %1,0 ve %1,5 oranlarında karbon nanotüp ile modifiye edilmiş epoksi reçine, (0/90°) oryantasyonuna sahip olan ince yapılı karbon elyaf dokuma kumaşlar ile takviye edilmiş kompozit plakalar üretmişlerdir. Elde edilen kompozit plakalar üzerinde beş farklı değerde enerji uygulanarak düşük hızlı darbe tepkisi ile hasar mekanizmaları üzerinde incelemeler yapmışlardır. Kompozit plakalar üzerinde uygulanan testte kullanılan enerji değerlerinin 15, 24, 30, 60 ve 120 joule olduğunu belirtmişlerdir. Bu bağlamda darbe yüklemeleri sonrası ağırlıkça farklı değerlerde çok duvarlı karbon nanotüp eklenen kompozit plakalarda elde edilen hasar miktarı ölçülmüş ve sonuçları karşılaştırmışlardır. Elde edilen verilerin değerlendirilmesi ile karbon nanotüpün oranının artmasıyla penetrasyon limitinin üzerindeki hasar ölçüsünde azalış olduğu sonucunu bildirmişlerdir. %1,5 oranında karbon nanotüp ilave ile enerji absorsiyonunda %50 oranında artış olduğunu belirtmişlerdir [28].

Bu çalışmada, tek duvar karbon nanotüpün kırpılmış cam elyaf takviyeli doymamış polyester matrisli kompozit malzemenin mekanik özelliklerine ve yanma özelliklerine etkisi incelenmiştir.

2. DENEYSEL ÇALIŞMALAR 2.1.

Malzemeler

Bu çalışmada matris malzemesi olarak Erco E98 doymamış polyester reçinesi, takviye malzemesi olarak TUBALL 201 tek duvar karbon nanotüp ve 12 mm uzunluğunda kırpılmış cam elyaf;

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

44

sertleştirici olarak Triganox 29 C50 peroksit, dolgu malzemesi olarak Niğtaş kalsit ve yanma dayanımını arttırmak için alüminyum trihidroksit (ATH) kullanılmıştır. Yapının mekanik özelliklerini geliştirmek için % 30 oranında doymamış polyester reçinesi içerisine % 20 oranında 12 mm kırpılmış cam elyaf, yaklaşık % 30 kalsit ve % 20 ATH olmak üzere toplamda % 50 oranında katkı maddeleri ve % 0,5 ve % 1 TUBALL 201 tek duvar karbon nanotüp oranlarında ilave edilmiştir.

2.2. Numune Hazırlama Referans numunesi reçinesine karbon nanotüp eklenmemiştir. Karşılaştırma yapmak için polyester reçinesi içerisine toplam ağırlığın %0,5 ve %1’i oranlarında TUBALL 201 tek duvar karbon nanotüp ilave edilmiş ve homojen bir şekilde karışımı sağlanmıştır. % 0,5 karbon nanotüp içeren kompozit levha üretimi için 600 gram doymamış polyester reçinesi içerisine 6 gram (toplam ağırlık 1200 gr’ın % 0,5’i) tek duvar karbon nanotüp eklenmiş ve 2400 rpm’de 40 dakika boyunca mekanik karıştırıcı yardımıyla karıştırılmıştır. Karışımın homojenliğini test etmek için silindir bir cam çubuk karışımın içerisine daldırılıp ardından beyaz kâğıt üzerine düz bir şekilde sürme yöntemi uygulanmıştır. Kâğıt üzerinde herhangi bir karbon partikül olmadığı gözle görülmüş ve karbon nanotüpün reçine içerisinde homojen olarak yayıldığı tespit edilmiştir. Şekil 2’de doymamış polyester ve karbon nanotüp karışımına ait homojenlik testinin uygulandığı kâğıt gösterilmiştir.

45

Şekil 2. Doymamış polyester ve karbon nanotüp karışımının homojenlik testi Tek duvar karbon nanotüp eklenmiş karışım hazırlandıktan sonra peroksit ve diğer katkı ajanları karışım içerisine ilave edilerek dik mikser yardımıyla homojen karışım sağlanıncaya kadar karıştırma işlemi devam etmiştir. Sonrasında elde edilen karışım zet miksere alınarak içerisine %20 oranında 12 mm kırpılmış cam elyaf eklenmiş ve tekrar karıştırma işlemi yapılmıştır.

Kırpılmış cam elyaf, reçine tarafından tamamen ıslatılıncaya kadar karıştırma işlemine devam edilmiştir.

Bu işlemler % 1 karbon nanotüp ilavesi için de uygulanmıştır. Kompozit plakalar, yüksek basınç ve yüksek sıcaklıkta sıcak pres yardımıyla üretilmiştir. Kürleştirme işlemi için daha önceden hazırlanan 3 farklı karışım 145°C’de 3 dakika boyunca 150 bar basınçla ayrı ayrı preslenmiş ve kompozit plaka üretim işlemi gerçekleştirilmiştir. Kompozit levhanın üretimi gerçekleştirildikten sonra mekanik testler ve yanma testleri için standartlara uygun biçimde numuneler, CNC ile kesilerek hazırlanmıştır.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

2.3. Mekanik Testler ve Yanma Testi Numunelere ait görseller Şekil 3’de verilmiştir. 3 farklı oranda üretilen numunelere ait mekanik test sonuçları Şekil 4, 5, 6,7 ve UL94 test sonucu ise Tablo 2’de gösterilmiştir. Şekil 8’de ise SEM görüntüleri görülmektedir.

Şekil 3. Referans numunesi, % 0.5 ve % 1 oranlarında tek duvar karbon nanotüp içeren kompozit plakalar

46 3 nokta eğilme testi için standartlara göre 4’er adet numune hazırlanmış olup numunelerin test ortalamaları alınmıştır. ISO 14125 standardına göre oda sıcaklığında test gerçekleştirilmiştir.

Eğilme testi sonucu Şekil 4’te verilmiştir. Tek duvar karbon nanotüp miktarı arttıkça eğilme dayanımın azaldığı görülmektedir.

84,3

84,14

84,1

83,9

Eğilme Dayanımı (MPa)

83,9 83,7 83,5 83,3 83,1 82,9

82,56

82,7 82,5

0%

%0.5 Karbon Nanotüp Miktarı (%)

1%

Şekil 4. % 0, % 0,5 ve % 1 karbon nanotüp içeren numunelerin eğilme dayanımı

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Izod darbe testi için standartlara göre 4’er adet numune hazırlanmış olup numunelerin test ortalamaları alınmıştır. ISO 180 standardına göre oda sıcaklığında test gerçekleştirilmiştir. Izod darbe testi sonucu Şekil 5’te verilmiştir. Tek duvar karbon nanotüp miktarı arttıkça darbe dayanımının arttığı görülmektedir.

25

Darbe Dayanımı (kJ/m2)

24 23 22 21 20 19 18 17

0%

%0.5

Karbon Nanotüp Miktarı (%)

1%

Şekil 5. % 0, % 0,5 ve % 1 oranlarında tek duvar karbon nanotüp içeren numunelerin Izod darbe dayanımı Çekme testi için standartlara göre 4’er adet numune hazırlanmış olup numunelerin test ortalamaları alınmıştır. ISO 527-4 standardına göre oda sıcaklığında test gerçekleştirilmiştir. Çekme testi sonucu Şekil 6’da verilmiştir. Tek duvar karbon nanotüp ilavesi ile çekme dayanımının düştüğü, karbon nanotüp miktarı % 1olduğunda % 0,5’e göre dayanımın daha yüksek olduğu görülmüştür.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

47

26

Çekme Dayanımı (MPa)

25 24 23 22 21 20

0%

%0.5

1%

Karbon Nanotüp Miktarı (%)

Şekil 6. %0, %0,5 ve %1 oranlarında tek duvar karbon nanotüp içeren numunelerin çekme dayanımı Sertlik değerini belirlemek için Shore D sertlik ölçüm yöntemi kullanılmıştır. Numunelerin düzgün yüzeylerinden 10’ar adet değer alınmış ve bu değerlerin ortalama değeri hesaplanmıştır.

Değerler alınırken standarda uygun şekilde kenarlardan 12 mm içeride ve her bir sertlik ölçüm noktası arası 6 mm olacak şekilde sertlik değerleri alınmıştır. Ölçüm ASTM D2240 standardına göre yapılmıştır. Sertlik testi sonucu Şekil 7’de verilmiştir. Tek duvar karbon nanotüp ilavesiyle sertliğin arttığı, % 1 oranında karbon nanotüpün % 0,5 oranına göre sertliği azalttığı görülmüştür.

Sertlik Değeri

73

72

71

70

69

0%

%0.5

1%

Karbon Nanotüp Miktarı (%)

Şekil 7. %0, %0,5 ve %1 oranlarında tek duvar karbon nanotüp içeren numunelerin sertlik değerleri

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

48

UL94 yanmazlık testi için standartlara göre 4’er adet numune hazırlanmış olup numunelerin test ortalamaları alınmıştır. UL94 testi sonucu Tablo 2’de verilmiştir. Test sonucunda bütün numunelerin V0 olduğu görülmüştür.

Tablo 2. UL-94 Yanma testi standardına göre numunelerin yanma dayanımı Test sayısı

Referans Numunesi

%0.5 Karbon Nanotüp İçeren Numune

1

4.00 mm V0

4.00 mm V0

2

3.80 mm V0

3.80 mm V0

3

3.85 mm V0

3.85 mm V0

Şekil 8’de %1 tek duvar karbon nanotüp içeren numuneye ait SEM görüntüleri görülmektedir.

49

Şekil 8. %1 oranında tek duvar karbon nanotüp içeren numunenin SEM görüntüsü 3. SONUÇLAR ve TARTIŞMA Üç farklı oranda karışım içeriğine sahip numuneler üretildikten sonra mekanik testler ve yanma testi numunelere başarıyla uygulanmıştır. Tek duvar karbon nanotüp ilavesinin artmasıyla eğilme mukavemetinde azalma, darbe mukavemetinde ve sertlik değerinde artış olduğu görülmüştür. % 0,5 karbon nanotüp ilavesinin çekme dayanımına negatif yönde etkisinin olduğu ancak nanotüp oranı % 1 olduğunda çekme dayanımında artış olduğu görülmüştür. Bu sonuçlara göre kırpılmış cam elyaf, kalsit ve ATH takviyeli kompozit malzemeye göre bu takviye malzemelerine ilaveten TUBALL 201 tek duvar karbon nanotüp ilavesiyle mekanik özelliklerin az miktarda da olsa iyileştiği, alev geciktici özelliğin ise devam ettiğini görmekteyiz.

UL94 yanmazlık testi referans numunesine ve % 0,5 karbon nanotüp içeren numuneye yapılmıştır ve her iki numunenin de V0 değerine sahip olduğu, yani alevi çektikten sonra 10 sn içinde söndüğü ve damlama olmadığı görülmüştür.

SEM görüntülerine göre yapı içerisinde karbon nanotüpün iyi derecede dispers olduğu görülmektedir.

Siyah kısımların karbon nanotüp, beyaz kısımların ise kalsit olduğu ve yapı içerisinde dağıldığı aşikardır. Ayrıca kısa cam elyafları da görmekteyiz.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Bu çalışma neticesinde polyester reçinesi içerisine TUBALL 201 tek duvar karbon nanotüp ilavesinin mekanik sonuçları önemli derecede değiştirmediği ve polyester reçinesi için TUBALL 201 tek duvar karbon nanotüpün mekanik özellikleri iyileştirmek amacıyla kullanılmasının uygun olmadığı ortaya çıkmıştır. Diğer tek duvar karbon nanotüp malzemelerin ilavesi ile polyester reçinesinin takviyelendirilmesi yönünde çalışmalar yapılabilir.

REFERANSLAR 1. Onat, A., “Kompozit Malzemeler Ders Notu”, Sakarya Meslek Yüksekokulu Makina ve Metal Teknolojileri Bölümü Metalurji Programı, Sakarya, 2015.

2. Pul, M., Çalın, R., Çıtak, R., Ulvi Şeker, U., Düşük Takviyeli MgO-Al Kompozitlerin Vakumlu İnfiltrasyonunda Takviye Oranının İnfiltrasyon Davranışına Etkisi. Politeknik Dergisi Cilt:12 Sayı: 3 s. 173-177, 2009.

3. Zor, M., “Kompozit Malzeme Mekaniği”, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, 2018.

4. Şahin, Y., 2000. Kompozit Malzemelere Giriş. Gazi Kitabevi, 1-16, 37- 41, 65-68, 79-88, Ankara.

5. Demirel, A., 2007. Karbon Elyaf Takviyeli Epoksi Kompozit Malzemelerin Karakterizasyonu.

Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 135s, Ankara.

6. Acar, V., Akbulut, H., Sarıkanat, M., Seydibeyoğlu, M.Ö., Seki Y., Erden S., 2013. Karbon Elyaf Takviyeli Prepreg Kompozitlerde Arayüzey Mekaniğinin Karbon Nanoyapı Katkısıyla İyileştirilmesi. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 10, 43-51.

7. M.E. Tuttle, Structural Analysis of Polymeric Composite Materials, Marcel Dekker, Inc., 2004.

8. A. Brent Strong, Fundamentals of composite manufacturing: Materials, methods and application, Society of manufacturing Engineers, ISBN-10 0872638545, ISBN-13 9780872638549, 640 pages, 2008.

9. Çıracı, Si, Özbay, E., Gülseren., O., Demir, H, V., Bayındır, M., Oral, A., Senger, T., Aydınlı, A., Dana, A., Türkiye‘de Nanoteknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi, Ağustos Sayısı, 4-23, 2005.

10.

Kaya, M., Plastik Nanokompozitler, Pagev Plastik Dergisi, Mart-Nisan Sayısı, 84, 2003.

11.

Saçaklı, Y., Değişik Partikül Boyutlarındaki Mg(Oh)2 Katkılı Polipropilen (Pp) Nanokompozitinin Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Marmara Üniversitesi, İstanbul, 2011.

12.

Hudnut, S.W., Chung, D.D.L., 1995. Use of Submicron Diameter Carbon Filaments for Reinforcement Between Continuous CarbonFiber Layers in a Polymer-Matrix Composite. Carbon, 33(11):1627-31.

13.

Thostenson, E.T., Chou, T.W., 2002. Aligned Multi-walled Carbon Nanotube-Reinforced Composites: Processing and Mechanical Characterization. J Phys D: Appl Phys, 35(16):L77.

14.

Bai, J., Allaoui, A.,2003. Effect of the Length and the Aggregate Size of MWNTs on the Improvement Efficiency of the Mechanical and Electrical Properties of NanocompositesExperimental Investigation. Compos A, 34, 689- 694.

15.

Gojny, F., Wichmann, M., Fiedler, B., Schulte, K., 2005. Influence of Different Carbon Nanotubes on the Mechanical Properties of Epoxy Matrix Composites-A Comparative Study.

Compos Sci Technol, 65, 2300-2313.

16.

Wicks S.S. et al., 2009. Interlaminar Fracture Toughness of a Woven Advanced Composite Reinforced with Aligned Carbon Nanotubes. In: 50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference,Palm Springs, CA.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

50

17.

Yamamoto, N., Guzman de Villoria, R., Wardle, B.L., 2012. Electrical and Thermal Property Enhancement of Fiber-Reinforced Polymer Laminate Composites Through Controlled Implementation of Multi-walled Carbon Nanotubes. Composites Science and Technology, 72, 2009-2015.

18.

Thostenson, E.T., Li, W.Z., Wang, D.Z., Ren, Z.F., Chou, T.W.J., 2002. Appl.Phys. 2002, 91, 6034- 6037.

19.

Thostenson, E.T., 2003. Carbon NanotubeReinforced Composites: Characterization and Modeling. Ph.D. Thesis, University of Delaware.

Processing,

20.

Kashiwagi T et al., 2005. Nanoparticle Networks Reduce the Flammability of Polymer Nanocomposites. Nat Mater., 4(12):928-33.

21.

Koo, J.,2006. Polymer Nanocomposites: Processing, Characterization, and Applications.

McGraw-Hill.

22.

Vlasveld, D.P.N., Bersee, H.E.N., Picken, S.J., 2005. Nanocomposite Matrix for Increased Fibre Composite Strength. Polymer, 46(23):10269-78.

23. Çelep, Ş., 2007. Nanoteknoloji ve Tekstilde Uygulama Alanları, Çukurova Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 171, Adana.

24.

Rong, M, Z., Zhang, M, Q., Zheng, Y, X., Zeng, H, M., Friedrich, K, Improvement of tensile properties of nanoSiO2/PP composites in relation to percolation mechanism. Polymer, 42 3301– 3304, 2001.

25.

Zhang, H., Zhang, Z., Friedrich, K., Eger, C., Property improvements of in situ epoxy nanocomposites with reduced interparticle distance at high nanosilica content. Acta Mater., 54 1833–1842, 2006.

26.

Alexandre, M., and Dubois, P., Polymer layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials. Materials Science and Engineering, 28 1-63.

27.

Zhou, Y., Pervin, F., Lewis, L., Jeelani, S., 2008. Fabrication and Characterization of Carbon/Epoxy Composites Mixed with Multiwalled Carbon Nanotubes. Mater Sci Eng A, 475, 157-65.

28.

Soliman, M., Al-Haik, M., Taha, M.R., 2012b. On and Off-Axis Tension Behavior of Fiber Reinforced Polymer Composites Incorporating Multi-walled Carbon Nanotubes, J Compos Mater., 46(14), 1661-75.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

51

KÖK ORTAMLARININ KARPUZ KÖK YAPILARINA ETKİLERİ Mehmet Hafif KILINÇ Siirt Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Bahçe Bitkileri Bölümü, kilincafif@gmail.com

(Sorumlu Yazar) Muhemet Zeki KARİPÇİN Dr. Öğrt. Üyesi, Siirt Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Bahçe Bitkileri Bölümü, zkaripcin@gmail.com

ÖZET Kuraklığa tolerantlıkları TÜBİTAK (107T613) projesi ile belirlenmiş bazı karpuz genotiplerinin kök yapılarına farklı kök ortamlarının etkilerini incelemek amacıyla yürüttüğümüz bu çalışmada, Kar 24, Kar 98, Kar 39 (Crimson Sweet) karpuz genotipleri kullanılmıştır. Kök ortamı olarak ise kum, toprak ve torf materyalleri kullanılmıştır. Tüm bitkiler aynı tarihte ve 3 tekerrürlü olarak plastik tüplerde yetiştirilmiştir. Kök yapılarının yanı sıra; çıkış zamanları, bitki yaş ağırlığı, bitki kuru ağırlığı, kök yaş ağırlığı, kök kuru ağırlığı, bitki kuru madde oranı, kök kuru madde oranı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bitki yeşil aksam boyu ve bitki yeşil aksam eni (Taç eni) ile Kök eni ve kök boyu Image J programı aracılığıyla taranarak belirlenmiştir. Toprak ortamındaki bitkilerde tam randıman alınamamıştır. Çalışmada kullanılan kök ortamlarından olan kum ortamının en erken çıkışı sağladığı, kum ortamındaki Kar 98 bitkilerinin bitki kuru madde oranı bakımından diğer ortam ve bitkilerden daha üstün olduğu, kök kuru madde oranı açısından ise torf ortamındaki Kar 24 (kuraklığa tolerant) genotbine ait verilerin daha yüksek değerlerde bulunduğu, Kar 98 (kuraklığa hassas) genotibinin torf ortamındaki bitkilerden elde edilen bitki boyu değerlerinin diğer genotiplere ait değerlerden daha üstün olduğu, taç eni değerleri arasında ise torf ortamındaki Kar 39 (Crimson Sweettolerant/intolerant) bitkilerine ait taç eni değerlerinin daha yüksek değerler olduğu saptanmıştır.

Köklerin derinliğini gösteren kök boyu değerleri açısından ise Torf ortamındaki Kar 24 genotibinin en yüksek kök boyu değerlerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Kullanılan her bir genotip farklı genetik yapılara ve kuraklığa tolerantlıklara sahip olduğundan dolayı elde edilen veriler daha önemli olmaktadır. Kum ortamının besin içeriğinin fakir olmasından dolayı besin takviyesine ihtiyaç duyduğu, besin takviyesi ile kum ortamındaki bitkilerin erken çıkış sağlayarak en iyi kök yapılarını oluşturmaya en uygun ortam olduğu saptanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Köklendirme Ortamı, Karpuz, Kök Yapıları, Kuraklık THE EFFECTS of ROOT MEDIA on THE ROOT ARCHITECTURE ABSTRACT Tolerance to drought The purpose of this study, which was carried out to investigate the effects of different root medias on the root structures of some watermelon genotypes determined by TÜBİTAK (107T613) project, was to use the Kar 24, Kar 98, Kar 39 (Crimson Sweet) watermelon genotypes.

Sand, soil and peat materials were used as root conditions. All plants were grown in plastic tubes on the same date and 3 replications. In addition to root structures; Output times, plant fresh weight, plant Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

52

dry weight, root fresh weight, root dry weight, plant dry matter rate, root dry matter rate measurements were performed. In addition, the green length of the plant and the green part of the plant (Crown width) with root width and root length was determined by scanning through the Image J program.

Full yield was not obtained in the soil media plants.

