Geri Dön

Atık su ortamında yetiştirilen Scenedesmus aequicaudatus alginin biyokimyasal ve biyolojik aktivitelerinin belirlenmesi

Determination of biochemical and biological activities of Scenedesmus aequicaudatus algae cultivated in wastewater environment

PDF İndir

  1. Tez No: 956138
  2. Yazar: SONER ATİK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TUĞBA ONGUN SEVİNDİK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyoloji, Biology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Sakarya Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 93

Özet

Çeşitli atıksular (evsel, endüstriyel ve tarım kaynaklı) ve substratlar (süt atıkları, peynir ve şeker fabrikalarının atıkları), mevcut su rezervlerini korumak ve kullanılan kimyasalların maliyetini minimuma düşürmek için alg yetiştiriciliğinin yapıldığı ortamlar olarak kullanılmaktadır. Alg yetiştiriciliği ile biyokütle elde edilmesi için temel ihtiyaçlar; yüksek miktarda enerji, su ile karbondioksit, makro ve mikro besin tuzları şeklinde sıralanabilmektedir. Algal biyokütle üretiminden ekonomik fayda sağlanabilmesi için, üretim sürecinde kullanılan girdilerin düşük maliyetli olması ve elde edilmesi hedeflenen ham maddenin ticari ölçekte uygun fiyatla üretilebilmesi gerekmektedir. Mikroalg biyokütlesi üretiminde kullanılan yönteme bağlı olarak maliyetin kilogram başına yaklaşık 20 ila 200 dolar arasında değiştiği tahmin edilmektedir. Bu nedenle, son yıllarda gerçekleştirilen araştırmalarda besin tuzu maliyetlerini düşürmek amacıyla; belediye, endüstriyel ve tarımsal atıksular gibi uygun ve düşük maliyetli kaynaklar alternatif besin tuzu kaynağı olarak kullanılmaya başlanmıştır. Atık sudaki besin tuzları algler tarafından kullanıldığından dolayı atık suyun temizlenmesi de sağlanarak çevresel sürdürülebilirlik arttırılmış olacaktır. Endüstrinin türüne bağlı olarak ortaya çıkan atıksular; mineraller, uçucu organik bileşikler, yağ ve gresler, ağır metaller ile pestisitler gibi çeşitli kirletici maddeleri içerebilmektedir. Ayrıca, endüstriyel ve kanalizasyon kaynaklı atıksular genellikle besin tuzları bakımından oldukça zengindir. Bu kirleticilerin doğada birikmesi ve çevreye salınması hem tatlı su hem de denizel ekosistemler üzerinde ciddi olumsuz etkiler yaratabilmektedir. Öte yandan, atıksulardaki besin tuzları mikroalgler için bir besin kaynağı işlevi görerek, hücrelerinde biyokimyasal bileşenlerin sentezlenmesini mümkün kılmaktadır. Atıksu temelli alg üretimi, enerji açısından sürdürülebilir bir yaklaşım sunarken; ekonomik değeri yüksek ürünlerin elde edilmesi, çevresel geri kazanım ve kirlilik kontrolü gibi pek çok avantajı da beraberinde getirmektedir. Bu entegre yaklaşım, yalnızca ekonomik ve çevresel sürdürülebilirliği desteklemekle kalmaz, aynı zamanda atık yönetimi politikalarına katkı sağlayarak çevre kirliliğinin azaltılmasına da yardımcı olur. Atıksuların bu şekilde değerlendirilmesi, geleneksel arıtma yöntemlerine kıyasla daha düşük maliyetli ve çevre dostu bir alternatif sunar. Ayrıca mikroalgler bazı ağır metalleri ve toksik bileşikleri bünyelerine alarak ortamdan uzaklaştırabilme yetenekleri sayesinde biyoremediasyon potansiyeli de taşımaktadır. Bu yönüyle mikroalg temelli üretim sistemleri hem atıkların bertarafı hem de değerli ürünlerin kazanımı açısından çift yönlü bir fayda sunmaktadır. Ayrıca son yapılan çalışmalar, atıksu ortamında yetiştirilen mikroalglerin lipid, protein ve karbohidrat içeriklerinin optimize edilerek biyoyakıt, hayvan yemi ve biyoplastik gibi farklı alanlarda kullanılabileceğini göstermektedir. Böylece bu sistemlerin sadece çevresel değil, aynı zamanda ticari potansiyeli de ön plana çıkmaktadır. Gelecekte, mikroalg temelli üretim teknolojilerinin daha da geliştirilmesiyle, atıksuların değerlendirilmesine yönelik uygulamaların yaygınlaşması beklenmektedir. Yapmış olduğumuz bu çalışmada alg üretim maaliyetini minimuma indirmek ve çevresel sürdürülebilirliği arttırmak adına atıksu destekli alg üretimine odaklanılmıştır. Yeryüzünde çeşitli mikroalg türleri