Mikrobiyal selüloz üretimi ve üretim koşullarının araştırılması
Production of microbial cellulose and investigation of production conditions
Yazar: CANSU SEVİM
Danışman: PROF. DR. IŞIL SEYİS BİLKAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada, ev yapımı sirkelerden izole edilen selüloz üreten mikroorganizmaların tanımlanması ve bu mikroorganizmalar ile bitki çayları kullanılarak, düşük maliyetli mikrobiyal selüloz üretimi, mikrobiyal selüloz üretimine etki eden faktörlerin araştırılması ve selülozun özelliklerinin belirlenmesi amaçlandı. Sirke örneklerinden izole edilen mikroorganizmalardan, selüloz üretim miktarı en yüksek olan bakteri ve mayanın belirli oranlarda bir araya getirilmesiyle karışık kültürler oluşturuldu. Elde edilen kültürlerin mikrobiyal selüloz üretim miktarları karşılaştırıldı. Mikrobiyal selüloz üretimindeki en etkili kültürün Komagataeibacter europaeus ve Zygosaccharomyces parabailii'nin 2:1 oranında bir araya getirilmesi ile hazırlanan karışık kültür olduğu belirlendi. Hazırlanan bu kültür ile üç farklı bitki çayı (siyah çay, yeşil çay ve hibiskus çayı) üretim ortamı olarak kullanılarak, mikrobiyal selüloz üretim miktarları karşılaştırıldı. Bu bağlamda; mikrobiyal selüloz üretimi için alternatif üretim ortamı olarak en etkili bitki çayının %10 oranındaki yeşil çay olduğu belirlendi. Farklı karbon kaynaklarındaki (glukoz, sukroz, laktoz, maltoz ve fruktoz) 
mikrobiyal selüloz üretim miktarları karşılaştırılarak, en yüksek mikrobiyal selüloz üretiminin yeşil çay besiyerinde %10 glukoz ile gerçekleştiği belirlendi. Yeşil çay ve glukoz ile hazırlanan temel besiyerine üretimin arttırılması amacıyla ilave azot kaynakları eklendiğinde, mikrobiyal selüloz üretiminde önemli oranda bir artış saptanmadı. 
Mikrobiyal selüloz üretimine etki eden uygun fizyolojik koşulların belirlenmesi ve üretimin arttırılması amacıyla farklı pH, ekim oranı, sıcaklık, çalkalama hızları ve farklı inkübasyon sürelerinde mikrobiyal selüloz üretimi araştırıldı. %10 yeşil çay ve %10 glukoz ile hazırlanan besiyerinde, mikrobiyal selüloz üretimi için en uygun fizyolojik koşulların; pH 5, %20 kültür konsantrasyonu, statik koşul, 30°C ve 168 saatlik inkübasyon olduğu belirlendi. Bu çalışmalar sonucunda, Hestrin & Schramm besiyerinde elde edilen mikrobiyal selüloz miktarının yeşil çay besiyerinde 14,7 g/L'den 43,75 g/L'ye yükseldiği belirlendi. Işık faktörünün üretim üzerindeki etkisinin belirlenmesi amacıyla karanlık ve aydınlık ortamlarda üretim gerçekleştirildi ve ışığın mikrobiyal selüloz üretiminde bir etkisinin olmadığı belirlendi. Bunlara ek olarak, üretimin arttırılması amacıyla besiyerine askorbik asit ve bitkisel yağlar ilave edildi. Selüloz üretim miktarının, besiyerine %1 v/v oranı ile eklenen %1 askorbik asit ile %2,4 artarak 44,8 g/L'ye ulaştığı belirlenirken, besiyerine ilave edilen %2 zeytinyağı ile üretimin %3,5 artarak 45,35 g/L olduğu belirlendi. Aynı zamanda zeytinyağı, ayçiçek yağı ve hindistancevizi yağının %2,5 konsantrasyona kadar mikrobiyal selüloz üretimini arttırdığı saptandı. Çalışmada kullanılan ve atık durumuna geçen yeşil çay aynı üretim ortamında tekrar kullanımı ile yüksek miktarda mikrobiyal selüloz üretimi gerçekleştirildi ve düşük maliyetli yeşil çayın mikrobiyal selüloz üretiminde 10 kez üst üste kullanılabilirliği gösterildi. Çalışmamızda üretilen selüloz SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) görüntüsü ve FTIR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi), TGA (Termogravimetrik Analiz), analizleri ile karakterize edildi.  Çalışma sonunda ev yapımı sirkelerden izole edilen mikroorganizmalar ile oluşturulan karışık kültür ile yeşil çay ortamında mikrobiyal selüloz üretiminin düşük maliyet ile sağlanabildiği gösterildi.

