Immobilization of Actinobacillus succinogenes by using alginate for succinic acid production from dairy wastes
Aljinat kullanılarak immobilize edilmiş Actinobacillus succinogenes ile süt endüstrisi atıklarından süksinik asit eldesi
- Tez No: 720386
- Danışmanlar: PROF. DR. DENİZ ÇEKMECELİOĞLU, PROF. DR. HALUK HAMAMCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Süksinik asit, çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılan çok yönlü bir organik asittir. Süksinik asidin biyoteknolojik üretimi, son yıllarda fosil yakıtlara dayalı kimyasal üretime verimli bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, günümüzde süksinik asit üretiminde petro bazlı kimyasal prosesi tamamen değiştirmek ve çevre dostu az maliyetli üretime geçebilmek için birtakım zorlukların giderilmesi gerekmektedir. Başlıca engellerden biri, çoğunlukla rafine şeker kullanımıyla bağlantılı olan üretim maliyetlerini azaltmaktır. Mevcut çalışma, süt atıkları gibi ucuz ve yenilenebilir kaynaklara dayalı sürdürülebilir ve uygun maliyetli mikrobiyal üretim sürecinin geliştirilmesine odaklanmaktadır. Çalışmada endüstride büyük bölümü atık olarak kullanılan peynir yapım sürecinin bir yan ürünü peynir altı suyu, potansiyel bir fermentasyon hammaddesi olarak tanımlanmış ve süksinik asidin biyolojik üretimi için ucuz karbon kaynağı olarak kullanılmıştır. En verimli doğal süksinik asit üreten suşlardan biri olan Actinobacillus succinogenes, peynir altı suyundan süksinik asidin fermentatif üretiminde kullanılmıştır. Sistemin geliştirilerek yüksek süksinik asit verimi elde edilmesi ve üretim hızının arttırılması amaçlanarak A. succinogenes hücreleri aljinat boncukları içerisinde immobilize edilmiştir. Peynir altı suyundan süksinik asit üretimi, A. succinogenes'in hem immobilize hem de serbest hücreleri ile çalışılmıştır. Prosesin verimliliğini karşılaştırmak için, fermentasyonlarda substrat olarak peynir altı suyu dışında saf glikoz ve laktoz kullanılmıştır. Proses optimizasyonu, farklı nötralize edici ajanların, dolaylı CO2 kaynaklarının ve fermantasyonlarda çeşitli başlangıç şeker konsantrasyonlarının denenmesiyle gerçekleştirilmiştir. Sistem verimliliğini daha da artırmak için, aljinat boncuklarının dayanıklılığı, immobilizasyon prosedüründe aljinat-peynir altı suyu karışımı kullanılarak geliştirilmiştir. Çalışmada fermantasyonlar kesikli, tekrarlı kesikli ve sürekli olmak üzere üç farklı çalışma modunda gerçekleştirilmiştir. Peynir altı suyu, laktoz ve glikoz kullanılarak gerçekleştirilen serbest hücreli kesikli fermantasyonlarda en yüksek süksinik asit üretimi peynir altı suyundan (24.9 g L-1) 35 g L-1 başlangıç laktoz konsantrasyonu ile elde edilmiştir. İmmobilize kesikli fermentasyonlardan peynir altı suyu ile %74.9 verim ve 1.09 g L-1 s-1 üretim hızı elde edilmiştir. Peynir altı suyu ile aynı immobilize boncuklar kullanılarak 5 tekrarlı döngüde (144 saat) gerçekleştirilen tekrarlı kesikli fermantasyonlar sonucunda 0.89 g L-1 h-1 üretim hızı sağlanmıştır. Peynir altı suyu ve immobilize hücrelerle sürekli fermantasyonlar ile 13 günlük proses sonucu maksimum 0.84 g g-1 süksinik asit verimi elde edilmiştir. Bu araştırmadan elde edilen sonuçlara dayanarak, A. succinogenes'in aljinat-peynir altı suyu karışımı ile immobilize edilmesinin etkili bir teknik olduğu ve peynir altı suyunun süksinik asit üretimi için değerli bir kaynak olduğu gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Succinic acid is a highly versatile building block that is used in a wide range of industrial applications. The biological production of succinic acid has emerged in the last years as an efficient alternative to the chemical production based on fossil fuels. However, in order to fully replace the competing petro-based chemical process from which it has been produced so far, some challenges remain to be surpassed. In particular, one main obstacle would be to reduce its production costs, mostly associated to the use of refined sugars. The present work is focused on the development of a sustainable and cost-effective microbial production process based on cheap and renewable resources, such as dairy wastes. Hence, cheese whey, which is a by-product of cheese making process that mostly unutilized and disposed as a waste in industry, were identified as promising feedstock and used as inexpensive carbon sources for the bioproduction of succinic acid. Actinobacillus succinogenes, one of the best natural succinic acid producing strains, has employed in the fermentative production of succinic acid from cheese whey. Aiming at obtaining high succinic acid yield and production rate, Actinobacillus succinogenes cells were immobilized in alginate beads. The production of succinic acid from cheese whey, was studied both with immobilized and free cells of Actinobacillus succinogenes. In order to compare the efficiency of the process, pure glucose and lactose were also used as substrates in fermentations. Process optimization was conducted by the trial of different neutralizing agents, indirect CO2 sources and varied initial sugar concentrations in fermentations. To improve the system efficiency even further, durability of alginate beads was assessed and improved by using an alginate-whey mixture in immobilization procedure. In the study, fermentations were performed under three operation modes namely; batch, repeated-batch and continuous. Batch fermentations with free cells were conducted using cheese whey, lactose and glucose, highest succinic acid production was achieved with cheese whey (24.9 g L-1) with 35 g L-1 starting lactose concentration. From immobilized batch fermentations, 74.9% yield and 1.09 g L-1 h-1 of productivity was achieved with cheese whey. Repeated-batch fermentations conducted with whey using the same beads in 5 repeated cycles (144 h) and 0.89 g L-1 h-1 of productivity was achieved. For continuous fermentations with whey and immobilized cells, maximum 0.84 g g-1 succinic acid yield was achieved in a 13 days of operation. Based on the results obtained from this research, it was suggested that immobilizing A. succinogenes with alginate-whey mixture is an effective technique and cheese whey is a valuable resource for the production of succinic acid.
Benzer Tezler
- Laktaz enziminin immobilizasyonu
Immobilization of lactase enzyme
ONUR SARSAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
BiyokimyaMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE OGAN
DOÇ. DR. SERAP DEMİR
- Immobilization of lipase enzyme onto precipitated silica and synthesis of polycaprolactone
Lipaz enziminin çöktürülmüş silika üzerine immobilizasyonu ve polikaprolakton sentezi
NUREFŞAN GÖKALP
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Kuartz kristal yüzeyine protamin immobilizasyonu
Immobilization of protamine to the surface of quartz crystal
SEMİHA İREM AKAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
BiyomühendislikBaşkent ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KOCAKULAK
- Üreaz enziminin Ca-Alginat üzerine immobilizasyon koşullarının incelenmesi
Investigation of immobilization conditions of Urease on Ca-Alginate
DİLA ÖRNEK ACAR
- Lipaz enziminin immobilizasyonu ve aromatik esterlerin sentezinde kullanımı
Immobilization of lipase enzyme and using for production of flavor esters
ESRA GEZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
BiyokimyaMustafa Kemal ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÜL ÖZYILMAZ