kullanılarak biyokimyasal içerikleri, biyolojik aktiviteleri ve biyodizel üretim potansiyelleri üzerine araştırmalar yapıldığı görülmektedir. Yapmış olduğumuz bu çalışmada, daha önce üzerinde yapılmış hiçbir çalışma bulunmayan Scenedesmus aequicaudatus algi, Sapanca Gölü'nden izole edilmiştir ve Sakarya ili sınırları içerisinde yer alan Karaman Atıksu Arıtma Tesisi'nden alınan atıksu ile hazırlanan kültür ortamında büyüme ve gelişme parametreleri araştırılmıştır. Toplanan atıksu örnekleri Whatman filtre kağıdı kullanılarak filtrelendikten sonra 121°C, 20 dakika otoklavlanarak steril edilmiştir. Daha sonra adi süzgeç kağıdından geçirilip 100 litrelik su deposunda homojen olarak karıştırılmıştır. 10 günlük ölçümlere başlamadan önce standart metodlar kullanılarak inorganik besin giderimini tespit etmek üzere başlangıç kimyasal analizleri (NO2-N, NO3-N, PO4-P) yapılmıştır. %100 BG11, 80 BG11- %20 Atıksu, %60 BG11- %40 Atıksu, %40 BG11- %60 Atıksu ve %20 BG11- %80 Atıksu ve %100 Atıksu olacak şekilde 6 farklı kültür ortamı kullanılmıştır. Hazırlanan kültür ortamları sıcaklık: 25±1°C, aydınlatma: 93 μmol foton m-2 s-1, ışık periyodu: 12 saat aydınlık: 12 saat karanlık olacak şekilde büyüme kabininde inkübe edilmiştir. Çalışmada kontrol grubu olarak %100 BG11 ortamı kullanılmıştır. Scenedesmus aequicaudatus alginin gelişim parametreleri (OD680, kl-a, pH); %100 BG11, 80 BG11- %20 Atıksu, %60 BG11- %40 Atıksu, %40 BG11- %60 Atıksu ve %20 BG11- %80 Atıksu ve %100 Atıksu ortamlarında 10 gün boyunca takip edilmiştir. Günlük ölçümler tamamlandıktan sonra başlangıç kimyasal analizleriyle karşılaştırmak için final kimyasal analizleri yapılmıştır. 10. günde elde edilen kuru biyokütleden toplam protein, toplam karbohidrat, klorofil-a (kl-a), klorofil-b (kl-b), toplam karotenoid değerleri tespit edilmiştir. Bunun yanında ekstraksiyon yöntemiyle hazırlanan etanolik ekstraktlardan toplam fenolik madde, 1,1-difenil-2-pikrilhidrazin (DPPH) radikali süpürme aktivitesi ve antibakteriyel aktivite tespit edilmiştir. Ayrıca lipid ekstraksiyonu yapılarak toplam lipid ve yağ asit içeriği tespit edilerek bu algin biyodizel potansiyeli araştırılmıştır. Başlangıç ve final kimyasal analizleri laboratuvar ortamında standart yöntemlerle gerçekleştirilmiştir (APHA, 2012). OD680 değerleri 10 gün boyunca spektrofotometrik ölçümlerle tespit edilmiştir. Aynı şekilde kl-a değerleri de 10 gün boyunca spektrofotometre kullanılarak elde edilmiştir. pH değerleri ise 10 gün boyunca masaüstü pH metre kullanılarak (HI 2211pH-HANNA) belirlenmiştir. 6 farklı kültür ortamında yetiştirilen Scenedesmus aequicaudatus alginin toplam protein değerleri Bradford (1976) yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Toplam karbohidrat değerleri belirlenirken Fenol-Sülfürik Asit Yöntemi kullanılmıştır (Kochert, 1975). Toplam pigment değerleri (kl-a, kl-b ve toplam karotenoid) ise Tavakoli ve diğerlerine (2021) göre spektrofotometrik yöntemlerle tespit edilmiştir. Toplam fenolik madde miktarı, 1,1-difenil-2-pikrilhidrazin (DPPH) radikali süpürme aktivitesi ve antibakteriyel aktivite belirlenirken öncelikle ultrason destekli ekstraksiyon metodu uygulanmıştır. Ultrasonik banyodan geçirilen numuneler filtre kağıdı ile süzülerek katı partiküllerinden ayrılmıştır. Elde edilen sıvı numuneler döner buharlaştırıcıda 50 ºC'de vakum altında döndürülerek çözücü madde uzaklaştırılmıştır. Buharlaştırma işlemi sonrası elde edilen ekstratlar stok olarak (10 mg mL-1 konsantrasyonda) +4ºC'de saklanmıştır. Bu ekstraktlar kullanılarak yapılan toplam fenolik madde analizi Folin-Ciocalteu Yöntemi kullanılarak yapılmıştır. 1,1-difenil-2-pikrilhidrazin (DPPH) radikali süpürme aktivitesi Blois yöntemi (Blois, 1958) ile gerçekleştirilmiştir. Antibakteriyel aktivite ise disk difüzyon yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Altı farklı kültür ortamında yetiştirilen Scenedesmus aequicaudatus alglerinin büyüme parametrelerinde (OD680, kl-a ve pH) maksimum değerler sırasıyla %80 BG11-%20 Atıksu, %80 BG11-%20 Atıksu ve %60 BG11-%40 Atıksu (pH=11,61) ile %80 BG11- %20 Atıksu (pH=11,6) olarak tespit edilmiştir. 