cis, cis-mukonik asitin Pseudomonas putida biyokatalizörlüğünde mikrobiyal üretimi
Microbial synthesis of cis, cis-muconic acid with Pseudomonas putida
Yazar: FATMA ELİF UZUN
Danışman: PROF. DR. EMİNE BAYRAKTAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyolojik üretim = Biological production ; Parametre optimizasyonu = Parameter optimization

Özet:
Çalışmanın amacı, Pseudomonas putida KT2440 hücreleri ile sodyum benzoattan cis, cis-mukonik asitin (ccMA) mikrobiyal üretimi ve fermentasyon ortamı koşularının deney tasarım yöntemi ile optimizasyonunun gerçekleştirilmesidir. Çalışma sırasında öncelikle, Pseudomonas putida KT2440 hücreleri ile ccMA üretiminde yer alan Na-benzoat (substrat), glukoz, Na2HPO4, KH2PO4, NaCl, (NH4)2SO4, MgSO4, CaCl2, FeSO4 derişimi, sıcaklık ve başlangıç pH'ının üretime etkisi incelenmiştir. Üretimde yer alan 11 ortam koşulundan en etkili olanların belirlenmesi amacıyla Plackett-Burman deney tasarımı uygulanmıştır. Belirlenen etkili faktörlerin optimize edilmesi ise, cevap yüzey yöntemi (RSM) olan merkezi kompozit deney tasarımı (CCD) ile gerçekleştirilmiştir. Plackett-Burman deney tasarımı sonucunda ccMA üretimine, Na-benzoat, glukoz, Na2HPO4, KH2PO4, CaCl2 derişimi, sıcaklık ve başlangıç pH'ının pozitif, NaCl, (NH4)2SO4, MgSO4 ve FeSO4 derişiminin negatif etkisi olduğu belirlenmiştir. Pareto grafiğinde "Bonferroni" limitinin üzerinde kalan Na-benzoat, NaCl, (NH4)2SO4 derişimi ve başlangıç pH'ı; ccMA üretiminde en etkili faktörler olarak belirlenmiştir. Daha sonra, bu faktörlerin etkileri RSM ile incelenmiş ve optimum değerleri sırasıyla; 16.93 mM, 0.9 g/L ve 1.8 g/L ve 7.97 olarak belirlenmiştir. Diğer faktörlerin optimum değerleri ise; 20 mM glukoz, 35 ○C sıcaklık, 18 g/L Na2HPO4, 10 g/L KH2PO4, 150 µM CaCl2, 1 mM MgSO4 ve 13 µM FeSO4 olarak belirlenmiştir. Optimize edilmemiş koşullar altında 0.126 mM ccMA, optimize edilmiş koşullar altında 0.401 mM ve RSM ile 0.5895 mM ccMA elde edilmiştir. Böylece, optimize edilmemiş koşullarla karşılaştırıldığında RSM kullanılarak üretimde yaklaşık 6 kat artış meydana gelmiştir.

Abstract:
The aim of the study is the microbial production of cis, cis-muconic acid (ccMA) by Pseudomonas putida KT2440 cells with using Na-benzoate and the optimization of the fermentation medium conditions by experimental design method. During the study, the effects on the production of medium conditions such as Na-benzoate (substrate), glucose, Na2HPO4, KH2PO4, NaCl, (NH4)2SO4, MgSO4, CaCl2, FeSO4 concentrations, temperature and initial pH were investigated. Plackett-Burman experimental design was used to determine the most effective ones in eleven fermentation conditions. Optimization of the determined effective factors was accomplished with the central composite design (CCD), which is response surface method (RSM). As a result of the Plackett-Burman design, it was determined that Na-benzoate, glucose, Na2HPO4, KH2PO4, CaCl2 concentrations, temperature and initial pH have positive effects, but NaCl, (NH4)2SO4, MgSO4 ve FeSO4 concentrations have negative effects on the ccMA production. In Pareto chart, the effects (Na-benzoate, NaCl, (NH4)2SO4 concentrations and initial pH) above the "Bonferroni" limit was determined to be the most effective parameters on production. Then, the effects of these factors were examined with RSM and their optimum values were determined as; 16.93 mM, 0.9 g/L and 1.8 g/L and 7.97, respectively. The optimum values of the other parameters were determined as; 20 mM glucose, 35 ○C temperature, 18 g/L Na2HPO4, 10 g/L KH2PO4, 150 μM CaCl2, 1 mM MgSO4 and 13 μM FeSO4. ccMA concentrations under non-optimized condition, optimized condition and with using RSM were obtained; 0.126, 0.401 and 0.5895 mM, respectively.  Thus, compared with the non-optimized conditions, about 6-fold increase was achieved on the ccMA production by using RSM.