Farklı besiyeri bileşimleri ve fermentasyon şartlarının Scheffersomyces stipitis ile etanol üretimi üzerine etkisi
Effects of different medium compositions and fermentation conditions on ethanol production with Scheffersomyces stipitis
- Tez No: 1024495
- Danışmanlar: PROF. DR. İRFAN TURHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dünyada enerji ihtiyacı, nüfus artışı, ekonomik büyüme ve teknolojik gelişmelerle sürekli olarak artmaktadır. Enerji ihtiyacının büyük bir kısmı fosil yakıtlar ile sağlanmakta ve bu da kısıtlı olan fosil yakıtlara olan bağlılığı artırmakta ve sürdürülebilirliği azaltmaktadır, bunun yanı sıra fosil yakıtların yanması sonucu ortaya çıkan sera gazı emisyonları da çevreye zarar vermektedir. Bu sebeplere paralel olarak alternatif, yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç da aynı şekilde her geçen gün artmaktadır. Etanol, yenilenebilir kaynaklardan (bitkisel biyokütle, tarımsal atıklar) fermentasyon yoluyla elde edilebilmekte ve genellikle biyoyakıt olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, Scheffersomyces stipitis (NRRL YB-1551) mikroorganizması kullanılarak etanol üretim fermentasyon şartları optimizasyonları gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında öncelikle Scheffersomyces stipitis (NRRL YB- 1551) için gelişim eğrisi oluşturulmuş ve ardından fermentasyon şartları optimize edilmiştir. Fermentasyon optimizasyonu 4 aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada fermentasyon için uygun karbon kaynağı seçilmiştir. Bu amaçla iki adet saf karbon kaynağı (glukoz ve ksiloz) ve dört adet de alternatif karbon kaynağı (pirinç kavuzu, keçiboynuzu, sorgum, melas) kullanılmıştır. Etanol üretimi dikkate alındığında en iyi karbon kaynağı saf karbon kaynakları için 12,894 ± 0,450 g/L ile glukoz olurken, alternatif karbon kaynakları arasında ise 12,275 ±0,036 g/L ile melas olmuştur. İkinci aşamada fermentasyon için uygun azot kaynağı seçilmiş ve burada da azot kaynağı olarak (NH4)2SO4, NH4NO3, pepton ve maya ekstraktı olacak şekilde 4 farklı azot kaynağı denenmiştir. Glukoz kullanılan besiyeri ile en yüksek etanol üretimi 13,66 ± 0,049 g/L ile maya ekstraktlı fermentasyonda olurken, melas kullanılan besiyerinde en yüksek etanol üretimi 19,002 ± 0,306 g/L ile maya ekstraktlı fermentasyonda elde edilmiştir. Üçüncü aşamada etanol fermentasyonu için uygun pH değerleri incelenmiş ve besiyeri pH değerleri 4, 5, 6, 7 ve 8 olmak üzere 5 farklı değere ayarlanıştır. Glukoz ve maya ekstraktı kullanılan besiyerinde en yüksek etanol üretimi 23,462 ± 5,401 g/L ile pH 5 değerindeki fermentasyonda elde edilmiştir. Melas ve pepton kullanılan besiyerinde ise en yüksek etanol üretiminin 20,117±0,292 /L ile pH 4 değerinde olduğu görülmüştür. Son aşamada fermentasyon sıcaklığının etanol fermentasyonuna etkisi incelenmiş ve seçilen karbon ve azot kaynakları, pH değerleri sabit tutularak, sıcaklık değerleri 25°C, 30°C ve 35°C olacak şekilde etanol fermentasyonları gerçekleştirilmiştir. Burada da en uygun sıcaklık değerleri, glukozlu ve melaslı besiyerleri için etanol üretimi açısından sırası ile 24,462± 5,401 g/L ve 20,117± 0,292 g/L ile 30°C'de olmuştur. Fermentasyon parametrelerinin optimizasyonunun tamamlanmasının ardından, optimum besiyeri içeriği ve fermentasyon parametreleri ile tez kapsamında tasarlanan 3B materyallerin etanol üretimine etkisi incelenmiştir. Bunun için biyoreaktörde, glukozlu ve melaslı olarak modifiye edilmiş besiyerleri kullanılarak, serbest hücreli, küp materyale immobilize edilmiş hücreler ve petek materyale immobilize edilmiş hücreler olarak üçer etanol fermentasyonu gerçekleştirilmiştir. Burada glukozlu besiyeri için en yüksek etanol üretimi küp materyale immobilize edilmiş hücrelerde 10,09 g/L olarak kaydedilmiştir. Aynı şekilde melaslı besiyerinde de en yüksek etanol üretimi 11,4 g/L ile küp materyale immobilize edilmiş hücrelerdedir. Bu tez çalışması ile, Scheffersomyces stipitis NRRL YB-1551 suşunun gelişim eğrisi çıkartılmış, ardından etanol üretim fermentasyonlarına uygunluğu ve fermentasyon ihtiyaçları tespit edilmiştir. Etanol üretim performansını artıran karbon, azot kaynakları belirlenmiş, uygun pH ve sıcaklık değerleri çalışılarak, optimum fermentasyon şartları bulunmuştur. Tez çalışması sonucunda edilen veriler, S. stipitis NRRL YB-1551 suşunun etanol üretim performansına ilişkin literatürde sınırlı olan verilerin zenginleştirilmesine katkı sağlamaktadır. Ayrıca çalışma kapsamında belirlenen optimum koşulların, ileride yapılabilecek ölçek büyütme, proses optimizasyonu ve lignoselülozik hammaddelerden biyoetanol üretimine yönelik araştırmalara temel oluşturacağı ve bu alandaki çalışmalara yol gösterici nitelikte olacağı düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The world's energy demand is continuously increasing due to population growth, economic expansion, and technological developments. A large portion of this energy demand is met by fossil fuels, which deepens dependence on these limited resources, reduces sustainability, and causes environmental damage through greenhouse gas emissions produced by their combustion. In parallel with these reasons, the need for alternative, renewable energy sources are likewise growing with each passing day. Ethanol is obtained from renewable sources (plant-based biomass, agricultural