Valorisation of whey components via enzymatic ceramic membranes for biopolymer synthesis and bio-based nanofiber membrane fabrication

Enzimatik seramik membranlar ile peynir altı suyu bileşenlerinin biyopolimer sentezi ve biyo-nanolif membran üretimi için değere dönüştürülmesi

Tez No: 947934
Yazar: SAMA ALI QAHTAN AL-MUTWALLI
Danışmanlar: DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER, PROF. DR. FRANK LİPNİZKİ
Tez Türü: Doktora
Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2025
Dil: İngilizce
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Çevre Biyoteknolojisi Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: 159

Özet

Fosil kökenli polimerlere olan küresel bağımlılık, biyolojik olarak parçalanamayan plastik atıkların büyük miktarda birikmesine neden olmuş ve hem karasal hem de sucul ekosistemler için ciddi çevresel riskler oluşturmuştur. Günümüzde yılda 350 milyon tondan fazla plastik üretilmekte olup, yetersiz geri dönüşüm ve atık yönetim altyapısı nedeniyle bu miktarın önemli bir kısmı ya düzenli depolama sahalarına ya da okyanuslara ulaşmaktadır. Bu fosil bazlı polimerlerin önemli bir bölümü ise, gıda ve içecek endüstrisi, biyoteknoloji, ilaç üretimi, su ve atıksu arıtımı ile hava filtrasyonu gibi çok çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılan membran üretiminde kullanılmaktadır. Çevresel sürdürülebilirliğe yönelik artan küresel farkındalık doğrultusunda, membran üretiminde yenilenebilir biyolojik kaynaklardan sentezlenen biyopolimerlerin daha sürdürülebilir bir alternatif olarak kullanımına yönelik bir eğilim gelişmiştir. Membran türleri arasında, yüksek yüzey alanı, gözeneklilik ve yapısal ayarlanabilirlik özellikleri sayesinde elektro-eğirme tekniğiyle üretilen nanolif membranlar, biyopolimer kullanımına en uygun sistemler arasında yer almaktadır. Bu bağlamda, endüstriyel gıda atık akışları, yenilenebilir biyopolimerlerin üretimi için umut vadeden kaynaklar olarak öne çıkmakta olup, özellikle peynir altı suyu hem bol miktarda üretimi hem de düşük değerli kullanımıyla dikkat çeken bir hammaddedir. Peynir üretimi sırasında sütün pıhtılaştırılmasıyla ortaya çıkan peynir altı suyu, dünya genelinde yıllık 180 milyon tonun üzerinde bir üretim hacmine sahiptir. Besin içeriği yüksek olmasına rağmen, peynir altı suyunun büyük bir kısmı yeterli şekilde değerlendirilememekte veya uygun olmayan şekillerde bertaraf edilmekte, bu da yüksek kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) nedeniyle çevresel yük oluşturmaktadır. Bununla birlikte, peynir altı suyunun biyokimyasal bileşimi, biyoteknolojik süreçlerle değerlendirilebilmesi açısından önemli fırsatlar sunmaktadır. Peynir altı suyunda baskın karbonhidrat olan laktoz, enzimatik olarak glukoz ve galaktoza hidrolize edilebilmektedir. Elde edilen şeker açısından zengin permeat, ardından fermantasyon sürecine alınarak uçucu yağ asitlerine (VFA'lar), örneğin asetat ve propiyonata dönüştürülebilir. Bu asitler, karışık mikrobiyal kültürlerde poli(hidroksialkanoat) (PHA) biyosentezi için anahtar öncüller olarak görev yapmaktadır. Aynı zamanda, protein açısından zengin olan peynir altı suyu fraksiyonu geri kazanılarak işlevsel malzemelere dönüştürülebilir. Özellikle, geri kazanılmış peynir altı suyu proteinlerinin PHA'lar ile birleştirilmesi, elektro-eğirme yoluyla biyo-bazlı nanolif membranların üretimini mümkün kılmakta ve böylece peynir altı suyu türevli kaynakların değer zincirini genişletmektedir. Peynir altı suyu bileşenlerinin etkili bir şekilde ayrıştırılması ve dönüştürülmesi için immobilize enzimatik membranların kullanımı yenilikçi ve bütünleşik bir yaklaşım olarak öne çıkmaktadır. β-galaktozidaz enziminin membran yüzeyine immobilize edilmesi, filtrasyon