Lakkaz enziminin tekstil boyar maddelerinin gideriminde kullanılması
The use of laccase enzyme in the removal of textile dyes
Yazar: SAADET RÜYA HÜRMÜZLÜ
Danışman: PROF. DR. NURDAN SARAÇOĞLU ; ÖĞR. GÖR. MÜJGAN OKUR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez çalışmasında, kitosan/halloysit kürelerine lakkaz enzimi immobilize edilerek sulu ortamdan remazol red (RR) tekstil boyar maddesinin giderimi gerçekleştirilmiştir. İmmobilize enzim içeren kürenin sentezi aşamasında; en yüksek yükleme ve immobilizasyon verimi elde edilen kitosan, halloysit, çapraz bağlayıcı (glutaraldehit) ve enzim derişimleri belirlenmiştir. Ağırlıkça %2,5 kitosan, %2 halloysit, %1 glutaraldehit ve 1 mg/mL derişiminde enzim çözeltisi ile hazırlanmış immobilize enzim küreleri kullanılmıştır. ABTS substratı ile en yüksek aktivite baz alınarak serbest ve immobilize enzim için en uygun çalışma koşulları belirlenmiştir. Serbest enzim için en uygun pH 6, en uygun sıcaklık 45˚C; immobilize enzim için en uygun pH 5, en uygun sıcaklık ise 35˚C olarak belirlenmiştir. Substrat olarak ABTS kullanıldığında, pH 5 ve 25˚C de kinetik parametreler, Km ve Vm, serbest enzim için sırasıyla 302,45 μM ve 909,09 μM/dak., immobilize enzim için ise 353,33 μM ve 129,87 μM/dak. bulunmuştur. Depolama stabilitesi çalışmasında; 59 günün sonunda immobilize enzim aktivitesinin %56'sını korurken, serbest enzimin ise aktivitesinin %23'ünü koruduğu gözlenmiştir. Serbest enzim ve immobilize enzim ile 20-100 ppm aralığında hazırlanan remazol red (RR) çözeltilerinde boya giderimi çalışılmıştır. Serbest enzim ile boya giderimi gerçekleşmezken, immobilize lakkaz içeren küreler ile % giderim %93,33 ile %86,89 arasındadır.  İmmobilize lakkaz enziminin boyar madde giderim kinetik parametreleri,  pH 5 ve 30˚C'de, Km değeri yaklaşık 558 μM, Vm ise 1,59 μM/dak. bulunmuştur. Remazol red (RR) giderim çalışmalarında ise, boyar madde giderim verimine medyatörlerin etkisi incelenmiştir. Serbest enzimle ABTS, HBT, TEMPO ve VLA varlığında sırasıyla %77,17; %96,05; %31,89; %96,32 giderim elde edilmiştir. İmmobilize enzimle ise sırasıyla %80,81; %96,31; %83,87 ve %97,43 giderim yapılarak daha yüksek boyar madde giderim verimleri elde edilmiştir. İmmobilize enzim küreleri, HBT ve VLA varlığında, boyar madde giderimi için 15 kez tekrar kullanılmıştır. İmmobilize enzim kürelerinin 15. kullanımı sonunda; HBT varlığında %42, VLA varlığında %54 boyar madde giderimi elde edilmiştir. 15 kez kullanımın aktiviteye etkisi incelendiğinde ise immobilize enzimin HBT varlığında aktivitesinin %42'sini, VLA varlığında aktivitesinin %49'unu koruduğu gözlenmiştir.

Abstract:
In this study, laccase enzyme was immobilized on chitosan/halloysite spheres and used to degrade remazol red (RR) textile dye from aqueous medium. In the sphere synthesis stage; chitosan, halloysite, crosslinker (glutaraldehyde) and enzyme concentrations were determined according to the highest loading and immobilization efficiency. On the basis of these studies, immobilized enzyme spheres which were containing chitosan, halloysite and glutaraldehyde percentages in mass as 2.5%, 2% and 1%, respectively and were prepeared with 1 mg/mL enzyme solution were used for dye removal. Optimum working conditions for free and immobilized enzyme were determined based on the highest activity with ABTS substrate. Optimum pH for free laccase was found to be 6, optimum temperature for free laccase was found to be 45˚C and the optimum pH for immobilized laccase was found to be 5, optimum temperature for immobilized laccase was found to be 35˚C. When ABTS was used as substrate at pH 5 and 25˚C, the kinetic parameters, Km and Vm, were determined as 302.45 μM and 909.09 μM/min for free enzyme and 353.33 μM and 129.87 μM/min for immobilized enzyme, respectively. In storage stability study; at the end of 59 days, it was observed that 56% of immobilized enzyme activity and 23% of free enzyme activity were retained. With free enzyme and immobilized enzyme, dye removal was studied in dye solutions prepared in 20-100 ppm range. While no dye removal occured with free enzyme, % Removal with laccase immobilized spheres achieved between %93.33 and %86.89. The immobilized enzyme dye removal kinetic parameters Km and Vm, were determined as 558 μM and 1.59 μM/min, respectively. The effect of mediators on remazol red (RR) degradation studies were investigated. For free enzyme, in the presence of ABTS, HBT, TEMPO and VLA; 77.17%, 96.05%, 31.89% and 96.32% removal was obtained. When the same study was performed with immobilized enzyme; 80.81%, 96.31%, 83.87% and 97.43% removal was achieved and higher yields were obtained. Immobilized enzyme spheres were reused 15 times in the presence of HBT and VLA for dye removal. When used for the 15th time, the spheres obtained 42% and 54% dye removal in the presence of HBT and VLA.The effect of reusing of immobilized enzyme 15 times on activity was examined and it was observed that the immobilized enzyme retained 42% of its activity in the presence of HBT and 49% of its activity in the presence of VLA.