Kestane kabuğu hidrolizatı içeren fermantasyon ortamında Candida tropicalis  ile ksilitol üretiminin optimizasyonu
Optimization of xylitol production by Candida tropicalis in fermentation medium containing chestnut shell hydrolysate
Yazar: KÜBRA ERYAŞAR
Danışman: DOÇ. DR. SEDA KARASU YALÇIN
Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada, Candida tropicalis ile ksilitol üretimi amacıyla, kestane kabuğundan hazırlanan hemiselülozik hidrolizat kullanılmıştır. Öncelikle iki yerli Candida tropicalis suşunun zenginleştirilmiş kestane kabuğu hidrolizatındaki ksilitol üretimleri incelenmiştir. Bu aşamada C. tropicalis M2 suşu seçilmiştir. Daha sonra, kestane kabuğu hidrolizatı içeren ortamda, bu suşun ksilitol üretimi üzerine farklı azot kaynaklarının etkisi araştırılmıştır. Azot kaynağı olarak amonyum klorür seçilmiş ve bağımsız değişkenler olan ksiloz başlangıç derişimi, amonyum klorür başlangıç derişimi ve çalkalama hızının C. tropicalis M2'nin üreme ve ksilitol üretimi üzerine birlikte etkileri araştırılmıştır. Merkezi karma tasarım yöntemi kullanılarak, 18 deney içeren bir tasarım oluşturulmuştur. Maksimum ksilitol derişimi, ksilitol verimi, maksimum ksilitol üretim hızı, substrat dönüşüm yüzdesi ve maksimum ksilitol özgül oluşum hızı üzerine bu bağımsız değişkenlerin etkisi, yanıt yüzey yöntemi ile modellenmiştir. Substrat dönüşüm yüzdesi hariç diğer yanıtların bağımsız değişkenler ile değişimi karesel model ile, substrat dönüşüm yüzdesinin değişimi ise lineer model ile ifade edilmiştir. Varyans analizi sonuçlarına göre; amonyum klorür başlangıç derişiminin ksilitol üretimini en fazla etkileyen bağımsız değişken olduğu ve tüm yanıtlar için önemli olduğu bulunmuştur. Ksiloz başlangıç derişiminin lineer etkisinin ise; sadece maksimum ksilitol derişimi için önemli olduğu bulunmuştur. Çalkalama hızının, maksimum ksilitol derişimi ve substrat dönüşüm yüzdesi yanıtları üzerine olan etkisinin oldukça önemli olduğu görülmüştür. Yapılan nümerik optimizasyon ile; ksiloz başlangıç derişiminin 80 g/L, amonyum klorür başlangıç derişiminin 3.761 g/L ve çalkalama hızının 80 vuru/dak olduğu koşullar, optimum koşullar olarak belirlenmiştir. Optimum koşulların birlikte kullanıldığı deneyde, maksimum ksilitol derişimi, ksilitol verimi, maksimum ksilitol üretim hızı, substrat dönüşüm yüzdesi ve maksimum ksilitol özgül oluşum hızı değerleri sırasıyla 24.50 g/L, %31.517, 0.497 g/L.sa, %97.35 ve 0.06 g/L.sa.N olarak bulunmuşlardır. Bu değerlerin optimizasyon ile öngörülen değerlere oldukça yakın olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, a hemicellulosic hydrolysate prepared from chestnut shell was used for xylitol production by Candida tropicalis. Firstly, xylitol productions of two indigenous C. tropicalis strains were investigated in fortified chestnut shell hydrolysate. C. tropicalis M2 was selected at this stage. Then, effects of different nitrogen sources on xylitol production of this strain was investigated in the medium containing chestnut shell hydrolysate. Ammonium chloride was selected as nitrogen source and interactive effects of independent variables -initial xylose concentration, initial concentration of ammonium chloride and shaking rate- on the growth and xylitol production of C. tropicalis M2 were investigated. An experimental design including 18 experiments was conducted by using central composite design. Modelling the effects of these independent variables on maximum xylitol concentration, xylitol yield, maximum xylitol production rate, percentage of substrate conversion and spesific product formation rate was performed by response surface methodology. Variations of all of the responses with the independent variables were defined by a quadratic model except the percentage of substrate conversion. The variation of percentage of substrate conversion with the independent variables was defined by a linear model. According to the results of variance analysis, initial concentration of ammonium chloride was found to be the most important response affecting xylitol production, which was significant for all of the responses. The linear effect of the initial xylose concentration was found as significant for only maximum xylitol concentration. It was observed that the effect of shaking rate was very significant for the maximum xylitol concentration and percentage of substrate conversion. By the numeric optimization performed; the conditions with 80 g/L initial xylose concentration, 3.761 g/L initial concentration of ammonium chloride and 80 strokes/min of shaking rate were determined as optimum conditions. In the experiment in which optimum conditions were used together, maximum xylitol concentration, xylitol yield, maximum xylitol production rate, percentage of substrate conversion and spesicific product formation rate were found as; 24.50 g/L, 31.517%, 0.497 g/L.h, 97.35% and 0.06 g/L.h.N, respectively. These values were determined as very similar to the predicted values by the optimization.