Marinal bakteri Teredinobacter turnirae'den proteaz üretimi
Protease production by a marine bacterium Teredinobacter turnirae
Yazar: ŞULE BULUT
Danışman: PROF. DR. DURSUN ÖZER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Genetik algoritmalar = Genetic algorithms ; Kinetik modeller = Kinetic models ; Serin alkali proteaz = Serine alkaline protease

Özet:
Marinal bakteri Teredinobacter turnirae'den ekstraselular alkali proteaz enzim üretimi hem sentetik hem de kompleks ortamda çalışılmıştır. Araştırmada proteaz enzim miktarının arttırılması amaçlanmıştır. Deneyler, erlenlerde ve 1-L hacmindeki biyoreaktörde gerçekleştirilmiştir.Çalışmanın ilk aşamasında, karbon kaynağı, indükleyici, karıştırma hızı ve hava giriş hızı gibi bazı fermantasyon şartlarının, proteaz üretimi üzerine etkisi sentetik ortamda kesikli sistemde incelenmiştir. Maksimum enzim aktivitesi Placket-Burman ortamında (PB), Standart ortama (SM) göre daha yüksek belirlenmiştir.Çalışmanın ikinci aşamasında, farklı besleme stratejileri ile yarı kesikli sistemde T. turnirae'den proteaz üretimi gerçekleştirilmiştir. Proteaz üretimi üzerine, belirli aralıklarla beslemeli (pulse) ve sabit hızla beslemeli gibi farklı yarı kesikli sistem metotlarının etkisi belirlenmiştir. Kesikli sisteme göre, yarı kesikli sistemde proteaz üretiminin daha yüksek olduğu görülmüştür.Biyoreaktörde kesikli sistemde fermantasyon ortamında kütle aktarım parametreleri araştırılmıştır. Karıştırma ve hava giriş hızı arttıkça hacimsel kütle transfer katsayısı, kLa ve oksijen tüketim hızı, ro değerinin de arttığı görülmüştür.Katı substrat fermantasyonu ile marinal bakteri T. turnirae'den proteaz üretimi optimize edilmiştir. Karbon ve azot kaynağı olarak mısır proteini, soya unu ve kazein kullanılmıştır. Erlenlerde yapılan çalışmalarda, en uygun partikül boyutu, substrat konsantrasyonu, başlangıç pH'sı, inokulum oranı, karıştırma hızı, ilave karbon kaynağı ve ortam sıcaklığı belirlenmiştir. Aynı zamanda, 1 L'lik biyoreaktörde kompleks ortamda, karıştırma ve hava giriş hızının etkisi incelenmiştir.Kesikli sistemde, T. turnirae'den proteaz fermantasyon kinetiği incelenmiştir. Bu çalışmada literatürde mevcut çeşitli kinetik modeller ile Yapay Sinir Ağ (YSA) ile oluşturulan model kıyaslanmıştır. Kinetik parametrelerin değerleri Genetik Algoritma Toolbox'ı ile optimizasyon yapılarak belirlenmiştir. Mikrobiyal büyüme, proteaz üretimi ve sakkaroz tüketimine ait deneysel sonuçlar ile modellerden elde edilen sonuçlar kıyaslanmış ve YSA modelinin sistemin davranışını daha iyi tanımladığı belirlenmiştir.Anahtar Kelimeler : Serin alkali proteaz, Teredinobacter turnirae, Katı-substrat fermantasyonu, Proses şartları, Kesikli fermantasyon, Yarı kesikli fermantasyon, Kinetik model, Genetik algoritma, Yapay sinir ağı.

Abstract:
The production of extracellular alkaline protease by a shipworm bacterium Teredinobacter turnirae was studied in both defined and complex media. The research focused on the improvement of protease level. Investigations were carried out in shake-flask as well as 1-L bioreactor.In the first part of the study, some fermentation conditions such as carbon source, inducer, agitation rate and air rate on protease production were performed with batch culture in defined medium. The maximum enzyme activity value obtained in Plackett-Burman media (PB) was higher than that obtained in Standard media (SM). The second part of the work, the protease production by T. turnirae fermentation using different fed-batch feeding strategies was studied. The effects of different fed-batch methods such as pulse fed-batch and constant feed rate fed-batch on protease production were determined. Compared with batch culture, the fed-batch culture had better protease production. Mass transfer characteristics of fermentation broth in batch bioreactor were investigated. Increases in both the agitation rate and the air feed rate increased volumetric mass transfer coefficients, kLa and oxygen uptake rates, ro values.VVIProduction of protease by a shipworm bacterium T. turnirae, under solid substrate fermentation (SSF) was optimised. Corn protein, soybean flour and casein were used as a sole carbon and nitrogen sources. The appropriate particle size, substrate concentration, initial pH, inoculum level, agitation rate, supplementation of additional carbon sources and medium temperature was determined in shake-flask. Concurrently, the effects of agitation speed and air rate were investigated in a 1-L bioreactor with the complex medium.The fermentation kinetics of protease by T. turnirae were studied in a batch system. This study focuses on comparing different kinetic models in literature and the use of neural networks model. Various kinetic parameters were obtained for protease fermentation optimising with Genetic Algorithm Toolbox. The experimental results of growth, protease production and sucrose consumption are compared model results, and neural networks model appeared to provide a reasonable description.Key Words : Alkaline protease, Teredinobacter turnirae, Solid substrate fermentation, Process conditions, Batch fermentation, Fed-Batch fermentation, Kinetic modelling, Genetic Algorithm, Neural network modelling.