Rekombinant Aspergillus sojae AsT3 kullanılarak katı faz fermentasyonu ile mannanaz üretimi
Mannanase production by solid state fermentation using recombinant Aspergillus sojae AsT3
Yazar: CANSU YILMAZER KOÇ
Danışman: DOÇ. DR. İRFAN TURHAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Katı faz fermentasyonu (KFF), enzimler, organik asitler ve biyoyakıtlar gibi katma değeri yüksek endüstriyel ürünlerin üretiminde sıvı kültür fermentasyon yöntemine göre daha ucuz ve çevre dostu olmasından dolayı alternatif olarak tercih edilmektedir. KFF, nemli katılar üzerinde mikroorganizma gelişimi için uygun bir ortam oluşturduğundan dolayı katı atıkların değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Bu çalışmada ucuz ve bol bulunan farklı lignoselülozik biyokütlelerden (arpa kavuzu, buğday kepeği, çavdar kepeği, yulaf kavuzu) fermentasyonla Aspergillus sojae AsT3 kullanılarak mannanaz üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla beş farklı substrat (arpa
kavuzu, buğday kepeği, çavdar kepeği, yulaf kavuzu ve karışım) üzerinde ve üç farklı inokülasyon oranında (%3, 5 ve 7) katı faz fermentasyonları yapılmıştır. Ayrıca katı faz fermentasyonu ile üretilen β-mannanaz enziminin kullanım alanlarından biri olan mannooligosakkaritlerin (MOS) üretimi de incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre en iyi karbon kaynağı seçilmiş ve bağımsız değişkenlerin etkisini incelemek için PlackettBurman Dizayn (PBD) ile belirlenen 10 farklı fermentasyon denemesi gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte MOS üretimini artırmak için PBD ile belirlenen fermentasyonlar gerçekleştirilirken en iyi karbon kaynağına mannan içerdiği bilinen kahve atıkları ilave edilmiştir. Fermentasyon denemeleri sonucunda her bir karbon kaynağı için farklı inokülasyon oranlarında en yüksek β-mannanaz aktivitesi sırasıyla; yulaf kavuzunda 413.50 U/mg (%5), arpa kavuzunda 582.59 U/mg (%7), çavdar
kepeğinde 983.53 U/mg (%7), buğday kepeğinde 55.59 U/mg (%5) ve karışım fermentasyonlarında ise 262.75 U/mg (%7) olarak bulunmuştur. Bu sonuçlara göre en yüksek β-mannanaz aktivitesine (983.53 U/mg) %7 inokülasyon oranı kullanılan çavdar kepeğinde ulaşılmıştır. β-Mannanaz ve MOS üretiminde PBD ile belirlenen şartlarda bağımsız değişkenlerin etkisi incelemiş ve sonuç olarak 30°C'de 7 gün boyunca %7 inokülasyon oranı ve başlangıç pH 7.0 olan fermentasyon şartlarının en iyi olduğu tespit edilmiştir. Fermentasyon ortamına eklenen kahve atığı enzim üretimini inhibe etmiş ancak MOS üretimini artırmıştır. PBD ile belirlenen koşullarda gerçekleştirilen fermentasyonlarında en yüksek değerlerdeki MOS bileşenleri ve toplam MOS değerleri, mannobioz için 80.59 ppm (6.
deneme), mannotrioz için 69.94 ppm (1. deneme), mannotetroz için 210.37 ppm (3. deneme), mannopentoz için 391.87 ppm (1. deneme), mannoheksoz için 533.40 ppm (9. deneme) ve toplam MOS değeri için 1086.45 ppm (9. deneme) olarak bulunmuştur. Ayrıca PBD ile gerçekleştirilen fermentasyonlar sonucunda, inkübasyon sıcaklığının βmannanaz üretiminde etkili olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada, katı faz fermentasyon yöntemi ile rekombinant Aspergillus sojae AsT3 (ATCC 11906) kullanılarak mannanaz üretimi ve aynı zamanda MOS üretimi amaçlanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, atıkların değerlendirilmesi, düşük enerji gereksinimi ve mikroorganizma gelişimi için uygun bir ortam olması sebebiyle KFF'nin β-mannanaz ve MOS üretimi için uygun olduğu belirlenmiştir.

ANAHTAR KELİMELER: Katı faz fermentasyon, lignoselüloz, rekombinant Aspergillus sojae, mannooligosakkarit

Abstract:
Solid state fermentation (SSF) has been well known as an alternative to the liquid culture fermentation method in the production of value-added industrial products such as enzymes and biofuels, as it is cheaper and environmentally friendly. SSF is used in the evaluation of solid wastes because it creates a suitable environment for microorganism growth on moist solids. In this study, mannanase production was carried out using Aspergillus sojae AsT3 by fermentation from different lignocellulosic biomass (barley husk, wheat bran, rye bran, oat husk) due to its cheap and abundant availability. For this purpose were carried out on five different substrates (barley husk, wheat bran, rye bran, oat husk and mixture) and at three different inoculation rates (3, 5 and 7%) solid state fermentations. In addition, the production of mannooligosaccharides (MOS) which is one of the uses of the β-mannanase enzyme produced by solid state fermentation, was also investigated. The best carbon source was selected and 10 different fermentation trials determined by Plackett-Burman Design (PBD) were conducted to examine the effect of independent variables. In order to increase MOS production, while fermentation determined by PBD was carried out, coffee wastes known to contain mannan were added to the best carbon source. It was according that
these results, the highest β-mannanase activity (983.53 U/mg) was achieved in rye bran using a 7% inoculation rate. The effect of independent variables in non-mannanase and MOS production under conditions determined by PBD was examined and as a result it was determined that the fermentation conditions with 7% inoculation rate and initial pH 7.0 at 30°C for 7 days the best were found. Coffee waste added to the fermentation medium inhibited the enzyme production, but increased MOS production. The highest values of MOS components and total MOS values in fermentations performed under conditions determined with PBD were 80.59 ppm for mannobiose (6th trial), 69.94 ppm for mannotriose (1st trial), 210.37 ppm for mannotetrose (3rd trial), 391.87 ppm for mannopentose (1st trial), 533.40 ppm for mannohexose (9th trial) and 1086.45 ppm for total MOS (9th trial). In addition, as a result of the fermentations performed with PBD, it was determined that the incubation temperature was effective in the production of β-mannanase. In this study, the production of mannanase and MOS production by using recombinant Aspergillus sojae AsT3 (ATCC 11906) by solid culture fermentation method was aimed. When the results are examined, it has been determined that SSF is suitable for β-mannanase and MOS production due to the evaluation of wastes, low energy requirement and because it is a suitable environment for microorganism development.

KEYWORDS: Solid-state fermentation, lignocellulose, mannanase, recombinant Aspergillus sojae, mannooligosaccharide