10 gün süren çalışmamızda, algler öncelikli azot kaynağı olarak amonyağı tercih ettikleri için nitrit ve nitrat konsantrasyonlarında deney süresine bağlı olarak hiçbir kültür ortamında giderim gözlemlenmemişken, en etkili PO4-P giderimi %100 Atıksu ortamında tespit edilmiştir. Kuru biyokütledeki pigment miktarlarındaki (kl-a, kl-b ve toplam karotenoid) en yüksek ve en düşük değerler kontrol grubundan (%100 BG11) sonra sırasıyla; %60 BG11-%40 Atıksu, %80 BG11-%20 Atıksu ve %40 BG11-%60 Atıksu şeklinde izlenmiştir. Atıksu ile belirli oranlarda seyreltilmiş kültür ortamlarında yetiştirilen alglerin en yüksek biyokütle miktarına %80 BG11-%20 Atıksu ortamında, toplam protein (%60 BG11-%40 Atıksu) ve toplam karbohidrat (%60 BG11-%40 Atıksu) yüzdelerine sahip olduğu belirlenmiştir. En yüksek DPPH süpürme etkisinin pH, kl-a, toplam protein ve toplam karbohidrat miktarı ile aynı olarak %60 BG11-%40 Atıksu ortamında olduğu tespit edilmiştir. Toplam fenolik miktarı karotenoid miktarıyla benzer olarak kontrol grubundan sonra en yüksek %40 BG11-%60 Atıksu ortamında gözlemlenmiştir. Setan sayısı, iyot değeri ve sabunlaşma miktarlarına bağlı olarak %60 BG11-%40 Atıksu ve %20 BG11-%80 Atıksu ortamlarından elde edilen biyokütlenin biyodizel potansiyelinin olduğu tespit edilmiştir. Farklı ortamlardaki biyokütlelerden hazırlanan etanolik ekstrakların çalışmada kullanılan test bakterileri üzerinde (Bacillus subtilis ATCC 6633, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Enterococcus faecalis ATCC 29212, Salmonella typhimurium ATCC 14028, Escherichia coli ATCC 25922 ve Staphylococcus epidermidis ATCC 12228) antibakteriyel etkisinin olmadığı belirlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışma, alg yetiştiriciliğinin yüksek maliyetlerini iyileştirme girişimlerinde atıksu ortamını standart besin ortamıyla destekleyerek alg üretimi alanında kullanılabilirliğini gösterilerek Sapanca Gölü'nden izole edilen bu türün biyokimyasal bileşenleri literatüre kazandırılmıştır. Özellikle S. aequicaudatus'un yağ asidi profili ve biyolojik aktiviteleri ilk kez belgelenmiştir. S. aequicaudatus alginin yenilebilir yağlar, protein ve nişasta gibi gıda ürünlerinin üretimi açısından önemli bir potansiyele sahip olduğu tespit edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Various wastewaters (domestic, industrial and agricultural) and substrates (dairy waste, cheese and sugar factory waste) are used as algal cultivation medium to preserve existing water reserves and minimize the cost of chemicals used. The basic needs for obtaining biomass through algae cultivation can be listed as high amounts of energy, water, carbon dioxide, macro and micronutrients. In order to obtain economic benefits from algal biomass production, the inputs used in the production process must be low-cost and the targeted raw material must be produced at an affordable price on a commercial scale. It is estimated that the cost varies from approximately $20 to $200 per kilogram, depending on the method used to produce microalgae biomass. For this reason, in order to reduce nutrient costs in recent years, suitable and low-cost sources such as municipal, industrial and agricultural wastewater have begun to be used as alternative nutrient salt sources. Since the nutrients in the wastewater are used by algae, the wastewater will also be cleaned, thus increasing environmental sustainability. Depending on the type of industry, the resulting wastewater may contain various pollutants such as minerals, volatile organic compounds, oil and grease, heavy metals and pesticides. Additionally, industrial and sewage wastewater is generally rich in nutrients. The accumulation of these pollutants in nature and their release into the environment can have serious negative effects on both freshwater and marine ecosystems. On the other hand, nutrients in wastewater serve as a nutrient source for microalgae, enabling the synthesis of biochemical