Sand media, which is one of the root medias used in the study, provides the earliest output, It is found that the plants of Kar 98 in the sand media are superior to the other media and plants in terms of the rate of the plant dry matter. In terms of root dry matter ratio, the data of Kar 24 (drought tolerant) genotpe in peat media were found to be higher, Kar 98 (drought-sensitive) genotype’s plant height values obtained from plants in the peat media is superior to the values of other genotypes, and the crown width values of the Kar 39 (Crimson Sweet-tolerant / intolerant) plants were found to be higher than the crown width values. In terms of root length values showing the depth of the roots, it was found that the Kar 24 genotype of the peat media had the highest root length values. Because each genotype used has tolerability to different genetic structures and drought, the obtained data is more important. It has been determined that the sand media needs nutritional supplementation due to its poor nutrient content, and it is the most suitable medium to create the best root structures by providing early release of the plants in the sand media with nutritional supplement.

Keywords: Rooting Media, Watermelon, Root Architecture, Drought.

GİRİŞ Köklendirme ortamı köklenmeyi sağlayacak herhangi bir materyaldir. İlkokulda fasulyeyi köklendirdiğimiz pamuk bile başlı başına bir köklendirme ortamıdır. Ancak ticari ve büyük çaplı üretim faaliyetlerinde maliyeti ve sürdürülebilirliği de göz önünde tutmak gerekmektedir.

Tohum veya çelikle çoğaltmanın ilk aşaması bu çoğaltım materyallerinin köklendirilmesidir. Tohum veya çeliklerinin çok zor köklendiği türlerde veya büyük uğraşlar sonucu elde edilmiş çoğaltım materyallerinin köklendirilmesi başta olmak üzere köklendirme faaliyetleri oldukça önemlidir.

Tarımsal faaliyetin ilk aşaması olan ekim/dikim uğraşının sonucu köklendirme olmalıdır.

Köklenmemişse ekim/dikim planımızı baştan gözden geçirmek durumunda kalıyoruz. Elbette çoğaltım materyallerinin sağlıklı ve köklenmeye uygun olgunluk veya kimyasal donanıma sahip olması gerekiyor ancak bununla birlikte köklendirme ortamlarının da köklenmeyi sağlaması beklenmektedir.

Aslında, köklenme ortamları, gelişme-büyüme ortamlarına çok benzer hatta bazen de aynı olabilmektedirler. Köklendirme ortamı derken tohum veya çelik parçasının kökçük oluşturarak dışardaki ortamdan besin ve su alabilmesidir. En iyi köklendirme ortamı bitki türüne de bağlıdır. İnce bir pamuk parçasında onlarca domates köklendirilirken, maydanoz veya ceviz tohumunu çimlendirmek pek uygun olmamaktadır. Hatta bazı türlerde örneğin kabakgillerde, kendi meyvesinin içinde dahi köklenme sağlana bilinmektedir.

Yüzyıllar boyunca kök ortamı olarak toprak kullanılmıştır. Ancak köklenme sağlaması için gerekli olan her tülü ortam günümüzde en azından yardımcı veya asıl köklendirme ortamı olarak kullanılmaktadır. Perlit, kum, kayayünü, torf vb. materyallerini gerek fiziksel ve gerekse kimyasal yapılarından dolayı topraktan daha avantajlı köklendirme ortamı olabilmektedirler. Nihayet milyonlarca fidenin yetiştirildiği fideliklerin hiçbirinde köklendirme ortamı olarak toprak kullanılmamaktadır. Toprak yerine daha çok torf veya torf-perlit karışımı veya bahçe toprağı, ahır gübresi, kum karışımından oluşan harç kullanılmaktadır. Kullanılan materyallerin birleşiklerinde oransal olarak değişkenlik göstermek kaydıyla daha değişik materyallerin karışımı da kullanılmaktadır.

Köklendirme ortamı bir türün sağlam bir fide veya fidan olması için yeterli olmaya bilir.

Köklendirildiği ortamdan daha geniş ve daha besleyici yeni kök geliştirme (aslında köklendirme) Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

53

ortamına geçici olarak aktarılmaktadır ki buna şaşırtma denir. Yani, fide veya fidanları asıl yerlerine dikime şaşırtma denilmez. Asıl yerlerine aktarılma işlemi dikimdir. Şaşırtma ortamında da kullanılan ortamın kimyasal ve fiziksel özellikleri sağlam hastalıklardan ari fide veya fidan elde edilmesi için çok önemlidir.

Karpuz bitkisi; yaklaşık olarak 2 m’ye kök salabilen derin köklü bir sebzedir. Afrika, Asya ve Akdeniz’in sıcak bölgelerinde yetişen ve Cucurbitaceae familyasına giren Citrullus cinsi 4 tür olup, bu türler diploid (2n=22) kromozom sayısına sahiptirler (Jeffrey, 1975; Whitaker ve Davis, 1962; Robinson ve Decker-Walters, 1997). Afrika, Citrullus türünün gen merkezidir (Robinson ve DeckersWalters, 1997). Bu sebzenin ikinci gen merkezinin Hindistan olduğu bildirilmiştir (Whitaker ve Davis, 1962).

Bitirme tezi olan bu çalışma, en uygun köklendirme ortamının belirlenmesi, kök yapılarının en uygun hangi ortamda geliştiğini saptamak amacıyla gerçekleştirilmiştir.

MATERYAL VE METOT Kuraklığa tolerantlıkları TÜBİTAK (107T613) projesi ile belirlenmiş bazı karpuz genotiplerinin kök yapılarına farklı köklendirme ortamlarının etkilerini incelemek amacıyla yürütülen bu çalışmada, Kar 24, Kar 98, Kar 39 (Crimson Sweet) karpuz genotipleri kullanılmıştır.

54

Materyallerimiz ve materyallerimize ait resimler, Karipçin (2009) çalışmasından alınmıştır. Kar-24 Mısır ülkesi orijinli olup Karipçin (2009) çalışmasında kuraklığa en tolerant materyal olarak belirlenmiştir. Kar-39, piyasadaki ticari çeşitlerden ve standart olan Crimson Sweet çeşididir. Kar-98 ise yine Karipçin (2009) çalışmasında kuraklığa en hassas olan ve Şanlıurfa-Birecik yerli genotiplerindendir. Kar-39 ve Kar-98 yenilebilir meyvelere sahip iken, Kar-24 genotibinin ne meyvesi ne de bitkisi yenilebilir yapıdadır.

Köklendirme ortamı olarak ise toprak, torf ve kum kullanılmıştır. Toprak materyalindeki tohumların çıkışları sağlıklı olmadığından dolayı bu ortam deneme dışında tutulmuştur. Üç tekerrürlü denememizde her bir özellik için her tekerrürde 3 bitkide ölçüm ve gözlemler alınmıştır. Torf ve kum ortamında aşağıdaki ölçüm ve gözlemler gerçekleştirilmiştir; Çıkış süresi; tohum ekiminden çıkışların görüldüğü gün arasındaki gün sayısı her gün çıkışlar izlenerek gerçekleştirilmiştir.

Bitki Yaş Ağırlığı; Bitkilerin yeşil aksamları köklendirme ortamından alındıktan hemen sonra hassas terazi ile ölçülmüştür.

Bitki Kuru Ağırlığı; Yaş ağırlıkları belirlenen bitkiler, 2 gün soldurulduktan sonra etüve konularak 65 0C’de sabit ağırlığa gelinceye kadar kurutularak, bitki kuru ağırlıkları belirlenmiştir.

Kök Yaş Ağırlığı; köklendirme ortamından zarar görmeden çıkarılan kökler ortam artıklarından ayırıldıktan sonra hassas terazi aracılığıyla yaş ağırlıkları tespit edilmiştir.

Kök Kuru Ağırlıkları; Yaş ağırlıkları belirlenen kökler, 2 gün soldurulduktan sonra etüve konularak 65 0C’de sabit ağırlığa gelinceye kadar kurutularak, kök kuru ağırlıkları belirlenmiştir.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Bitki Kuru Madde Oranı; (Bitki Kuru Ağırlığı/Bitki Yaş Ağırlığı) x 100 formülü kullanılarak hesaplanmıştır.

Kök Kuru Madde Oranı; (Kök Kuru Ağırlığı/Kök Yaş Ağırlığı) x 100 formülü kullanılarak hesaplanmıştır.

Ayrıca Bitki Yeşil Aksam Boyu ve Bitki Yeşil Aksam Eni (Taç Eni) ile Kök Eni ve Kök Boyu Image J programı aracılığıyla taranarak belirlenmiştir.

BULGULAR VE TARTIŞMA Çıkış süreleri ölçümlerinde, kök ortamları ortalamaları arasında istatistiksel bir fark bulunamamıştır.

En erken çıkış süresi (Kar24’de gerçekleşirken en geç çıkış Kar39’da saptanmıştır. Köklendirme ortamlarında ise en erken çıkış (3.11 gün) Kum ortamından tespit edilmiştir. Diğer tüm özellikler açısından Torf ortamı en iyi sonuçları sağlarken, Kum ortamı kullanılan ortamlardan Torf ortamından sonra ikinci sırada yer almıştır. Çeşit ve genotiplerin performansı incelendiğinde ise Kar98 no’lu genotibin Yeşil Aksam Eni hariç incelenen diğer tüm özelliklerde diğer çeşit ve genotiplerden daha üstün değerlere sahip olduğu kaydedilmiştir (Tablo 1).

Tablo 1. İncelenen Özellikler üzerine Kök Ortamlarının ve Çeşitlerin Etkisi Torf

Kum

Kar24

Kar39

Kar98

Çıkış Süresi

3,22 a

3,11 a

3,00 a

3,33 a

3,17 a

Bitki Yaş Ağırlığı

3,67 a

1,30 b

0,66 c

2,94 b

3,87 a

Bitki Kuru Ağırlığı

0,26 a

0,12 b

0,05 c

0,19 b

0,33 a

Kök Yaş Ağırlığı

0,45 a

0,33 b

0,23 b

0,21 b

0,73 a

Kök Kuru Ağırlığı

0,023 a

0,017 b

0,011 b

0,010 b

0,039 a

Bitki Kuru Madde Oranı

9,23 a

7,00 b

7,94 b

6,78 c

9,62 a

Kök Kuru Madde Oranı

5,55 a

4,56 b

5,17 a

4,57 b

5,42 a

Yeşil Aksam Boyu

16,21 a

12,44 b

7,69 c

13,37 b

21,91 a

Yeşil Aksam Eni

16,21 a

12,44 b

6,88 b

11,81 a

10,26 a

Kök Eni

12,68 a

11,69 b

9,91 c

11,29 b

15,35 a

Kök Boyu

188,74 a

115,23 b 167,13 b 101,76 c 187,0 a

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

55

Tablo 2. İncelenen Özellikler üzerine Kök Ortam ve Çeşit İnteraksiyonların Etkisi Kar24,Torf

Kar24,Kum Kar39,Torf

Kar39,Kum

Kar98,Torf

Kar98,Kum

Bitki Kuru Madde Oranı

7,37 c

8,51 b

6,16 d

7,41 c

7,47 c

11,76 a

Kök Kuru Madde Oranı

7,00 a

3,34 d

4,68 c

4,46 c

4,98 c

5,86 b

Yeşil Aksam Boyu

8,76 e

6,63 f

12,70 d

14,04 c

27,16 a

16,66 b

Yeşil Aksam Eni

8,08 c

5,67 c

16,51 a

7,12 c

11,71 b

8,81 bc

Kök Eni

7,90 d

11,92 c

10,98 c

11,60 c

16,18 a

14,52 b

Kök Boyu

233,36 a 100,90 e

112,47 d

91,05 f

220,38 b

153,76 c

Çıkış Süresi

3,33 a

2,67 a

3,33 a

3,33 a

3,00 a

3,33 a

Bitki Yaş Ağırlığı

0,88 d

0,44 e

3,96 b

1,91 c

6,17 a

1,56 c

Bitki Kuru Ağırlığı

0,06 e

0,04 e

0,24 b

0,14 d

0,47 a

0,18 c

Kök Yaş Ağırlığı

0,19 d

0,26 c

0,25 c

0,16 d

0,89 a

0,57 b

Kök Kuru Ağırlığı

0,013 c

0,009 de

0,012 cd

0,007 e

0,044 a

0,034 b

Köklendirme ortamları ile çeşit ve genotip interaksiyonu bakımından değerler incelendiğinde; çıkış süresi özelliğin açısından istatiksel bir farkın olmadığı, 11,76 değeriyle Kar98 no’lu genotibin Kum ortamında bulunan bitki gruplarının en yüksek Bitki Kuru Madde Oranı değerine sahip olduğu, Kar24 nolu genotibin Torf ortamındaki bitki gruplarında ise en yüksek (7,00) Kök Kuru Madde Oranının elde edildiği, yine Kar98 nolu genotibin Torf ortamındaki bitkilere ait Yeşil Aksam Boyu değerinin (27,16) diğer interaksiyon gruplarından daha üstün olduğu, Yeşil Aksam Eni değerleri açısından ise Kar39 nolu genotibin Torf ortamındaki bitki gruplarından en büyük değerin (16,51) kaydedildiği tespit edilmiştir. Kar98 nolu genotip ile Torf ortam interaksiyonundan en yüksek (16,18) Kök Boyu ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Kök Eni değeri açısından ise Kar24 nolu genotip ile Torf ortam interaksiyonundan en yüksek (233,36) değerinin ölçüldüğü belirlenmiştir. Bitki Yaş Ağırlığı, Bitki Kuru Ağırlığı, Kök Yaş Ağırlığı ve Kök Kuru Ağırlığı ölçümlerinin tümünde en yüksek değerler (sırasıyla, 6.17, 0.47, 0.89, 0.044) Kar98 genotibi ile Torf ortam interaksiyon grubundaki bitkilerden tespit edilmiştir Tablo 2). Çalışmada kullanılan kök ortamlarından olan kum ortamının en erken çıkışı sağladığı, kum ortamındaki Kar 98 bitkilerinin bitki kuru madde oranı bakımından diğer ortam ve bitkilerden daha üstün olduğu, kök kuru madde oranı açısından ise torf ortamındaki Kar 24 (kuraklığa tolerant) genotbine ait verilerin daha yüksek değerlerde bulunduğu, Kar 98 (kuraklığa hassas) genotibinin torf ortamındaki bitkilerden elde edilen bitki boyu değerlerinin diğer genotiplere ait değerlerden daha üstün olduğu belirlenmiştir.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

56

57

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Resim 1. İmaj J Programı ile Yeşil ve Kök Aksam Taramaları

58

Resim 2. Kullanılan Köklendirme Ortamları, Genotip ve Çeşitler.

Farklı kök ortamlarında köklerin tepkilerinin belirlenmesi, sözkonusu bitkinin kök sistemi hakkında ve genetik potansiyelinin anlaşılmasında önemli bir parametredir. Abiyotik koşullarında derine gidebilme potansiyeli yüksek kök sistemine sahip bir bitki abiyotik koşullarda yaşayabilir olduğuunu göstermektedir (Manschadi ve ark. 2008).

Bitki organlarından sistem olarak kök sistemi özellikle su yokluğunu ilk hisseden organdır. Elbette ki kuraklık gibi çevresel faktöre karşı alınabilecek en önemli tedbirlerden biri iyi bir kök sistemine sahip bitki yetiştirmek olmalıdır (Trachsel ve ark. 2011).

Yarı bodur buğday çeşitlerinde yapılmış bir çalışmada Subbiah ve ark. (1968), kısa buğday çeşitlerinin uzun buğday çeşitlerinden daha kısa kök sistemine sahip olduklarını belirlemişlerdir. Kısa kök sistemi ortamdaki su ve besin maddelerinden daha az istifade edildiğini bildirmişlerdir. Siddique ve ark. (1990) ise yarı bodur buğday çeşitlerinin daha düşük kök/kütle oranına sahip olduklarını tespit etmişlerdir.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Botswana'daki Kalahari Çölü'nde yetiştirilen yabani karpuz (Citrullus lanatus sp.), kültüre yapılan kültür çeşitleriyle (Citrullus lanatus cv.) kuraklığa tolerantlık açısından kıyaslandırıldığında yabani karpuzun susuzluğa güçlü tolerantlık göstermiştir. (Kawasaki ve ark. 2000; Takahara ve ark. 2005; Akashi ve ark. 2005; Kohzuma ve ark., 2009).

Larcher (1995)’in de belirttiği üzere yabani karpuz genotipleri gelişmiş kök yapılarından dolayı hem susuzluğa tolerantlık gösterirler hem de geniş kök sistemlerinden dolayı besin maddelerinden de daha fazla istifade ederler. Karpuzun genetik potansiyelinde güçlü kök sistemi mevcut olup, yabani genotiplerde kuraklık koşullarında kök büyümesi dürtülendiğinde kültür çeşitlerinde bu durum kök sistem büyümesinin baskılanmasına neden olmaktadır (Yoshimura ve ark. 2008; Kajikawa ve ark.

2010).

KAYNAKLAR Akashi, K., Morikawa, K., Yokota, A. (2005). Plant Biotechnology Agrobacterium-mediated

transformation system for the drought and excess light stress-tolerant wild watermelon (Citrullus lanatus), 22 (1), 13-18.

Jeffrey, C. (1975). Further notes on Cucurbitaceae: III. Some African taxa, Kew Bu, 30, 475-493.

Kajikawa, M., Morikawa, K., Abe, Y., Yokota, A., & Akashi, K. (2010). Establishment of a transgenic hairy root system in wild and domesticated watermelon (Citrullus lanatus) for studying root vigor under drought. Plant cell reports, 29(7), 771-778.

Karipçin, M. Z. (2009). Yerli ve yabani karpuz genotiplerinde kuraklığa toleransın belirlenmesi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Adana.

Kawasaki, S., Miyake, C., Kohchi, T., Fujii, S., Uchida, M., Yokota, A. (2000). Responses of wild

watermelon to drought stress: Accumulation of an ArgE homologue and citrulline in leaves during water deficits. Plant and Cell Physiology, 41, (7), s. 864-873.

Kohzuma, K., Cruz, J. A., Akashi, K., Hoshiyasu, S., Munekage, Y. N., Yokota, A., Kramer, D. M. (2009). The long‐term responses of the photosynthetic proton circuit to drought. Plant, cell & environment, 32(3), 209-219.

Larcher, W. (1995). Physiological plant ecology. 3rd edn. Berlin: Springer.

Manschadi, A. M., Hammer, G. L., Christopher, J. T. (2008). Genotypic variation in seedling root architectural traits and implications for drought adaptation in wheat (Triticum aestivum L.). Plant and soil, 303(1-2), 115-129.

Robinson, R. W., Decker-Walters, D. S. (1997). Cucurbits. CAB International.

Siddique, K. H. M., Tennant, D., Perry, M. W., Belford, R. K. (1990). Water use and water use efficiency of old and modern wheat cultivars in a Mediterranean-type environment. Australian Journal of Agricultural Research, 41(3), 431-447.

Subbiah, B. V., Katyal, J. C., Narasimham, R. L., Dakshinamurti, C. (1968). Preliminary investigations on root distribution of high yielding wheat varieties. The International Journal of Applied Radiation and Isotopes, 19(4), 385-390.

Takahara, K., Akashi, K., Yokota, A. (2005). Purification and characterization of glutamate N‐ acetyltransferase involved in citrulline accumulation in wild watermelon. The FEBS journal, 272(20), 5353-5364.

Trachsel, S., Kaeppler, S. M., Brown, K. M., Lynch, J. P. (2011). Shovelomics: high throughput phenotyping of maize (Zea mays L.) root architecture in the field. Plant and Soil, 341(1-2), 7587.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

59

Whitaker, T.W., Davis, G. N. (1962). Cucurbits: Botany, Cultivation and Utilization.

Yoshimura, K., Masuda, A., Kuwano, M., Yokota, A., Akashi, K. (2008). Programmed proteome response for drought avoidance/tolerance in the root of a C3 xerophyte (wild watermelon) under water deficits. Plant and Cell Physiology, 49(2), 226-241.

60

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

MARDİN SULU KOŞULLARINA UYGUN ARPA GENOTIPLERİNİN BELİRLENMESİ Serap DOĞAN Siirt Üniversite Ziraat Fakültesi Tarla Bitkileri Bölümü doganyyu @hotmail.com ÖZET Bu çalışma, yurt içi ve yurt dışında ıslah programlarını yürüten farklı kuruluşlardan gelen arpa hat ve çeşitlerin verim ve kalite yönünden Diyarbakır ekolojik koşullarındaki performansları incelenmek üzere 2015-2016 üretim sezonlarında yürütülmüştür. Araştırma, tesadüf blokları deneme desenine göre üç tekrarlamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Denemede bitki boyu (m), başaklanma süresi, birim alan verimi (kg/da), bin tane ağırlığı (g), hektolitre ağırlığı (kg) ve protein oranı (%) gibi karakterler incelenmiştir.

