Geri Dön

Farklı karbon kaynaklarından Barnettozyma populi y-12728 mikroorganizması kullanılarak ksilitol üretimi ve saflaştırılması

Microbial production and purification of xylitol from different carbon sources using Barnettozyma populi y-12728

  1. Tez No: 1008490
  2. Yazar: MÜGE CANATAR
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İRFAN TURHAN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Ksilitol, sakkaroza eşdeğer tatlılıkta, çeşitli gıda ürünlerinde doğal tatlandırıcı olarak kullanılan ve ticari öneme sahip beş karbonlu bir şeker alkolüdür. Sakkaroza göre kalorisi ve glisemik indeksi daha düşüktür ve insülinden bağımsız bir şekilde metabolize edilir. Diş çürüklerini önleyici ve ağızda ferahlatıcı bir his bırakması özellikleri sayesinde özellikle diş macunu ve gargara gibi ağız bakım ürünlerinde ve şekersiz sakız üretiminde yaygın bir şekilde kullanılır. Ksilitol ayrıca kozmetik ürünlerinde, çeşitli tabletlerin kaplamalarında, kimya endüstrisinde polimerlerin sentezi için bir ara madde olarak da kullanılmaktadır. Ksilitol birçok meyve ve sebzede düşük konsantrasyonlarda doğal olarak bulunur. Doğal kaynaklardan ekstraksiyonla, kimyasal sentezle ve biyoteknolojik yöntemlerle üretilebilmektedir. Bu çalışmada, serbest ve immobilize edilmiş Barnettozyma populi Y-12728 mikroorganizmasıyla sentetik besiyeri ve farklı lignoselülozik hidrolizatlarda çalkalamalı inkübatör ve biyoreaktörde ksilitol fermantasyonları gerçekleştirilmiş ve ardından üretilen bu ksilitolün saflaştırılması ve kristalizasyonu sağlanmıştır. Çalışmada ilk olarak serbest hücrelerle sentetik besiyerinde farklı karbon kaynağı ve inokülasyon oranlarıyla denemeler gerçekleştirildikten sonra farklı lignoselülozik hidrolizatlarla ksilitol fermantasyonları yapılmıştır. Bu fermantasyonlar sonucunda en iyi karbon kaynağı olarak ksiloz (8.96 g/L ksilitol), inokülasyon oranı olarak %5 (8.89 g/L ksilitol) seçilmiştir. Serbest hücrelerle hidrolizatlarda gerçekleştirilen fermantasyonlarda en yüksek ksilitol pirinç kavuzu hidrolizatından 1.30 g/L olarak üretilmiştir. Çalkalamalı inkübatörde, farklı immobilizasyon yöntemlerinin ksilitol üretimi üzerine etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla ilk olarak kalsiyum aljinatla immobilizasyon yöntemi Box-Behnken cevap yüzey metoduyla optimize edilerek ksilitol fermantasyonları gerçekleştirilmiştir. Fermantasyonlar sonucunda en yüksek miktardaki ksilitol %4 aljinat, 10 mg kuru hücre/70 ml besiyeri, %2 kalsiyum klorür konsantrasyonuyla gerçekleştirilen denemeden 10.00 g/L konsantrasyonla elde edilmiştir. Bir diğer immobilizasyon tekniği olan üç boyutlu küplerde immobilizasyonun ksilitol üretimi üzerine olan etkisi çalışılmıştır. Bunun için faklı kimyasallar (hidroklorik asit ve polietilenimin) uygulanan küplerle fermantasyonlar optimize edilmiştir. Hidroklorik asit (HCl) uygulanan küplerle gerçekleştirilen fermantasyonlarda en yüksek ksilitol üretimi 17.93 g/L olarak %1 HCl konsantrasyonu, 1.5 mm küp kalınlığı, 8 adet küp koşullarında belirlenmiştir. Polietilenimin (PE) uygulanan küplerle gerçekleştirilen fermantasyonlarda en yüksek ksilitol üretimi 19.13 g/L olarak tespit edilmiştir. Bu üç immobilizasyon şekli kıyaslandığında, ksilitol üretimi için en iyi yöntemin PE ile muamele edilmiş küplerde immobilizasyonun (%1 PE konsantrasyonu, 1.5 mm küp kalınlığı, 8 adet küp koşullarında) olduğu belirlenmiştir. Serbest ve immobilize hücrelerle pirinç kavuzu, buğday kepeği ve yulaf kavuzu hidrolizatlarında gerçekleştirilen fermantasyonlarda düşük verimlerle ksilitol üretimi olmasının üzerine iki aşamalı fermantasyon stratejisi uygulanmıştır. Bu fermantasyonlarda en yüksek verim yulaf kepeğinden (YKH-50) elde edilmiştir. Serbest ve immobilize hücreler (PE uygulanmış 3D küpler) kullanılarak laboratuvar ölçekli biyoreaktörde (2L) pH, karıştırma ve havalandırma hızı optimize edilmiştir. Her iki fermantasyon tipinde de optimum parametrelerin pH 6.0, 250 rpm karıştırma ve 1.00 vvm havalandırma olduğu belirlenmiştir. Optimum koşullardaki fermantasyonlarda, serbest hücrelerle gerçekleştirilen fermantasyonlarda 33.68 g/L, immobilize hücrelerle olanda ise 37.10 g/L ksilitol üretilmiştir. Serbest ve immobilize hücrelerle farklı dilüsyon oranlarıyla sürekli fermantasyon denemeleri gerçekleştirilmiştir. Serbest hücrelerle çalışılabilecek en yüksek dilüsyon oranı 0.03 sa-1; immobilize hücrelerle ise 0.04 sa-1 olarak belirlenmiştir. Bu dilüsyon oranlarında gerçekleştirilen fermantasyonlarda 32.08 g/L (serbest) ve 34.78 g/L (immobilize) ksilitol elde edilmiştir. Sentetik besiyerinde belirlenen optimum parametreler kullanılarak yulaf hidrolizatında da biyoreaktörde iki aşamalı stratejiyle ksilitol fermantasyonları gerçekleştirilmiştir. Serbest hücrelerle gerçekleştirilen kesikli fermantasyonda 6.73 g/L, sürekli fermantasyonda 5.89 g/L ksilitol elde edilmiştir. İmmobilize hücrelerle gerçekleştirilen kesikli fermantasyonda 11.52 g/L, sürekli fermantasyonda ise 11.92 g/L ksilitol tespit edilmiştir. Ksilitol fermantasyonlarının