Biyonanokompozit desteğe lipazın tutuklanması
Immobilization of lipase on bionanocomposite support
Yazar: AYŞENUR ÖĞRETMEN
Danışman: DOÇ. DR. NURCAN KAPUCU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Modern kimya endüstrisi enzimlerin seçiciliği ve özgüllüğünden faydalanarak biyo-ürünlerin üretimiyle daha yeşil bir kimyaya yön çevirmektedir. Endüstride kullanılan serbest enzimlerin aktivitesinin düşürülmeden geri kazanımının ve tekrar kullanımının mümkün olmaması nedeniyle endüstride tercih edilmezler. Lipazlar, yüksek seçimlilikleri, çözücüsüz ortamda aktivite göstermeleri, biyobozunur olmaları nedeniyle pek çok avantaja sahip biyobozunur ve biyouyumlu biyo-katalizörlerdir. Biyonanokompozit destekler çevre dostu ve yeşil kimya görüşüne uygunluk gösterdikleri için, enzim destek malzemesi olarak son yıllarda oldukça tercih edilen malzemelerdir.
Bu çalışmada kitosan ve fonksiyonelleştirilmiş çok duvarlı karbon nanotüp (f-ÇDKNT) biyonanokompozit destek malzemeleri olarak seçilmiştir. Lipazı tutuklamak için çapraz bağlayıcı ajan kullanılmıştır. Biyonanokompozit kürelere dönüştürülen destek üzerine Thermomyces lanuginosus (TL 100 L) lipazı ilk kez bu çalışma ile tutuklanmıştır.  FTIR, TGA ve SEM analizleri ile üretilen desteğin karakteristik bağ yapısı doğrulanmıştır. Sıcaklık, pH, çapraz bağlayıcı derişimi, f-ÇDKNT derişimi,  destek miktarı, enzim miktarı ve sürenin tutuklamaya etkileri ön denemelerle incelenmiştir. Bunlar arasından sıcaklık, pH ve enzim miktarının tutuklamaya etkisi Yanıt Yüzey Yöntemi (YYY) kullanılarak optimize edilmiştir. Belirlenen optimum parametrelerle (38.3oC, 7,75 Tris-HCl, 70 mg/ml enzim derişimi) gerçekleştirilen tutuklama verimi ve destek başına tutuklanan protein miktarı YYY ile sırasıyla, %98.77 ve 42.4 mg protein/g destek olarak, doğrulama deneyi sonucunda ise sırasıyla, % 91.76 ve 35.7 mg protein/g destek olarak belirlenmiştir.  Serbest ve tutuklanan enzim aktiviteleri zeytinyağı hidroliz yöntemi ile belirlenmiştir. Tutuklanan enzimin 9 kullanımdan sonra başlangıç aktivitesinin %70'ini koruduğu saptanmıştır. f-ÇDKNT ilavesi ile geliştirilen bu yeni ve özgün biyonanokompozit desteğe tutuklanan lipazlar, katalizledikleri tepkimelerde tekrar kullanıma olanak sağladıkları için ticari enzimlere alternatif olarak değerlendirilebilir.

Anahtar Kelimeler: Biyonanokompozit, Fonksiyonel Çok Duvarlı Karbon Nanotüp, Kitosan, Thermomyces lanuginosus, Tutuklama

Abstract:
The modern chemical industry is moving towards greener chemistry with the production of bio-products, utilizing the selectivity and specificity of enzymes. Lipases are environmentally friendly biocatalysts with many advantages due to their high selection, active in solvent-free conditions, biodegradable. In recent years, bionanocomposite carriers have been preferred as an enzyme support material because they are environmentally friendly, biodegradable, biocompatible, and suitable for green chemistry. 
In this study, chitosan and f-multi-walled carbon nanotube (f-MWCNT) were selected as bionanocomposite support materials. Thermomyces lanuginosus (TL 100 L) has been immobilized on bionanocomposite beads for the first time with this study. Characterization of support was determined with FTIR, TGA, and SEM analysis. The effect of temperature, pH, concentration of crosslinking, f-MWCNT concentration, bionanocomposite amount, enzyme amount and immobilization time was examined with preliminary trials. Among these, the effect of temperature, pH and enzyme quantity on the immobilization is optimized using the Response Surface Methodology (RSM). The immobilization yield and amount of protein immobilized with the optimum parameters (38,3oC, 7,75 Tris-HCl, 70 mg/ml enzyme concentration) were determined as 98,77% and 42,4 mg protein/g support with RSM, respectively, and 91,76% and 35,7 mg protein/g, respectively, as a result of the verification experiment.  It was determined that after 9 uses it retained 70% of its initial activity. Lipase, which has been immobilized for this new and original bionanocomposite support developed with the addition of f-ÇDKNT, can be considered as an alternative to commercial enzymes as they provide reuse in their catalytic reactions.

Keywords: Bionanocomposite, Functional multi-walled carbon nanotube, Chitosan, Thermomyces lanuginosus, Immobilization