sırasında laktozun yerinde hidrolizini sağlarken aynı zamanda proteinlerin moleküler ağırlık farkıyla tutulmasına olanak tanımaktadır. Bu çift işlevli sistem, enzimatik dönüşüm ve membran separasyonunu tek bir adımda birleştirerek işlem verimliliğini artırmaktadır. Seramik membranlar, yüksek mekanik ve kimyasal kararlılıkları, geniş pH ve sıcaklık aralığında çalışabilmeleri, düşük kirlenme eğilimleri ve kolay temizlenebilirlikleri nedeniyle bu tür uygulamalar için oldukça avantajlıdır. Bu tez çalışması, peynir altı suyunun enzimatik hidroliz, bileşen ayrımı, mikrobiyal fermantasyon ve sürdürülebilir malzeme geliştirme adımlarını kapsayan kapsamlı ve bütüncül bir değerlendirme yaklaşımı sunmaktadır. Çalışmanın merkezinde, protein geri kazanımı ve laktoz hidrolizini eşzamanlı gerçekleştiren immobilize enzimatik seramik membran sisteminin geliştirilmesi yer almaktadır. Bu sistemden elde edilen şekerler, daha sonra VFA üretimi amacıyla fermantasyona tabi tutulmuş ve ardından PHA üretimi için karbon kaynağı olarak kullanılmıştır. Ek olarak, geri kazanılan peynir altı suyu proteinleri ve PHA'lar kullanılarak biyo-bazlı nanolif membranlar üretilmiş, böylece kapalı döngü bir değerleme yaklaşımı ortaya konmuştur. Deneysel çerçeve, ileri membran biyoreaktör teknolojisine katkı sağlamanın yanı sıra biyokataliz, kaynak geri kazanımı ve yeşil malzeme mühendisliğini bütünleştirerek döngüsel ekonomi modeline geçişi desteklemektedir. Çalışmanın ilk aşamasında, laktozun hidrolizinden sorumlu olan β-galaktozidaz enzimi, moleküler ağırlık kesim noktası (MWCO) 15 kDa olan ticari seramik ultrafiltrasyon (UF) membranlarına immobilize edilmiştir. Bu membranlar, aktif tabaka olarak zirkonyum dioksit ve destek tabaka olarak titanyum dioksit içermekte olup, tübüler ve disk olmak üzere iki farklı geometriye sahiptir. Enzim immobilizasyonu, jelatin ve glutaraldehit içeren çapraz bağlama yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. İşlem, filtrasyon yoluyla jelatin kaplaması ile başlamakta, ardından glutaraldehit ile çapraz bağlama yapılmakta ve son olarak β-galaktozidaz enzimi membrana bağlanmaktadır. Immobilizasyon verimini artırmak ve enzim aktivitesini korumak amacıyla membran geometrisi, tampon tipi ve pH değeri, jelatin ve enzim konsantrasyonları gibi parametreler optimize edilmiştir. Sonuçlar, disk tipi seramik membranların tübüler yapıdan daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymuş, %63'e varan immobilizasyon verimi ve %93'e ulaşan laktoz hidroliz verimi elde edilmiştir. Enzim ve jelatin çözeltileri için sodyum asetat (pH 4.8) ve glutaraldehit için sodyum fosfat (pH 7.5) tamponlarının kullanımı çapraz bağlamayı önemli ölçüde iyileştirmiştir. Optimum koşullar 0.1 g/L jelatin ve 5 g/L enzim ile sağlanırken, daha yüksek jelatin konsantrasyonlarının membran gözeneklerine enzim geçişini engellediği ve bağlanma etkinliğini düşürdüğü görülmüştür. İmmobilize enzimatik membran hazırlandıktan sonra, hem sentetik hem de gerçek asidik peynir altı suyu kullanılarak sistemin çift işlevselliği test edilmiştir. Membran, konsantre akımda proteinleri etkin şekilde tutarken, permeat akımında laktozun hidrolizini sağlamıştır. Model sistem olarak 3 g/L protein ve 30 g/L laktoz içeren sentetik peynir altı suyu ve 3.1 g/L protein ile 38.2 g/L laktoz içeren, pH'ı yaklaşık 4.8 olan gerçek peynir altı suyu kullanılmıştır. Protein reddi oranı sentetik peynir altı suyunda %89, gerçek peynir altı suyunda ise %83 olarak belirlenmiştir. Laktoz hidroliz verimi sırasıyla %85 ve %72 olarak bulunmuş, permeat çözeltilerinde glukoz ve galaktoz konsantrasyonları yüksek seviyelere ulaşmıştır. Membran tıkanması sodyum hidroksit ve fosforik asit içeren temizlik protokolleri ile giderilmiş, membrane