Anahtar Kelimeler: Mikrobiyal Selüloz, Komagataeibacter europaeus, Biyopolimer, Sirke, Yeşil çay

Abstract:
The aim of this study is to identify cellulose producing microorganisms isolated from homemade vinegars and to investigate the production of low cost microbial cellulose using these microorganisms and herbal teas, factors affecting microbial cellulose production and properties of cellulose. For this reason, bacteria with the highest cellulose production and yeast were selected from the isolates and mixed cultures were prepared by combining them in certain proportions. The microbial cellulose productions of these cultures were compared. It was determined that the most effective culture for microbial cellulose production was the mixed culture prepared by combining Komagataeibacter europaeus and Zygosaccharomyces parabailii in a 2:1 ratio. Microbial cellulose productions were compared using this culture and three different herbal teas (black tea, green tea and hibiscus tea) as production medium. Accordingly; It was determined that the most effective herbal tea as an alternative production medium for microbial cellulose production was 10% green tea. By comparing the microbial cellulose productions of different carbon sources (glucose, sucrose, lactose, maltose and fructose), it was determined that the highest microbial cellulose production occurred with 10% glucose in green tea medium. When additional nitrogen sources were added to the basic medium prepared with green tea and glucose to increase production, there was no significant increase in microbial cellulose production.
In order to determine the appropriate physiological conditions affecting the microbial cellulose production and to increase the production, microbial cellulose production was carried out at different pH, inoculum ratio, temperature, agitation rates and different incubation times. In the medium prepared with 10% green tea and 10% glucose, it was determined that the optimum physiological conditions for microbial cellulose production were achieved at; medium with pH 5, inoculation ratio of 20% and incubation under static conditions with an incubation period of 168 hours at 30°C. As a result of the study, it was determined that the amount of microbial cellulose obtained in Hestrin & Schramm medium increased from 14.7 g/L to 43.75 g/L in green tea medium.
In order to determine the effect of light on the production, production was carried out in dark and lighted conditions and it was determined that light had no effect on microbial cellulose production. Also in addition to these, ascorbic acid and vegetable oils were added to the medium in order to increase the production. It was determined that the cellulose production amount increased by 2.4% with 1% ascorbic acid added to the medium with 1% v / v ratio and reached 44.8 g/L, while, it was determined that with 2% olive oil added to the medium, the production increased by 3.5% to 45.35 g/L. It was also found that olive oil, sunflower oil and coconut oil increased microbial cellulose production up to 2.5% concentration. The high amount of microbial cellulose was produced with the reuse of green tea, which was used in the study and became waste, in the same medium again, and it was shown that the low-cost green tea can be used in microbial cellulose production 10 times in a row. Cellulose produced in our study was characterized by SEM (Scanning Electron Microscope) image, FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) and TGA (Thermogravimetric Analysis) analyzes. As a result, it was shown that microbial cellulose production can be achieved with low-cost green tea medium using the mixed culture prepared with microorganisms isolated from homemade vinegar.

Keywords: Microbial Cellulose, Komagataeibacter europaeus, Biopolymer, Vinegar, Green tea