Portakal atıklarından Aspergillus niger filamentli fungusu kullanılarak sitrik asit üretiminde değerlendirilmesi
Evaluation of orange waste for citric acid prductin by a filamented fungi Aspergilus niger
Yazar: ECE ÜMMÜ DEVECİ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÖZYURT
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada sitrik asit üretimi araştırılmştır. Aspergillus niger ve Akdeniz Bölgesi'nde yoğun üretimi yapılan narenciyelerden portakalın kabukları fermentasyon için kullanılmıştır. İlave substrat olarak şeker pancarı melası kullanıldı. Substratlar için optimum hidroliz ve ön işlem koşulları belirlenmiştir. Çalışmada ilk olarak sitrik asit fermentasyonu için sakkaroz içerikli ortamda kesikli düzende çalışan çalkalamalı biyoreaktörde optimum inkübasyon süresi, başlangıç pH değişimi, başlangıç subsrat derişimi, metanol oranının sitrik asit üretimi üzerine etkileri araştırılmıştır. Daha sonra substrat olarak narenciye kabukları ve melas karışımı kullanılarak kesikli düzende çalışan çalkalamalı biyoreaktörde optimum koşulları belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlardan faydalanarak iki tip fermentörde (kesikli düzende çalışan havalandırmalı biyoreaktör ve kesikli düzende çalışan kule fermetörü) optimizasyon çalışması yapılmıştır. Fermentörlerde substrat olarak portakal hidrolizatı ve melas kullanılmıştır. Kule fermentöründe optimum havalandırma oranı ve mikroorganizma oranı da belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre fermentör türü ve fermentörün çalışma prensibine bağlı olarak sitrik asit üretiminin değiştiği belirlenmiştir.Sakkarozun substrat olarak kullanıldığı çalışmada maksimum sitrik asit üretimi 21,6 g/L olarak tespit edildi. Portakal kabuğu ve melas karışımının kullanıldığı kesikli düzende çalışan çalkalamalı biyoreaktör çalışmasında ise maksimum sitrik asit 35,6 g/L olarak tespit edildi. Kesikli düzende çalışan havalandırmalı biyoreaktör sisteminde elde edilen sonuçlar, kesikli düzende çalışan çalkalamalı biyoreaktör çalışmasında belirlenen optimum koşullarla aynı olduğu ve kesikli düzende çalışan çalkalamalı biyoreaktör çalışmasına göre verimliliği daha yüksek olduğu tespit edilmiştir. Kesikli düzende çalışan havalandırmalı biyoreaktörde optimum koşullarda elde edilen maksimum sitrik asit derişimi 38,7 g/L olarak belirlenmiştir. En yüksek sitrik asit üretimi ve mikrobiyal gelişim yarı sürekli havalandırmalı kule fermentöründe saptanmıştır. Kesikli düzende çalışan kule fermetörü çalışmasında optimum mikroorganizma oranı % 3 ve havalandırma hızı da 1 L/dakika olarak belirlenmiştir. Ayrıca kesikli düzende çalışan kule fermentöründe optimum koşullarda sitrik asit derişiminin 52,33 g/L olduğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre substrat olarak narenciye hidrolizatlarının verimli bir şekilde kullanılabileceği, ancak ortamda yeterli toplam şeker derişiminin sağlanması için melasla zenginleştirilmesi gerekliliği, fermentör tipine bağlı olarak sitrik asit üretim verimliliğinin değiştiği ve kesikli düzende çalışan kule fermentörünün çok verimli çalıştığı ve sitrik asit üretimi açısından uygun olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study citric acid production was investigated. Aspergillus niger and orange peels of citrus fruit that is grown in the Mediterranean region were used for fermentation. Sugar beet molasses were also used as an additional substrate. Optimum hydrolyzing and pre-treatment conditions were determined for substrate. For determining optimum citric acid production conditions, first saccharose used as a substrate in batch aerated shaker . Optimum incubation period, the effects of initial pH, effect of initial substrate concentration and the effect of methanol concentration onto the production yield of citric acid were investigated. After this study, orange peels of citrus fruit and molasses used as substrates and optimum conditions were investigated again. With utilizing these results optimization studies were done in two types of fermenter was used. (Batch Aerated Bioreactor, Batch Aerated Tower Fermenter). Orange hydrolysate as substrate is used for the fermenter studies. At the Batch Tower Fermenter, optimum aeration ratio and concentration of microorganisms were determined. According o the experimental results, it was determined that citric acid production changes with depending on fermentor type and working principle of fermentor.At the first optimization study including saccharose as a substrate, maximum citric acid production was determined as 21,6 g/L. At the second optimization study with flask in shaker we used orange peels of citrus fruit and molasses as substrates, maximum citric acid determined as 35,6 g/L The fermenter optimization studies were verified with batch shaker bioreactor but also it was determined that yield was higher than the one in batch shaker bioreactor studies. During the optimum conditions of Batch Aerated Bioreactor maximum citric acid was established as 38,7 g/L. The maximum citric acid production and microbial growth were determined at batch aerated tower fermenter. At the Batch Aerated Tower Fermenter, optimum microbial concentration and aeration rate were determined as 3 %, 1 L/min, respectively. Citric acid concentration was established as 52,33 g/L at the optimum production conditions of Batch Aerated Tower Fermenter. Obtained results show that citrus hydrolysate can be used as substrate but it has to be enriched with molasses to provide sufficient total sugar during the fermentation period. Citric acid production provided a distinct difference in batch aerated tower fermenter compared with other fermenters.