Araştırma sonucunda elde edilen bulgularda tane verimi 418-719 kg/da arasında değişmiş olup, en yüksek tane verimi G23 nolu genotiplerden, en düşük tane verimi ise 15 nolu genotipten (418 kg/da) elde edilmiştir. Kalite faktörü olan hektolitre ağırlığı bakımından en yüksek ortalama değer 66.3 kg/hl ile 17 nolu genotipten, protein oranı ise % 13.8 ile 2 nolu genotipten elde edilmiĢtir. Bu çalıĢmanın sonuçlarına göre yurt dışından temin edilen genotiplerin tane verimi ve kalite kriterleri bakımından ümitvar olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Genotip, Adaptasyon, ıslah, kriterler

61

DETERMINATION OF BARLEY GENOTICS SUITABLE FOR MARDIN IRRIGARED CONDITIONS ABSTRACT This study was conducted to examine yield and quality performances of some varieties and spring barley breeding lines obtained from both local and abroad breeding programs in Mardin ecological irrigated conditions during the 2015-2016 growing seasons. Experiment was carried out in randomized complete block design with three replications.Plant height (m), heading time, kernel yield (kg ha-1), thousand-kernel weight (g) and hectoliter weight (kg) and traits were evaluated in field experiments.

Although grain yield ranged between 4180-7190 kg/ha, the highest grain yields were obtained from the genotypes numbered as G23, respectively; and the lowest grain yield was obtained from the genotype numbered as G15 (4180 kg /ha). The highest test weight value was obtained from the genotype numbered as G6 (66.0 kg /hl) The results of this study were promising for some genotypes brought from abroad in terms of grain yield and quality criteria.

Key Words: Genotypes, Adaptation, breeding, criteria, 1. GİRİŞ Anavatanı doğu Akdeniz ülkelerine dayandığı için hem iki hem de altı sıralı başak yapısına sahip arpaların Mardin şartlarına iyi uyum sağladığı birçok çalışma ile ortaya konulmuştur. Son zamanlarda yeni ve iyi uyum gösteren çeşitler geliştirilmiş ve yayılmış olmasına rağmen hala birim alandan istenilen oranda ve kalitede ürün elde edilememektedir. Kaliteli ve yüksek verimli aynı Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

zamanda iyi uyumlu çeşitlerin eksikliğinin yanında yetiştiriciliğinde bazı hatalı veya eksik uygulamalar (ekim normu, sertifikalı tohumluk kullanımı, ekim zamanı, çeşit seçimi, sulama vs) etkili olmaktadır (Kendal ve ark., 2017). Bu nedenle arpa alanlarını en iyi şekilde değerlendirmek ve birim alandan maksimum ve kaliteli ürün elde etmek için ıslah programlarında arpa çalışmaları hızlı bir şekilde sürmektedir (Doğan ve ark., 2014, Mut ve ark., 2014). Ülkemizde ve özellikle dünyada hızla artmakta olan nüfus nedeniyle gıda maddelerindeki tüketiminin artmasına neden olmakta ve artış hızına bağlı olarak paralel bir şekilde, bitkisel ve hayvansal ürünlerde ciddi anlamda üretiminin artırılması gerekmektedir. Birçok ıslah araştırmalarının en önemli hedeflerinden olan birim alandan elde edilecek ürün miktarının ve kalitesinin artırılmasına yöneliktir (Ergün ve Geçit, 2008) . Arpa (Hordeum vulgare L.) tek yıllık, tahıllar içerisinde en çok kardeşlenme gösteren optimum durumlarda 5 ile 8 arasında kardeş veren bir bitkidir. Arpa danesinde yaklaşık olarak % 9-13 ham protein, ve % 67 kadarda karbonhidrat bulunmaktadır (Anonim, 2019). Ülkemizde serin iklim tahılları arasında buğdaydan sonra ekimi yapılan arpa; buğday, mısır ve çeltikten sonra önemli bir tahıl olarak yer almaktadır. Genel olarak hayvan beslenmesinde, ayrıca malt ve bira endüstrilerinde, az miktarda da insan beslenmesinde kullanıldığı belirtilmektedir (Poehlman, 1985). Arpa bitkisi hem tanesi hemde bitki kısımları birçok yem karışımına da kullanılmaktadır (Demirel ve ark., 2010).

Arpa ekim alanı özellikle, Güneydoğu Anadolu Bölgesinde, Ülkemizde arpa, toplam ekim alanları içerisinde yaklaşık olarak % 20 civarında olup, ekilişi bakımından ise GAP bölgenin önemli bir yere sahip olduğu açıkça göstermektedir. GAP bölgesinde arpa verimi Türkiye ortalamasının üzerinde bir rakam gösterdiği Kendal ve ark., (2010) tarafından bildirilmiştir. Verim, genotip ve ekolojik (iklim, toprak yapısı ve yetiştirme tekniği) yapının bir aradaki etkileşimi sonucunda elde edilmekte ve genotipler farklı çevre ve farklı yıllarda denemeye alındıktan sonra, ümitvar olanlar seçilmektedir. (Mut ve ark., 2014. Yapılan çalışmada, Bu araştırmanın amacı Türkiye’de tescil edilmiş olan nohut çeşitleri ve ICARDA kökenleri genotiplerin sulu koşullarda Mardin şartlarında adaptasyon, kışa dayanım ve verim potansiyelleri belirlenerek bölgeye uygun çeşit tavsiyesinde bulunarak, yetiştirilebilme durumları ile adaptasyon durumları belirlenmesi amacı ile yürütülmüştür.

2. MATERYAL VE YÖNTEM Materyal

Çalışmada, yurt içinde tescilli edilmiş, yaygın üretimi yapılan 5 adet tescilli çeşit (Şahin-93, Akhisar-98, Vamıkhoca, Altıkat, Aydanhanım) kullanılmıştır. Şahin-93 ve Altıkat, GAP Uluslararası Tarımsal Araştırma Enstitüsü, Akhisar-98 Ege Tarımsal Araştırma Enstitüsü, Aydanhanım Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü, Vamıkhoca, Ege Tarımsal Araştırma Enstitüsü, tarafından tescil edilmiş çeşitler kullanılmıştır. Kullanılan 20 hat ise ICARDA (International Center for Agriculture Research in the Dry Areas) melez programında temin edilmiştir.

Kullanılan çeşitler ve hatlar aşağıda belirtilen şekilde kodlanmıştır.

(ICARDA G1, ICARDA G2, ICARDA G3, CARDA G4, G5; Şahin-93, ICARDA G6, ICARDA G7, CARDA G8, ICARDA G9, G10; Akhisar-98, ICARDA G11, 1CARDA G12, ICARDA G13, ICARDA G 14, G15; Vakımbaba, CARDA G16, ICARDA G17, ICARDA G 18, CARDA G 19, ,G20; Altıkat, ICARDA G21, ICARDA G22, CARDA G23, ICARDA G 24, G25; Aydanhanım)

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

62

Yöntem Denemeler tesadüf blokları deneme deseninde üç tekerrürlü olarak yapılmıştır. Deneme parselleri boyutları 1.2 x 4 = 4.8 m2 olacak şekilde 26.11.2015 tarihinde el mibzeri ile ekilmiştir. Ekimle birlikte, dekara 2.5 kg/da N ve 6.4 kg/da P205 hesaplanarak DAP (% 18 N, % 46 P205) gübresi verilmiştir. Sapa kalkma döneminde 6 kg/da Amonyum sülfat (% 21 N) uygulanmıştır. Araştırmada verim ve verimle ilgili parametrelerine bağlı olarak ölçüm ve tartımlar; parsel kenarlarından ikişer sıra ve parsel başlarından 50 cm boş bırakılarak geri kalan alanlarda tesadüfe bağlı olarak 10 adet bitki alınarak örnekleme yapılmıştır.

Denemenin yürütüldüğü dönemlere ve uzun yıllara ait Mardin ilinin bazı iklim verileri Çizelge 2’de verilmiştir. Çizelge 1. Mardin ilinde uzun yıllar ortalaması (1960-2016), çalışma yıllarına ait sıcaklık, yağış ve nem değerleri (2015-2016).

Sıcaklık (°C) UYO Yağış (mm) UYO Nispi nem(%) UYO Kasım

11.5

10.7

27.2

69.7

35.2

57

Aralık

3.2

5.3

128.4

106.9

71.3

67

Ocak

2.2

3.0

146.3

112.3

74.1

70.0

Şubat

8.5

4.0

3.6

108.2

66.2

66.0

Mart

10.0

8.0

119.8

96.8

59.1

61.0

Nisan

16.8

13.4

27.1

83.6

41.3

56.0

Mayıs

19.8

19.6

20.0

40.4

42.0

45.0

Haziran

26.2

25.6

1.0

4.0

28.2

34.0

Yıllık (toplam/ ort)

12.3

11.2

473.4

620.1

52.2

57

UYO: Uzun yıllar ortalaması (Anonim, 2016). Çalışma, 2015-2016 yetiştirme sezonunda kışlık olarak Mardin merkeze bağlı Tilkitepe köyünde yürütülmüştür. 2016 yılında denemenin yapıldığı alanda yağış miktarı uzun yıllar ortalamasına göre daha düşük, ortalama sıcaklıklar UYO’dan fazla bir fark olmazken, nispi nem bakımından ise uzun yıllar ortalamasına göre düşük olduğu belirlenmiştir. Deneme alanının toprak durumu; kırmızı renkli, killi yapıya sahip, % tuz miktarı 0.055, pH’sı 7.4, kireç oranı %27.3, organik madde içeriği %1.8, fosfor (56.2 mg/kg) ve elverşili potasyum (1.59 me/100 g) olarak ölçülmüştür (Anonim, 2016).

Araştırmada incelenen özellikler Oral ve ark., 2017’ göre yapılmıştır.

Bitki boyu ölçümleri her parseli temsilen alınan tesadüfe bağlı olarak, homojen 10 bitki olacak şekilde hasat edilmiştir.

Başaklanma süresi (gün); Bitkinin topraktan çıktığı tarih ile parseldeki başakların % 50’sinin bayrak yaprağı kınından tamamen çıktığı tarih arasındaki gün sayısı olarak hesaplanmıştır. Bin tane ağırlığı

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

63

(g); Dört adet 100 tane ağırlığının ortalamasının 10 ile çarpılması ile elde edilmiştir. Tane verimi (kg/da): 4 m2’lik parselden elde edilen tane ağırlığı, dekara çevrilmiştir Tane verimi (kg/da): 4 m2’lik parselden elde edilen tane ağırlığı, dekara çevrilmiştir. Hektolitre ağırlığı (kg/hl); ¼ litrelik hektolitre terazisi kullanılmıştır. Yatma (%): Denemede kullanılan genotipler görsel olarak tespit edilmiştir. Yatma görülen parsellerde % olarak sayım yapıldaktan sonra oran (%) belirlenmiştir.

3. BULGULARI VE TARTIŞMA Mardin sulu koşullarında farklı çeşit ve hatlardan oluşan 25 genotipin, bitki boyu, başaklanma gün süresi, bin tane ağılığı, hektolitre ağırlığı ve tane verimine ait varyan analiz Çizelge 1.’de verilmiştir. İncelen özellikler bakımından (p<0.01) istatistiki olarak önemli bulunmuştur Çizelge 1. Araştırmada incelenen özelliklere ait varyans analiz tablosu Varyasyon Kaynakları

SD

BB

BGS

BTA

TV

HL

Genotipler

24

332**

61**

50,5 **

26018**

18,43**

Tekerür

3

0,22 öd

0,182 öd

4,7 öd

7492 öd

0,20 öd

Hata

72

0,69

0,072

4,25

6351,0

0,22

Genel

99

81,05

14,85

15,5

11153,3

4,63

* P <0.05 düzeyinde önemli; ** P<0.01 düzeyinde önemli, öd: önemli değil.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

64

Çizelge 2. Arpa genotiplerinin bitki boyu, başaklanma gün sayısı, bin tane ağırlığı, tane verimine ve hektolitre ağırlığına ilişkin ortalama değerler ve bu ortalamalar arasındaki farklılıkları gösteren ortalama değerler ve grupları.

Hektolitre

Genotiplar

Bitki boyu (cm)

Başaklanma gün sayısı

Bin tane ağırlığı (g)

Tane verimi (kg/da)

G1

82 h

102 m

39,6 eı

646 cd

65,8 gh

40

G2

93 f

105 j

37,0 ık

655 cg

64,0 j

80

G3

95 e

103 l

40,7 cg

606 dh

68,7 a

0

G4

105 c

101 n

40,2 ch

554 gh

64,9 hı

0

G5

110 b

114 b

42,0 ae

555 gh

67,1 c

0

G6

100 d

106 ı

41,5 be

560 fh

69,1 a

0

G7

100 d

103 l

44,0 ab

697 ad

67,2 c

0

G8

100 d

104 k

44,9 a

775 ab

62,0 l

10

G9

82 h

108 g

37,6 hk

693 ad

61,0 m

30

G10

110 b

116 a

38,5 fj

593 dh

66,2 df

60

G11

95 e

108 g

38,1 gj

728 ac

64,3 ıj

5

G12

95 e

107 h

39,8 dı

517 hı

64,0 j

70

G13

95 e

106 h

42,5 ad

651 cg

68,8 a

10

G14

105 c

107 h

36,0 jk

670 bf

62,1 l

30

G15

95 e

112 c

43,0 ac

418 ı

65,1 h

80

G16

80 ı

110 e

27,8 l

601 dh

63,7 jk

80

G17

100 d

107 h

35,8 jk

645 cg

65,9 fg

10

G18

105 c

107 h

37,5 hk

638 cg

66,4 df

30

G19

95 e

109 f

41,0 cf

561 eh

66,8 cd

80

G20

115 a

111 d

37,7 hk

682 ad

66,1 ef

30

G21

100 g

100 o

41,9 be

615 dh

67,9 b

10

G22

90 g

107 h

38,5 fj

589 dh

63,3 k

60

G23

90 g

110 e

41,0 cf

791 a

66,6 ce

0

G24

105 c

102 m

34,8 k

624 cg

65,3 h

60

G25

110 b

108 g

41,9 be

672 be

64,9 hı

30

ORT

98

107

39,3

629

65,5

D.K

0,8

0,3

0,5

12,6

0,8

LSD

BB (cm)

0,38**

2,90**

0,38**

0,65**

(kg/da)

Yatma (%)

*Aynı harfle gösterilen ortalamalar arasındaki farklılıklar % 1 düzeyinde önemsizdir.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

65

Bitki Boyu Denemede arpa genotipleri arasında bitki boyu istatistiksel olarak % 1 düzeyinde önemli bulunmuştur. Bitki boyu genotipler arasında 80-115 (cm) arasında değişim gösterirken, en düşük G16 nolu, en yüksek ise G20 nolu genetipten elde edilmiştir.

Arpa ıslah araştırmalarında elde edilen bitki boyu ile ilgili elde edilen araştırmaların amacına göre değişiklik gösterse de, bu özellik verimi dolaylı yönden etkileyen bir morfolojik özelliklerdendir (Doğan ve ark., 2014). Bitki boyu kalıtım değeri çok yüksek olmasına rağmen daha çok ekolojik faktörlerden etkilenmektedir.

Araştırmacılar bitki boyunun çevre koşullarına ve çeşide göre değiştiğini bildirmişlerdir. Farklı ekolojilerde değişik araştırıcılar tarafından yürütülen çalışmalarda, arpa hat ve/veya çeşitlerinde bitki boyu değerleri 46.8-128.1 cm arasında bulunmuş (Akdeniz 2004; Kandemir 2004; Yağmur ve Kaydan, 2007; Erkul ve Ünay, 2007; Kendal ve ark. 2010; Oral ve ark., 2018). Bitki boyunda oluşan farklılıklar, çeşitlerin genetik yapısından kaynaklanacağı gibi bitkilerde sulamanın yapılmasına bağlı olarak bitki boyunda artış olmuştur.

Başaklanma Gün Süresi Genotipler arasında başaklanma gün sayısı istatistiksel olarak % 1 düzeyinde önemli bulunmuştur.

Başaklanma gün sayısı en düşük 21 nolu genotipte 100 gün, en yüksek 116 gün olarak 10 nolu genotipten elde edilmiştir. Tahıllarda özellikle erkencilik istenilen bir faktördür. Farklı ekolojik koşullarda yapılan araştırmalarda (Akıncı ve ark. 1999; Kandemir 2004; Karahan 2005) başaklanma süresi genotip ve çevrenin etkisiyle değişiklik gösterebildiğini araştırmacılar tarafından bildirilmiştir.

66 Bin Tane Ağılığı İncelenen arpa genotiplere bağlı olarak bin tane ağırlığı bakımından elde edilen farklılıklar istatistiksel olarak % 1 düzeyinde önemli bulunmuştur. Bin tane ağılığı genotipler 27.8 ile 44.9 (g) arasında değişmiştir. En düşük bin tane ağırlığı 27.8 g G16 nolu, en yüksek 44.9 g ise G8 nolu genotiplerden elde edilmiştir.

Elde edilen sonuçlar, bin tane ağırlığı 40.6 g ile 59.7 g arasında değiştiğini belirten Çakır (1988)’ın, 58-62 g olarak belirten Tugay (1993), 34.0-53.5 g arasında değiştiğini belirten Dokuyucu ve Kırtok (1995)’un, 30.6-54.8 g olarak bulan Kılınç ve ark. (1992), 36.6-44.0 g arasında değiştiğini bildiren Karahan, (2005)’ın bulguları ile benzerlik göstermektedir. Uygun iklim koşulları nedeniyle tane dolum döneminin daha uzun sürmesi bin tane ağırlığını da artma meydana getirdiğini bildirmiştir (Garcia ve ark. 1991).

Tane Verimi Araştırmada kullanılan arpa genotipler arasında tane verimi istatistiksel olarak % 1 düzeyinde önemli bulunmuştur. Arpa genotipleri arasındaki tane verimi, 418-791 kg/da arasında olup, en düşük G15 nolu genotipte, en yüksek ise G23 nolu geneotipten elde edimiştir (Tablo 2).

Tane verimi, bitkinin genetik potansiyeli, çevre faktörleri ve yetiştirme tekniklerinin ortak etkileşimi sonucu ortaya çıktığı bildirilmektedir (Poehlman ve Sleper, 1995). Çeşitli araştırmalarda tespit edilmiş olan tane verimi değerleri 159.9-700.7 kg/da arasında değişim göstermiştir (Erkul ve Ünay, 2007; Çokkızgın 2008; Ergün ve Geçit, 2008; Kendal 2010; Kendal ve Doğan 2012; Oral ve ark., 2017; Aktaş 2017; Oral ve ark., 2018).

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Farklı çeşitlerin farklı bölgelerde farklı performans göstermesi beklenen bir sonuçtur. Çünkü her bitkinin istediği optimum koşulları her yerde bulması mümkün değildir. Daha önce yapılan çalışmalarda bu çalışmanın yürütüldüğü bölge ekolojisine benzer yerlerde benzer sonuçlar elde edilmiştir. Ekoloji değiştikçe verimde de olumlu veya olumsuz yönde önemli değişiklikler olmaktadır.

Hektolitre Ağırlığı Arpa genotipler arasında hektolitre ağırlığı istatistiksel olarak % 1 düzeyinde önemli bulunmuştur.

Arpa genotipleri arasındaki hektolitre ağırlığı, 61.0-69.1 kg/hl arasında değişmekte olup, en düşük G9 nolu genotipte, en yüksek ise G6 nolu geneotipten elde edilmiştir. Ekolojik şartlar, çeşit veya genotipler değiştikçe hektolitre ağırlıklarında da değişiklikler olabileceği tespit edilmiştir. (Kün ve ark. 1992; Karadoğan ve ark. 1999; Karahan 2005; Er 2011, Aktaş 2017) bulguları ile ilişkilendirilmiştir.

Yatma Çizelge 2.’de görüleceği gibi geneotipler arasında yatma durumu, % 0 (sıfır) ile G3, G4, G5, G6 ve G23 nolu genotiplerde yatma görülmezken, % 80 ile en fazla yatma G2, G15, G16 ve G19 nolu genotiplerde rastlanmıştır. Bu özellik bakımından denemede kullanılan genotiplerin yatma oranları % 0-80 arasında değişim göstermiştir. Bölgede özellikle sulanılabilen alanlar ve bazı dönemlerde yağışın fazla olduğu yuıllarda yatma oranının oransal olarak arttığı görülmüştür. Yatmaya karşı çeşit veya genotiplerin kısa boylu olması tercih edilmektedir, genetik olarak kısa boylu çeşit veya hatlar yatmaya karşı daha dayanıklı olduğu birçok araştırmacı tarafından bildirilmiştir. (Öztürk ve ark., 2007; Oral ve ark., 2017). Bitkilerde yatmaya bağlı olarak verim düşüklükleri meydana geleceğini (Aktaş 2017) bildirmiştir.

4. SONUÇ VE ÖNERİLER Mardin sulu şartlarına uygun arpa hatlarını tespit etmek amacıyla yapılan bu çalışmada, incelenen özellikler bakımından verimi yönündenG7, G8, G9, G11 ve G23 hatları satandar çeşitlere göre birim alanda yüksek verim alınmıştır. Araştırmada kullanılmak üzere Türkiye’de tescil edilmiş çeşit ve yurt dışından temin edilen hatların ebeveyn olarak geniş bir gen havuzu oluşturularak genetik çeşitlilik arttırılabilir. İleriki dönemlerde kullanılan genotiplerinin ıslah çalışmaları yapılarak ümitvar çeşit geliştirilmesine uygun olduğu kanaatine varılmıştır.

5. KAYNAKLAR Akıncı. C., Gül İ. ve Çölkesen, M. 1999. Diyarbakır koşullarında bazı arpa çeşitlerinin tane ve ot tane verimi ile bazı verim unsurlarının belirlenmesi. Türkiye 3.Tarla Bitkileri Kongresi 15-18 Kasım 1999 Adana.

