Biyoetanol üretiminde bakteriyel hemoglobinin lignoselülozik hidrolizat kökenli inhibitörlerin varlığındaki etkisi
The effect of bacterial hemoglobin for bioethanol production in presence of inhibitor from lignocellulosic hydrolysate
Yazar: ELİF NUR ÖZKAYA BOZDAĞ
Danışman: PROF. DR. MELTEM YEŞİLÇİMEN AKBAŞ
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu tez çalışmasında, biyoetanol üretiminde lignoselülozik biyokütleden asit hidrolizi ile oluşan fermente edilebilir şekerlerin ve toksik inhibitörlerin varlığında bakteriyel hemoglobin (Vitreoscilla hemoglobini, VHb) içeren suşlarının (TS3 ve TS4) etanol üretimi üzerindeki etkileri incelendi. Çalışmada etanol üreticisi Escherichia coli FBR5 (vgb-) suşu ile bu suştan geliştirilen TS3 ve TS4 (vgb+) suşları lignoselülozik hidrolizat kökenli farklı inhibitörleri (5-hidroksimetil furfural, HMF veya furfural) ve farklı şekerleri (glukoz ve/veya ksiloz) içeren besiyerlerinde üretildi.
Fermantasyon ortamında glukoz (% 3, w/v) veya ksiloz (% 3, w/v) ile farklı konsantrasyonda HMF (1, 2, 4 g/L) içeren besiyerlerinde artan HMF konsantrasyonu ve fermantasyon süresi ile bütün suşların alkol üretimleri artarken, TS3 ve TS4 suşlarının etanol üretimlerinin ve verimlerinin daha fazla olduğu belirlendi. Fermantasyon besiyerinde 48 saat sonunda glukoz (% 3, w/v) veya ksiloz (% 3, w/v) ile farklı konsantrasyonda furfural (0.25, 0.5, 1 g/L) içeren besiyerinde en fazla etanol üretiminin TS4 suşu ile olduğu tespit edildi. Bütün fermantasyon besiyerlerinde en yüksek etanol verimleri TS3 ve TS4 suşları ile belirlendi. Farklı şekerler (glukoz % 3, w/v; ksiloz % 3, w/v) ile inhibitörleri (HMF, 2 g/L; furfural, 0.25 g/L) birlikte içeren besiyerinde ise, bütün suşların etanol üretim oranları azalırken TS3 ve TS4 suşları ile en fazla etanol üretimi ve verimleri belirlendi.
Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar etanol üretiminde VHb'nin lignoselülozik kaynaklı inhibitörlere karşı kullanım potansiyeli olacağını göstermektedir.

Anahtar Kelimeler: Vitreoscilla hemoglobini, Biyoetanol, Lignoselülozik Biyokütle, Lignoselülozik İnhibitörler, HMF, Furfural

Abstract:
The potential effects of bacterial hemoglobin (Vitreoscilla hemoglobin, VHb)  in ethanol production were investigated in the presence of lignocellulosic hydrolysate fermentable sugars and toxic inhibitors. For this purpose, ethanologenic Escherichia coli FBR5 (vgb-) and derivative strains TS3 and TS4 (vgb+) were grown in the media containing different lignocellulosic hydrolysate derived inhibitors (5-hydroxymethyl furfural, HMF and furfural) and sugars for 48 hours.
In the fermentation medium containing different concentrations of HMF (1, 2, 4 g / L) and glucose (3%, w / v) or xylose (3%, w / v) the ethanol production of all strains was enhanced after 48 hours. However, TS3 and TS4 strains were found to have higher ethanol production and yields. The highest ethanol production was measured with TS4 strain in the medium containing different concentration of furfural (0.25, 0.5, 1 g / L) with glucose (3%, w / v) or xylose (3%, w / v). In addition, the highest ethanol yields were obtained with TS3 and TS4 strains in all tested fermentation media. The ethanol production rate of all strains were decreased in the medium with different sugars (glucose 3%, w / v, xylose 3%, w / v) and inhibitors (HMF, 2 g / L, furfural, 0.25 g / L). However, TS3 and TS4 strains produced the highest ethanol with yields.
This study shows that results obtained the potential use of VHb in presence of lignocellulosic inhibitors for ethanol production.

Key Words: Vitreoscilla hemoglobin, Bioethanol, Lignocellulosic Feedstocks, Lignocellulosic Inhibitors, HMF, Furfural