components in their cells. While wastewater-based algae production offers a sustainable approach in terms of energy, it can also bring many advantages such as obtaining products with high economic value, environmental recovery and pollution control. This integrated approach not only supports economic and environmental sustainability, but also helps reduce environmental pollution by contributing to waste management policies. This way of evaluating wastewater offers a more cost-effective and environmentally friendly alternative to traditional treatment methods. Microalgae also have the potential for bioremediation thanks to their ability to absorb and remove some heavy metals and toxic compounds from the environment. In this respect, microalgae-based production systems offer a dual benefit in terms of both waste disposal and the acquisition of valuable products. In addition, recent studies show that microalgae grown in wastewater can be used in different areas such as biofuel, animal feed and bioplastic by optimizing their lipid, protein and carbohydrate contents. Thus, not only the environmental but also the commercial potential of these systems come to the fore. In the future, with the further development of microalgae-based production technologies, it is expected that applications for the evaluation of wastewater will become widespread In this study, we focused on wastewater-supported algae production in order to minimize algae production costs and increase environmental sustainability. It is seen that research is being carried out on biochemical contents, biological activities and biodiesel production potential using various microalgae species on earth. In this study, Scenedesmus aequicaudatus alga, which has not been studied before, was isolated from Sapanca Lake and its growth and development parameters were investigated in the culture medium prepared with wastewater taken from Karaman Wastewater Treatment Plant within the borders of Sakarya province. The collected wastewater samples were filtered using Whatman filter paper and then sterilized by autoclaving at 121°C for 20 minutes. Then it was passed through ordinary filter paper and mixed homogeneously in a 100-liter water tank. Before starting the 10-day measurements, initial chemical analyses (NO2-N, NO3-N, PO4-P) were performed to determine inorganic nutrient removal using the standard methods (APHA, 2012). 6 different culture medium were used as 100% BG11, 80 BG11- 20% Wastewater, 60% BG11- 40% Wastewater, 40% BG11- 60% Wastewater and 20% BG11- 80% Wastewater and 100% Wastewater. Prepared culture media were incubated in the growth cabinet at temperature: 25±1°C, illumination: 93 μmol photon m-2 s-1, photoperiod: 12 hours light: 12 hours dark. 100% BG11 medium was used as the control group in the study. The growth parameters of Scenedesmus aequicaudatus algae (OD680, chl-a, pH) were followed for 10 days in 100% BG11, 80% BG11- 20% Wastewater, 60% BG11- 40% Wastewater, 40% BG11- 60% Wastewater and 20% BG11- 80% Wastewater and 100% Wastewater environments. After the daily measurements were completed, final chemical analyses were performed to compare with the initial chemical analyses. Total protein (Bradford, 1976), total carbohydrate (Kochert, 1978) and chlorophyll-a (chl-a), chlorophyll (chl-b), total carotenoid values were determined from the dry biomass obtained on the 10th day. In addition, total phenolic content, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine (DPPH) radical scavenging activity and antibacterial activity were determined from ethanolic extracts prepared by the extraction method. Also, the biodiesel potential of this algae was investigated by lipid extraction to determine total lipid and fatty acid content. Initial and final chemical analyses were carried out in a laboratory environment using standard methods (APHA, 2012). OD680 values were determined by spectrophotometric measurements for 10 days. Similarly, kl-a values were obtained using a spectrophotometer for 10 days. pH