Farklı ortam koşullarında bacillus thuringiensis RSKK 381'in üreme ve biyoplastik (PHB) üretiminin araştırılması
Investigation of growth and bioplastic (PHB) production in different conditions by bacillus thuringiensis RSKK 381
Yazar: ECE DUT
Danışman: DOÇ. DR. AYŞE TOSUN ; DOÇ. DR. HİKMET KATIRCIOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Biyoteknolojik proseslerde kullanılan bakterilerin, üreme hızları ve üretilen biyokütle miktarları, prosesin maliyeti ve uygulanabilirliği açısından önem taşımaktadır. Buna dayanarak, çalışmanın ilk bölümünde, farklı ortam şartlarında Bacillus thuringiensis RSKK 381 suşunun, üreme hızları ve üretilen biyokütle miktarları araştırılmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde de, çevre sorunlarının çözümüne yönelik konularda önemli yeri olan polipropilen ve polietilene benzerliği sebebiyle dikkat çeken poli-β-hidroksibütirat (PHB) üretimine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bu amaçla, B. thuringiensis RSKK 381 ile yüksek PHB üretiminin optimizasyonu ve starter suş taramasında izolasyon yapılan alanlardan tarımsal bölgelerin önemi araştırılmıştır. Optimizasyon çalışmalarında bakterinin üretimi ve PHB birikim için pH (3-5-7-11), inkübasyon süresi (1-2-3-gün), sıcaklık (30-37oC) ve karıştırma hızı etkisi (karıştırmasız-350 rpm-650 rpm) incelenmiştir. Ayrıca PHB birikimi arttırmaya yönelik olarak sentetik ve doğal olan farklı azot-karbon kaynaklarının ve metal iyonlarının etkisi araştırılmıştır. Bakteriyel büyüme için optimum pH 7, sıcaklık 30oC, süre 48 saat ve karıştırma hızı 650 rpm olarak tespit edilmiştir. Bu şartlarda farklı karbon kaynaklarında en yüksek biyokütlenin kontrol grubunda (0,685 g/l KHA), en hızlı büyümenin gliserolde (0,854 h-1) ve en yüksek PHB veriminin mannozda (%29,73 g PHB /g KHA) olduğu görülmüştür. Farklı azot kaynaklarında en yüksek biyokütle kontrol grubunda (0,685 g/l KHA), en hızlı büyüme amonyum sülfatta (0,659 h-1) ve en yüksek PHB verimi amonyum nitratta (%27,3 g/KHA) bulunmuştur. C/N oranı açısından incelendiğinde en yüksek biokütle C/N=0,5'te iken en yüksek PHB verimi C/N=1,5'ta elde edilmiştir. Mikrobiyal büyümeye (0,787 g/l KHA) ve PHB verimine (%28,33 g PHB/g KHA) en etkili metal iyonu nikel olarak tespit edilmiş ancak en hızlı büyüme bor ortamında (0,863 h-1) gözlenmiştir. Magnezyum ise biyokütle ve PHB verimi açısından minimum etki göstermiştir. Doğal besiortamı olarak toprağı kullanan bu bakterinin tarımsal alanlardaki uygulamalara yönelik gösterdiği tepkiyi test etmek amacıyla biyokütle, üreme hızı ve PHB verimi açısından 3 farklı gübre kullanılmıştır. Kullanılan gübrelerle hazırlanan besiortamlarında bakterinin en yüksek biyokütle ve PHB verimi biyogübrede (organik gübre, 0,240 g/l KHA, %43,3 g PHB/g KHA) tespit edilmiştir. Buna göre PHB üretimi için yaygın olarak kullanılan Bacillus sp. türleri içinden starter suş seçiminde izolasyon ortamı olarak biyogübre uygulamalı tarımsal alanların uygun olduğu görülmüştür.

Abstract:
For the bacteria used in biotechnological processes; growth rates and biomass are important in terms of cost and applicability. Based on this, in the first part of the study, in different environment conditions growth rates and biomass production amount of Bacillus thuringiensis RSKK 381 strains were investigated. In the second part of the study, poly-β-hydroxybutirat (PHB), which is an important issues for the solution of environmental problems and attention because of the similarity of polyethylene and polypropylene, have been studied for production. Intended things were optimization of high PHB production by B. thurigiensis RSKK 381 and examine the importance of the agricultural regions in the areas of insulation starter strains scan. For optimization studies producing bacteria and PHB accumulation, pH (3-5-7-11); incubation time (1-2-3-day); temperature (30-37oC) and the effect of effect of mixing speed (stabile-350 rpm-650 rpm) were investigated. Moreover, the effect of synthetic and naturally different nitrogen-carbon sources and metal ions were investigated to increase PHB accumulation. For bacterial growth optimum pH 7, temperature 30° C, 48 hours and 650 rpm mixing speed were determined. In different carbon sources in these conditions the highest biomass was found in the control group (0,685 g/l DCW), the fastest growth was found in glycerol (0,854 h-1) and the highest yield of PHB was found in mannose (%29,73 g PHB/g DCW). The highest biomass of different nitrogen sources was found in still control group (0,685 g/l DCW), the most rapid growth of ammonium sulfate (0,659 h-1) and the highest PHB yield of ammonium nitrate       (%27,3 g PHB/g DCW) were found. About C/N rations; the highest biomass was found while C/N =0,5 but the highest yield of PHB was found while C/N =1,5. Microbial growth (0,787 g/l DCW) and PHB yield (%28,33 g PHB / g DCW) have been identified as most effective metal ion nickel but the most rapid growth in the media of 5 ppm boron (0,863 h-1) was observed. Magnesium has a minimal impact in terms of the efficiency of biomass and PHB. To test the response of these soil bacteria, which use this as my natural medium of, for applications in the agricultural field three different fertilizer were used for biomass, growth rate and PHB production. The highest biomass and PHB yield were found when biofertilizers was used (organic fertilizer, 0,240 g/l DCW, %43,3 g PHB/g DCW). Accordingly, for starter strain selection of PHB-producer Bacillus sp. as the isolation medium bio applied to the agricultural sector was found to be suitable.