Biyoreaktörde endüstriyel atıklar kullanılarak mikrobiyal karotenoid üretimi
Microbial carotenoid production using industrial wastes in bioreactor
Yazar: ABDULLAH AYAZ
Danışman: PROF. DR. ZEKİYE SERPİL TAKAÇ
Ankara Üniversitesi / Biyoteknoloji Enstitüsü / Temel Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyoreaktörler = Bioreactors ; Endüstriyel atıklar = Industrial wastes ; Fermentasyon = Fermentation ; Hemiselüloz = Hemicellulose ; Karotenoidler = Carotenoids ; Rhodotorula glutinis = Rhodotorula glutinis

Özet:
Rhodotorula glutinis ile Salix schwerinii E. Wolf bitkisinin hemiselülozik hidrolizatından katma değeri yüksek ürün olarak mikrobiyal karotenoidlerin (β-karoten, torulen ve torularhodin) üretimi ve üretim prosesinin optimize edilmesi amacıyla erlen ve biyoreaktörde deneyler gerçekleştirilmiştir. Öncelikle erlen deneylerinde sıcaklık, pH, azot-karbon kaynağı ile zenginleştirme, hemiselüloz türü parametrelerinin hücre büyümesi, % lipit içeriği ve toplam karotenoid miktarı üzerindeki etkisi analiz edilerek optimum koşullar elde edilmeye çalışılmıştır. Erlen deneylerinden elde edilen sonuçlar, laboratuvar tipi bir reaktöre daha büyük ölçekte ve karıştırma etkinliğinin etkisi de göz önünde bulundurularak aktarılmıştır. Biyoreaktör deneylerinde ortam pH'sı, hücre derişimi, % lipit içeriği, toplam karotenoid, karotenoid profili, indirgen şeker ve kullanılan substratın kompozisyonu gravimetrik, spektroskopik, kromatografik ve mikrobiyolojik analiz yöntemleri ile belirlenmiştir. Erlen deneylerinde biyokütle, lipit içeriği ve toplam karotenoid açısından en uygun koşulların Parr reaktörü ile 200 0C'de elde edilen hemiselüloz ile başlangıç pH'nın 7, sıcaklığın 30 0C olduğu, 1 g/L üre ve 10 g/L gliserol varlığında olduğu tespit edilmiştir. Biyoreaktör deneylerinde ise tüm karıştırma koşullarında en fazla üretilen karotenoid torularhodin, en az üretileni ise β-karoten olmuştur. Yüksek karıştırma etkinliğinde 5,578 mg/L maksimum hücre derişimi, 7,7 % lipit içeriği, 5,54 mg karotenoid / g kuru hücre değerlerine ulaşılmıştır. Yapılan çalışmalardan elde edilen sonuçlar Salix schwerinii E. Wolf bitkisinden elde edilen hemisülozik ekstraktın mikrobiyal olarak katma değeri yüksek ürünlerin üretilmesi açısından sürdürülebilir bir kaynak olabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Experiments were carried out in Erlenmeyer flasks and bioreactor to convert hemicellulosic hydrolyzate from Salix schwerinii E. Wolf plants into microbial carotenoids (β-carotene, torulene, and torularhodin) as a high value-added product by Rhodotorula glutinis and to optimize the conditions of production process. First, the effects of temperature, pH, enrichment with nitrogen-carbon source, hemicellulose type parameters on cell growth, lipid content, and total carotenoid content were studied in Erlenmeyer experiments. The optimum experimental parameters were transferred to a lab-scale bioreactor, taking into account the effect of mixing efficiency. During the experiments gravimetric, spectroscopic, chromatographic, and microbiological analysis methods were used to determine cell growth, lipid content, total carotenoid, reducing sugar, pH, carotenoid profile, and substrate composition. In Erlenmeyer experiments, it was determined that the most suitable conditions for biomass, lipid content, and total carotenoids were obtained with hemicellulose produced at 200 0C with the Parr reactor, the initial pH was 7, the temperature was 30 0C, and the presence of 1 g/L urea and 10 g/L glycerol. In bioreactor experiments, torularhodin was the most produced carotenoid in all mixing efficiencies, while β-carotene was the least. 5,578 mg/L maximum cell concentration, 7.7 percent lipid content and 5,54 mg carotenoid / g dry cell values were achieved with high mixing efficiency. The findings indicated that the hemicellulosic extract obtained from the Salix schwerinii E. Wolf plant can be a sustainable source for the production of high value-added products by microbial means.