ardından fermente sıvıya saflaştırma ve kristalizasyon prosesleri uygulanmıştır. Sıralı uygulanan işlemler sonucunda %98.55 saflıkla ve %31.25 verimle kristal ksilitol elde edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Xylitol is a five-carbon sugar alcohol with a sweetness equivalent to sucrose, used as a natural sweetener in various food products and of commercial importance. It has fewer calories and a lower glycemic index than sucrose, and unlike sucrose, it is metabolized independently of insulin. Its caries-preventing and refreshing properties make it widely used in oral care products such as toothpaste and mouthwash, and in the production of sugar-free chewing gum. It is also used in cosmetics, in the coatings of various tablets, and as an intermediate for the synthesis of polymers in the chemical industry. Xylitol exists naturally in low concentrations in many fruits and vegetables. It can be produced in three different ways: by extraction from natural sources, chemical and biotechnological methods. In this study xylitol fermentations were carried out using suspended and immobilized Barnettozyma populi Y-12728 yeast in synthetic media and various lignocellulosic hydrolysates in a shaking incubator and bioreactor. After that purification and crystallization were performed with fermented broth. Firstly, experiments were conducted with suspended cells in synthetic medium using different carbon sources and inoculation rates, followed by xylitol fermentation with different lignocellulosic hydrolysates. As a result of these fermentations, xylose was selected as the best carbon source (yielded 8.96 g/L xylitol). 5% inoculation rate was chosen (yielded 8.89 g/L xylitol). In fermentations with suspended cells in hydrolysates, the highest xylitol yield of 1.30 g/L was obtained from rice husk hydrolysate. Xylitol fermentations with Barnettozyma populi Y-12728 were carried out using different immobilization methods. Initially, the immobilization method with calcium alginate was optimized using the Box-Behnken response surface method, and xylitol fermentations were performed. As a result of the fermentations, the highest amount of xylitol was obtained at a concentration of 10 g/L from the experiment carried out with 4% alginate, 10 mg dry cells/70 ml medium and 2% calcium chloride concentration. Another immobilization technique, immobilization on three-dimensional (3D) cubes was studied to investigate its effect on xylitol production. For this purpose, fermentations were optimized using cubes treated with different chemicals (HCl and polyethyleneimine). In fermentations carried out with 3D cubes treated with HCl, the highest xylitol production was determined to be 17.93 g/L. In fermentations carried out with 3D cubes treated with polyethyleneimine (PE), the highest xylitol production was found to be 19.13 g/L. When these three immobilization methods were compared, it was determined that the best immobilization technique for xylitol production was 3D cubes treated with polyethyleneimine (under conditions of 1% PE concentration, 1.5 mm cube thickness and 8 cubes). Since very low yields of xylitol production were observed in fermentations carried out with suspended and immobilized cells in rice husk, wheat bran and oat husk hydrolysates, a two-stage fermentation strategy was applied. In these fermentations, the highest yield was obtained from oat bran (YKH-50). In fermentations using suspended and immobilized cells (PE-treated 3D cubes) pH, stirring and aeration were optimized in a laboratory-scale bioreactor (2L). For both fermentation types, optimum parameters were determined to be pH 6.0, stirring at 250 rpm and aeration at 1.00 vvm. Under optimum conditions, fermentations with suspended cells yielded 33.68 g/L of xylitol, while those with immobilized cells yielded 37.10 g/L. Continuous fermentation experiments were caried out with different dilution rates for both suspended and immobilized cells. The highest dilution rate achievable was determined to be 0.03 h-1 with suspended cells and 0.04 h-1 with immobilized cells. Fermentations at these dilution rates resulted in 32.08 g/L (suspended) and 34.78 g/L (immobilized) of xylitol. Xylitol fermentations were also carried out in oat hydrolysate in a bioreactor using a two-stage strategy with optimum parameters determined in synthetic culture medium. In batch fermentation with suspended cells 6.73 g/L of xylitol was obtained, while in continuous fermentation 5.89 g/L was detected. In batch fermentation with immobilized cells 11.52 g/L of xylitol was detected, and in continuous fermentation with immobilized cells 11.92 g/L of xylitol was calculated. Following xylitol fermentations, purification and crystallization processes were carried out from the fermented liquid. As a result of the sequentially applied purification processes, crystalline xylitol was obtained with 98.55% purity and 31.25% yield.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    933038

