Production of enzymes for food industry via solid state fermentation and optimization of process conditions
Katı hal fermantasyonu ve proses koşullarının optimizasyonu yoluyla gıda endüstrisi için enzimlerin üretimi
- Tez No: 668652
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKEM EMRAH NİKEREL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Enzimler biyokimyasal reaksiyonları in vivo ya da in vitro hızlandıran, canlı hücreler tarafından üretilen biyokatalizörlerdir. Yiyecek, kağıt, deterjan ve ilaç gibi bir çok endüstriyel alanda kullanılırlar. Bir asit proteaz olan aspartik proteaz ve transglutaminaz, süt, et, bira ve şarap endüstrilerinde kullanımı açısından önemli enzimlerdir. Limitli GRAS doğal suşu olması ve düşük hücre dışı APaz ve TGaz üretimi bu alandaki rekombinant üretim çalışmaları için destek noktasıdır. Iyi bilinen bir heterolog protein üreticisi olan Pichia pastoris, bu enzimlerin rekombinant ifadesi için iyi bir alternatiftir. Üreticinin önemi dışında, fermantasyon süreci de enzim üretiminin iyileştirilmesinde anahtar rol oynamaktadır. Neredeyse serbest su yokluğunda yapılan katı faz fermantasyonu yüksek protein üretim oranı sağlamasıyla basit ve ucuz bir yöntem olarak değerlendirilir. Ancak katı faz fermantasyonu uygulamasında, sistemin heterolog doğasından kaynaklanan sıcaklık ve pH'nın sabit tutulması, oksijen tüketiminin geliştirilmesi gibi zorluklar vardır. Bu tezdeki çalışmalar, moleküler çalışmalar, biyoproses çalışmaları ve üretilen enzimlerin yiyecek sektörü ürünlerinde uygulanması şeklinde gruplanmıştır. Moleküler bölümünde, tasarlanan aspartik proteaz ve transglutaminaz genleri de novo sentezlenip klonlanarak metanol tarafından indüklenebilen gen ifade sistemi oluşturulmuştur. Koloni doğrulandıktan sonra, batık kültür ve katı faz fermantasyonları yapılıp büyüme hızı, üretim verimi, oxsijen tüketim ve methanol buharlaşma hızları açısından karşılaştırma yapılmıştır. Optimum koşulların bulunabilmesi için fermantasyonlar modifiye edilmiş reaktörlerde cebri havalandırma ve karıştırma uygulanmıştır. Üretilen enzim farklı gıda ürünlerinde test edilmiştir. Katı faz fermantasyonunun rekombinant enzim üretimi için gelecek vaat ettiği ve batık kültür fermantasyonuna göre oksijen alım hızının daha yüksek olduğu gösterilmiştir. Karmaşık besi yeri kullanıldığında iki rekcombinant enzim de başarılı bir şekilde üretilmiştir ancak kimyasal bileşimi tanımlı besi yeri kullanıldığında ise sadece katı faz fermantasyonunda yüksek titrede elde edilebilmiştir.
Özet (Çeviri)
Enzymes are biocatalysts, accelerating biochemical reactions in vivo or in vitro, with a wide range of applications in different industries like food, feed, detergent, paper, and pharmaceuticals. Aspartic protease, an acid protease, and Transglutaminase are important enzymes for the food industry, like milk, meat, brewery, and wine industries. Limited GRAS native strain and low extracellularly produced APase and TGase, makes the research for recombinant alternatives imperative. Pichia pastoris a well-known yeast host for heterologous protein production is a good alternative for recombinant expression of these enzymes. Once the production host is selected, the determination of fermentation steps is the key in enzyme production. Solid-state fermentation (SSF), which is performed in the nearabsence of free water is considered to be a cheap and simple process with high protein titers. Despite being a promising process option, SSF presents several challenges, primarily because of its heterologous nature, e.g., maintaining fermentation temperature and pH constant, enhancing oxygen consumption, and homogeneous nutrient distribution. Addressing these challenges constitutes the main theme of this thesis. This thesis covers molecular work, optimization of production via SSF of the two target enzymes, and application of these in various food processes. The molecular work covers the design, de novo synthesis and cloning, and construction of methanol inducible system with P. pastoris as host. Once the host is obtained, a series of submerged (SmF) and solid-state fermentation (SSF) were conducted to comparatively analyze growth and production yields as well as oxygen consumption and methanol evaporation rates. To find optimum conditions, SSF in a modified reactor with forced aeration and forced stirring were performed. The produced enzyme is tested in the different food products. SSF process is verified to be promising conditions for recombinant enzyme production, during which high cell density are reached. A higher oxygen uptake rate was proved by results compared with SmF. Both recombinant enzymes were successfully expressed when the complex medium was used. While, when the defined medium was used the production was in good titer only in the SSF process.
Benzer Tezler
- Torefiye edilmiş orman, deniz ve tarımsal biyokütle numuneleri kullanılarak atık sudan kurşun, krom ve kadmiyum giderimi
Removal of l ead, chrome and cadmium from waste water using torified forest, marine and agricultural biomass samples
BUĞRA BİRGİLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Valorization of industrial food wastes by production of phenolic antioxidants via fermentation with newly isolated Aspergillus spp.
Endüstriyel gıda atıklarının yeni izole edilmiş Aspergillus spp. ile fermantasyonu yoluyla fenolik antioksidanların üretiminde değerlendirilmesi
ZEHRA GÜLSÜNOĞLU
Doktora
İngilizce
2019
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERAL KILIÇ AKYILMAZ
DOÇ. DR. HATİCE FUNDA KARBANCIOĞLU GÜLER
- Çapraz bağlı etoksile akrilat reçinesine enzim immobilizasyonu
Enzyme immobilization on cross-linked ethoxylate achrylate resin
GAREN KARABURUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
BiyokimyaMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EFE BATURHAN ORMAN
PROF. DR. AYŞE OGAN
- Effect of silanization agent on the immobilization of lipase on a silica-based support material
Silika bazlı taşıyıcıya lipaz immobilizasyonunda silanlama ajanının etkisi
YASEMİN KAPTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Ca-D(-)-lactate production from orange bagasse via enzymatic hydrolysis and fermentation
Atık portakal posasından enzimatik hidroliz ve fermentasyon ile D-kalsiyum laktat üretimi
SAADET FATMA BALTACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALUK HAMAMCI