Biyotransformasyon ile 3 - metil bütanolden 3 - metil bütirik asit üretimi
Production of 3 - methyl butyric acid from 3 - methyl butanol by biotransformation
Yazar: NURSEL GÜLSOY
Danışman: PROF. DR. ÜLKÜ MEHMETOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: 3-metil bütanol = 3-methyl butanol ; 3-metil bütirik asit = 3-methyl butyric acid ; Biyotransformasyon = Biotransformation ; Cevap yüzey yöntemi = Response surface methodology ; Üretim = Production

Özet:
Biyotransformasyonla 3-mctil bütirik asit, asetik asit bakterileri ile iki adımlı bir tepkime ile 3-metil bütanolden üretilmektedir. Bu tepkime adımlarını katalizleyen enzimler, hücre içi membrana bağlı alkol dehidrojenaz (ADH) ve aldehit dehidrojenaz (ALDH) enzimleridir. İlk adımda 3-metil bütanol, ADH enzimi ile katalizlenerek 3-metil bütanal üretilmektedir. İkinci adımda ise, 3-mctil bütanal ALDH enzimi ile katalizlenerek 3-metil bütirik asit üretilmektedir. Çalışmada ilk olarak ADH ve ALDH enzim analizleri yapılarak, tepkimeyi en yüksek verimle katalizleyen mikroorganizmanın seçimi amaçlanmıştır. Aktivite ölçümlerinin yapılabilmesi için, hücrenin parçalanarak hücre içi olan bu enzimlerin hücre dışına çıkartılması gerekmektedir. Bu doğrultuda maksimum parçalama hızına sahip ve laboratuvar koşullan için en uygun olan ultrasonik prosesör kullanılmıştır. Etkin bir parçalama gerçekleştirebilmek için, hücre parçalama koşullarının etkisi incelenmiştir. % 40 genlik ve 100 W akustik güç değerleri uygun koşullar olarak bulunmuştur. Ultrasonikasyon yöntemi geliştirilmiş, on farklı asetik asit bakterisi arasından Acetobacter pasteriamıs NRRL B-468'un en yüksek ALDH/ADH oranına sahip olduğu belirlenmiştir. Bu on asetik asit bakterisi ile biyotransformasyon deneyleri gerçekleştirilmiş ve en yüksek 3-mctil bütirik asit üretiminin de Acetobacter pasterianus NRRL B-468 ile gerçekleştiği görülmüştür.Daha sonraki aşamada 3-metil bütirik asit üretimine on farklı karbon kaynağının etkisi incelenmiştir. Gliserol kullanımında, Acetobacter pasterianus NRRL B-468'in 3-metil bütanolün oksidasyonunda yüksek spesifik aktivite gösterdiği belirlenmiştir. 3-Metil bütirik asit üretimine, biyotransformasyon süresinin etkisi incelenmiştir. Uygun biyotransformasyon süresi 16 saat olarak belirlenmiştir. 3-metil bütirik asit üretiminde optimum biyo işletim parametrelerinin etkisi cevap yüzey yöntemi ile incelenmiştir. İncelenen parametreler, gliserol derişimi, PH, 3-metil bütanol derişimi ve karıştırma hızıdır. Cevap yüzey yöntemi ile gliserol derişimi: 10 g/L, pH: 6.1, 3-metil bütanol derişimi: 6.4 g/L ve karıştırma hızı: 135 rpm olarak bulunmuştur. Bu koşullarda üretilen optimum 3-metil bütirik asit derişimi 4.30 g/L'dir. 2000, 116 sayfa Anahtar Kelimeler: Biyotransformasyon, asetik asit bakterileri, 3-metil bütanol, 3-metil bütirik asit, ultrasonikasyon, Cevap Yüzey Yöntemi

Abstract:
3-Methyl butyric acid is produced by using acetic acid bacteria with two step reaction by biotransformation of 3-mcthyl butanol. The cn/.ymes which catalyzed this reaction steps are alcohol dehydrogenase (ADH) and aldehyde dehydrogenase (ALDH). In the first step, 3-melhyl butanol was catalyzed by ADH to produce 3-methylbutanal. In the second step, 3- mclhylbutanal was catalyzed by ALDH to produce 3-mclhyl butyric acid. The first aim of this study was to choose the best microorganism which catalyse this reaction with the highest yield by analyzing ADH and ALDH enzymes. To determine the enzyme activity, intracelluar enzymes must be get out the cell by distruption the cell. This operation was achived by using ultrasonic processor To obtain effective distruption, the cell distruption conditions were investigated. The best conditions were defined as 40 % amplitude and 100 W acustic power. Using the ultrasonic method developed, Acetobacter pasterianus NRRL B-468 was chosen from ten different acetic acid bacteria because of its highest ALDH/ ADH ratio. Biotransformation experiments were carried by using these ten different acetic acid bacteria and the highest production of 3-metliyI butyric acid was also achieved by Acetobacter pasterianus NRRL B-468. Then the effect of ten different carbon source on the production of 3-methyl butyric acid was investigated. Acetobacter pasterianus NRRL B-468 showed high spesific activity when glycerol was used as carbon source. iiiThe effect of the biotransformation time on the production of 3-methyl butyric acid was investigated and the best time was 16 hours. In the production of 3-methyl butyric acid, the optimum bioproccs parameters were investigated by Response Surface Methodology (RSM). The investigated parameters were, glycerol concentration, pH, initial 3- methyl butanol concentration and stirring rate. The optimum conditions were thus found to be 10 g/L of initial glycerol concentration, pH=6.1, 6.4 g/L of initial 3-methyl butanol concentration and 1 10 rpm stirring rate. Optimum 3-methyl butyric acid production under these conditions was found 4.30 g/L 2000, 116 pages Key Words: Biotransformation, acetic acid bacteria, 3-methyl butanol, 3-methyl butyric acid, ultrasonication, Response* Surface Methodology.