Aktaş, H. 2017. Türkiye’de yoğun ekim alanına sahip bazı arpa (Hordeum vulgare L.) çeşitlerinin destek sulamalı ve yağışa dayalı koşullarda değerlendirilmesi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi 2017: 14 (03) Akdeniz, H., Keskin, B., Yılmaz, İ., Oral, E. 2004. Bazı arpa çeşitlerinin verim ve verim unsurları ile bazı kalite özellikleri üzerinde bir araştırma. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Zir. Fak. Tarım Bilimleri Dergisi 14(2): 119 – 125.

Anonim, 2019. http://www.tarimsitesi.net/urun-694-Arpa-bitkisi.html. Erişim Tarihi: 19.02.2019 Anonim.2016.http/www.tüik.gov.tr. Çakır, S. 1988. Osman Tosun Gen Bankasındaki 97-182 Sıra Numaralı Arpa Materyalinde Bazı Morfolojik ve Fizyolojik Özelliklerin Belirlenmesi. Ankara üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü, Basılmamış Yüksek Lisans Tezi Ankara.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

67

Çokkızgın, A., Çölkesen, M., İdikut, L. 2008). Kahramanmaraş koşullarına uygun arpa çeşit ve hatlarının belirlenmesi üzerine bir araştırma. Ülkesel Tahıl Sempozyumu 2-5 Haziran 2008, Konya, 738 – 744.

Demirel R., Saruhan V., Baran M.S., Andiç N., Şentürk Demirel D., 2010. Farklı Oranlarda Ak Üçgül (Trifolium repens) ve Arpa (Hordeum vulgare L.) Karışımlarının Silolanma Özelliklerinin Belirlenmesi.

YYÜ Tar. Bil. Dergisi, 20(1):26-31.

Doğan, Y., Kendal, E., Oral, E. 2016. Identifying of relationship between traits and grain yield in spring barley by GGE Biplot analysis. Agriculture & Forestry/ Poljoprivreda i Sumarstvo, 62(4).

Doğan, Y., KendaL, E., Karahan, T., Çiftçi, V. (2014). Diyarbakır koşullarında bazı arpa genotiplerinde verim ve bazı kalite özelliklerinin belirlenmesi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 2014(2).

Ergün, N., Geçit, H. H. (2008). İleri Kademe Arpa (Hordeum vulgare L.) Hatlarında Verim ve Verime Etkili Bazı Karakterlerin İncelenmesi.

Er, C. 2011. Çeçit Adayı Arpa Genotipinin Farklı Koşullarda Tarımsal Özellikleri Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarla Bitkileri Anabilim Dalı Basılmamış Yüksek Lisans Tezi, Eskişehir.

Erkul, A., Ünay, A. 2007. Aydın ekolojik koşullarında ileri arpa hatlarında verim, verim öğeleri ve agronomik özelliklerin saptanması. Türkiye VII. Tarla Bitkileri Kongresi, 25-27 Haziran 2007, Erzurum. 174 – 178.

Garcia, M.L.F., Ramos, J.M., Garcia, M.B., Jimenez, T.M.P. 1991. Ontogenetic approach to grain production in spring barley based on path coefficient analysis. Crop Sci., 31 (5): 1179-1185.

Kandemir, N. 2004. Tokat-Kazova Kartlarına uygun maltlık arpa çeşitlerinin belirlenmesi GOÜ. Ziraat Fakültesi Dergisi, 2004, 21 (2), 94-100.

Karahan, T. 2005. Güneydoğu Anadolu Bölgesi ekolojik koşullarında bazı arpa (Hordeum vulgare L.) çeşitlerin verim ve verim öğelerin belirlenmesi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.

Basılmamış Yüksek Lisans Tezi, Van. Karadoğan, T., Sağdıç, S., Çarıkçı, K, Akman, Z 1999. Bazı arpa çeşitlerinin Isparta ekolojik şartlarına uyum yeteneklerinin belirlenmesi. Türkiye III. Tarla Bitkileri Kongresi, Adana. 15-18 Kasım 1999. s. 395 – 400.

Kaydan, D., Yağmur, M. 2007. Van ekolojik koşullarında bazı iki sıralı arpa çeşitlerinin verim ve verim öğeleri üzerine bir araştırma. Tarım Bilimleri Dergisi. 13 (3); 269 – 278.

Kendal, E., Doğan, Y., Oral, E. 2016. Güneydoğu Anadolu Bölgesinde arpa yetiştiriciliğinin sorunları ve çözüm önerileri. Türk Doğa ve Fen Dergisi, Bingöl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2, 36-42.

Kendal, E., Tekdal, S., Aktaş, H., Karaman, M., Bereketoğlu, K., Doğan, H. 2014. Biplot analiz kullanılarak yazlık arpa genotiplerinin verim ve evrim unsurlarının belirlenmesi. Trakya University Journal of Natural Sciences, 15(2), 95-103s.

Kendal, E., Doğan, Y., Oral, E. 2017. Güneydoğu Anadolu Bölgesinde arpa yetiştiriciliğinin sorunları ve çözüm önerileri. Tr. Doğa ve Fen Dergisi. 5 (2), 36-46.

Kendal, E., Kılıç, H., Tekdal, S., Altıkat, A. (2010). Bazı Arpa Genotiplerinin Diyarbakır ve Adıyaman Kuru Koşullarında Verim Ve Verim Unsurlarının İncelenmesi. Harran Tarım ve Kün, E .,Özgen, M., Ulukan, H. 1992. Arpa çeşit ve hatlarının kalite özellikleri üzerine araştırmalar. 2. Arpa-Malt Semineri. 25-27 Mayıs 1992, Konya. 70-95.Gıda Bilimleri Dergisi, 14(2), 49-58.

Mut, Z., Sirat, A., & Sezer, İ. (2014). Samsun koşullarında bazı iki sıralı arpa (Hordeum vulgare conv. distichon) genotiplerinde tane verimi ile başlıca tarımsal özelliklerin belirlenmesi ve stabilite analizi. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 24(1), 60-69.

Oral, E., Kendal, E., Dogan, Y. (2018). Selection the best barley genotypes to multi and special environments by AMMI and GGE biplot models. Fresenius Environmental Bulletin, 27(7), Öztürk, A., Cağlar, O., Tufan, A. 2001. Bazı arpa çeşitlerinin Erzurum koşullarına adaptasyonu. Atatürk Üniversitesi Ziraat Fakültesi. Dergisi. 32 (2), 109 – 115.5179-518.

68

Poehlman, M.I., 1985. Adaptation and Distribution. Barley, American Society of Agronomy Number 26 in the Series, Madison, Wisconsin.

Tuğay, M. E. 1993. Tokat yöresinde yürütülen arpa ve buğday ıslahı araştırmalarının sonuçları.

GOP Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi 10, 188-192. Tokat.

69

OPTIMIZATION OF OSMOTIC DISTILLATION CONDITIONS OF FRUCTOSE SOLUTION USING MICROPOROUS POLYSULFONE MEMBRANES Gülşen TAŞKIN ÇAKICI Dr. Öğr. Üyesi, Chemistry and Chemical Process Technology, Yıldızeli Vocational School, Cumhuriyet University, Sivas, Turkey gtaskin@cumhuriyet.edu.tr Oya ŞANLI Science Faculty, Department of Chemistry, Gazi University, 06500 Teknikokullar, Ankara, Turkey ABSTRACT In this study, osmotic distillation was applied to concentrate fructose solutions using polysulfone (PSf) membranes. PSf membranes were prepared at relative humidities of 32, 75, 93.0 %, respectively. The effect of various process parameters such as, thickness, pore size, porosity of the membrane, feed, brine flow rates, feed concentration, brine concentration and temperature on the OD fluxes were studied. The highest flux of 0.32 was found optimized conditions, as membrane thickness: 60±5µm, feed flow rate: 200 rpm and brine flow rate: 100 rpm.

Keywords: Osmotic distillation ∙ Polysulfone ∙ Hydrophobic Membrane ∙ Microporous Membrane ∙ Fructose INTRODUCTION Concentration is an important unit operation in the liquid food industry, especially in fruit juice processing, since it removes a significant amount of water, hence a major reduction in packaging, transport and storage cost with much greater stability of the concentrates, and determines the quality of the final products. The techniques for concentration and their advantages and disadvantages are discussed elsewhere [1-4].

Membrane processes as microfiltration (MF), ultrafiltration (UF) and reverse osmosis (RO) are widely used in the dairy products, food and drinks industry [3]. The potential of developing RO process as a concentration technique to remove water from fruit juices has been of interest to the fruit juice industry for about 30 years. The advantages of RO process over traditional evaporation are in lower thermal damage to product, increase in aroma retention, less energy consumption and lower equipment costs. One of the main disadvantage of RO is its inability to reach the concentration of standard products produced by evaporation because of high osmotic pressure limitation [3,5-8]. Recently, technological advances related to the development of new membranes and improvements in process engineering have been proved to overcome this limitation [3,9-16].

Osmotic distillation (OD) is a new alternative membrane process [17], also known as osmotic evaporation [18], isothermal membrane distillation or gas membrane extraction which is a low energy concentration process. The OD process can be operated at room temperature and atmospheric pressure thus avoiding thermal degradation of the solutions [19]. The membranes used in OD are made of hydrophobic porous polymers, e.g. polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), polyvinylidenefluoride (PVDF) membrane, which separates two circulating aqueous solutions at different solute concentrations: a dilute solution and a hypertonic salt solution.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

70

The main driving force acting on water in osmotic distillation (OD) is vapor-pressure difference. It is therefore particularly adapted to the concentration of heat-sensitive products like fruit juices [18, 20-23] Usually, inorganic salts (NaCl, CaCl2, MgCl2, MgSO4) or organic solvents (glycerol, polyglycerol) can be used as hypertonic salt solutions [24].

Mass transfer Mass flux in osmotic membrane distillation can be estimated by several models, that is, the Knudsen, Poiseuille, ordinary diffusion or combination of the models [25,26]. Practical use of the mentioned models requires the detailed knowledge about the process parameters and membrane properties. The basic equation, which relates the transmembrane flux (J) to the driving force represented by the difference in vapor pressures of the bulk liquids (feed and brine) is given by [27, 28]: J=K â&#x2C6;&#x2020;P= K (PF â&#x20AC;&#x201C;PB)

(1)

where K is the overall mass transfer coefficient, PF is the water vapor pressure at the bulk feed (F)/ brine (B) solutions.

The overall mass transfer coefficient (K) depends on the physicochemical properties of solutions as well as on the hydrodynamic properties of the system and it is defined by the following equation :[25] 1

K=(đ??žđ??žđ??žđ??ž +

1

đ??žđ??žđ??žđ??ž

1

+ đ??žđ??žđ??žđ??ž)-1

(2)

where Km, KF and KB are mass transfer coefficients of membrane, feed boundary layer and brine boundary layer, respectively.

The resistivity of the membrane support layer during direct osmosis process was proposed and given by Loeb et al. [29]: km = (1/J) ln(Ď&#x20AC;B/Ď&#x20AC;F)

(3)

where km is the resistivity of membrane support layer and J is the water flux through the membrane .

The osmotic pressure (Ď&#x20AC;) of the concentrated solution is related to water activity of the solution as given by the following equation [30], Ď&#x20AC; = - (RT/V) ln aw =(RT/V) ln( Pw/ P)

(4)

where R is the gas constant (8.314 J/(K mol)), T is the temperature in K, V is the molar volume (18 ml/mol of water) and aw is the water activity.

The boundary layers of concentrated feed and dilutedhypertonic salt solutions present on either side of the membrane significantly affect the resistance to mass transfer. The liquid mass transfer coefficients depend on the properties of the solutions and on hydrodynamic conditions of the systems. These coefficients can be estimated with the help of empirical correlation of dimensionless numbers, namely, Sherwood (Sh), Reynolds (Re) and Schmidt (Sc) numbers. In case of a flat plate membrane cell, the liquid mass transfer coefficient in the feed and brine side boundary layer were estimated using the following correlation [31,32] Sh = 0,66 Re 0,5 Sc0,33

Year 3 (2019) Vol:10

(5)

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

71

ki δ

uδρ

Where Sh=Dw, Re =

μ

μ

, Sc=ρ Dw , δ the membrane thickness, Dw the water diffusion coefficient, ρ

the solution density, μ the solution dynamic viscosity, k the feed or osmotic agent side liquid mass transfer coefficient and u the velocity of the fluid, flowing over the membrane surface [31].

The water diffusion coefficient (Dw) estimated by the following empirical equation [31], Dw = [117,3 x 10 -18 (φ M)0,5 T] / μ v A 0,6

(6)

where ϕ is the association factor for water, vA the solute molal volume (m3 kmol−1), T the temperature (K) and M is the molecular weight of the solute.

The aim of this paper is to study the effect of operating conditions such as membrane pore size and thickness, feed and hypertonic salt solution flow rates, feed and hypertonic salt solution concentration, bulk temperature on OD flux and transferred water. The fructose solutions are chosen for this study because fructose is the main sugar found in fruit juices.

2.MATERIALS AND METHODS 2.1.Chemicals Polysulfone (PSf) (Mw=35000) was supplied by Aldrich, used as the base polymer in the membrane preparation. N,N- dimethylacetamide (DMAc), sodium chloride (NaCl), calcium chloride dihydrate (CaCl2 2H2O), magnesium chloride (MgCl2), D(-)-Fructose were all purchased from Merck and at they were supplied.

2.2. Preparation of PSf Membranes PSf membranes were prepared using the Vapor Induced Phase Separation Technique (VIPS) at relative humidities of 32, 75, 93 %, by using solution of PSf in DMAc at a concentration of 18% (w/V). A schematic illustration of the VIPS process used in this study was shown in Figure 1.

Figure 1. Schematic illustration of the preparation of the PSf membranes VIPS, (a) water vapour condenses on the surface of polymer solution because of the surface cooling caused by solvent evaporation, (b) porous surface forms after the polymer precipitation and water removal.

The relative humidities and temperature were set to 32, 75, 93 %, and 30 oC, respectively, two hours before casting the solutions to ensure that equilibrium would be reached in the whole box by the

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

72

time solutions would be casted. Membrane formation actually depends on (i) how fast water diffusion will overcome the first resistance at the air/matrix interface, that is on the difference of water chemical potential between the gaseous phase and the liquid system, and on (ii) the diffusion rates of water within the system [33]. Predetermined amount of homogeneous polymer solution was cast onto rimmed round glass plates for the complete phase separation, and were exposed to water vapor for 24 hours. Many studies report quite short exposure time to non-solvent vapors ranging from a few seconds [34] to a few minutes [35]. Each of the prepared membranes were washed with water.

2.3. Equilibrium Water Content (EWC) EWC is related to the porosity of the membrane. Also it indicates the degree of hydropbilicity or hydropbilicity of the membrane [36]. The equilibrium water content (EWC) at room temperature was calculated as follows: EWC (%) =

Ww−Wd Ww

(7)

x 100

Where ww is weight of wet membranes (g) and wd is weight of dry membranes(g).

2.4.Determination of Porosity of Membranes 2.4.1. Theoretically calculation Asymmetric microporous membranes were characterized by determination of porosity and average pore radius. The membrane porosity, ε, was described as the volume of the pores divided by the total volume of the porous membrane. Porosity (ε) of the membranes was calculated by Eq.(8), (w1−w2)/ρw

ε = w1−w2 ρw

(8)

+ w2/ρp

where w1 is weight of the wet membrane, w2 the weight of the dry membrane, ρw the water density and ρp the polymer density [37].

2.4.2.Hg porosimetry Quantachrome Corporation, Poremaster 60 model porosimetry was used for measuring the porosity of the membranes.

2.4.3.Scanning electron microscopy (SEM) Quanta-400F (FEI Company, USA) model electron microscope was used for the SEM micrographs of the membranes. Dry membranes were sputtered with gold in vacuum before viewing under the microscope.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

73

2.4.4.Osmotic distillation experiments The prepared polysulfone membranes were tested in the osmotic distillation cell to concentrate the fructose solutions. Fructose solutions were prepared with Fructose (C6H12O6) powder of 99.6% purity and distilled water. Hypertonic salt solutions were prepared from NaCl, CaCl2 . 2H2O and MgCl2 salts.

The experimental set up of OD used in this work was illustrated in Figure 2. A stirred cell consisting of two identical cylindrical chambers was used. The polysulfone membrane was placed between the chambers, on one side fructose solution (chamber 1), the other side a hypertonic salt solution (chamber 2). The water flux was obtained measuring the variation of the water mass with time in the reservoir connected to chamber 2. In order to check reproducibility, three measurements were performed for each case, and the average values were taken. The temperature was maintained constant by re-circulating water through the thermal jackets. A simulated fructose in an aqueous solution and hypertonic salt solution were circulated using peristaltic pumps.

74

Figure 2. Schematic diagram of experimental set up for osmotic distillation The water permeation flux (J, kg/m2 h) was calculated by Eq.(9): w

J = Axt

(9)

where w (kg) was the mass permeated in a time t (h), A (m2) was the membrane surface area. [38] 3.RESULTS AND DISCUSSION 3.1.Effect of Morphology of Psf Membrane 3.1.1.Effect of relative humidity

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

The hydrophobic polysulfone membranes prepared by Vapor Induced Phase Separation Technique (VIPS) at relative humidities of 32, 75, 93 %, were denoted by as A1, A2 and A3, respectively. Dry thickness (δ) of the prepared membranes was determined as 60±5 µm using a precision micrometer (Aldrich, Germany) by taking the average of at least ten measurements. Morphology of the membranes were studied by scanning electron microscopy (SEM) and characterized in terms of EWC, porosity, …etc.

The relative humidity of the air plays an important role in the phase separation dynamics of the polymer film. In the process of VIPS where the initial casting solution contains solvent and polymer, increasing the relative humidity increases the driving force for a net diffusion into and accumulation of water in the film, thereby inducing phase separation. Therefore, relative humidity has a significant influence on the phase inversion kinetics and final membrane morphology in VIPS [39, 40].

SEM micrographs of the prepared polysulfone membranes were shown in Figure 3 a-b-c, for relative humidities of 32, 75, 93 %, respectively. These micrographs provide the information regarding the surface morphology of each membrane. The diameter of the pores was measured and it is observed that with the increase in relative humidity, the pore size of the corresponding membranes decreases. This may be attributed to reducing the relative humidity led strongly reducing the mass transfer driving force for the water intake, whereas the solvent evaporation rate was not directly affected [41].

In the literature similar results were reported concerning the effect of the relative humidity on the membrane morphology [42-47]. Parka et al. [46] noticed an increase of the size of the pores when RH decreased. They showed, using optical microscopy, that the higher the RH, the slower the pore growht and the shorter its duration. In order to elucidate this behavior, they suggested that the coarsening was allowed to proceed for a longer time in the case of low RH values corresponding to a low water concentration in the film-forming system.

(a)

(b)

(c)

Figure 3. SEM micrographs of the prepared polysulfone membranes [(a ) RH: 32%, (b) RH: 75 % , (c) RH: 93%] 3.1.2.Porosity and EWC EWC and the porosity values of prepared membranes were calculated from Eq (7) and (8), which values are summerized Table 1. As it is seen from the table, A3 membranes have smaller pore size and higher porosity than the A1 and A2 membranes. Although, A3 membranes have greater porosity than the A1 membranes, which EWC values is less than A1 membranes. Thus, for larger pore size, due to enhanced segmented gap between polymer chains, the water content is higher [47,48].

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

75

Table 1. The porosity and EWC values of prepared membranes Relative Humidity (RH) 93 %

Porosity (ε) %

75 %

32 %

75.9

70.7

63.4

81.9

69.6

61.7

67.8

65.7

68.9

(Theoretical) Porosity (ε) % (Hg Porosimetry)

EWC (%)

3.1.3. Effect of the membrane thickness on the OD

76

The influence of membrane thickness (δ) was studied using the PSf membranes of the thickness on the performance of the OD. The overall thickness of these membranes were 90±5, 60±5 and 30 ±5 µm. The osmotic medium was NaCl hypertonic salt solution (20% (w/w)) in all cases and water was used as feed. The experimental conditions for the three respective experiments were: water and hypertonic salt solution temperature, 30 ±1 0C, feed and hypertonic salt solution flow rate, 50 rpm.

The results were presented in Figure 4.

Figure 4. Effect of the membrane thickness on flux (Brine: 20% (w/w) NaCl Feed: Water T=30±1°C, Brine flow rate and Feed flow rate: 50 rpm) As it can be seen from the figure, the highest flux was obtained from the 60µm thickness membrane. Similar results were observed in the literature [49]. Beaudry and Lampi [50] reported that the osmotic flux would change to be proportional to the membrane thickness. Herron et al. [51] found that the membrane thickness appreciably affected the osmotic flux. Petrotos et al. [52]

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

concluded that there is an increasing trend in flux due to the decrease in membrane thickness. The mass transfer through membrane pores is inversely proportional to the membrane thickness [53,54].

3.1.4.Effect of the pore size of the prepared membranes Prepared membranes using the VIPS and the simulation are denoted by cases A1, A2, A3 were tested on the OD. The osmotic medium was NaCl brine (20% (w/w)) in all cases and water was used as feed. The experimental conditions for the three respective experiments were: water and brine temperature, 30 ±1 0C, feed and brine flow rate, 50 mL min-1. The results were shown in Figure 5.