waste) through fermentation and is commonly used as a biofuel. In this thesis study, ethanol production fermentation condition optimizations were carried out using the Scheffersomyces stipitis (NRRL YB-1551) microorganism. At the beginning of the study, the growth curve was determined for Scheffersomyces stipitis (NRRL YB-1551) and then, the fermentation conditions were optimized. The fermentation optimization consists of 4 stages. In the first stage, a suitable carbon source was selected for fermentation. For this purpose, two sources of pure carbon (glucose and xylose) and four alternative carbon sources (rice melon, carob, sorghum, molasses) were used. Considering ethanol production, the best carbon source was glucose with 12,894 ± 0,450 g/L for pure carbon sources, while between alternative carbon sources, it was molasses with 12,275 ± 0,036 g/L. In the second stage, a suitable nitrogen source was selected for fermentation, and 4 different nitrogen sources were tested: (NH4)2SO4, NH4NO3, peptone, and yeast extract. With the glucose-based medium, the highest ethanol production was achieved in the yeast extract fermentation with 13,66 ± 0,049 g/L, while with the molasses-based medium, the highest ethanol production was obtained in the yeast extract fermentation with 19,002 ± 0,306 g/L. In the third stage, suitable pH values for ethanol fermentation were examined, and the medium pH values were set to 5 different values: 4, 5, 6, 7, and 8. With the glucose and yeast extract medium, the highest ethanol production was obtained at pH 5 with 23,462 ± 5,401 g/L. With the molasses and peptone medium, the highest ethanol production was observed at pH 4 with 20,117± 0,292 g/L. In the final stage, the effect of fermentation temperature on ethanol fermentation was examined; with the selected carbon and nitrogen sources and pH values kept constant, ethanol fermentations were carried out in three shaking incubators at temperatures of 25°C, 30°C, and 35°C. Here as well, the most suitable temperature values were found to be 30°C for both glucose-based and molasses-based media, with ethanol productions of 23,462 ± 5,401 g/L and 20,117± 0,292 g/L, respectively. Following the completion of the optimization of fermentation parameters, the effect of the 3D materials designed within the scope of this thesis on ethanol production was investigated using optimum medium composition and fermentation parameters. For this purpose, three ethanol fermentations were carried out in a bioreactor using glucose- based and molasses-based modified media, with free cells and immobilized cells on 3D materials (cube and hexagonal structure). Here, for the glucose-based medium, the highest ethanol production was recorded in cells immobilized on cube material as 10,09 g/L. Similarly, in the molasses-based medium, the highest ethanol production was also achieved with cells immobilized on cube material at 11,4 g/L. In this thesis study, the growth curve of the Scheffersomyces stipitis NRRL YB- 1551 strain was established, followed by the determination of its suitability for ethanol production fermentations and its fermentation requirements. Carbon and nitrogen sources that enhance ethanol production performance were identified, and optimum fermentation conditions were determined by studying appropriate pH and temperature values. The data obtained as a result of this thesis study contribute to enriching the limited literature on the ethanol production performance of the S. stipitis NRRL YB-1551 strain. Furthermore, it is considered that the optimum conditions identified within the scope of this study will form a basis for future research on scale-up, process optimization, and bioethanol production from lignocellulosic raw materials, and will serve as a guide for studies in this field.
Benzer Tezler
- Keçiboynuzu ekstraktının hyaluronik asit üretiminde karbon kaynağı olarak değerlendirilmesi ve üretim şartlarının optimizasyonu
Evaluation of carob extract as a carbon source in hyaluronic acid production and optimization of production conditions
ALİ ÖZCAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gıda MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İRFAN TURHAN
- Koç boynuz peptonu ve melas kullanılarak Rhodotorula glutinis izolatı tarafından karotenoid üretimi
Carotenoid production by Rhodotorula glutinis isolate using ram horn peptone and sugar beet molasses
YAĞMUR ÜNVER
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
BiyolojiAtatürk ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESABİ BAŞARAN KURBANOĞLU
- Muz kabuğu hidrolizatının glutatyon üretiminde kullanımı
Utilization of banana peel hydrolysate in glutatyon production
MEHMET TEMÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
BiyolojiAtatürk ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESABİ BAŞARAN KURBANOĞLU
- Glukonik asit ve 5-hidroksimetil furfuralın eş zamanlı olarak üretilmesi
Co-production of gluconic acid and 5-hydroxymethyl furfural
ABDULKADİR GÜL
Doktora
Türkçe
2023
BiyomühendislikFırat ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET ŞABAN TANYILDIZI
- Hava kaldırmalı reaktörde yarrowia lipolytica ile lipid üretimi
Lipide production with yarrowia lipolytica in air-lift reactor
ATA EGE ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