geçirgenliği başlangıç değerinin %90'ından fazlasına geri kazandırılmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri, filtrasyon öncesi ve sonrası yüzey morfolojisindeki değişiklikleri ortaya koymuş, enzimatik ve yalın membranlar arasında belirgin kirlenme desenleri gözlemlenmiştir. Glukoz ve galaktoz içeren bu permeat çözeltisi, ardından uçucu yağ asitleri (VFA) üretimi amacıyla anaerobik fermantasyona tabi tutulmuştur. Fermantasyon süreci, VFA verimini optimize etmek amacıyla farklı inokulumlar, pH seviyeleri, inkübasyon süreleri ve gıda/mikroorganizma (F/M) oranları kullanılarak kesikli reaktörlerde gerçekleştirilmiştir. İki farklı inokulum test edilmiştir: biri patates işleme atık suyunu arıtan bir fermentörden (In1), diğeri ise evsel atıksu arıtımı yapan bir UASB reaktöründen (In2) elde edilmiştir. Alkali koşullara adapte edilmiş olan In1 inokulumu, fermentatif bakteriler açısından daha zengin mikrobiyal topluluğa sahip olduğu için daha yüksek VFA üretimi gerçekleştirmiştir. İlk pH değeri 9.0 olan alkali koşullar, VFA üretimini belirgin şekilde artırırken, pH 4.8 gibi asidik ortamlar verimde önemli düşüşe neden olmuştur. En yüksek VFA üretimi, 35°C'de üç günlük inkübasyon sonunda ve 1.0 gKOİ/gVS F/M oranında elde edilmiştir. Bu süreçte dışarıdan herhangi bir besin maddesi eklenmemiş, yalnızca hidrolize peynir altı suyu permeatında bulunan doğal besinler kullanılmıştır. Bu bulgular, enzimatik olarak işlenmiş peynir altı suyunun uçucu yağ asitlerinin biyolojik üretimi için maliyet etkin bir karbon kaynağı olduğunu açıkça ortaya koymuştur. Fermantasyon aşamasında elde edilen VFA'lar, daha sonra poli(hidroksialkanoat) (PHA) üretiminde karbon kaynağı olarak değerlendirilmiştir. Bu amaçla kullanılan ardışık kesikli reaktör (SBR) sistemi, toplam altı ay boyunca 2 L çalışma hacminde işletilmiştir. Reaktöre hem sentetik hem de gerçek VFA çözeltileri beslenmiştir. Sentetik VFA çözeltisi, %90 asetik asit ve %10 propiyonik asit içerirken, gerçek VFA çözeltisi fermantasyondan elde edilmiş olup benzer asit bileşimine sahiptir. Reaktör, bir belediye atıksu arıtma tesisinden alınan aktif çamur ile inoküle edilmiş ve 18 ± 2°C sıcaklıkta çalıştırılmıştır. PHA birikimini artırmak amacıyla azot sınırlaması uygulanmış, ancak gerekli makro ve mikro besinler sağlanmıştır. Her bir reaktör çevrimi; dolum, havalandırma, reaksiyon, çamur uzaklaştırma, çökelme ve dekantasyon adımlarından oluşmuş ve bu sayede hücre içi karbon depolama kapasitesine sahip mikroorganizmaların seçici olarak zenginleştirilmesi sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, gerçek VFA çözeltilerinin, sentetik çözeltilerle karşılaştırılabilir düzeyde PHA üretimine olanak verdiğini ortaya koymuş ve atık bazlı substratların biyopolimer üretiminde kullanılabilirliğini doğrulamıştır. En yüksek PHA birikimi, 500 mgKOİ/L KOİ konsantrasyonunda gözlenmiş ve sentetik VFA için 0.25 mgPHA/mgVS, gerçek VFA için ise 0.26 mgPHA/mgVS düzeyinde bulunmuştur. Reaktör çevrim süresi kısaltıldığında gerçek VFA ile üretilen PHA miktarı 0.43 mgPHA/mgVS'ye ulaşmıştır. Reaktör çevrimi boyunca yapılan izlemeler, substrat tüketimi ve polimer sentezinin dinamiklerini ortaya koymuştur. Çalışmanın son aşamasında, elde edilen PHA'ların ekstraksiyonu ve saflaştırılması gerçekleştirilmiştir. Geleneksel olarak kullanılan ve çevresel açıdan riskli olan kloroform gibi çözücüler yerine, bu çalışmada çevre dostu bir alternatif olan dimetil karbonat (DMC) tercih edilmiştir. Önce dondurarak kurutulan biyokütle, 90°C'de 90 dakika boyunca DMC ile muamele edilmiş ve ardından PHA etanol ile çöktürülerek izole edilmiştir. Polimer ekstraksiyonuna ek olarak, çalışmada peynir altı suyu proteinleri ve PHA kullanılarak nanolifli membran