77 Figure 5. Effect of the pore size of the prepared membranes on flux (Brine: 20% (w/w) NaCl, Feed: 10 %(w/w) Fructose T=30±1°C, Brine flow rate and Feed flow rate: 50 rpm, δ: 60±5µm) On the SEM micrographs (Fig. 3 a-b-c), A1 have larger pores than A2 and A3. Despite having greater pores having significantly greater pores the other two membranes, A1 membrane has less permeate water. As it can be seen from the figures, A2 membrane has much mass transfer of water and water flux. This result may be attributed that the water flux (or transmembrane flux) is independent of pore size of the membrane. Since the mechanism of mass transfer in both the cases is in the transient region between Knudsen and molecular diffusion, no significant dependency of transmembrane flux on pore size was observed [30,31,50]. Mengual et al. [55] has also reported no marked change in the flux between the membranes having the pore radius 0.2 and 0.45 µm, perhaps due to insignificant change in mechanism of diffusion. However, for the membrane pore size of 1.00 µm, therewas a significant increase in flux, probably due to increased contribution of molecular diffusion as compared to Knudsen diffusion [30].

3.1.5.Effect of the flow rate Experiments were performed for fructose solution by varying brine and feed flow rate from 50 to 300 ml min−1, and maintaining the concentrations of brine at 20 % (w/w) (sodium chloride) and feed solution at 10 %(w/w) (fructose). The variation of OD flux with brine and feed side flow rate were reported in Figure 6.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Figure 6.Effect of flow rate on flux (Brine: 20% (w/w) NaCl Feed: 10 %(w/w) Fructose, T=30±1°C, δ: 60±5µm) The increase in flux with an increase in velocity is because of reduction in concentration polarization effect due to the reduction in hydrodynamic boundary layer thickness [30,55]. Similar results were observed in the literature [3, 37, 56].

78

3.1.6. Effect of flow rate of the hypertonic salt solution The brine flow rate was varied from 0 to 200 ml.min-1 and maintaining the concentration of brine at 20 % (w/w) (sodium chloride), while flow rate (200 ml.min−1) and concentration of fructose (10% (w/w)) solution was maintained. The effect of brineflow rate on flux were shown in Figure 7 .

Figure 7. Effect of flow rate brine on flux (Brine: 20% (w/w) NaCl Feed: 10 %(w/w) Fructose, T=30±1°C, and Feed flow rate: 200 rpm, δ: 60±5µm)

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

As it is seen from the figure increased OD flux when the brine is circulated at 100 rpm. This OD flux increase can be attributed to the increasing flow rate of the hpertonic salt solution which results in stronger shear stress along the condensation side of the membrane. [23, 24, 38, 49]. M. Courel et al. [57] reported that controlling the hydrodynamic circulation conditions on the hypertonic salt solution side can lead to significant flux improvement.

3.1.6. Effect of flow rate of the feed solution Experiments were performed for concentration of fructose solution (10 %(w/w) by varying feed flow rate from 0 ml min−1 to 200 ml min−1, while flow rate (100 ml min−1) and concentration of brine 20 % (w/w) (sodium chloride) was maintained. The effect of feed flow rate on flux were shown in Figure 8 .

79

Figure 8. Effect of flow rate feed solution on flux (Brine: 20% (w/w) NaCl Feed: 10 %(w/w) Fructose, T=30±1°C, Brine flow rate: 100 rpm, δ: 60±5µm) As it is clearly seen from the figure, as the OD flux increases, the feed flow rate increases. The similar the results was found in literatures [24, 56, 58]. B.R. Babu et al. [31] have determined that at low feed concentrations, the effect of feed flow rate on flux was not significant. However, the effect of feed flow rate was found more important at higher concentration in case of sweet-lime juice.

The variations of feed flow rate and the calculated reynold numbers values are all presented in Table 2. Increasing the feed flow rate improves the water flux (Table 2). This may be attributed to the reduction in the hydrodynamic boundary layer thickness, which results in a larger Reynolds number (flow rate), affects the mass transfer resistance on the membrane surface and consequently increases the transmembrane flux [4]. Dova et al. [59] stated that the resistance of the membrane in the water path is proportional the feed flow rate. Moreover, hydrodynamic shear forces may increase with increasing feed flow rates, which leads to less cake formation of flocculation of foulants (mainly pectin) on the membrane surface. This phenomenon results in less fouling and consequently a better process performance [4, 60].

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Table 2. Values of reynold numbers Flow rate

0

50

100

200

0

1.82

3.65

7.30

(rpm) Re

3.1.7.Effect of feed concentration The effect of feed concentration on OD flux for fructose solution was presented in Figure 9. The feed concentration was varied from 10 to 40 % (w/w) and feed flow rate was adjusted 200rpm.

80

Figure 9. Effect of feed concentration on flux (Brine: 20% (w/w) NaCl, T=30±1°C, Brine flow rate: 100 rpm, Feed flow rate: 200 rpm, δ: 60±5µm) As shown in the figure, the flux decreased as the increase of the concentration of the feed solution from 10 to 40 % (w/w). Since the water vapour pressure is the driving force of OD process and it relates to the water activity, therefore, the increase of feed concentration reduced the water activity and flux. Similar results were also given in the literature [24, 31, 38].

The overall mass transfer coefficient (K) was calculated using Eq (1) and results are given Table 3.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Table 3.Calculation of the overall mass transfer coefficient (K) at various feed concentrations Feed concentration (wt%)

Overall mass transfer coefficient K (10-3 kg m-2 h-1 Pa-1)

10

0.35

20

0.28

30

0.15

40

0.13

The increase in the feed concentration increases the resistance of the feed boundary layer, which leads to decrease in the overall mass transfer coefficient [61].

3.1.8. Effect of hypertonic salt solution concentration The concentration of brine was varied over 15-25 % (w/w) (sodium chloride). During the experiments, brine flow rate was maintained constant (100 rpm) at 30 °C. The values of flux observed at different concentrations of brine was shown in Figure 10.

81

Figure 10. Effect of hypertonic salt solution concentration on flux (Feed: 10 %(w/w) Fructose, T=30±1°C, Brine flow rate: 100 rpm, Feed flow rate: 200 rpm, δ: 60±5µm) As shown in the figure, the concentration of hypertonic salt solution as approaches saturation, the flux has not changed much.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

3.1.9.Effect of temperature The effect of temperature on OD flux was studied in the range of 30-50 0C and were demonstrated in Figure 11.

Figure 11. Effect of temperature on flux (Feed solution: 10% (w/w) Fructose, Brine : 20% (w/w) NaCl, T=30±1°C, Brine flow rate: 100 rpm, Feed flow rate: 200 rpm, δ: 60±5µm, ♦ 30 ±1 ºC, ● 40±1 ºC, ▲ 50 ±1 ºC)

82 Increasing the process temperature positively affects the osmotic flux [62]. Increased the temperature decreases the viscosity and increases the diffusion coefficient, thus the OD flux is increasing. So, high temperatures give more kinetic energy to water vapour to transport through the membrane [ 24].

Babu et al. [30] verified that increasing the temperature from 25 to 45 0C enhances water flux by 78% when processing pineapple juice. Similar results were obtained by Nayak and Rastogi [63] , who showed that increasing the temperature from 25 to 40 0C resulted in an increase of the concentration of anthocyanin extract from kokum.

The transfer of the molecules through a polymeric membrane follows on Arrhenius type of relation [64,65] J=A exp(Ea/RT)

(10)

Where J is the mass transferred per unit area in unit time (kg/m2 h), A is the preexponential factor and Ea is the overall activation energy in kj/mol. The overall activation energy was found to be as 12.61 kj/mol.

The calculated values of the diffusion coefficient of water (Eq.6) were presented in Table 4. As, the diffusion coefficient of water is proportional to the absolute temperature divided by the viscosity of the solvent (Eq.6). The viscosity decreases with the increase in temperature, the diffusion coefficients also increases [32].

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Table 4. Diffusion coefficients of water at various temperatures Temperature (0C) Diffusion coefficient (m 2 s -1)

30 4.21x 10 -11

40 5.32 x

50 6.40 x 10-11

3.1.9.Effect of type of hypertonic salt solution The hypertonic salt solution is the source of the driving force in the OD process, and its selection for the concentration of liquid foods. The hypertonic salt solution should have a higher osmotic pressure than the feed solution and be recoverable, non-toxic and inexpensive. Usually, inorganic salts (NaCl, CaCl2, MgCl2, MgSO4) or organic solvents (glycerol, polyglycerol) can be used as hypertonic salt solutions. In this study, NaCl, CaCl2 2H2O and MgCl2 salts were used to prepare hypertonic salt solution.

NaCl Hypertonic salt solution NaCl was studied at part effect of hypertonic salt solution concentration.

The results were given in Figure 10.

MgCl2 Experiments were performed for hypertonic salt type of MgCl2 solution by varying concentration from 15 to 30 %(w/w). The results were presented in Figure 12.

Figure 12. Effect of hypertonic salt solution concentration on flux (Feed: 10 %(w/w) Fructose, T=30±1°C, Brine: MgCl2, Brine flow rate: 100 rpm, Feed flow rate: 200 rpm, δ: 60±5µm) CaCl2.2H2O Experiments were performed for hypertonic salt type of CaCl2.2H2O solution by varying concentration from 20 to 40 %(w/w). The results were presented in Figure 13.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

83

Figure 13. Effect of hypertonic salt solution concentration on flux (Feed: 10 %(w/w) Fructose, T=30±1°C, Brine: CaCl2.2H2O, Brine flow rate: 100 rpm, Feed flow rate: 200 rpm, δ: 60±5µm) The results of compared hypertonic salt solutions were given in Figure 14. As it is seen from the figures, MgCl2 was more productive and contributed higher flux than NaCl and CaCl2. Similar result were given in the literature [32, 66].

84

Figure 14. Effect of type of hypertonic salt solution on flux (Feed: 10 %(w/w) Fructose, T=30±1°C, Brine flow rate: 100 rpm, Feed flow rate: 200 rpm, δ: 60±5µm) Experiments were performed with OD systems of 20 % (w/w) NaCl/fructose solution, 20 % (w/w) CaCl2 2H2O/ fructose solution and 20% (w/w) MgCl2 /fructose solution. It may be stated that equivalent weights of salts increase in the order of NaCl > CaCl2 2H2O > MgCl2. Therefore, the osmotic activity (ratio of solubility to its equivalent weight) of MgCl2 and CaCl2 2H2O are the better hypertonic salt solution than NaCl [67].

The overall mass transfer coefficient was calculated using Eq (1). (Table 5)

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

Table 5. Calculation of the overall mass transfer coefficient (K) of hypertonic salt solutions Formulation

Concentration (wt%)

Overall mass transfer coefficient K (10 -3 kg m-2 h-1 Pa-1)

NaCl

20

0.35

MgCl2

20

0.78

CaCl2.2H2O

20

0.71

Table 5 shows the OD performance data for the brine. A finding was that NaCl, the brine that gave the lowest flux, had the lowest overall mass transfer coefficient than others. The lower flux was a consequence of the relatively low water-solubility of this salt.

4. CONCLUSIONS In this study has been investigated a general characterization of the concentration of fructose solution by means of osmotic distillation process distillation in a polysulfone flat membrane contactor. The influence of various process parameters such as type, pore size and thickness of the membrane, concentration and flow rate of the hypertonic salt solution and feed, temperature concerning transmembrane flux were studied for OD systems.

•

Increase in the thickness of the membranes decreased OD flux.

•

Increase in the porosity of the membranes, flow rate of solutions and temperature increased of OD flux.

•

The highest flux of 0.32 was found at optimized conditions, as porosity of membranes: 69.6 %, membrane thickness: 60±5µm , feed flow rate: 200 rpm and brine flow rate: 100 rpm, feed concentration: 10% (w/w) Fructose, hypertonic salt solution concentration: 20% (w/w) NaCl.

•

OD hypertonic salt solutions are concerned, MgCl2 was more efficient and provided higher water fluxes than NaCl and CaCl2.2H2O .

ACKNOWLEDGEMENTS We are grateful to Gazi University Research Fund for the support this study.

NOMENCLATURE flux, kg m -2 h-1

J

K overall mass transfer coefficient, kg m-2 h-1 Pa-1 k

partial mass transfer coefficient

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

85

V molar volume of water, 18 mL mol-1 Re Reynolds number Sc Schmidt number Sh

Sherwood number

w

weight, g

A area, m2 t

time, h

D

diffusion coefficient, m 2 s -1

M

molecular weight

u

velocity, m s-1

P

water vapor pressure

Greek symbols µ viscosity, Pas ε porosity π osmotic pressure φ association factor ρ

density, kgm-3

86

Subscript F

feed

B brine w water m

membrane

Abbreviations RH Relative humidity EWC equilibrium water content REFERENCES [1] Ramteke, R.S., Singh, N.I., Rekha, M.N., Eipeson, W.E., “Methods for concentration of juices: a critical evaluation”, J. Food Sci. Technol., 30 (6): 391–402, (1993).

fruit

[2] Van Niestelrooij, M., “Freeze concentration and its application in the fruit juice industry”, Fruit Process., 11(8): 460–462, (1998).

[3] Jiao, B., Cassano, A., Drioli, E., “Recent advances on membrane processes for the concentration of fruit juices: a review”, J. Food Eng. 63(3): 303–324, (2004).

[4] Sant’Anna, V., Marczak, L. D.F., Tessaro I. C., “ Membrane concentration of liquid foods by forward osmosis: Process and quality view”, J.Food Eng., 111: 483–489, (2012).

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

[5] Gadea, A. “Reverse osmosis of orange juice”, In Proceedings of the international fruit juice congress, Orlando, USA (1987).

[6] Medina, B. G., Garcia, A., “Concentration of orange juice by reverse osmosis”, J. Food Process Eng., 10: 217–230, (1988).

[7] Paulson, D. J., Wilson, R. L., Spatz, D. D., “Reverse osmosis and ultrafiltration applied to the processing of fruit juice”, In S. Sourirajan, & T. Matsuura (Eds.), Reverse osmosis and Ultrafiltration, ACS Symposium Series: Washington, DC (pp. 325–344) (1985).

[8] Pepper, D., “RO for improved products in the food and chemical industries and water treatment”, Desalination, 77: 55–71, (1990).

[9] Alvarez, S., Riera, F. A., Alvarez, R., Coca, J., Cuperus, F. P., Bouwer, S., Boswinkel, G., van Gemert, R. W., Veldsink, J. W., Giorno, L., Donato, L., Todisco, S., Drioli, E., Olsson, J., Tragardh, G., Gaeta, S. N., Panyor, L., “A new integrated membrane process for producing clarified apple juice and apple juice aroma concentrate”, J. Food Eng., 46: 109–125, (2000).

[10] Calabro, V., Jiao, B., Drioli, E., “Theoretical and experimental study on membrane distillation in the concentration of orange juice”, Ind. Eng. Chem. Res., 33: 1803–1808, (1994).

[11] Cassano, A., Drioli, E., Galaverna, G, Marchelli, R., Di Silvestro, G., Cagnasso, P. “Clarification and concentration of citrus and carrot juice by integrated membrane process”, J. Food Eng., 57: 153–163, (2003).

[12] Drioli, E., Jiao, B., Calabr_o, V “The preliminary study on the concentration of orange juice by membrane distillation”, In Proceedings of VII international citrus congress, Acireale, Italy (1992).

[13] Girard, B., Fukumoto L., “Membrane processing of fruit juices and beverages: a review”, Crit.

Rev. Biotechnol., 20: 109–175, (2000).

[14] Hogan, P. A., Canning, R. P., Peterson, P., Johnson, R. A., Michaels, A. S., “A new option: osmotic distillation”, Chem. Eng. Progress, 7: 49–61 (1998).

[15] Jiao, B., Molinari, R., Calabro, V., Drioli, E., “Application of membrane operations in concentrated citrus juice processing”, Agro-Industry Hi-tech, 3: 19–27, (1992).

[16] Petrotos, K. B., Lazarides, H. N., “Osmotic concentration of liquid foods” J. Food Eng. 49 : 201–206, (2001).

[17] Lefebvre, M. S. M., “ Method of Performing Osmotic Distillation”, US Patent 4,781,837, November 1, (1988).

[18] Deblay, P., “Process for at Least Partial Dehydration of an Aqueous Composition and Devices for Implementing the Process” US Patent 5,382,365, January 26, (1995).

[19] Kunz, W., Benhabiles, A., Ben-Aim, R., “Osmotic evaporation through macroporous hydrophobic membranes: a survey of current research and applications”, J. Membr. Sci., 121: 25–36 (1996).

[20] Durham, R. J., Nguyen, M. H., “Hydrophobic membrane evaluation and cleaning for osmotic distillation of tomato puree”, J. Membr. Sci., 87: 181–189, (1994).

[21] C., Gostoli, “Gas membrane extraction: a new technique for the production of high quality juices”, Fruit Process., 9: 417–421, (1998).

[22] Johnson, R. A., Valks, R. H., Lefebvre, M. S., “Osmotic distillation––a low temperature concentration technique”, Aust. J. Biotechnol., 3: 206–207, (1989).

[23] Romero, J., Rios, G. M., Sanchez, J., Bocquet, S., Saavedra, A., “Modeling heat and mass transfer in osmotic evaporation process”, AIChE J., 49: 300-308, (2003).

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

87

[24] Celere, M., Gostoli, C., “Osmotic distillation with propylene glycol, glycerol-salt mixtures”, J. Membr. Sci., 229: 159–170, (2004).

[25 ] Kujawski W., Sobolewska , A., Jarzynka K., Güell C., Ferrando M., Warczok J., “Application of osmotic membrane distillation process in red grape juice concentration”, J.Food Eng., 116: 801– 808, (2013).

[26] Thanedgunbaworn, R., Jiraratananon, R., Nguyen, M.H., “Mass and heat transfer analysis in fructose concentration by osmotic distillation process using hollow fibre module”, J. Food Eng., 78: 126–135, (2007).

[27] Warczok, J., “Concentration of osmotic dehydration solutions using membrane separation processes”, PhD thesis. Universitat Rovira i Virgili. (2005).

[28] Gryta, M., “Osmotic MD and other membrane distillation variants”, J. Membr. Sci., 246: 145– 156, (2005).

[29] Loeb, S., Titelman, L., Korngold, E., Freiman, J., “Effect of porous support fabric on osmosis through a Loeb-Sourirajan type asymmetric membrane”, J. Membr. Sci., 129: 243-249, (1997).

[30] Ravindra Babu, B., Rastogi, N.K., Raghavarao, K.S.M.S., “Effect of process parameters on transmembrane flux during direct osmosis”, J. Membr. Sci., 280:185–194, (2006).

[31] Ravindra Babu, B., Rastogi, N.K., Raghavarao, K.S.M.S., “Mass transfer in osmotic membrane distillation of phycocyanin colorant and sweet-lime juice”, J. Membr. Sci., 272: 58–69, (2006).

[32] Nagaraj, N., Patil, G., Ravindra Babu, B., Hebbar, U. H., Raghavarao, K.S.M.S., Nene, S., “Mass transfer in osmotic membrane distillation”, J. Membr. Sci., 268: 48–56, (2006).

[33] Venault, A., Chang, Y., Wangb, D.-M., Lai, J.-Y., “Surface anti-biofouling control of PEGylated poly(vinylidenefluoride) membranes via vapor-induced phase separation processing”, J. Membr. Sci., 423–424: 53–64, (2012).

[34] Shin, S.-J., Kim, J.-P., Kim, H.-J., Jeon, J.-H., Min, B.-R., “Preparation and characterization of polyethersulfone microfiltration membranes by a 2-methoxyethanol additive”, Desalination, 186: 1–10, (2005).

[35] Chen, Z., Deng, M., Chen, Y., He, G., Wu, M., Wang, J., “Preparation and performance of cellulose acetate/polyethyleneimine blend microfiltration membranes and their applications”, J. Membr. Sci., 235: 73–86, (2004).

[36] Arthanareeswaran, G., Latha, C.S., Mohan, D., Raajenthiren, M., Srinivasan, K. “Studies on cellulose acetate/ low cylic dimmer polysulfone blend ultrafiltration membranes and their application”, Sep. Sci. Technol., 41: 2895-2912, (2006).

[37] Feng, C., Shi, B., Li, G., Wu, Y. “Preparation and properties of microporous membrane from poly(vinylidene fluoride-co-tetrafluoroethylene) (F2.4) for membrane distillation”, J. Membr.

Sci., 237: 15–24, (2004).

[38] Bui, V. A., Nguyen, M. H., Muller, J. “A laboratory study on glucose concentration by osmotic distillation in hollow fibre module”, J. Food Eng., 63: 237–245, (2004).

[39] Yip, Y., McHugh, A.J. “Modeling and simulation of nonsolvent vapor-induced phase separation,” J. Membr. Sci., 271: 163–176, (2006).

[40] Li, C.-L., Wang, D.-M., Deratani, A., Quémener, D., Bouyere, D., Lai, J.-Y. “Insight into the preparation of poly(vinylidene fluoride) membranes by vapor-induced phase separation”, J. Membr. Sci., 361: 154–166, (2010).

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

88

[41] Bouyer, D., Werapun, W., Pochat-Bohatier, C., Deratani, A. “Morphological properties of membranes fabricated by VIPS process using PEI/NMP/water system: SEM analysis and mass transfer modelling”, J. Membr. Sci., 349: 97–112, (2010).

