Modifiye kitosan türevlerinde immobilize edilen lakkaz ile boya gideriminin incelenmesi
The investigation of removal of dye by laccase immobilized on modified chitosan derivatives
Yazar: GÜNAY İREM ALTINDAĞ
Danışman: PROF. DR. TÜLİN AYDEMİR
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Biyokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sentetik boyalar yaygın olarak tekstil, kâğıt, kozmetik, deri boyama, renkli fotoğraf, ilaç ve gıda endüstrisinde renk verici maddeler olarak kullanılmaktadır. Sentetik boyaların doğal boyalar ile karşılaştırıldığında ışığa ve sıcaklığa karşı yüksek stabilite göstermesi, sentezinin kolay olması ve uygun maliyet sağlaması gibi özelliklerinden dolayı boya ve tekstil sanayinde kullanımı önemli ölçüde artmıştır. Bu boyaların toksik, mutajenik ve kanserojen etkileri olduğu bilinmektedir. Bunun yanı sıra sentetik boyalar ciddi çevre kirliliğine neden olmaktadır. Atık sulardan boya giderimi için pek çok fiziksel ve / veya kimyasal yöntemler bulunmaktadır, fakat piyasadaki mevcut yöntemlerin çoğunun pahalı olması bu yöntemlerin uygulamasını kısıtlar. Ayrıca bu yöntemlerde aşırı kimyasal kullanımı ikincil bir çevre kirliliği problemine neden olmaktadır. Bu nedenle araştırmacılar, daha ekonomik ve etkili yollar incelemektir ve bu yöntemlere alternatif olarak enzimatik boya giderimi uygulamaları son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Enzimlerin aktivitesinin, kararlılığının ve seçiciliğinin arttırılması için, genellikle enzimin katı bir destek üzerine immobilizasyonu çalışmalarına yoğunlaşılmıştır. Lakkaz enziminin hem spesifikliğinin yüksek olması hem de geniş bir substrat aralığına sahip olması boya ve fenol giderimi, ağartma gibi biyoteknolojik uygulamalarda biyokatalizör olarak kullanımına yol açmıştır. 
Bu çalışmada, üç sentetik tekstil boyası, Metil Kırmızısı (MR), Metilen Mavisi (MB) ve Kristal Viyole (CV) `nin immobilize lakkaz ile tekstil boyası içeren sulu çözeltilerden giderimi incelendi. MWCNT-kitosan kompozit lakkaz (benzendiol: oksijen oksidoredüktaz, EC 1.10.3.2) immobilizasyonu için taşıyıcı olarak kullanılmıştır. Serbest enzim ve MWCNT-CS boncuk üzerine immobilize edilen lakkazın karakterizasyon ve optimizasyon çalışmaları sonucunda, serbest lakkaz için optimum pH 4.0, immobilize lakkaz için optimum pH 5.0 ve sıcaklık 40 °C olarak saptandı. 
Depolama çalışmalarında ise serbest lakkaz ve immobilize lakkaz enzimleri 4°C ve 25 °C? de depolanarak belirli aralıklarla aktiviteleri ölçüldü. Depolama çalışmaları sonucu immobilize lakkazın serbest lakkaza göre 4°C ve 25°C? de daha kararlı olduğu saptandı. Etkili bir boya giderimi için pH, sıcaklık, süre, başlangıç boya konsantrasyonu, boncuk miktarı gibi farklı parametrelerde enzimatik boya giderimi incelendi. Boya giderimi çalışmalarında optimum pH MR boyası için pH 6.0, MB boyası için pH 5.0 ve CV boyası için pH 4.0 olarak belirlendi. Yüzde boya giderimi 120 dakika sonunda MR boyası için %64.2, MB boyası için %72.3 ve CV boyası için %40.2 olarak bulundu. Optimum deney koşulları altında 35 °C? de 130 rpm? de 24 saat inkübasyon sonucu toksik azo boyası MR için % 96.9, bazik boya MB için % 93.1 ve katyonik bazik boya CV için %79.5 giderim gerçekleşti.

Abstract:
Synthetic dyes are widespreadly used as coloring agents in the textile, paper, cosmetics, leather dyeing, color photography, pharmaceutical and food industries. Synthetic dyes are also increasingly used in the textile and dyeing industries because of their ease and cost-effectiveness in synthesis, high stability to light, temperature, variety in color compared with natural dyes. These dyes are toxic, mutagenic and carcinogenic. Furthermore, synthetic dyes are caused serious environmental pollution. There are several physical and/or chemical processes for dye removal from wastewater. However, several commercially available methods are expensive, which limit their application. A secondary pollution problem in these processes will arise because of excessive chemical use. Therefore researchers are investigating an economic and effective ways. Alternatively, enzymatic dye decolorization applications have received great attention in recent years. To improve enzyme activity, stability and selectivity, enzymes have generally been studied with the enzymes immobilized on a solid support. Laccase is highly specific and have a wide range of substances are suitable for different application processes. The ability of laccase enzymes to highly useful biocatalyst for various biotechnological applications such as dye decolorization, removal of phenol, bleaching. 
In this study, three synthetic textile dyes, Methyl Red (MR)  Methylene Blue (MB) and Crystal Violet (CV) were removed by immobilized laccase from aqueous solutions in a batch system. MWCNT-chitosan composite beads were used for immobilization of laccase (benzenediol:oxygen oxidoreductase, EC 1.10.3.2) as a carrier. Optimum pH was found as pH 4.0 for free laccase and found as pH 5.0 for immobilized laccase. Optimum temperature was found as 40°C for free and immobilized laccase. It was observed that resistance of immobilized laccase to changes in temperature is more than free laccase. In the storage stability studies, free and immobilized laccase enzyme was stored at 4 °C and 25°C for enzyme activities were measured at regular times. As a result of storage studies, immobilize laccase was found to be more stabile than free laccase.
Effect of pH, temperature, incubation time and dye concentration was investigated on enzymatic dye decolorization. The optimum pH for maximum decolorization of methyl red, methylene blue and crystal violet was found as pH 6.0, pH 5.0 and pH 4.0 respectively. Dye decolorization percentage was found to be as 64.2% for methyl red, %72.3 for methylene blue and %40.2 for crystal violet after 120 min. incubation. Under the experimental condition showed 96,9% decolorization of a toxic azo dye MR (pH 6.0), 93,1% decolorization of a basic dye MB (pH 5.0) and 79.5% decolorization of a basic dye CV (pH 4.0) were achieved by using immobilized laccase within 24 h  at 35 °C (130 rpm).