Tarımsal atıkların biyoetanol üretiminde kullanım olanaklarının araştırılması
Investigation of bioethanol production potentials of agricultural wastes
Yazar: EKİN DEMİRAY
Danışman: PROF. DR. SEVGİ ERTUĞRUL KARATAY
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Gerçekleştirilen tez çalışmasında Türkiye'de endüstriyel üretimi bulunan nar kabukları ve fermente edilmiş şalgam suyu atıklarının biyoetanol üretim potansiyelleri araştırılmıştır. Fermentasyon deneylerinde Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianusve Pichia stipitis kullanılmıştır. Her iki hammaddeden biyoetanol üretimine ön-işlem tipi, başlangıç hammadde konsantrasyonu, organik ve inorganik azot kaynakları ve mineral tuzları gibi önemli parametrelerin etkisi belirlenmiştir. Ek olarak nar kabukları enzimatik hidrolize tabi tutulmuş ve farklı tarımsal atıkların fermente edilmiş şalgam suyu atıklarından biyoetanol üretimine etkisi belirlenmiştir. Her iki hammadde ve denenen her üç mayada da en yüksek etanol üretimine 100 g/L başlangıç hammadde konsantrasyonunda ulaşılmıştır. Bununla beraber azot kaynakları, mineral tuzları ve enzimatik hidrolizin nar kabuklarından etanol üretimini belirgin şekilde arttırdığı saptanmıştır. Şalgam suyu atıklarında ise farklı besiyeri bileşenlerinin ve farklı tarımsal atıkların etanol üretimine olumlu etkileri gözlenmiştir. Nar kabuklarından elde edilen en yüksek biyoetanol konsantrasyonu 14.4 FPU selülaz varlığında S. cerevisiae, K. marxianus ve P. stipitis için sırasıyla 12.69 g/L, 14.35 g/L ve 4.23 g/L olarak bulunmuştur. Tez çalışmasında en yüksek teorik etanol verimi, QP ve YP/S değerleri enzimatik hidrolize uğratılan yıkanmış nar kabuğu hidrolizatlarından elde edilmiştir. Teorik etanol verimi sırasıyla sırasıyla %97.8, %98,7, %35.5, Qp değerleri sırasıyla 0.98, 0.99, 0.04 g/L.h ve YP/S değerleri sırasıyla 0.50, 0.50 ve 0.30 g/g olarak saptanmıştır. Fermente edilmiş şalgam suyu atıklarında ise en yüksek etanol üretiminin 24 g/L melas ilave edilmesi sonucunda olduğu belirlenmiştir. Bu ortamda S. cerevisiae, K. marxianus ve P. stipitis için sırasıyla 7.32, 7.25 ve 1.55 g/L etanol üretimi gözlenmiştir. Bu koşullarda S. cerevisiae, K. marxianus ve P. stipitis teorik etanol veriminin sırasıyla %65, %64 ve %18'ine ulaşmıştır. QP değerleri aynı mikroorganizmalar için sırasıyla 0.61, 0.60 ve 0.05 g/L.h şeklinde belirlenirken, YP/S  değerleri 0.46, 0.45 ve 0.37 g/g olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this thesis, bioethanol potentials of turnip juice discards and pomegranate peel waste which are industrial by-products in Turkey were investigated. Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianusand Pichia stipitis were used in fermentation experiments. The effects of important parameters such as pre-treatment type, initial raw material concentration, organic and inorganic nitrogen sources and mineral salts on bioethanol production from both raw materials were determined. In addition, pomegranate peels were subjected to enzymatic hydrolysis and the effect of different agricultural wastes on bioethanol production from fermented turnip juice discards was determined. The highest ethanol production was achieved at the initial raw material concentration of 100 g/L in both raw materials and all three yeasts tested. The same microorganisms were used for ethanol production from turnip juice wastes, and the pretreatment type, initial raw material concentration and the effect of different media components were investigated. The effect of different agricultural wastes on bioethanol production from turnip juice wastes was also determined. In the study, the 100 g/L initial raw material concentration yielded the highest ethanol production for both raw material types. However, nitrogen sources, mineral salts and enzymatic hydrolysis significantly increased ethanol production in pomegranate peels. In fermented turnip juice discards, positive effects of different media components and different agricultural wastes on ethanol production were observed. The highest bioethanol concentration obtained from pomegranate peels was found to be 12.69 g/L, 14.35 g/L and 4.23 g/L for S. cerevisiae, K. marxianus and P. stipitis, respectively, in the presence of 14.4 FPU cellulase enzyme. In the thesis study, the highest kinetic parameters were obtained from washed pomegranate peel hydrolysates subjected to enzymatic hydrolysis. In the washed pomegranate peel hydrolyzate, the highest theoretical ethanol yields were 97.8%, 98.7%, 35.5%, Qp values were 0.98, 0.99, 0.04 g / Lh and YP/S values were 0.50, 0.50 and 0.30 g/g, respectively. The highest ethanol concentration was determined as a result of the addition of 24 g/L molasses to the turnip juice wastes. S. cerevisiae, K. marxianus and P. stipitis produced 7.32, 7.25 and 1.55 g/L ethanol, respectively in the presence of fermented turnip juice discard supplemented with 24 g/L molasses. Under these conditions, S. cerevisiae, K. marxianus and P. stipitis reached 65%, 64% and 18% of theoretical ethanol yield, respectively. In these conditions, QP values were determined as 0.61, 0.60 and 0.05 g/L.h for the same microorganisms, while YP/S values were calculated as 0.46, 0.45 and 0.37 g/g, respectively.