üretimi de gerçekleştirilmiş ve böylece malzeme döngüsünün kapatılması hedeflenmiştir. Polimerik çözeltiler, polivinil alkol (PVA) ile ticari veya geri kazanılmış peynir altı suyu proteinlerinin karıştırılmasıyla hazırlanmış ve elektro-eğirme süreci, homojen, kusursuz lifler elde etmek amacıyla optimize edilmiştir. Akış hızı, gerilim ve iğne-toplayıcı mesafesi gibi parametreler, lif morfolojisini etkileyen önemli faktörler olarak kontrol altında tutulmuştur. Daha sonra elde edilmiş nanolif membranlar, vakum destekli filtrasyon yöntemi ile PHA ile kaplanmıştır. Bu kaplama işlemi, membranın yapısal kararlılığını, hidrofobikliğini ve çevresel uygulamalarda (örneğin filtrasyon veya adsorpsiyon) kullanım potansiyelini artırmıştır. Çalışma boyunca kullanılan karakterizasyon teknikleri, süreç performansını ve malzeme özelliklerini doğrulamak amacıyla geniş bir yelpazeyi kapsamıştır. Laktoz, glukoz, galaktoz, VFA ve PHA konsantrasyonlarının tayininde yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) kullanılmıştır. Protein analizleri Lowry yöntemi ile gerçekleştirilmiş; nanolif membran yapılarının morfolojik değerlendirmeleri ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile yapılmıştır. Ayrıca, üretilen biyo-bazlı membranların kimyasal fonksiyonel grupları Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ile belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, peynir altı suyunun immobilize enzimatik seramik membran sistemi ile değerlendirilmesine yönelik yenilikçi ve entegre bir yaklaşım ortaya koymaktadır. Yerinde laktoz hidrolizi ve eş zamanlı protein konsantrasyonu sayesinde, sistem hem peynir altı suyu bileşenlerinin etkin ayrıştırılmasını hem de kaynak geri kazanımını mümkün kılmıştır. Hidrolize edilen laktoz, anaerobik fermantasyon yoluyla başarıyla VFA'lara dönüştürülmüş ve bu ürünler PHA biyosentezinde substrat olarak kullanılmıştır. Ayrıca geri kazanılan protein fraksiyonu, biyo-bazlı nanolif membran üretiminde değerlendirilmiş ve sürdürülebilir membran üretimi için peynir altı suyu türevli malzemelerin potansiyeli gösterilmiştir. Bu süreçlerin tamamı, yalnızca peynir altı suyu bertarafının çevresel etkilerini azaltmakla kalmayıp, aynı zamanda yeşil biyoteknolojik platformların ve sürdürülebilir polimer geliştirme stratejilerinin ilerlemesine katkı sunan kapalı döngü bir model ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

The widespread use of fossil-based polymers has led to the accumulation of persistent plastic waste, posing significant environmental risks to land and marine ecosystems. Over 350 million tons of plastic are produced each year, much of which ends up in landfills or aquatic environments due to inadequate waste management. A considerable portion of these polymers is used in membrane fabrication, a technology essential across industries such as food processing, biotechnology, pharmaceuticals, water treatment, and air purification. With the rising global emphasis on sustainability, there is increasing interest in replacing petroleum-based materials with bio-based polymers—renewable, biodegradable alternatives that offer reduced environmental impact. Among these, nanofiber membranes produced via electrospinning are particularly suitable for biopolymer integration due to their high surface area and tunable structure. Industrial food waste streams, especially cheese whey, represent a promising source for bio-based polymer production. Whey is abundantly available, yet often underutilized despite its high lactose and protein content. Through enzymatic hydrolysis, lactose can be converted into glucose and galactose, which are subsequently fermented into volatile fatty acids (VFAs), precursors for polyhydroxyalkanoates (PHAs). Meanwhile, the protein fraction can be recovered and incorporated into nanofiber membranes, extending the value of this by-product. To enable effective component separation and transformation, immobilized enzymatic membranes, particularly those using β-galactosidase on ceramic supports, offer a dual-function system that combines lactose hydrolysis with protein retention in a single, efficient step. Their mechanical robustness and chemical stability make ceramic membranes ideal for sustainable, integrated whey valorization processes. This thesis presents a comprehensive and integrated approach to cheese whey valorization, encompassing enzymatic hydrolysis, component separation, microbial fermentation, and sustainable material development. At the core of this research is the development of an immobilized enzymatic ceramic membrane system that enables the simultaneous recovery of proteins and hydrolysis of lactose, followed by the conversion of the resulting sugars into VFAs, which are subsequently utilized as feedstock for PHA production. Additionally, the study explores the fabrication of bio-based nanofiber membranes using recovered whey protein (WP) and PHAs, thereby demonstrating a closed-loop valorization pathway. The experimental design contributes meaningfully to advancements in membrane bioreactor technology and supports the broader transition toward circular bioeconomy systems by integrating biocatalysis, resource recovery, and green material engineering. The first phase of the study focused on the immobilization of β-galactosidase, an enzyme responsible for lactose hydrolysis, onto commercial ceramic ultrafiltration (UF) membranes with a molecular weight cut-off (MWCO) of 15 kDa. The membranes were composed of zirconium dioxide (ZrO2) as the active layer and titanium dioxide (TiO2) as the support, available in two configurations: tubular and disc modules. Enzyme immobilization was performed through a well-established crosslinking method involving gelatin and glutaraldehyde. The process began with gelatin coating by filtration to introduce amine functional groups, followed by crosslinking with glutaraldehyde, and finally, the binding of β-galactosidase. Several experimental parameters were optimized to maximize immobilization efficiency and maintain enzyme activity. These included membrane geometry, buffer type and pH, as well as the concentrations of gelatin and enzyme. The results showed that the disc ceramic membrane (DCM) outperformed the tubular configuration, with immobilization efficiency reaching up to 63% and lactose hydrolysis efficiency peaking at 93%. The use of sodium acetate (SA) buffer (pH 4.8) for enzyme and gelatin solutions, and sodium phosphate (SP) buffer (pH 7.5) for glutaraldehyde, significantly enhanced the crosslinking reaction. Optimal conditions were achieved with 0.1 g/L gelatin and 5 g/L enzyme, while higher gelatin concentrations were found to obstruct enzyme penetration into membrane pores, thus reducing effective binding and activity. Once the immobilized enzymatic membrane was prepared, its dual functionality was assessed using both synthetic and real acidic cheese whey. The membrane effectively retained protein in the concentrate stream while facilitating lactose hydrolysis in the permeate stream. Synthetic whey containing 3 g/L protein and 30 g/L lactose was used as a model system, while real whey contained 3.1 g/L protein and 38.2 g/L lactose, with acidic pH of approximately 4.8. The results demonstrated high protein rejection of approximately 89% for synthetic whey and 83% for real whey. Lactose hydrolysis efficiency reached 85% and 72% for synthetic and real whey, respectively, in streams rich in glucose and