Farklı gıda atıklarından elde edilen besin ortamlarında fungal Monascus purpureus pigment üretiminin incelenmesi
Investigation of pigment production by fungal Monascus purpureus in nutrient media obtained from different food wastes
Yazar: İREM KALEBOZAN
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında kesikli karıştırmalı kapta Monascus purpureus küf mantarından melastan hazırlanan doğal sıvı besin ortamında, portakal ve üzüm atıklarından kaynar suyla ekstraksiyonla elde edilen şekerleri içeren doğal sıvı besin ortamlarında ve referans olarak karşılaştırma amaçlı glikoz içeren yapay besin ortamında hücre dışı olarak salgılanan sarı ve kırmızı pigmentlerin üretimi incelenmiştir. 

Çalışmalarda öncelikle glikoz içeren yapay besin ortamında sarı ve kırmızı pigmentlerin üretim hız ve verimine başlangıç pH'ının ve başlangıç glikoz derişiminin etkileri araştırılmıştır. Her iki pigment için de başlangıç pH'ı 4 değerinde en yüksek üretim hız ve verim değerleri elde edilmiştir. pH 4'te başlangıç glikoz derişiminin 40 g/L'ye kadar artmasıyla sarı pigment üretiminin 8,68 g/L'ye, başlangıç glikoz derişiminin 60 g/L'ye kadar artmasıyla da kırmızı pigment üretiminin 14,04 g/L'ye arttığı gözlenmiştir. 

Çalışmaların daha sonraki aşamasında melastan hazırlanan besin ortamında pH 4'te M. purpureus'tan sarı ve kırmızı pigment üretim hızı ve verimine başlangıç sakkaroz derişiminin etkisi 10-40 g/L derişim aralığında incelenmiş, 30 g/L sakkaroz derişiminde en yüksek sarı pigment üretimi 0,96 g/L, 40 g/L sakkaroz derişiminde en yüksek kırmızı pigment üretimi 3,35 g/L olarak saptanmıştır.

Çalışmaların bir sonraki aşamasında pH 4'te posalı portakal kabuğu atığından farklı atık/sıvı (A/S) oranlarında elde edilen ve 10-60 g/L aralığında değişen toplam indirgen şeker (TİŞ) derişimi içeren besin ortamlarında başlangıç substrat derişiminin Monascus pigmentlerinin üretimi üzerine etkileri araştırılmış ve 60 g/L TİŞ derişiminde en yüksek sarı pigment üretimi 0,82 g/L, 40 g/L TİŞ derişiminde en yüksek kırmızı pigment üretimi 2,13 g/L olarak bulunmuştur.

Çalışmaların son aşamasında, pH 4'te atık üzüm posasından iki farklı atık/sıvı (A/S) oranında elde edilen ve 10 ve 20 g/L değişen toplam indirgen şeker (TİŞ) derişimi içeren besin ortamlarında başlangıç substrat derişiminin Monascus pigmentlerinin üretimi üzerine etkileri araştırılmış ve 20 g/L TİŞ derişiminde en yüksek sarı pigment üretimi 0,57 g/L, en yüksek kırmızı pigment üretimi 1,72 g/L olarak tespit edilmiştir.

Deneysel sonuçlar Monascus purpureus'un her iki pigmentin üretiminde de en yüksek hız ve verim değerlerine glikozlu besin ortamında ulaştığını, çalışılan tüm besin ortamlarında kırmızı pigment üretiminin sarı pigment üretiminden daha yüksek olduğunu, glikozlu besin ortamında pigment üretiminin genellikle üstel üreme evresinde, ancak diğer doğal besin ortamlarında substrat derişimine bağlı olarak durgun evrede gerçekleştiğini göstermiştir.

Bu tez çalışması ile şeker endüstrisi yan ürünü melastan ve ayrıca gıda endüstrisi atıklarından posalı portakal kabuğu ve üzüm posasından elde edilen sıvı besin ortamlarında, Monascus purpureus küf mantarıyla düşük maliyetli ve çevre dostu bir yöntemle katma değeri yüksek, çok amaçlı kullanımlar için uygun sarı ve kırmızı pigmentlerin üretimi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis study, the production of yellow and red pigments secreted extracellularly by the Monascus purpureus fungus in batch stirred vessel was investigated in natural liquid nutrient media prepared from molasses and those containing sugars extracted with hot water from orange and grape waste, as well as in a synthetic nutrient medium containing glucose used as a reference for comparison.

In the studies, first of all, the effects of initial pH and initial glucose concentration on the production rate and efficiency of yellow and red pigments in artificial nutrient medium containing glucose were investigated. For both pigments, the highest production rate and efficiency values were obtained at an initial pH of 4. At pH 4, it was observed that increasing the initial glucose concentration up to 40 g/L resulted in yellow pigment production reaching 8,68 g/L, while increasing the initial glucose concentration up to 60 g/L led to red pigment production reaching 14,04 g/L.

In the following step of the studies, at pH 4, the effect of initial sucrose concentration on the production rate and yield of yellow and red pigment production from M. purpureus in the nutrient medium prepared from molasses was investigated, within an initial sucrose concentration range of 10-40 g/L, at 30 g/L sucrose concentration, the highest yellow pigment production was observed 0,96 g/L, at 40 g/L sucrose concentration, the highest red pigment production was observed 3,35 g/L.

In the next stage of the studies, the effects of initial substrate concentration on the production of Monascus pigments were investigated in nutrient media at pH 4, obtained from pulpy orange peel waste different waste/liquid (A/S) ratios, containing total reducing sugar (TİŞ) concentration ranging from 10-60 g/L and at 60 g/L TİŞ concentration highest yellow pigment production was found to be 0,82 g/L, and at 40 g/L TİŞ concentration, the highest red pigment production was found to be 2,13 g/L.

In the final stage of the studies, the effects of the initial substrate concentration on the production of Monascus pigments were investigated in nutrient media obtained from waste grape pulp at pH 4 in two different waste/liquid (A/S) ratios, containing 10 and 20 g/L total reducing sugar (TİŞ) concentrations and at 20 g/L TİŞ concentration, the highest yellow pigment production was found to be 0,57 g/L and the highest red pigment production was found to be 1,72 g/L.

Experimental results showed that Monascus purpureus reached the highest rate and efficiency values in the production of both pigments in glucose nutrient medium, the red pigment production was higher than yellow pigment production in all nutrient media studied, pigment production in a glucose nutrient medium generally occurred in the exponential growth phase, while in other nutrient media it occured in the stationary phase depending on the substrate concentration.

In this thesis, the production of yellow and red pigments with high added value, suitable for multi-purpose uses, with a low-cost and environmentally friendly method, using the Monascus purpureus mold fungus, in liquid nutrient media obtained from molasses, a by-product of the sugar industry, as well as pulpy orange peel and grape pomace from food industry wastes.