[42] Han, M.Y.-J., Bhattaharyya, D. “Changes in morphology and tranport characteristics of polysulfone membranes prepared by different demixing conditions”, J. Membr. Sci., 98: 191200, (1995).

[43] Bodzek, M., Bohdziewicz, J., “Porous polycarbonate phase-inversion membranes”, J. Membr.

Sci., 60: 25 -40, (1991).

[44] Matsuyama, H., Teramoto, M., Nakatani, R., Maki, T. “Membrane Formation via Phase Separation Induced by Penetration of Nonsolvent from Vapor Phase. I. Phase Diagram and Mass Transfer Process”, J. Appl Polym Sci., 74: 159-170, (1999).

[45] Caquineau, H., Menut, P., Deratani, A., Dupuy, C., “Influence of the Relative Humidity on Film Formation by Vapor Induced Phase Separation”, Polym. Eng. Sci., 43: 798-808, (2003).

[46] Parka, H. C., Kim, Y. P., Kim, H. Y., Kang, Y. S. “Membrane formation by water vapor induced phase inversion”, J. Membr. Sci., 156: 169-178, (1999).

[47] Sajitha, C.J., Mahendran, R., Mohan, D. “Studies on cellulose acetate–carboxylated polysulfone blend ultrafiltration membranes––Part I.”, Eur. Polym. J., 38: 2507 -2511, (2002).

[48] Arthanareeswaran, G., Mohan, D., Raajenthiren, M. “Preparation and performance of polysulfone-sulfonated poly(ether ether ketone) blend ultrafiltration membranes. Part I.” Appl.

Surf. Sci., 253: 8705–8712, (2007).

[49] Bui, V. A., Nguyen, M. H., Muller, J. “The energy challenge of direct contact membrane distillation in low temperature concentration”, Asia-Pac. J. Chem. Eng., 2: 400–406, (2007).

[50] Beaudry, E.G., Lampi, K.A.” Osmotic concentration of fruit juices”, Flussiges Obst. 57: 652±656, 663±664, (1990).

[51] Herron, J.R., Beaudry, E.G., Jochums, C.E., Medina, L.E. “Osmotic concentration apparatus and method for direct osmosis concentration of fruit juices”, US Patent 5,281,430 (1994).

[52] Petrotos,K. B., Quantick, P., Petropakis, H. “A study of the direct osmotic concentration of tomato juice in tubular membrane - module configuration. I. The effect of certain basic process parameters on the process performance”, J. Membr. Sci., 150: 99-110, (1998).

[53] Khayet, M., “Membranes and theoretical modeling of membrane distillation: a review”, Adv. Colloid Interf. Sci., 164: 56–88, (2011).

[54] El-Abbassi, A., Khayet, M., Kiai, H., Hafidi, A., García-Payo, M.C. “Treatment of crude olive mill wastewaters by osmotic distillation and osmotic membrane distillation”, Sep. Purif.

Technol., 104: 327–332, (2013).

[55] Mengual, J.I., Ortiz de Zarate, J.M., Pena, L., Velazquez, A. “Osmotic distillation through porous hydrophobic membranes”, J. Membr. Sci., 82: 129-140, (1993).

[56] Courel, M. “Etude des Transferts de Mati`ere en Evaporation Osmotique:Application a` la Concentration des Jus de Fruits”, PhD Thesis, Univ.of Montpellier II, Montpellier, France (1999).

[57] Courel, M., Dornier, M., Herry, J.-M., Rios, G. M. “Effect of operating conditions on water transport during the concentration of sucrose solutions by osmotic distillation”, J. Membr. Sci., 170: 281-289, (2000).

[58] Varavuth, S., Jiraratananon, R., Atchariyawut, S. “Experimental study on dealcoholization of wine by osmotic distillation process”, Sep. Purif. Technol., 66: 313–321, (2009).

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

89

[59] Dova, M.I., Petrotos, K.B., Lazarides, H.N. “On the direct osmotic concentration of liquid foods. Part II. Development of a generalized model”, J. Food Eng., 78: 431–437, (2007b).

[60] Lee, S., Boo, C., Elimelech, M., Hong, S. “Comparison of fouling behaviour forward osmosis and reverse osmosis”, J. Membr. Sci., 365: 34–39, (2010).

[61] Alves, V.D., Coelhoso, I.M. “Orange juice concentration by osmotic evaporation and membrane distillation: A comparative study”, J. Food Eng., 74: 125–133, (2006).

[62] Wilke, C.R., Chang, P. “Correlation of diffusion coefficients in dilute solutions”, AIChE J., 1: 264-270, (1955).

[63] Nayak, C.A., Rastogi, N.K. “Forward osmosis for the concentration of anthocyanin from Garcinia indica Choisy”, Sep. Purif. Technol., 71: 144–151, (2010a).

[64] Huang, R. Y. M., Yeom, C. K. “Pervaporation separation of aqueous mixtures using crosslinked polyvinyl alcohol membranes. III. Permeation of acetic acid-water mixtures”, J. Membr. Sci., 58: 33-47, (1991).

[65] Huang, R. Y. M., Yeom, C. K. “Development of crosslinked poly(vinyl alcohol) (type II) and permeation of acetic acid—water mixtures”, J. Membr. Sci., 62: 59-73, (1991).

[66] Warczok, J., Gierszewska, M., Kujawski, W., Güell, C. “Application of osmotic membrane distillation for reconcentration of sugar solutions from osmotic dehydration”, Sep. Purif.

Technol., 57: 425–429, (2007).

[67] Narayan, A.V., Nagaraj, N., Hebbar, H.U., Chakkaravarthi, A., Raghavarao, K.S.M.S., Nene, S. “Acoustic field-assisted osmotic membrane distillation”, Desalination, 147: 149-156, (2002).

90

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

EFFECTS ON CHEMICAL COMPOSITION AND PHENOLIC COMPOUNDS OF MUST AND WINES PRODUCED WITH REMOVE APPROXIMATELY 45% OF LEAVES OF NARINCE GRAPES GROWN IN THREE TERRITORIES Tuba UZUN (BEKAR) Siirt University, Faculty of Agriculture, Horticulture Department, 56100 Siirt/Turkey (Responsible writer)

Elman BAHAR Namık Kemal University, Faculty of Agriculture, Horticulture Department, 59030 Tekirdag/Turkey

Rüstem CANGİ Gaziosmanpasa University, Faculty of Agriculture, Horticulture Department, 60240 Tokat/Turkey

Mustafa BAYRAM Gaziosmanpasa University, Faculty of Engineering and Natural Sciences, Food Eng. Dept.. 60240 Tokat/Turkey

ABSTRACT This study was conducted to determine the effects of two different leaf harvest treatments (control, 6 harvests) on must and wine composition of Narince grapes grown in Tokat City Center (Central), Erbaa and Niksar districts in 2014. With 6 leaf harvests, approximately 45% of the leaves were removed. As compared to control treatments, leaf harvest treatments reduced grape yields (Central, 40.8%; Erbaa, 63.6%; Niksar, 39.6%). The grapes harvested at industrial maturity stage were processed into wines with microvinification method. The pH, total soluble solid contents (TSSC), total acidity, specific gravity, ethyl alcohol, volatile acid, reducing sugar, total sulphur dioxide, total phenolics, total flavonoids and some phenolic compounds of the must and wines were determined.

In all three territories, leaf harvest treatments increased TSSC, total acidity and ripening index of the must; ethyl alcohol content of the wine; specific gravity, total phenolics and flavonoids of both the must and the wine, but reduced sensory analyses scores. Total phenolics and flavonoids generally increased with increasing altitudes and resultant UV radiations. It was concluded based on these findings that increases in total temperatures of 37 C and over accelerated the disintegration of Narince phenolics. Thus 37 C was identified as the critical temperature for phenolic disintegration.

Among 8 different individual phenolics looked for in present study, vanillic acid and catechin were identified as the major ones. It was concluded based on present findings that leaf harvest treatments reduced the must and wine quality parameters of Narince grapes.

Keywords: Narince, altitude, excessive leaf harvest, must, wine, total phenolics, total flavonoids 1. INTRODUCTION As it was in the other plants, leaves are the producer organs in grapevines. Carbohydrates produced in leaves through photosynthesis are used for generative and vegetative development of the vines.

Photosynthesis rates of the leaves, in other words, carbohydrate productions are influenced by various external and internal factors. External factors include light intensity, temperature and humidity; internal factors include leaf age, species and cultivars (Winkler et al., 1974). Grapevine Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

91

leaves reach to full-size 30-40 days after bud burst and have maximum photosynthesis rates for 2-3 weeks. Later developed vine leaves are more active than the old leaves in photosynthesis. Such an activity decreases toward to tip of the shoots (Kriedemann et al., 1968).

Both in table and in wine grapes, leaf harvests are routine cultural practices within the scope of summer pruning. Leaf harvests do not have any negative impacts on grapevines when performed on time and at sufficient levels, they even provide better coloring of colored grapes and provides better aeration, thus somehow prevent possible diseases especially at rainy climates (İştar, 1959; Winkler et al., 1974). It was reported that excessive leaf removals negatively influenced grape yield and quality, recessed plant growth and development and shortened internode distances (Fournioux and Bessis, 1980; Mosetti et al., 2016). Leaf harvests for brined leaf production usually performed between the end of May and mid-July. Physiological and morphological separation is also encountered in this period, thus excessive leaf harvests may negatively influence inflorescence formation (Ağaoğlu, 2002). In grapevines, there should be a leaf area of between 1.6-2.8 m2 for ripening of the grapes. Under these values, vines are not able to perform sufficient photosynthesis, thus are not able to mature the grapes (Curle et al., 1983).

UV radiation intensity, vine physiology (Nunez-Olivera et al., 2006) alter grape production and composition. Increasing UV radiations were reported to accelerate grape ripening (Berli et al., 2011). It was reported in previous studies carried out with different grape cultivars that increasing leaf removals resulted in greater exposure to sun rays, thus increased UV radiation levels, such a case then increased must dry matter contents and decreased total acidity, mallic acid and pH levels (Main and Morris, 2004; Gatti et al., 2012; Mosetti et al., 2016), also the secondary metabolites which was synthesized as a defense mechanism against UV radiation stress (Kolb et al., 2003; Diago et al., 2012; Song et al., 2015).

Just based on UV radiation levels, leaf removals performed at different periods and different levels in wine grapes increased wine pH, total acidity, ethyl alcohol, total anthocyanins, total flavonoids, total polyphenol and color intensity (Kozina et al., 2008; Diago, 2010; Peña-Olmos et al., 2013; Song et al., 2015). Some other researchers indicated that leaf harvests did not influence or reduce pH, total acidity, ethyl alcohol and phenolics composition (Palliotti et al., 2013; Verzera et al., 2016). It was also reported that leaf removals (Diago, 2010) and increasing altitude-dependent UV radiation levels (Jin et al., 2017) increase sensory scores of the wines.

The present study was conducted to determine the effects of excessive leaf harvests on quality of the must and wines produced from Narince grapes grown at three different ecologies of Tokat province. Another objective of the present study was to determine the behaviors of the producers commercially dealing with grapevine leaf production.

2. MATERIAL AND METHOD The present study was conducted in 2014 over the producer vineyards established with Narince/1103P combination in Tokat Central, Erbaa and Niksar towns. Narince is widely grown in Tokat province both as table and must/wine grape. It is a white grape cultivar. Berry color is greenish yellow (blurry green), berries are large and oval in shape. They are used in dry wine production and also used in kupajs with the other significant wine grapes of Anatolia (Emir, Sultaniye) (Anonymous, 2016a). The vineyard in Tokat Central town has a size of 9.5, established in 1989, plantation intensity is 3.00m x 1.75m, established over the South-facing slopes and vine rows extend along East-West direction. Training system is double-arm cordon, wired training system with short-pruned shoots. Height of arms from the ground is 25-40 cm and there are 190 vines per decare. The GPS coordinates of the vineyard are latitude; 40°19’59’’N, longitude; 36°15’48’’E and altitude is 677 m. Erbaa experimental vineyard has a size of 6 da, established in 2002, plantation density is 2.80m x 1.50m, established over North-facing slopes and rows extend along North-South direction. Training systems is again double-arm cordon, wired training system Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

92

with short pruned shoots. Height of the arms from the ground is 40 cm and there are 238 vines per decare. The GPS coordinates of the vineyard are latitude; 43°41’09’’N, longitude; 36°42’21’’E and the altitude is 364 m. Niksar experimental vineyard has a size of 1.5 da, established in 2005, plantation density is 1.85m x 1.85m, established over South-facing slopes and rows extend along North-South direction. Training system is double-arm cordon, wired training systems with short pruned shoots. Height of the arms from the ground is 35-40 cm and there are 292 vines per decare.

The GPS coordinates of the vineyard are latitude; 40°36’23’’N, longitude; 36°43’34’’E and the altitude is 576 m.

A total of 180 vines were included in this study (60 vines from each vineyard for two treatments (control and 6 leaf harvests) and 3 replications with 10 vines in each replicate.

Soil analyses of the experimental vineyards were performed at laboratories of Soil Science and Plant Nutrition Department of Gaziosmanpaşa University and analysis results are provided in Table 1.

Table 1. Soil analysis results of experimental vineyards (ppm)

Mn (ppm)

Fe (ppm)

Zn (ppm)

K2O (kg/da)

P2O5 (kg/da)

Clay (C) (%)

Silt (SI) (%)

Sand (S) (%)

Texture Class

pH

6.54 3.44 2.46

10.31 11.21 18.39

8.98 6.04 14.12

0.34 1.30 1.00

59.4 198.4 102.7

3.6 5.9 10.7

30 42.5 45

20 30 20

50 27.5 35

SCL C C

8.03 177 8.11 169 7.28 351

Vineyard Cu

Central Erbaa Niksar

Salt (μS)

Organic Matter (%)

Lime (%)

0.76 2.48 1.18

2.3 12.6 1.7

Soil samples were taken from 0-40 cm soil profile. Soil physical properties, macro and micro nutrients were determined in accordance with Aksu (2008). Central town experimental vineyard has sandy-clayloam (SCL) texture, slightly saline with low lime, quite low organic matter content and alkaline structure. Erbaa experimental vineyards has clay (C) texture, slightly saline with high lime, moderate organic matter content and alkaline structure. Niksar experimental vineyard has also clay (C) texture, medium saline with low lime and organic matter content, almost neutral pH. With regard to macro and micro nutrients; Cu was sufficient in all three vineyards, Mn was low in Central and Erbaa and sufficient in Niksar; Fe was high is all three vineyard; Zn was low in central and sufficient in Erbaa and Niksar; K was low in Central and Niksar and sufficient in Erbaa; P was low in Central and Erbaa and sufficient in Niksar (Table 1).

Phenological observation dates in experimental vineyards were determined by taking the classification of Eichorn and Lorenz (1977) into consideration. Bud burst was observed in the first week of April in Central territory and in the last week of March in Erbaa and Niksar territories.

Veraison was observed in the first week of August in Central and Erbaa territories and in the second week of August in Niksar territory.

As it was indicated by Bekar and Cangi (2017), EST values calculated for the period from the bud burst to harvest were calculated for Central, Erbaa and Niksar locations respectively as 1885.91; 1842.96 and 1908.81 gd. Considering the EST values for mild climate plants as between 1701-1950 gd (Winker et al., 1974), all three ecologies of the present study were classified as mild climate.

The grapes grown in all three ecologies were harvested when they reached to industrial ripening based on total soluble solids content (TSSC), total acidity, ripening index and environmental factors (in the third week in Central territory and in the first week of September in Erbaa and Niksar territories and they were processed into the wine in the same day. Separately for each experimental vineyard, wine productions were performed from 18 different samples into 3 L flasks.

Wines were produced through wine culture supplementation to the must with microvinification method. The must obtained after panicle separation, crushing and pressing was filled into 3 L Erlenmeyer flasks at 80% and each flask was then supplemented with 30 ppm SO2 and 20 g/hL wine yeast (Saccharomyces cerevisiae, Oenobrands, Montpellier, France) and left for fermentation at 18°C. Temperature and density measurements were performed throughout the fermentation

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

93

process. When the density decreased to 1.045 g/cm3, 20 g/hL yeast feeding (Nutristart, Laffort, France) was performed. Fermentation was terminated when the density dropped below 1 g/cm3 and clarification was initiated through adding 50 ppm SO2. During the clarification process, wines were supplemented with 0.3 g/L bentonite and they were transferred 10 days later.

Analyses performed on must and wines The must and wine produced from the harvested grapes were subjected to pH, TSSC (%), total acidity (g/L), specific gravity, ethyl alcohol (%), volatile acid (g/L), reducing sugar (g/L) and total sulphur dioxide (mg/L) analyses (Anonymous, 2016b; Anonymous, 2016c). Analyses on wines were performed 2 months after bottling.

Total phenolics of the must and wines were determined with Folin-Ciocalteu reactive. Following 4.5 mL distilled water supplementation to 100 μL sample, 100 μL Folin-Ciocalteu reactive was added, left for 3 minutes and 2% 300 μL sodium carbonate (Na2CO3) was added. The mixture was vortexed and incubated under normal room conditions for 2 hours. Then, sample absorbances were read in a spectrophotometer at 760 nm. Results were expressed in gallic acid equivalent (mg/L) by using a calibration curve prepared with different concentrations of gallic acid standard (Slinkard ve Singleton, 1977).

For flavonoids of the must and wines, 100 µL samples were supplemented with distilled water as to have a volume of 4.3 mL, then 0.1 mL 10% Al(NO3)3 and 0,1 mL 1M NH4CH3COO (Ammonium acetate) were added. Following vortexing, samples were incubated under room conditions for 40 minutes. Sample absorbances were read in a spectrophotometer at 415 nm. Results were expressed in quercetin equivalent (mg/L) by using a calibration curve prepared with different concentrations of quercetin standard (Chang ve ark., 2002; Kosalec, 2005).

For phenolics composition of the must and wines, cinnamic acids (p-coumaric acid, caffeic acid, ferrolic acid); benzoic acids (vanillic acid and gallic acid); flavonoids (catechin, epicatechin); and flavonols (quercetin) were quantitatively determined with a Shimadzu Prominence brand high pressure liquid chromatography device (HPLC) in accordance with the method developed by Lee and Scagel (2009) with some modifications (Figure 1). Resultant extracts were analyzed in Shimadzu-brand HPLC (LC-20AT pump) device. Before the analyses, extracts were filtered through 0.45 µ filters with the aid of a syringe and 20µL of filtrate was directly analyzed.

Quantitative analyses of phenolics acids were performed with UV-Vis/ DAD detector at 280 nm by using internal standards. Calibration curve was drawn for these standard compounds and sample quantities (mg/L) were determined based on this calibration curve (Table 2).

Figure 1. Structure of phenolics compounds and standard, must and wine chromatograms Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

94

Table 2. Gradient system solvent flow concentration for HPLC MINUTES

% Water ( with 0,1% formic acid)

% ACN

0. min

100

0

3. min

100

0

8. min

85

15

13. min

75

25

26. min

74

26

35. min

0

100

40. min

100

0

Flow rate: 1 mL/min, Column oven temperature: 40oC

Column Characteristics: Prontosil C18-EPS 3µm Reversed-Phase HPLC Columns (Reverse phase HPLC column) Dimension: ID * Length = 4.6* 150 mm Sensory Analyses A degustation panel was formed with 5 panelists for sensory analyses of wines. The method of scoring out of 20 full score developed by International Organization of Vine and Wine (OIV) was employed (OIV, 2014).

Statistical Analyses Experiments were conducted in randomized plots experimental design with 3 replications. Data were subjected to variance analysis and Duncan’s multiple range test was used to test the differences in treatment means at 5% level. Analyses were performed with SAS software.

Significant differences were indicated with small letters by the data. For data comparison in themselves, standard errors (SE) were also calculated.

3. RESULTS AND DISCUSSION Data obtained for leaves Data obtained from the leaves of three experimental vineyards based on leaf harvests are provided in Table 3.

Table 3. Leaf data of experimental vineyards at 6 LHT Vineyards Central

Number of Leaves (leaf/da) 75 196±366.0 c

Leaf Yield (kg/da) 219.4±4.5 c

Leaf Area (m²/da) 957.1±7.4 b

Erbaa

196 874±604.6 b

793.9±0.6 b

3 292.9±25.3 a

Niksar

221 109±3 034.6 a

894.7±6.4 a

3 723.6±254.5 a

Mean ± SD. The means indicted with different letters in the same column are significantly different based on Duncan’s multiple range test at P<0.05.

LHT: Leaf Harvest Treatment

With 6 leaf harvests, about 45% of available leaf capacity of the vine was removed. Low leaf values of Central experimental vineyard were because of low number of vines per decare and lower soil fertility levels (organic matter: 0,76%; K2O: 59.4 kg/da; P2O5: 3.6 kg/da, Zn: 0.34 ppm) (Table 1) and resultant weak growth and development (Table 3). Ağaoğlu et al. (1988) indicated that average 100 kg/da leaf was harvested generally form 85,6% of total vineyards of Tokat province, but there were also some vineyards from which 600-700 kg leaf was harvested from each decare.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

95

Analyses performed on must Must pH, TSSC, total acidity, ripening index, specific gravity, total phenolics and total flavonoids of the musts from the control and 6 leaf harvest treatments of the experimental vineyards were compared. As compared to control treatment, 6 leaf harvest treatments had greater TSSC, total acidity, ripening index, specific gravity, total phenolics and total flavonoid values in all three experimental vineyards (Table 4).

