Dolgulu kolon biyoreaktör sisteminde glukonik asit üretimi
Gluconic acid production in packed bed bioreactor
Yazar: GÜLCAN SÜTSATAN
Danışman: PROF. DR. MUHAMMET ŞABAN TANYILDIZI
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Bu çalışmada hammadde kaynağı olarak önemli bir maliyet unsuru olan glukoz yerine pancardan şeker üretimi esnasında oluşan yan ürünlerden melas ve küspe ile Aspergillus niger kullanılarak Raimbault kolonda ticari olarak en fazla üretilen organik asitlerden glukonik asit üretimi araştırılmıştır. Raimbault kolonlarında biyoreaktör işletme koşullarının incelenmesi ve bu değişkenlerin glukonik asit üretimine etkilerinin gözlenmesi bu çalışmanın temel amacıdır. Glukonik asit üretimi amacıyla Raimbault kolonda radyal sıcaklık gradyanlarını azaltmak için 3 cm kolon çapı seçilmiştir ve 20 cm yükseklikte tasarlanmıştır. Çalışmada, Raimbault kolon biyoreaktörde glukonik asit üretimi üzerine fermantasyon sıcaklığı, tanecik boyutu, dolgu miktarı ve havalandırma hızı olmak üzere 4 işletme parametresinin etkisi Merkezi Kompozit Tasarım yardımıyla incelenmiş ve sonuçlar istatistiksel olarak aynı program ile analiz edilmiştir. Belirli zamanlarda alınan örneklerdeki glukonik asit miktarları yüksek performanslı sıvı kromotografisi kullanılarak tayin edilmiştir.
Sonuç değişkeni olarak glukonik asit konsantrasyonu ve glukonik asit verimliliği ayrı ayrı değerlendirilmiştir. Glukonik asit konsantrasyonunun cevap değişkeni olarak belirlendiği deney sonuçlarıyla istatiksel olarak önerilen uygun matematiksel ifadenin kuadratik formda olduğu görülmüştür. Sonuç değişkeni olarak zamanın da etkisinin olduğu verimlilik sonuç değişkenine önerilen uygun model ise lineer matematiksel denklem formunda elde edilmiştir.
Deneysel sonuçlarının istatiksel analizleri sonucunda reaktör dolgu miktarındaki artış ve tanecik boyutundaki azalma, glukonik asit üretiminde önemli bir artışa neden olduğu görülmüştür. Kolon içeriğindeki dolgu miktarı önemli bir reaktör işletme parametresidir. Dolgu miktarındaki artış ile glukonik asit konsantrasyonu ve verim miktarı lineer olarak arttığı görülmüştür. Raimbault kolon sıcaklığının glukonik asit üretiminde önemli bir parametre olduğu, en uygun ortam sıcaklığının merkez nokta civarında (29 ⁰C) olduğu görülmüştür. En yüksek glukonik asit konsantrasyonu (40 g/L) hava besleme hızının ve dolgu miktarının üst (0,5 L/sa, 10 g), tanecik boyutun alt (0,6 mm) ve ortam sıcaklığının merkez noktasında elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, gluconic acid production with Aspergillus niger was investigated by using molasses and pulp from the by-products formed during sugar production from beet instead of glucose, which is an important cost element as a raw material source in the Raimbault columns. The main purpose of this study is to determine the bioreactor operating conditions in the Raimbault columns and to observe the effects of these variables on gluconic acid production. Column diameter was chosen 3 cm to reduce radial temperature gradients in the Raimbault column and it was designed with a height of 20 cm production.  In the study, the effect of operating parameters such as fermentation medium temperature, particle size of pulp, filling amount in column and aeration rate, on gluconic acid production in the Raimbault column bioreactor was examined via Central Composite Design and the results were analyzed statistically.  Gluconic acid amounts in samples taken at certain times were determined using high performance liquid chromatography. 
As result variables, gluconic acid concentration and gluconic acid efficiency were analyzed separately. With the experimental results in which the gluconic acid concentration was selected as the response variable, it was seen that the appropriate mathematical expression that was statistically suggested was a model as quadratic form. The appropriate model proposed for the efficiency result variable, which also has the effect of time as the result variable, was obtained in the form of linear mathematical equations.
An increase in gluconic acid production was observed with the increase in the filling amount and the decrease in the particle size. The filling amount in the column content is an important reactor operating parameter. It was observed that gluconic acid concentration and productivity increased linearly with the increase in filling amount. It has been observed that the bath temperature in which the Raimbault column system is kept is an important parameter in gluconic acid production, and the optimum ambient temperature is around the center point (29 ⁰C). The highest gluconic acid concentration (40 g /L) was obtained at the center point of the air feed rate and filling amount (0.5 L / hr, 10 g), lower particle size (0.6 mm) and ambient temperature.