İzmir ilinde kaltivasyonu yapılmış Miscanthusxgiganteus bitkisinden LHW yöntemi ile polilaktik asit(PLA) eldesinin araştırılması
Investigation of polylactic acid (PLA) production by LHW method from the cultivated Miscanthusxgiganteus in Izmir
Yazar: KANİYE GÜNEŞ
Danışman: DOÇ. DR. MELİH SONER ÇELİKTAŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı / Enerji Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy

Özet:
Bu tezde İzmir ilinde kültive edilmiş bir enerji bitkisi olan Miscanthusxgiganteus lignoselülozik biyokütlesinden biyoplastik hammaddesi olan polilaktik asit eldesi prosesinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Yapılan çalışmalar biyorafineri yaklaşımı ile sıvı sıcak su ön işlemi, enzimatik hidroliz ve fermantasyon olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada sert yapılı lignoselülozik bitkiye sıvı su sıcak ön işlemi uygulanmıştır. Ön işlem sayesinde biyokütle içeriğindeki lignin uzaklaştırılarak hemiselüloz, selüloz yapısındaki fermente edilebilir şekerler elde edilmiştir. Ön işlem sonrasında numuneden katı(rafinat) ve sıvı (hidrolizat) olmak üzere iki ayrı faz elde edilmiştir. Ön işlem optimizasyonu Design Expert 7.0 programı, D-optimal deney tasarımı kullanılarak oluşturulmuştur. Deney tasarım sonuçlarına göre sıcaklık, basınç ve bekletme süresi içim optimum şartlar sırasıyla 153 °C, 153 bar ve 50 dakika olarak belirlenmiştir. Ön işlem sırasında biyokütlenin hidrolizat kısmında en yüksek indirgen şeker miktarı 77 mg/g olarak bulunmuştur. Ön işlem sonrası katı(rafinat) kısma enzimatik hidroliz uygulanmıştır. Enzimatik hidroliz aşaması için optimizasyon Design Expert 7.0 programı, Box-Behnken deney tasarımı kullanılarak oluşturulmuştur. Deney tasarım sonuçlarına göre katı/sıvı oranı, enzim miktarı, bekletme süresi için optimum şartlar sırasıyla, % 5 (w/v), 20 FPU/ml, 72 saat olarak belirlenmiştir. Enzimatik hidroliz işleminde en yüksek indirgen şeker miktarı 200 mg/g olarak bulunmuştur. Laktik asit fermantasyon aşamasında, ön işlem sonrası elde edilen sıvı (hidrolizat) kısım ile 'Rhizopus oryzae' fungusu kullanılarak derin kültür fermantasyonundan laktik asit elde eldilmiştir. Laktik asit miktarı en yüksek 24. saatte 6,8 g/l, laktik asit verimliliği ise 0,28 g/l.h olarak tespit edilmiştir.

Anahtar sözcükler: MiscanthusxGiganteus, laktik asit, biyorafineri, enzimatik hidroliz, fermantasyon, polilaktik asit

Abstract:
The aim of this thesis is to develop the process of obtaining polylactic acid which is a bioplastic raw material from Miscanthusxgiganteus lignocellulosic biomass which is a cultivation energy crops in İzmir. The studies were carried out in three stages as a biorefinery approach, liquid hot water pretreatment, enzymatic hydrolysis and fermentation. In the first stage, the lignocellulosic liquid, which has a robust structure was pretreated with liquid hot water. By the pretreatment, lignin in biomass content was removed and fermentable sugars were obtained from hemicellulose and cellulose structure. After pretreatment, two phases of the sample were obtained as solid (raffinate) and liquid (hydrolyzate). Optimization of pretreatment was created using the D-optimal experimental design in the Design Expert 7.0 program. According to experimental design results, optimum conditions for temperature, pressure and retention time were determined as 153 °C, 153 bar and 50 minutes, respectively. After the pretreatment, the highest reducing sugar content in the hydrolyzate fraction of the biomass was 77 mg / g. After pretreatment, enzymatic hydrolysis was applied to the solid (raffinate) fraction. Optimization for the enzymatic hydrolysis step, the Design Expert 7.0 program was created using the Box-Behnken experimental design. According to experimental design results, optimum conditions for solid / liquid ratio, enzyme amount, retention time were determined as 5% (w / v), 20 FPU / ml, 72 hours, respectively. In enzymatic hydrolysis process, the highest amount of reducing sugar was found to be 200 mg / g. In the lactic acid fermentation stage, the liquid (hydrolyzate) obtained after pretreatment was obtained by submerged fermentation by using 'Rhizopus oryzae' fungi. The highest lactic acid content was found to be 6.8 g / L at 24 hours and the lactic acid yield was 0.28 g / l.h.

Keywords: Miscanthusxgiganteus, biorefinery, lactic acid, polylactic acid, enzymatic hydrolysis, fermentation.