Table 4. Effects of control and 6 leaf harvest treatments on must parameters of the experimental vineyards Analyses

Central

Erbaa

Niksar

Control

6 LHT

Control

6 LHT

Control

6 LHT

pH

3.37±0.033 a

3.23±0.033 a

3.57±0.033 a

3.50±0.000 a

3.37±0.033 a

3.33±0.033 a

TSSC (%)

22.07±0.47 b

22.73±0.24 a

20.47±0.29 b

22.80±0.53 a

19.93±0.37 b

21.27±0.18 a

Total Acidity (g/L)*

7.180±0.043 a

7.267±0.043 a

6.263±0.048 a

6.405±0.073 a

7.139±0.064 a

7.173±0.038 a

Ripening Index

30.74±0.813 b

31.28±0.189 a

32.68±0.418 b

35.62±1.150 a

27.93±0.728 b

29.65±0.399 a

Specific Gravity

1.0923±0.0033b

1.0990±0.0064a

1.0902±0.0035a

1.1020±0.0026a

1.0853±0.0020b

1.0945±0.0019a

Total Phenolics (mg/L)**

73.378±3.89 b

114.244±15.01a

70.222±15.95 b

74.178±10.64 a

81.400±4.04 b

94.600±12.07 a

Total Flavonoids (mg/L)***

18.222±4.29 b

35.044±8.49 a

15.556±2.84 b

19.089±0.90 a

15.311±2.38 b

20.133±2.04 a

Mean ± SD. The means indicted with different letters in the same row of the same vineyard are significantly different based on Duncan’s multiple range test at P<0.05. * in tartaric acid equivalent, ** in acetic acid equivalent, *** in gallic acid equivalent, **** in quercetin equivalent. LHT: Leaf Harvest Treatment

In white cultivars, must pH should not be more than 3.5 (Cox, 1999) since high must pH levels reduce the wine quality (color, taste and etc.) (Kodur et al., 2010). The increase in pH goes on throughout the ripening and pH plays a distinctive role in identification of harvest time (Karanis and Çelik, 2002). Present pH values decreased with leaf harvest treatments, but the values were still within the desired ranges (Central control: 3.37, 6 LHT 3.23) and the differences between the pH values of the treatments were not found to be significant at 5% level. Different from the present findings, Adınır (2011) reported the must pH values of the control and 5 LHT of Narince grapes respectively as 3.79 and 3.81.

Total soluble solids content (TSSC) as a harvest criteria should be between 19.0-23.0% in white cultivars and between 20.5-23.5% in red cultivars (Rieger, 2006). Wine alcohol level increases with increasing TSSC of the grapes (Cox, 1999). Kayalar (2015) reported TSSC of Narince grapes as 20.30% in Erbaa 1 and 19.80% in Erbaa 2. Bogicevic e al. (2015) harvested the leaves from 20 cm sections of the Cabernet Sauvignon and Vranac grape shoots and reported TSSC of the control and leaf harvest treatments respectively as 22.40 and 24.40% in Cabernet Sauvignon cultivar and as 22.00 and 22.80% in Vranac cultivar. Peña-Olmos et al. (2013) investigated the effects of control and 50% leaf harvest treatments on wine quality of 5-year old Chardonnay vines of Colombia and reported TSSC of the control and 50% leaf harvest treatments respectively as 18.07-19.53%. Bekar (2016) indicated that leaf harvests reduced berry volumes; Song et al. (2015) indicated that removal of the leaves shading the berries increased UV exposure and thus increased must TSSC. Greer and Weedon (2013) indicated that high temperatures increased transpirations almost three folds and such a case then reduced berry volumes. In present study, leaf harvest treatments reduced berry volumes and thus increased berry densities. Then, parallel to increasing densities, TSSC increased (Erbaa control: 20.47%; 6 LHT: 22.80%) and the differences between the treatments were found to be significant.

In general, total acidity should be between 0.65-0.85% in white cultivars and 0.60-0.80% in colored cultivars (Cox, 1999). Greater tartaric acid accumulations are observed in less dense canopies (Haeselgrove et al., 2000). Thusly in present study, plant canopy got a less dense structure between Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

96

bud burst and veraison periods with the removal of young leaves, then an increase was observed in total acidity (Erbaa control: 6.263 g/L; 6 LHT: 6.405 g/L). However, differences between the treatments were not found to be significant at 5% level.

MozetiÄ? et al. (2006) reported total phenolics of Rebula white cultivar as 537.7 mg/L for grapes and as 118.6 mg/L for grape juice. Bogicevic et al. (2015) harvested leaves from the 20 cm sections of the shoots in Cabernet Sauvignon and Vranac red grape cultivars and reported total phenolics of the control and leaf harvest treatments respectively as 3364 and 3375 mg/g for Cabernet Sauvignon cultivar and as 1894 and 2248 mg/g for Vranac cultivar. In present study, greater total phenolics were observed with the harvest of young leaves (in control and 6 LHT, respectively as 73.378 and 114.244 mg/L in Central; as 81.400 and 94.600 mg/L in Niksar; as 70.222 and 74.178 mg/L in Erbaa). Higher altitudes also increase UV exposure. Increasing UV levels based on berry development levels and type of radiation activate secondary metabolites as a defense mechanism against stress conditions and thus increase polyphenol synthesis (Quintana and Gomez, 1989; Berli et al., 2011; Matus, 2016; Jin et al., 2017). In present study, phenolics compounds increased with the increasing altitudes. With 6 leaf harvest treatments, the greatest total phenolics was observed in Central territory (114.244 mg/L) with the greatest altitude and low soil fertility and the lowest total phenolics was observed in Erbaa territory (74.178 mg/L) with the lowest altitude and the greatest soil fertility.

Ferlito et al. (2014) removed all basal leaves 3 weeks after the full-bloom in red wine cultivars and reported total flavonoids of the control and leaf harvest treatments respectively as 1800 and 2200 mg/kg for Nero dâ&#x20AC;&#x2122;Avola cultivar; as 2450 and 2900 mg/kg for Syrah cultivar. Present findings were similar with those earlier ones reported for basal leaf harvests. As compared to control, leaf harvest treatments increased total flavonoids (in control and 6 LHT, respectively as 18.222 and 35.044 mg/L in Central; as 15.311 and 20.133 mg/L in Niksar; as 15.556 and 19.089 mg/L in Erbaa). Since temperature and UV radiation levels are greater in leaf-harvested vines, total flavonoids were also greater in those vines.

The calculations made with climate data (obtained from U10 Logger-brand HOBO devices installed over the vine arm wires and recording climate data in every 60 minutes) revealed that must phenolics decreased with increasing total temperatures over 37 C. Such a case indicated that phenolics substance disintegration started to accelerate in Narince cultivar at 37 C temperature.

Although varied with the cultivars, previous studies also indicated an optimum temperature for phenolic compound synthesis and phenolics started to decrease beyond this temperature. Yamane et al. (2006) indicated that low temperatures (20 C) at veraison period increased phenolics, but temperatures over 30 C reduced total phenolics. Pieri et al. (2016) indicated that solar radiation triggered phenolic compound synthesis and higher temperatures reduced compound synthesis.

Poudel et al. (2009) reported for hybrid Kadainou R-1 wine cultivar that phenolic compound synthesis decreased with increasing temperatures, optimum temperature was 25 C and temperatures over 25 C reduced compound synthesis rates. Ovadia et al. (2013) investigated the effects of high temperatures on Crimson Seedless cultivar and reported that temperatures over 30 C inhibited anthocyanins accumulation and indicated 24 C as the optimum temperature for anthocyanins accumulation.

Analyses performed on wine The analyses performed on wines produced from the grapes harvested from the experimental vineyards are provided in Table 5.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

97

Table 5. Effects of control and 6 leaf harvest treatments on wine parameters of the experimental vineyards Analyses

Central Control 6 LHT 3.07±0.033 a 3.03±0.033 a 7.3172±0.092 a 7.3462±0.041 a 13.23±0.318 a 13.27±0.470 a 0.180±0.0139 a 0.120±0.0000 b 0.633±0.033 a 0.533±0.067 b 4.00±0.00 a 4.67±0.33 a 0.9914±0.0003a 0.9926±0.0004a 77.444±6.40 b 86.889±7.81 a

Erbaa Control 6 LHT 3.33±0.033 a 3.33±0.033 a 6.9143±0.022 a 6.9155±0.018 a 11.90±0.208 b 13.90±0.153 a 0.160±0.0080 b 0.201±0.0083 a 0.367±0.067 b 0.767±0.033 a 4.33±0.33 a 3.33±0.33 a 0.9906±0.0001b 0.9926±0.0002 a 50.711±3.83 b 61.711±1.91 a

Niksar Control 6 LHT 3.13±0.033 a 3.17±0.033 a 7.3741±0.047 a 7.3747±0.063 a 11.43±0.167 b 12.43±0.186 a 0.141±0.0083 a 0.129±0.0083 a 0.733±0.088 a 0.967±0.120 a 4.33±0.33 a 4.33±0.33 a 0.9959±0.0009 a 0.9962±0.0009 a 50.711±2.41 b 63.667±1.21 a

pH Total Acidity (g/L)* Ethyl Alcohol (% v/v) Volatile Acid (g/L)** Reducing Sugar (g/L) Total SO2 (mg/L) Specific Gravity Total Phenolics (mg/L)*** Total Flavonoids 12.289±1.66 b 17.644±3.33 a 9.111±0.76 b 11.222±1.86 a 6.678±1.01 b 16.300±4.13 a (mg/L)**** Mean ± SD. The means indicted with different letters in the same row of the same vineyard are significantly different based on Duncan’s multiple range test at P<0.05. LHT: Leaf Harvest Treatment, * in tartaric acid equivalent, ** in acetic acid equivalent, *** in gallic acid equivalent, **** in quercetin equivalent.

White wines should have a pH of less than 3.5. Increasing pH levels result in oxidation reactions, undesired color changes, protein instability and bacterial deteriorations. Increasing pH levels also reduce efficiency of SO2 in wines (Ruffner, 1982; Esteman et al., 1999). In present study, must pH levels varied between 3.23-3.57, but wine pH levels decreased with the altitude and varied between 3.03-3.33 (Table 5). These values were still within the desired ranges and the differences between the treatments were not found to be significant at 5% level.

It was specified in Turkish Food Codex that total acid content of wines should be between 3.50 46.60 meq/L in tartaric acid equivalent (Anonymous, 2009). Song et al. (2015) indicated that sunlight and UV radiation increased total acidity in tartaric acid equivalent as compared to the control wines. Although not being significant, leaf harvest treatments resulted in greater sunlight and UV exposure and greater total acidity values as compared to control wines (Central Control: 7.3172 g/L; 6 LHT: 7.3462 g/L) (Table 5).

According to Wine section of Turkish Food Codex, total alcohol content of the wines in volume should be minimum 9% and maximum 15% (Anonymous, 2009). In present study, ethyl alcohol levels increased with leaf harvests based on increases in dry matter contents (in control and 6 LHT, respectively as 13.23 and 13.27% in central; as 11.90 and 13.90% in Erbaa; as 11.43 and 12.435 in Niksar) (Diago, 2010; Greer and Weedon, 2013; Bogicevic et al., 2015; Verzera et al., 2016) (Table 5). With the removal of the leaves shading the clusters, UV exposures increased, berry sugar content and density also increased and ultimately alcohol content increased.

When the volatile acid content exceeded 1 g/L (in acetic acid equivalent), then the wine become unmarketable (Anlı et al.,2005). Volatile acidity of the wines increases with increasing acetic acid quantities. Such a case then result in sharp and unpleasant aroma in wines. In present vines with less dense canopies because of leaf harvests and thus greater UV exposures, volatile acid quantities in acetic acid equivalent decreased with increasing altitudes. The greatest volatile acid content was observed in Erbaa territory (0.201 g/L) with the lowest altitude and the least volatile acid content was observed in Central territory (0.120 g/L) with the highest altitude (Table 5). Unpleasant tastes of the wines because of increasing acetic acid levels also reflected on sensory scores, then the lowest score (10.99) was observed in Erbaa territory with the greatest volatile acid content and the greatest score (12.10) was observed in Central territory with the least volatile acid content (Table 8).

According to Wine Section of Turkish Food Codex (Anonymous, 2009), the wines of leaf harvest treatments in all three territories were classified as dry wines (Table 5). Reducing sugar quantities may vary based on fermentation conditions and the function of commercial yeast used in wine production.

In red and white wines, density (as 20 °C) should be maximum 0,996 g/mL (Aktan and Kalkan, 2000). As it was in must, leaf harvest treatments increased wine densities (In Central Control:

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

98

0.9914; 6 LHT: 0.9926) (Table 5). Since a vine with less dense canopy is exposed to greater temperature and UV radiation, berries will be smaller in volume, but will have greater dry matter content and density.

Bogicevic et al. (2015) harvested leaves from the 20 cm sections of the shoots in Cabernet Sauvignon and Vranac red grape cultivars and reported total phenolics of the wines of the control and leaf harvest treatments respectively as 1897 and 2311 mg/L for Cabernet Sauvignon cultivar and as 1532 and 1711 mg/L for Vranac cultivar. Verzera et al. (2016) investigated the effects of the removal of the first six basal leaves on wine composition of Nero d’Avola cultivar and reported total phenolics of the control and leaf harvest treatments in gallic acid equivalent respectively as 1928.19 mg/L and 2121.42 mg/L. As compared to control, leaf harvest treatments increased total phenolics of the wines (Niksar control: 50.711 mg/L; 6 LHT: 63.667 mg/L).

In a previous study made on wines produced from Chardonnay grape cultivar, total flavonoids of the wines was reported as 46.29 mg/L (Mitić et al., 2010). Verzera et al. (2016) in a study carried out to investigated the effects of the removal of the first six basal leaves on wine composition of Nero d’Avola cultivar reported total flavonoids of the control and leaf harvest treatments in gallic acid equivalent respectively as 1709.11 mg/L and 1801.68 mg/L. In present study, wine total flavonoids increased with leaf harvest treatments (Niksar control: 6.678 mg/L; 6 LHT: 16.300 mg/L). In general, plant phenolic compounds vary based on ripening periods, climate conditions, cultural practices, soil physical and chemical characteristics (Arozarena et al., 2002).

Since increasing altitudes also increase UV exposures, secondary metabolites synthetized as a defense mechanism of the vine against stress conditions also increased in wines as it was in must (Berli et al., 2011; Greer and Weedon, 2013; Song et al., 2015; Matus, 2016; Jin et al., 2017). Total phenolics (control: 77.444 mg/L; 6 LHT: 86.889 mg/L) and total flavonoids (control: 12.289 mg/L; 6 LHT: 17.644 mg/L) were greater in both control and & leaf harvest treatments of Central territory with the greatest altitude (Table 5). As it was in must, total phenolics and total flavonoids of the wines also decrease at temperatures over 37 C. Phenolic composition of the must Phenolic compound quantities in musts of experimental vine yards with leaf harvests are provided in Table 6.

Table 6. Individual phenolics in musts of the experimental vineyards Individual Phenolics (mg/L)

Central

Control

Erbaa

6 LHT

Control

Niksar 6 LHT

Control

6 LHT

Hydroxycinnamic acids

p-coumaric acid 0.332±0.024b 1.404±0.230a 0.342±0.029 a 0.169±0.021b 0.075±0.008b 0.258±0.006a Caffeic acid 4.090±0.160 a 3.857±0.351b 0.000 1.050±0.080 1.128±0.077a 0.865±0.037b Ferrolic acid 0.169±0.028 0.000 3.170±0.045 a 1.855±0.027b 0.000 0.342±0.045 Vanillic acid 0.413±0.021b 0.748±0.094a 2.207±0.117b 3.544±0.236a 1.628±0.012b 2.073±0.029a Benzoic acids Gallic acid 0.241±0.077b 0.396±0.008a 0.197±0.005b 0.215±0.020a 0.097±0.003b 0.151±0.015a Catechin 9.004±0.241 a 8.562±0.333b 6.032±0.015 a 6.710±0.608a 5.967±0.434b 9.084±0.063a Flavonoids (Tannin) Epicatechin 1.284±0.024 b 1.782±0.011a 1.090±0.011 b 1.508±0.075 a 1.558±0.039 a 1.253±0.098b Quercetin 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Flavonols Mean ± SD. The means indicted with different letters in the same row of the same vineyard are significantly different based on Duncan’s multiple range test at P<0.05. LHT: Leaf Harvest Treatment

Considering the phenolics composition of the musts, there were linear relationships between phenolics and leaf harvest treatments in all three territories, but there were significant differences at 5% level. Of the hydroxycinnamic acids, the greatest p-coumaric acid content was observed in Central (1.404 mg/L) and the lowest value was observed in Erbaa (0.169 mg/L). The greatest caffeic acid content was observed in control treatment of Central town (4.090 mg/L) with the greatest altitude and the lowest value was observed in Erbaa with the lowest altitude (0.000 mg/L).

Of the benzoic acids, vanillic acid contents (Central control: 0.413 mg/L; 6 LHT: 0.748 mg/L) and gallic acid contents (Central control: 0.241 mg/L; 6 LHT: 0.396 mg/L) increased with leaf harvest

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

99

treatments. Increases in benzoic acids influenced the taste of the wines. Quercetin was not encountered in any of the treatments (Table 6).

In previous study carried out with Narince cultivar of Tokat province, must gallic acid contents in Erbaa 1 and Erbaa 2 locations were reported respectively as 2.89 and 2.33 mg/L, catechin contents as 20.49 and 25.44 mg/L, epicatechin contents as 9.66 and 9.95 mg/L, ferrolic acid contents as 1.50 and 1.79 mg/L, p-coumaric acid contents as 0.73 and 0.43 mg/L, vanillic acid contents as 0.00 and 0.40 mg/L, caffeic acid contents as 1.04 and 1.00 mg/L (Kayalar, 2015). For Sahebi (white) cultivar of India, catechin content was reported as 0.45 mg/g, epicatechin content as 1.06 mg/g and gallic acid content as 1.50 mg/g; for Thompson Seedless (white) cultivar, catechin content was reported as 1.20 mg/g, epicatechin content as 0.61 mg/g and gallic acid content as 0.70 mg/g (Ramchandani et al., 2010). For Erbaluca (white) cultivar of Italy, catechin content was reported as 7.5 mg/100g (Giovanelli and Brenna, 2007). Montealegre et al. (2006) reported catechin content of white grape cultivars Chardonnay, Riesling, Gewürztraminer, Sauvignon Blanc, Moscatel and Viogner respectively as 23; 14; 19; 9.5; 16 and 0.0 mg/kg and epicatechin contents respectively as 5.8; 0.00; 8.3; 3.4; 2.6 and 0.00 mg/kg. As it was pointed out in other studies, phenolic type and quantities varied with the cultivars, treatments and years (Montealegre et al., 2006; Ramchandani et al., 2010; Kayalar, 2015).

Phenolic composition of the wines Individual phenolic compound quantities in wines of experimental vine yards with leaf harvests are provided in Table 7.

Table 7. Individual phenolics in wines of the experimental vineyards Some Individual Phenolics (mg/L)

Central

Control

Erbaa

6 LHT

Control

Niksar 6 LHT

Control

6 LHT

p-coumaric acid 0.356±0.015 a 0.313±0.034b 0.000 0.000 0.321±0.040 0.000 Caffeic acid 3.691±0.157 a 3.859±0.423 a 0.224±0.073 0.000 0.361±0.026b 1.118±0.022a Hydroxycinnamic acids Ferrolic acid 0.898±0.039 0.000 0.584±0.130 a 0.070±0.010b 0.289±0.042 0.000 Vanillic acid 3.087±0.045 a 1.499±0.018 b 1.884±0.061 a 1.211±0.110b 1.254±0.037a 0.176±0.037b Benzoic acids Gallic acid 0.637±0.039 b 0.681±0.029 a 0.606±0.019 a 0.488±0.007b 0.525±0.027b 0.914±0.001a Catechin 14.166±0.704a 7.398±0.744 b 6.187±0.369b 9.675±0.114a 5.444±0.338b 7.681±0.199a Flavonoids (Tannin) Epicatechin 0.969±0.052 b 1.650±0.019 a 0.411±0.027b 0.962±0.014a 0.387±0.008b 0.909±0.061a Quercetin 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Flavonols Mean ± SD. The means indicted with different letters in the same row of the same vineyard are significantly different based on Duncan’s multiple range test at P<0.05. LHT: Leaf Harvest Treatment

There were not linear relationships between phenolics of the wines and leaf harvest treatments and there were significant differences at 5% level. Some phenolics encountered in must were not observed in wines, some phenolics which were not encountered in must were observed in wines.

Such a case was because the processes applied during the maturation of the wines may influence phenolics and they can transform into one another during the fermentation. Of the hydroxycinnamic acids, p-coumaric acid contents (0.356 mg/L in control treatment of Central town with the greatest altitude and 0.000 mg/L in Erbaa with the lowest altitude) and caffeic acid contents (3.691 mg/L in control treatment of Central town with the greatest altitude and 0.224 mg/L in Erbaa with the lowest altitude) increased with altitude and UV radiation. Catechin contents (Central control: 3.087 mg/L; 6 LHT: 1.499 mg/L) decreased and epicatechin contents (Central control: 0.969 mg/L; 6 LHT: 1.650 mg/L) increased with leaf harvest treatments and resultant UV radiation levels. Quercetin was not encountered in any treatments (Table 7).

