Atık biradan mikrobiyal yolla renk pigmenti üretimi
Microbial color pigment production from waste beer
Yazar: PINAR ATALAY
Danışman: PROF. DR. MEHMET YEKTA GÖKSUNGUR ; DOÇ. DR. SAYIT SARGIN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Atıkların değerlendirilmesi, biracılık sektörü de dahil olmak üzere tüm gıda endüstrisi için çevre bileşenlerinin korunması, kirliliğin önlenmesi ve ekonomik üretim için kritik bir öneme sahiptir. Çevre kirliliği, dünya nüfusundaki artış ve buna bağlı olarak daha verimli üretim yöntemlerinin geliştirilmek zorunda olması gibi nedenlerle atık ve yan ürünlerin geri kazanılması ve bu atıklardan katma değeri yüksek ürünlerin üretilmesi zorunlu hale gelmektedir. Bira sanayi için olumsuz bir maliyet unsuru olan organik yapıdaki bira sanayi atıkları, biyoteknolojik süreçler için düşük maliyeti ve zengin kimyasal kompozisyonu ile gelecek vaat eden bir ham madde kaynağını oluşturmaktadır.
Bu çalışmada, ucuz bir substrat olarak atık bira/artık bira kullanılarak derin kültür fermentasyon ile Monascus purpureus CMU 001 tarafından kırmızı pigment üretilmiştir. Fermantasyon ortamı olarak alkol ve CO2 uzaklaştırılmış, 7.5 g/L monosodyum glutamat eklenmiş atık bira kullanılmıştır. Çalkalama hızı ve fermantasyon hacminin M.purpureus'un kırmızı pigment sentezini etkilediği bulunmuştur. 200 rpm çalkalama hızı, 50 ml fermentasyon hacmi, başlangıç pH değeri 7.0, %2 inokülasyon oranı (v/v) ile 18.54 UA510nm maksimum kırmızı pigment üretimi elde edilmiştir. Çeşitli azot kaynaklarının (monosodyum glutamat, malt çimi, maya ekstraktı, mısır ıslatma suyu, amonyum sülfat ((NH4)2SO4), pepton ve üre) pigment üretimine etkisi incelenmiş ve en yüksek pigment sentezi monosodyum glutamat azot kaynağı olarak kullanıldığında elde edilmiştir. Pigment üretiminde mısır ıslatma suyu ve maya ekstraktı azot kaynağı olarak kullanıldığında umut verici sonuçlar elde edilmiştir. Optimum monosodyum glutamat konsantrasyonunun 7.5 g/L olduğu bulunmuştur. Pigment ve biyokütle oluşumunun kinetiği, 8 günlük bir fermantasyon süresi boyunca optimize edilmiş fermantasyon koşulları altında belirlenmiştir. Çalışmada belirlenen optimum koşullarda pigment ve biyokütle oluşumunun kinetiği belirlenmiştir. Tez çalışmasının son aşamasında M.purpureus CMU 001 tarafından derin kültür fermentasyon yöntemiyle üretilen kırmızı pigmentlerin termal ve pH stabiliteleri belirlenmiştir. Pigment stabilitesi, farklı sıcaklık ve pH koşulları altında değerlendirilmiştir. Kırmızı pigmentlerin termal bozunumu birinci dereceden bir kinetik reaksiyonla ifade edilmiş ve bozunum sabitlerinin sıcaklıkla bağıntısı Arrhenius modeli ile değerlendirilmiştir. Kırmızı pigmentlerin aktivasyon enerjileri, pH 4.0 ve 6.0'da sırasıyla 15.68 ve 10.45 kcal mol−1 olarak elde edilmiştir. Otoklavlama sonrası kırmızı pigment renk yoğunluğu, pH 4.0 ve 6.0 için sırasıyla %70.19 ve %27.47 azalmıştır. Sonuçlara göre, kırmızı pigmentin renk bozunumu, pH değerindeki düşüş ve sıcaklıktaki artışlar ile belirgin şekilde artmıştır. Bu çalışma ile atık bira, derin kültür fermantasyon sisteminde M.purpureus kullanılarak pigment sentezi için ilk kez kullanılmıştır.

Abstract:
Waste utilization is a critical and important issue for the food industry related to the issues of environmental protection, pollution prevention and process economy. Utilization of waste and by-products for the production of high value-added products becomes compulsory due to economic and environmental issues since brewery industry generates large amounts of organic wastes. Although brewery waste is a negative cost factor for brewery industry, its rich content of complex carbohydrates, nitrogen and minerals opens avenues to the production of biotechnological products such as biofuel, enzymes, organic acids and bioactive compounds.
In this study, red pigment by Monascus purpureus CMU 001 in submerged fermentation system using waste beer/residual beer as an inexpensive substrate was produced. Alcohol and CO2 removed residual beer supplemented with 7.5 g/L of monosodium glutamate was used as the fermentation medium. Shaking speed and medium volume was found to affect red pigment synthesis by M.purpureus. Maximum red pigment production of 18.54 UA510nm was obtained with 200 rpm shaking speed, 50 ml of the fermentation medium, initial pH of 7.0, inoculation ratio of 2% (v/v). Several nitrogen sources (monosodium glutamate, malt sprouts, yeast extract, corn steep liquor, ammonium sulfate ((NH4)2SO4), peptone and urea) were investigated, and the highest pigment synthesis was obtained with monosodium glutamate. Promising results were obtained with corn steep liquor and yeast extract when used as the nitrogen source in pigment production. The optimum monosodium glutamate concentration was found to be 7.5 g/L. Kinetics of pigment and biomass formation was determined under the optimized fermentation conditions over a fermentation period of 8 days. Thermal and pH stability of red pigments produced by M.purpureus CMU 001 in submerged fermentation were also determined. The pigment stability was evaluated under different pH and temperature conditions. The thermal degradation of red pigments showed first-order kinetics while the temperature dependence of the degradation constants followed the Arrhenius model. The activation energies of red pigments were 15.68 and 10.45 kcal mol−1 at pH 4.0 and 6.0, respectively. The intensity of red pigment after autoclaving decayed by 70.19% and 27.47% at pH 4.0 and 6.0, respectively. According to these results, color degradation of the red pigment increased prominently with decreases in the pH and increases in the temperature values. This is the first article about the use of residual beer for pigment synthesis using M.purpureus in the submerged fermentation system.