galactose. Membrane fouling was addressed through cleaning protocols involving sodium hydroxide and phosphoric acid. The cleaning process successfully restored membrane flux to over 90% of the original water permeability, indicating the robustness and reusability of the immobilized system. Scanning electron microscopy (SEM) images provided visual confirmation of the surface changes before and after filtration, revealing distinctive fouling patterns between bare and enzymatic membranes. The permeate solution, containing hydrolyzed lactose in the form of glucose and galactose, was subsequently subjected to anaerobic fermentation for VFA production. The fermentation process was carried out in batch reactors using different inocula, pH levels, incubation durations, and food-to-microorganism (F/M) ratios to determine the optimal conditions for VFA yield. Two inocula were tested: one obtained from a fermenter treating potato wastewater (In1), and another from a upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor processing domestic wastewater (In2). Inoculum In1, adapted to alkaline conditions, exhibited superior acidogenic activity, producing higher VFA concentrations due to a microbial community enriched with fermentative bacteria. It was observed that alkaline conditions (initial pH 9.0) significantly enhanced VFA production, while acidic conditions (pH 4.8) led to a marked decline in yield. The optimal VFA production was achieved at 35°C after three days of incubation, with an F/M ratio of 1.0 gCOD/gVS. The process required no external nutrient supplementation, relying solely on the nutrients in hydrolyzed whey permeate. These findings underscored the potential of the enzymatically treated whey as a cost-effective substrate for the bioproduction of VFAs. The VFAs generated from the fermentation stage were then employed as carbon sources for PHA biosynthesis using a sequencing batch reactor (SBR) system. The SBR was operated for six months in total with a working volume of 2 L and was fed with both synthetic and real VFA solutions. The synthetic VFA mixture consisted of 90% acetic acid and 10% propionic acid, while the real VFA was derived from the fermented whey permeate containing similar VFA composition. The reactor was inoculated with activated sludge from a municipal wastewater treatment plant and maintained at an average of 18 ± 2°C. PHA accumulation was favored by limiting nitrogen availability while supplying essential macro- and micronutrients. The reactor cycles were designed to include filling, aeration, reaction, sludge wasting, settling, and decanting, allowing the selective enrichment of microbial populations capable of intracellular carbon storage. The results indicated that real VFAs supported comparable PHA yields to those achieved with synthetic VFAs, confirming the viability of waste-derived substrates. Maximum PHA accumulation was observed at a chemical oxygen demand (COD) concentration of 500 mg/L and was found as 0.25 and 0.26 mgPHA/mgVS for synthetic and real VFA, respectively. On the other hand, the PHA was increased when the real VFA was used for a short cycle and 0.43 mgPHA/mgVS was achieved. In-cycle tests revealed the dynamics of substrate uptake and polymer synthesis over time. In the final stage of the study, the solid biomass containing accumulated PHAs was subjected to extraction and purification. Unlike traditional solvent-based methods using chloroform, which are environmentally hazardous, this study employed dimethyl carbonate (DMC) as a green alternative. Freeze-dried biomass was treated with DMC at 90°C for 90 minutes, followed by PHA precipitation using ethanol. In addition to polymer extraction, the study explored the