values were determined using a desktop pH meter (HI 2211pH-HANNA) for 10 days. Total protein values of Scenedesmus aequicaudatus algae grown in 6 different culture media were determined using the Bradford (1976) method. The Phenol-Sulfuric Acid Method (Kochert, 1975) was used to determine total carbohydrate values. Total pigment values (kl-a, kl-b and total carotenoid) were determined by spectrophotometric methods according to Tavakoli et al. (2021). While determining the total phenolic substance amount, 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine (DPPH) radical scavenging activity and antibacterial activity, ultrasound-assisted extraction method was first applied. The samples passed through the ultrasonic bath were filtered with filter paper to separate the solid particles. The obtained liquid samples were rotated in a rotary evaporator under vacuum at 50 ºC to remove the solvent. The extracts obtained after the evaporation process were stored as stock (at a concentration of 10 mg mL-1) at +4 ºC. Total phenolic substance analysis using these extracts was carried out using the Folin-Ciocalteu Method. 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazine (DPPH) radical scavenging activity was carried out by the Blois method (Blois, 1958). Antibacterial activity was determined using the disk diffusion method. The maximum values in the growth parameters (OD680, chl-a and pH) of Scenedesmus aequicaudatus grown in six different culture medium were determined as 80% BG11-20% Wastewater, 80% BG11-20% Wastewater, 60% BG11-40% Wastewater (pH=11,61) and 80% BG11-20% Wastewater (pH=11,6), respectively. In our 10-day study, since algae prefer ammonia as their primary nitrogen source, no removal was observed in any culture medium depending on the duration of the experiment in nitrite and nitrate concentrations, while the most effective PO4-P removal was determined in the 100% Wastewater medium. The highest and lowest values in pigment amounts (chl-a, chl-b and total carotenoids) in dry biomass were observed as 60% BG11-40% Wastewater, 80% BG11-20% Wastewater and 40% BG11-60% Wastewater, respectively, after the control group (100% BG11). It was determined that algae grown in culture media diluted with wastewater at certain ratios had the highest biomass amount (80% BG11-20% Wastewater), total protein (60% BG11-40% Wastewater) and total carbohydrate (60% BG11-40% Wastewater) percentages. It was determined that the highest DPPH scavenging effect at all concentrations was in 60% BG11-40% wastewater medium with the same pH, chl-a, total protein and total carbohydrate amount. The total phenolic amount was observed to be the highest in the 40% BG11-60% wastewater environment, similar to the carotenoid amounts, after the control group. Depending on the cetane number, iodine value and saponification amounts, it was determined that biomass obtained from 60%BG11-40% Wastewater and 20%BG11-80% Wastewater environments had biodiesel potential. It was determined that ethanolic extracts prepared from biomass in different environments had no antibacterial effect on the test bacteria used in the study (Bacillus subtilis ATCC 6633, Staphylococcus aureus ATCC 29213, Enterococcus faecalis ATCC 29212, Salmonella typhimurium ATCC 14028, Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus epidermidis ATCC 12228). In conclusion, this study has demonstrated the usability of this species isolated from Sapanca Lake in the field of algae production by supporting the wastewater medium with standard nutrient medium in attempts to improve the high costs of algae cultivation, and the biochemical components of this species have been introduced to the literature. In particular, the fatty acid profile and biological activities of S. aequicaudatus have been documented for the first time. S. aequicaudatus has been found to have significant potential for the production of food products such as edible oils, protein and starch.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    927229