In a previous study carried out with Narince cultivar in Erbaa 1 and Erbaa 2 locations, gallic acid content of the wines after clarification was reported respectively as 5.32 and 5.32 mg/L, catechin contents as 18.25 and 18.25 mg/L, epicatechin contents as 9.83 and 9.83 mg/L, ferrolic acid contents as 1.36 and 1.36 mg/L, p-coumaric acid contents as 2.33 and 2.33 mg/L, vanillic acid contents as 0.39 and 0.39 mg/L, caffeic acid contents as 9.74 and 9.74 mg/L (Kayalar, 2015).

Baydar et al, (2011) reported gallic acid content of the wines produced from Narince grapes as 9.54 Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

100

mg/L; catechin content as 25.98 mg/L; epicatechin content as 5.72 mg/L; quercetin content as 1.11 mg/L; vanillic acid content as 0.90 mg/L; p-coumaric content as 0.00 mg/L and caffeic content as 2.40 mg/L. In another study carried out with Chardonnay grape cultivar, caffeic acid content was reported as 1.57 mg/L; p-coumaric acid content as 0.00 mg/L (Mitić et al., 2010). Wine phenolics generally vary with the grape cultivars, production processes, climate conditions, aging durations and temperature (Gómez-Plaza et al., 2002).

Wine sensory analyses Assessment of sensory analyses for the wines of the experimental vineyards with leaf harvest treatments are provided in Table 8.

Table 8. Assessment of sensory analyses for the wines of the experimental vineyards Vineyards

Treatments

Color (0-2 P)

Clarity (0-2 P)

Odor (0-4 P)

Central

Control 6 LHT Control 6 LHT Control 6 LHT

1.89±0.11 1.00±0.00 1.22±0.11 1.11±0.11 1.89±0.11 1.22±0.11

1.89±0.11 1.44±0.11 1.89±0.11 1.22±0.11 1.89±0.11 1.44±0.22

3.33±0.19 2.89±0.11 2.55±0.11 2.33±0.19 2.66±0.19 2.33±0.19

Erbaa Niksar

Mean ± SH. LHT: Leaf Harvest Treatment

Taste and General Impression (0-12 P) 10.00±0.19 6.77±0.29 8.55±0.29 6.33±0.51 7.88±0.40 6.55±0.11

Total 17.10±0.29 12.10±0.11 14.21±0.29 10.99±0.39 14.32±0.58 11.54±0.48

Sensory analyses revealed that leaf harvests increased some phenolics, but there was a serious decrease in wine quality with leaf harvests as compared to control treatments (Table 8). Contrary to idea that wine quality increase with increasing phenolics, less dense canopy and thus greater temperature and UV exposure negatively influenced grape aromas and thus reduced aroma potential of the wines. Control wines had the greatest sensory scores (Central, 17.10; Erbaa, 14.21 and Niksar, 14.32 points) and the wines of leaf harvest treatments had the lowest scores (Central, 12.10; Erbaa, 10.99 and Niksar, 11.54 points). While the control wines of the Central territory were classified as high-quality wines, control wines of Erbaa and Niksar territories were classified as well-quality wines. All wines of the leaf harvest treatments were classified as poor-quality wines.

Diago (2010) worked with Tempranillo and Graciano cultivars and reported that leaf harvest treatments increased alcohol, anthocyanin, polyphenol (hydroxycinnamic acids and flavonols) and catechin concentration of the wines and thus resulted in greater sensory scores. Although leaf harvest treatments increased wine quality criteria of some grape cultivars, present leaf harvest treatments reduced sensory scores of the wines produced from Narince grapes. Jin et al. (2017) also indicated increasing sensory scores with increasing altitude and UV radiation levels. In present study, both the control and leaf harvest treatment wines of the Central territory with the greatest altitude had greater sensory scores than the other territories.

4. CONCLUSION In present study, while significant findings were obtained in physical and chemical analyses of the must and wines with leaf harvest treatments, significant differences were not observed in some parameters.

Better quality of the control grapes and wines produced from these grapes indicated that Narince clusters were sensitive to excess temperatures and sun exposures.

It was concluded based on these findings that increases in total temperatures of 37 C and over accelerated the disintegration of Narince phenolics. Thus 37 C was identified as the critical temperature for phenolic disintegration.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

101

In all three territories, leaf harvest treatments increased TSSC, total acidity and ripening index of the must; ethyl alcohol content of the wine; specific gravity, total phenolics and flavonoids of both the must and the wine, but reduced sensory analyses scores.

Increasing altitudes and resultant greater UV radiations increased secondary metabolites. Higher quality of the wines of the Central territory with the greatest altitude was attributed to greater aroma potential of the grapes. However, aroma components were not investigated in this study. Therefore, in similar future studies, aroma components should also be investigated in addition to phenolics to get more meaningful outcomes.

It was concluded based on present findings that excessive commercial leaf harvests applied in Narince cultivar of Tokat province negatively influenced wine quality parameters. In case the producers are to continue to perform leaf harvests for brined grape leaf production to get commercial income, as it was also indicated by Bekar (2016), they should have maximum two harvests before veraison period.

5. ACKNOWLEDGEMENTS This study was supported by Scientific Research Projects Commission of Gaziosmanpaşa University (Project No: BAP-2014/27).

6. REFERENCES Adınır, M., 2011. Salamuralık Yaprak Toplanan Omcalardaki Koruk Üzümün (Vitis Vinifera) Turşu Olarak Değerlendirilmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı, Tokat.

Ağaoğlu, Y.S., 2002. Bilimsel ve Uygulamalı Bağcılık (Asma Fizyolojisi-1). Kavaklıdere Eğitim Yayınları: 5, 444 s.

Ağaoğlu, Y.S., Yazgan, A. ve Kara, Z., 1988. Tokat Yöresinde Yaprak Salamuracılığına Yönelik Asma Yetiştiriciliği Üzerinde Bir Araştırma. Türkiye II. Bağcılık Sempozyumu 31 5-03,61988 Bursa.

Aktan, N. ve Kalkan, H. 2000. Şarap Teknolojisi. Kavaklıdere Eğitim Yayınları, (4), 614, Ankara.

Anlı, R.E., Çabuk, B., Vural, N. and Başpınar, E., 2005. Okratoksin Turkish Wines bir. J. Gıda biyokimyaları, 29(6), 611-661.

Anonim, 2009. Türk Gıda Kodeksi Şarap Tebliği. Resmi Gazete, 4 Şubat 2009, Sayı: 27131 http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2009/02/20090204-12.htm (15.10.2015).

Anonim, 2016a. Vikipedi Özgür Ansiklopedi. https://tr.wikipedia.org/wiki/Narince (05.01.2016).

Anonim, 2016b. Compendium Of International Methods of Wine and Must Analysis, Edition 2016, Volume 1, ISBN Volume I : 979-10-91799-47-8, http://www.oiv.int/public/medias/4005/compendium-2016-en-vol2.pdf (08.08.2016).

Anonim, 2016c. Compendium Of International Methods of Wine and Must Analysis, Edition 2016, Volume 2, ISBN Volume II : 979-10-91799-48-5, http://www.oiv.int/public/medias/4005/compendium-2016-en-vol2.pdf (08.08.2016).

Arozarena, I., Ayestar´an, B., Cantalejo, M.A., Navarro, M., Vera, M., Abril, I. and Casp, A., 2002.

Anthocyanin Composition of Tempranillo, Garnacha and Cabernet Sauvignon Grapes from High-and Low-Quality Vineyards Over Twoyears. Eur. Food Res. Technol. 214, 303.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

102

Baydar, N., Babalık, Z., Türk, F. and Çetin, S., 2011. Phenolic Composition and Antioxidant Activities of Wines and Extracts of Some Grape Varieties Grown in Turkey. Journal of Agricultural Sciences, (17), 67-76.

Bekar, T. ve Cangi, R., 2017. Tokat’ta Farklı Ekolojilerde Yetiştirilen Narince Üzüm Çeşidinin Fenolojik Gelişme Evreleri ve Etkili Sıcaklık Toplamı İsteklerinin Belirlenmesi. Türkiye Teknoloji ve Uygulamalı Bilimler Dergisi, 1(2), 86-90.

Bekar, T., 2016. Narince (Vitis vinifera L.) Üzüm Çeşidinde Yaprak Hasat Sıklığı ve Salkım Seyreltme Uygulamalarının Tane, Şıra ve Şarap Kalitesine Etkisi. Doktora Tezi. Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bahçe Bitkileri Anabilim Dalı, 297 s. Tokat.

Berli, F. J., Fanzone, M., Piccoli, P., and Bottini, R., 2011. Solar UV-B and ABA are İnvolved in Phenol Metabolism of Vitis vinifera L. İncreasing Biosynthesis Oo Berry Skin Polyphenols.

Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59, 4874–4884.

Bogicevic, M., Maras, V., Mugoša, M., Kodžulović, V., Raičević, J., Šućur, S. and Failla, O., 2015.

The Effects of Early Leaf Removal and Cluster Thinning Treatments on Berry Growth and Grape Composition in Cultivars Vranac and Cabernet Sauvignon. Chemical and Biological Technologies in Agriculture (2015) 2: 13.

Chang, C.C.,Yang, M.H., Wen, H.M. and Chern, J.C., 2002. Estimation of Total Flavonoid Content in Propolis by Two Complementary Colorimetric Methods; J. Food Drug Analysis, 10, 178182.

Cox, J., 1999. From Vines to Wines. 232 p.

Curle, O., Bauer, O., Hofacker, W., Schuman, F. and Frısch, W., 1983. Biologie der Rebe D. Meininger Verlag und Druckere Gmbh. 6730. Neustadt.

Diago, M.P., Ayestarán, B., Guadalupe, Z., Poni, S. and Tardáguila, J., 2012. Impact of Prebloom and Fruit-set Basal Leaf Removal on The Flavonol and Anthocyanin Composition of Tempranillo Grapes. Am. J. Enol. Vitic. 63, 367-376.

Diago, P., 2010. Estudio Y Desarrollo Del Deshojado Precoz Como Técnica Para El Control Del Rendimiento Productivo De La Vid (Vitis Vinifera L.), Efectos Sobre El Desarrollo Vegetativo, Los Componentes De La Producción, Así Como Sobre La Composición Y La Calidad De La Uva Y Del Vino. Tesis Doctoral. Universidad de Rioja. 328 p.

Eichorn, K.W. and Lorenz, D.H., 1977. Phaenologische Entwicklungs-stadien der Rebe.

Nachrichtenbl, Dtsch, Pflanzenschutzdienstes (Braunschweig) 29: 119-120.

Esteman, M.A., Villanueva, M.J. and Lissarrague, J.R. 1999. Effect of Irrigation on Changes in Berry Composition. American Journal of Enology and Viticulture, 50, No:4.

Ferlito, F., Nicolosi, E., Gentile, A., Lo Piero, A.R., Squadrito, M. and Continella, A., 2014.

Responses of Four Winegrape Varieties to Managed Water Stress and Partial Defoliation in an Arid Environment. Vitis 53 (2), 73–80 (2014).

Fournioux, J.C. and Bessis, R. 1980. Effect of Defoliation on Growth and Organnogenesis of The Grapevine. Bulletin de la Societe Botanque de France. 127 (2) 95-96.

Gatti, M., Bernizzoni, F., Civardi, S. and Poli, S., 2012. Effects of Cluster Thinning and PreFlowering Leaf Removal on Growth and Grape Composition in cv. Sangiovese. Am. J. Enol. Vitic March 2012, ajev.11118.

Giovanelli, G. and Brenna, O.V., 2007. Evolution of Some Phenolic Components, Carotenoids and Chlorophylls During Ripening of Three Italian Grape Varieties. Eur Food Res Technol, (2007) 225:145–150.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

103

Gómez-Plaza, E., Gil-Muñoz, R., López-Roca, J.M., Martínez-Cutillas, A. and FernándezFernández, J.I., 2002. Maintenance of Colour Composition of A Red Wine During Storage.

Influence of Prefermentative Practices, Maceration Time and Storage. Lebensm.-Wiss. u.Technol, 35(1); 46-53.

Greer, D. H., and Weedon, M.M., 2013. The Impact of High Temperatures on Vitis vinifera cv.

Semillon Grapevine Performance and Berry Ripening. Frontiers in Plant Science, v.4, 1-9.

Haeselgrove, L., Botting, D., Van Heeswijck, R., Hoj, P., Dry, P.R., Ford, C. and Land, P.G., 2000.

Canopy Microclimate and Berry Composition: The Effect of Bunch Exposure on The Phenolic Composition of Vitis vinifera L cv. Shiraz Grape Berries. Australian Journal of Grape and Wine Research 6(2): 141-149. İştar, A., 1959. Akdeniz Bölgesi ve Bilhassa İçel Bağcılığı ve Bu Bölgede Yetiştirilen Üzüm Çeşitlerinin Ampelografileri ile İçel İli Bağcılığının Geliştirilmesi İmkanları Üzerinde Araştırmalar. Ankara Üniversitesi Yayınları 149.

Jin, X. D., Wu, X., and Liu, X., 2017. Phenolic Characteristics and Antioxidant Activity of Merlot and Cabernet Sauvignon Wines Increase with Vineyard Altitude in a High-altitude Region. South African Journal of Enology and Viticulture, 38(2), 132-143.

Karanis, C. and Çelik, H., 2002. Amasya’da Yetiştirilen Bazı Üzüm Çeşitlerinin Tane İçeriklerindeki Değişimin İncelenmesi ve Optimum Hasat Zamanlarının Tespiti Üzerine Araştırmalar. Türkiye V. Bağcılık ve Şarapçılık Sempozyumu, 5-9 Ekim, Cappadocia (Nevşehir), 441-448 s.

Kayalar, M., 2015. Tokat İlinde Farklı Yörelerde Yetiştirilen Narince Üzüm Çeşidinden Üretilen Şarapların Bazı Kalite Özelliklerinin Belirlenmesi. (Yüksek Lisans Tezi), Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Tokat.

Kodur, S., Tisdall, J.M., Tang, C. and Walker, R.R., 2010. Accumulation of Potassium in Grapevine Rootstocks (Vitis) Grafted to ‘Shiraz’ as Affected by Growth, Root-Traits and Transpiration. Vitis 49 (1): 7–13.

Kolb, C. A., Kopecky, J., Riederer, M., and Pfündel, E.E., 2003. UV Screening by Phenolics in Berries of Grapevine (Vitis vinifera). Functional Plant Biology, 30, 1177–1186.

Kosalec, I., 2005. Flavonoid Analysis and Antimicrobial Activity of Commercially Available Propolis Products. Acta. Pharm., 55; 423-430.

Kozina, B., Karoglan, M., Herjavec, S., Jeromel, A. and Orlic, S., 2008. Influence of Basal Leaf Removal on The Chemical Composition of Sauvignon Blanc and Riesling Wines. Journal of Food, Agriculture & Environment Vol.6 (1): 28–33.

Kriedemann, P.E., Harris, J.M., and Possingham, J.V., 1968. Anatemical Aspects Of Grape Berry Development. Vitis. 7: 106-119.

Lee, J. and Scagel, C.F., 2009. Chicoric Acid Found in Basil (Ocimum Basilicum L.) Leaves. Food Chemistry, 115, 650–656.

Main, G.L. and Morris, J.R., 2004. Leaf-Removal Effects on Cynthiana Yield, Juice Composition, and Wine Composition. American Journal of Enology and Viticulture, 55: 2 (2004).

Matus, J.T., 2016. Transcriptomic and Metabolomic Networks in The Grape Berry Illustrate That It Takes More than Flavonoids to Fight Against Ultraviolet Radiation. Frontiers in Plant Science, v.7, 1337.

Mitić, M.N., Obradović, M.V., Grahovac, Z.B. and Pavlović, A.N., 2010. Antioxidant Capacities and Phenolic Levels of Different Varieties of Serbian White Wines. Molecules 2010, 15, 2016-2027.

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

104

Montealegre, R.R., Peces, R.R., Vozmediano, J.L.C., Gascueña, J.M. and Romeo, E.G., 2006.

Phenolic Compounds in Skins and Seeds of Ten Grape Vitis vinifera Varieties Grown in A Warm Climate. Journal of Food Composition and Analysis, 19 (2006) 687–693.

Mosetti, D., Herrera, J.C., Sabbatini, P., Green, A., Alberti, G., Peterlunger, E., Lisjak, K. and Castellarin, S.D., 2016. Impact of Leaf Removal After Berry Set on Fruit Composition and Bunch Rot in Sauvignon Blanc. VITIS-Journal of Grapevine Research, 55(2): 57-64.

Mozetič, B., Tomažič, I., Škvarč, A. and Trebše, P., 2006. Determination of Polyphenols in White Grape Berries cv. Rebula. Acta Chim. Slov., 53: pp. 58-64.

Nunez-Olivera, E., Martinez-Abaigar, J., Tomas, R., Otero, S., and Arroniz-Crespo, M., 2006.

Physiological Effects of Solar Ultraviolet-B Exclusion on Two Cultivars of Vitis vinifera L. from La Rioja, Spain. American Journal of Enology and Viticulture, 57, 441–448.

OIV, 2014. Vine and Wine Outlook 2010-2011. 85 p. www.oiv.int/public/medias/2834/oiv-vineand-wine-outlook-2010-2011-es.pdf.

Ovadia, R., Oren-Shamir, M., Kaplunov, T., Zutahy, Y., Lichter, A. and Lurie, S., 2013. Effects of Plant Growth Regulators and High Temperature on Colour Development in ‘Crimson Seedless’ Grapes. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 88(4), 387-392.

Palliotti, A., Panara, F., Silvestroni, O., Lanari, V., Sabbatini, P., Howell, G.S., Gatti, M. and S. Poni, S., 2013. Influence of Mechanical Postveraison Leaf Removal Apical to The Cluster Zone on Delay of Fruit Ripening in Sangiovese (Vitis vinifera L.) Grapevines.Australian Journal of Grape and Wine Research, Volume 19, Issue 3, Pages 369-377, October 2013.

Peña-Olmos, J.E., Casierra-Posada, F. and Herzberg, M., 2013. Effect of Partial Grapevine Defoliation (Vitis vinifera) on Wine Quality. Revista Facultad Nacional de Agronomia, Medellin, 66 (1): 6891-6898, 2013.

Pieri, P., Zott, K., Gomès, E. and Hilbert, G., 2016. Nested Effects of Berry Half, Berry and Bunch Microclimate on Biochemical Composition in Grape. OENO One, 50, 3, 145-159.

Poudel, P.R., Mochioka, R., Beppu, K. and Kataoka, I., 2009. Influence of Temperature on Berry Composition of Interspecific Hybrid Wine Grape ‘Kadainou R-1’(Vitis ficifolia var. ganebu× V. vinifera ‘Muscat of Alexandria’). Journal of the Japanese Society for Horticultural Science, 78(2), 169-174.

Quintana, G.M. and Gomez, P.J.M., 1989. Influence of Soil, Climate and Other Factors on The Phenolic Content of The Grape Variety Xarello. Bulletin de I’O.I.V. 62: 485-497.

Ramchandani, A.G., Chettiyar, R.S. and Pakhale S.S., 2010. Evaluation of Antioxidant and Antiİnitiating Activities of Crude Polyphenolic Extracts from Seedless and Seeded Indian Grapes. Food Chemistry, 119 (2010) 298–305.

Rieger, M., 2006. Introduction to Fruit Crops. Grape (Vitis spp). 229-250 p.

Ruffner, H.P., 1982. Metabolism of Tartaric and Malic Acids in Vitis: A. Review-Part A. Vitis, 21, 247-259.

Slinkard, K. and Singleton, V. L., 1977. Total Phenol Analyses: Automation and Comparison with Manual Methods. American Journal of Enology and Viticulture, 28 49-55.

Song, J., Smart, R., Wang, H., Dambergs, B., Sparrow, A., and Qian, M.C., 2015. Effect of Grape Bunch Sunlight Exposure and UV Radiation on Phenolics and Volatile Composition of Vitis vinifera L. cv. Pinot Noir Wine. Food Chemistry, 173, 424-431.

Verzera, A.,Tripodi, G., Dima, G., Condurso, C., Scacco, A., Cincotta, F., Giglio, D.M., Santangelo, T. and Sparacio, A., 2016. Leaf Removal and Wine Composition of Vitisvinifera L. cv. Nero d'Avola: The Volatile Aroma Constituents. Journal of The

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk

105

Science of Food and Agriculture, , Volume 96, Issue 1, pages 150-159, 15 January 2016.

DOI: 10.1002/jsfa.7075.

Winkler, A.J., Cook, J.A., Kliewer, W.M. and Lider, L.A., 1974. General Viticulture. 633 p. Univ.

Of California. Pres, Berkeley..

Yamane, T., Jeong, S., Goto-Yamamoto, N., Koshita, Y. and Kobayashi, S., 2006. Effects of Temperature on Anthocyanin Biosynthesis in Grape Berry Skins. Am. J. Enol. Vit. 57(1):5459.

106

Year 3 (2019) Vol:10

Issued in JULY, 2019

www.ejons.co.uk