    Farklı biyokütle kaynaklarından hard karbon eldesi ile enerji depolamada uygulanabilirliği

    Applicability of energy storage by obtaining hard carbon from different biomass precursors

    EMİNE YALMAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Enerjiİskenderun Teknik Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TOLGA DEPCİ

    DOÇ. DR. YUNUS ÖNAL

  2. Tez No

    778121

    Karbon kuantum noktacıklar ile desteklenmiş nanopartiküllerin sentezi yapısal tanımlamaları ve farklı hidrojen kaynaklarından hidrojen üretimi için hidroliz tepkimelerindeki katalitik performanslarının ölçülmesi

    Synthesis and structural characterization of nanoparticles supported with carbon quantum dots and measuring their catalytic performance i̇n hydrolysis reactions to produce hydrogen from different hydrogen sources

    ERHAN ONAT

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya MühendisliğiSiirt Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET SAİT İZGİ

    PROF. DR. ÖMER ŞAHİN

  3. Tez No

    771676

    Doğal karbon kaynaklarından karbon kuantum nokta sentezi: Biyolojik uygulamaları ve DNA duyarlı elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi

    Carbon quantum dot synthesis from natural carbon sources: Biological applications and development of DNA-sensitive electrochemical biosensor

    SADİYE KÜBRA BAŞKAYA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    KimyaKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA ÇEŞME

  4. Tez No

    779874

    Orman ağaçlarında depolanan karbon miktarının farklı biyokütle tahmin yöntemleri ile belirlenerek zamansal değişiminin analiz edilmesi: Alara planlama birimi örneği

    Estimation of carbon amounts stored in forest tree species using different biomass estimation approaches and its temporal change analysis: A case study in Alara planning unit

    YUSUF YAMAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Ormancılık ve Orman MühendisliğiÇankırı Karatekin Üniversitesi

    Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEDAT KELEŞ

  5. Tez No

    478311

    Durusu kumul ağaçlandırmasında ağaç kütlesinde depolanan karbon miktarının farklı modeller ile tahmini

    Estimation of tree carbon stocks with different models in durusu coastal sand dune plantations

    SERVET PEHLİVAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Ormancılık ve Orman Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi

    Orman Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DOĞANAY TOLUNAY

Geri Dön