Taşıyıcısız enzim immobilizasyonunda kitosan nanopartiküllerinin biyokatalizör performansına etkisi
Effect of chitosan nanoparticles on biocatalyst performance in carrier-free enzyme immobilization
Yazar: AYŞENUR YÜKSEK
Danışman: PROF. DR. UĞUR SALGIN
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, kitosan nanopartiküllerinin çapraz bağlı Candidarugosa lipaz enzim agregatları ile entegrasyonu gerçekleştirilmiş ve nanopartiküllerin oluşturulan immobilize enzim sisteminin katalitik performansına etkisi araştırılmıştır. Düşük moleküler kütleli kitosan (~20 kDa) seyreltilmiş HCl (100 mM pH=3) içinde çözünürken, NaOH (100 mM pH=11) ortamında yüksek hızlı bir homojenizatör tarafından sağlanan yoğun kesme gerilimi etkisiyle çökeltilmiş ve ortalama hidrodinamik çapı ~6 nm olan nanopartiküller elde edilmiştir. İmmobilizasyon sürecinde, başlangıç enzim konsantrasyonu (150 mg/mL), çökelti ajanı olarak kullanılan amonyum sülfatın konsantrasyonu (600 mg/mL) ve bifonksiyonel çapraz bağlayıcı ajan olan glutaraldehitin konsantrasyonu (40 μL/mL) sabit tutulmuştur.  Geliştirilen biyokatalizörün hidrolitik aktivitesine kitosan nanopartikül derişiminin etkisi 2.5-15 mg/mL aralığında araştırılmıştır. Kitosan içermeyen immobilize enzim sistemleri ile karşılaştırıldığında, bu bileşenin eklenmesinin immobilize enzim sistemlerinin hidrolitik aktivitesini azalttığı saptanmıştır. 2.5 mg/mL derişiminde nanopartikül kullanımı ile aktivite kaybı yaklaşık %16 olarak belirlenmiştir.  Bu derişime sahip immobilize enzimlerin katalitik performansı değişik sıcaklık (20-80 °C), karıştırma hızları (200-800 rpm) ve çeşitli çözücülere karşı toleransları da incelenmiştir.  30 °C'de bağıl aktivite %99.9 olarak bulunmuş ve 600 rpm'ye kadar performansını korumuştur.  Çözücü ortamlarına karşı toleransı değerlendirildiğinde ise azalan aktivite sırasına göre izopropanol>hekzan> kloroform > deiyonize su > i-oktan > etanol > fosfat tamponu > DMSO > metanol > etil asetat > DMF > siklohekzan şeklinde sıralanmıştır.

Abstract:
In this study, the integration of chitosan nanoparticles with cross-linked Candida rugosa lipase enzyme aggregates were carried out and the effect of nanoparticles on the catalytic performance of the immobilized enzyme system was investigated. Low molecular mass chitosan (~20 kDa) was dissolved in diluted HCl (100 mM pH=3) and precipitated in NaOH (100 mM pH=11) under the intense shear stress provided by a high-speed homogenizer to obtain nanoparticles with an average hydrodynamic diameter of ~6 nm. During the immobilization process, the initial enzyme concentration (150 mg/mL), the concentration of ammonium sulphate used as precipitation agent (600 mg/mL) and the concentration of bifunctional crosslinking agent glutaraldehyde (40 μL/mL) were kept constant.  The effect of chitosan nanoparticle concentration on the hydrolytic activity of the developed biocatalyst was investigated in the range of 2.5-15 mg/mL. Compared to the immobilized enzyme systems without chitosan, it was found that the addition of this component decreased the hydrolytic activity of the immobilized enzyme systems. At a concentration of 2.5 mg/mL, the loss of activity was approximately 16% with the use of nanoparticles.  The catalytic performance of immobilized enzymes with these concentrations was also investigated for their tolerance to different temperatures (20-80 °C), stirring speeds (200-800 rpm) and various solvents.  At 30 °C, the relative activity was found to be 99.9% and maintained its performance up to 600 rpm.  When the tolerance to solvent environments was evaluated, the order of decreasing activity was isopropanol > hexane > chloroform > deionized water >i-octane > ethanol > phosphate buffer > DMSO > methanol > ethyl acetate > DMF > cyclohexane.