Selülaz üreticisi termofilik fungusların izolasyonu ve enzimin katı kültür fermentasyonu ile üretimi
Cellulase manufacturer insulation of thermophilic fungues and production of enzyme by solid culture fermentation
Yazar: SALİH TUNÇEL
Danışman: PROF. DR. BİLGE HİLAL ÇADIRCI
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Selüloz biyokütle, selülotik enzimlerle hidrolizi ile monomerik şekerlerin üretiminde, potansiyel yenilenebilir kaynaklardır. Endoglukanaz, ekzoglukanaz ve β-glikozidaz enzim karışımlarından oluşan selülaz enzimi, bu enzimlerin sinerjik etkileriyle selülozu glikoza kadar parçalar. Bu enzimler başta mantarlar olmak üzere çok çeşitli mikroorganizmalar tarafından üretilebilmektedir. 
Bu çalışmada, Tokat ili sınırları içerisinde bulunan orman topraklarından ve kampüsümüzde bulunan kompost üretim tesisinden alınarak zenginleştirilen örneklerden, karboksimetil selülozu (CMC) en yüksek oranda hidroliz eden selülaz aktivitesine sahip termofilik fungus Aspergillus fumigatus izole edilmiştir. 18s rRNA dizi analizi analizi sonucunda A. fumigatus BHC05 olarak adlandırılan termofilik fungusun sahip olduğu ekstraselüler selülaz enziminin katı kültür fermantasyonu ile üretim parametreleri optimize edilmiştir. Karbon kaynağı, azot kaynağı, nemlendirme oranı, yüzey sürfektan ektisi ve üretim süresi belirlendikten sonra üretilen enzimin pH (3.0-4.0 – 5.0 – 6.0 – 7.0 – 8.0 – 9.0- 10.0), sıcaklık (30°C, 40°C, 50°C, 60°C, 70 °C, 80°C, 90°C) ve termal stabilitesi (24 h – 96 h – 336 h) gibi özellikleri araştırılmıştır. Selülaz aktivitesi kantitatif olarak CMC substratı kullanılarak DNS yöntemiyle spektrofotometrik olarak ölçülmüştür.
Termofilik fungus %0.1 (v/v) tritonX100 yüzey sürfaktan, 1:1 (w/w) oranda nemlendirme sıvısı, portakal karbon ve NaNO3 azot kaynağı olan SSF ortamında enzimin optimum aktivite 3. günde üretilen enzimi ile substratı (%v 1w/ CMC) pH 5.0, 50 ºC de ve 60 dk inkübasyon sonucunda DNS yöntemiyle bakılan enzim aktivitesi 2870 U/mL göstermiştir. Termofilik fungus SSF ortamında üretilen selülazın enzimatik özellikleri de değerlendirilmiştir. Buna göre enzimin optimum aktivitesi pH 6.0 ve sıcaklık 70 °C'de göstermiştir. 30°C – 40 °C- 50°C- 60°C de 15 gün boyunca aktivitesinin %80'ini korumuştur. Bu çalışmayla termofilik fungusun ürettiği selülazın aktivite verimlilik nedeniyle endüstiyel alanında kullanılması için iyi bir potansiyele sahip olduğu gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Selülaz, Termofilik Fungus, Aspergillus fumigatus, Karboksimetil Selüloz

Abstract:
Cellulose biomass is a potential renewable resource for the production of monomeric sugars by hydrolysis with cellulolytic enzymes. Cellulase enzyme, which is composed of endoglucanase, exoglucanase and β-glucosidase enzyme mixtures, breaks down cellulose to glucose with the synergistic effects of these enzymes. These enzymes can be produced by a wide variety of microorganisms, especially fungi.
In this study, thermophilic fungus Aspergillus fumigatus, which hydrolyzes carboxymethyl cellulose (CMC) at the highest rate, was isolated from the forest soils in Tokat province and the samples enriched from the compost production facility in our campus. As a result of the 18s rRNA sequencing analysis, the production parameters of the thermophilic fungus named A. fumigatus BHC05 were optimized by the solid culture fermentation of the extracellular cellulase enzyme. After determining the carbon source, nitrogen source, moistening ratio, surface surfactant effect and production time, the pH of the enzyme produced (3.0-4.0 - 5.0 - 6.0 - 7.0 - 8.0 - 9.0 - 10.0), temperature (30°C, 40°C, 50°) C, 60°C, 70°C, 80°C, 90°C) and thermal stability (24 h – 96 h – 336 h) were investigated. Cellulase activity was quantitatively measured spectrophotometrically by DNS method using CMC substrate.
Optimum activity of the enzyme in SSF medium with thermophilic fungus 0.1% (v/v) tritonX100 surface surfactant, 1:1 (w/w) moistening liquid, orange carbon and NaNO3 nitrogen source and substrate (1.0% w/v) CMC) at pH 5.0, 50 ºC and 60 min incubation, the enzyme activity measured by DNS method showed 2870 U/mL. The enzymatic properties of cellulase produced in thermophilic fungus SSF medium were also evaluated. Accordingly, the optimum activity of the enzyme was shown at pH 6.0 and temperature 70 °C. It preserved 80% of its activity for 15 days at 30°C – 40°C – 50°C – 60°C. In this study, it has been shown that the cellulase produced by the thermophilic fungus has a good potential to be used in the industrial field due to its activity efficiency.

Keywords: Cellulase, Thermophilic Fungus Isolation, Carboxymethyl and Cellulase Activity