    Sentetik mandıra atıksuyunda Scenedesmus sp.'den biyodizel üretimi

    Biodiesel production from Scenedesmus sp. in synthetic dairy wastewater

    PINAR AKAR CORUH

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Çevre MühendisliğiVan Yüzüncü Yıl Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDİNÇ ALADAĞ

  2. Tez No

    656901

    Microalgae growth in anaerobic digestate for high-value product recovery

    Anaerobik çürütücü çıkış suyunda büyütülen mikroalglerden değerli ürün geri kazanımı

    HANDE ERMİŞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ

  3. Tez No

    647649

    Farklı besi ortamlarında yetişen Chlorella vulgaris Beyerinck [Beijerinck] 1890 türüne ait protein ve amino asit komposizyonunun karşılaştırılması

    Comparison of total protein and amino acid compositions of microalgae Chlorella vulgaris Beyerinck [Beijerinck] 1890 grown in different growth media

    MERVE KAVASBAŞIOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    BiyolojiKırıkkale Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İLHAMİ TÜZÜN

  4. Tez No

    177618

    Atık su arıtma tesislerinden elde edilen çamurlar kullanılarak yetiştirilen Triticum aestivum L. ve Beta vulgaris L.'te ağır metal taşınımının incelenmesi

    Investigation of heavy metal movement in Triticum aestivum L. and Beta vulgaris L. grown using sludge obtained from wastewater treatment plant

    AYŞEGÜL EKŞİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    BiyolojiErciyes Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA TURAN

    YRD. DOÇ. DR. DİLEK DEMİREZEN YILMAZ

  5. Tez No

    673107

    Okaliptus kök odunundan hidrotermal ve piroliz karbonizasyon yöntemleriyle aktif karbon üretimi

    Activated carbon production from eucalyptus root wood by hydrothermal and pyrolysis carbonization methods

    AYŞEGÜL APAYDIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyokimyaKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERTUĞRUL ALTUNTAŞ

Geri Dön