fabrication of nanofiber membranes using WP and PHA, thereby closing the loop on material reuse. Polymeric solutions were prepared by blending polyvinyl alcohol (PVA) with both commercial and recovered WP, and the electrospinning process was optimized to achieve uniform, defect-free fibers. Parameters such as flow rate, voltage, and needle-collector distance were carefully controlled to influence fiber morphology. Subsequently, the electrospun membranes were coated with PHA using a vacuum-assisted filtration method. The incorporation of PHA improved membrane stability, hydrophobicity, and potential functionality for environmental applications such as filtration or adsorption. As a conclusion, this study demonstrates a novel and integrated approach for the valorization of cheese whey through the development and application of an immobilized enzymatic ceramic membrane. By coupling in-situ lactose hydrolysis with protein concentration, the process efficiently separates key whey components while enhancing resource recovery. The hydrolyzed lactose was successfully converted into VFAs via anaerobic fermentation, which were subsequently utilized as substrates for PHA biosynthesis. Additionally, the recovered protein fraction was employed in the fabrication of bio-based nanofiber membranes, illustrating the potential of whey-derived materials for sustainable membrane production. Together, these processes represent a closed-loop, circular strategy that not only mitigates the environmental burden of whey disposal but also contributes to the advancement of green biotechnological platforms and sustainable polymer development.

Benzer Tezler

Tez No
711237
Yapı kimyasalları üretimine yönelik biyolojik tabanlı katkı malzemelerinin hazırlanması ve uygulamaları
Preparations and applications of bio – based additives for building chemicals production
FULYA MEMİOĞLU
Doktora
Türkçe
2021
Biyoteknoloji Ege Üniversitesi
Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT ELİBOL
Tez No
915605
Soğuk preslenmiş ayçiçeği posası ile beyaz veya kaşar peynir altı suyundan enzimatik hidrolizle hazırlanan protein hidrolizatlarının biyoaktif özelliklerinin belirlenmesi ve model gıda ürünlerinde değerlendirilmesi
Determination of bioactive properties of protein hydrolysates prepared by enzymatic hydrolysis from cold pressed sunflower meal and white or cheddar cheese whey and evaluation in model food products
MERVE GENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Gıda Mühendisliği İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi
Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM GÜLSEREN
Tez No
793877
Valorization of black chokeberry waste as a potential source of bioactive compounds: Their identification, microencapsulation and impact on the human gut microbiota
Biyoaktif bileşiklerin potansiyel bir kaynağı olarak siyah aronya atığının değerlendirilmesi: Tanımlanması, mikrokapsüllenmesi ve insan bağırsak mikrobiyotasi üzerindeki etkisi
GİZEM ÇATALKAYA
Doktora
İngilizce
2022
Gıda Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
Tez No
444973
Zeytinyağı işletme atığının biyoproseslerde hammadde olarak değerlendirilmesi
Valorisation of olive mill waste in bioprocesses as a feedstock
İDİL GÜLTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Biyomühendislik Ege Üniversitesi
Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT ELİBOL
Tez No
804333
Valorisation of grape juice wastes to produce citric acid by Aspergillus niger
Aspergillus niger tarafından sitrik asit üretimi için üzüm suyu atıklarının değerlendirilmesi
ECE KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Biyomühendislik Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE İMGE OKTAY BAŞEĞMEZ

Geri Dön