Dunaliella cinsine ait türlerin biyoetanol üretiminde hammadde olarak kullanım kapasitelerinin belirlenmesi
Determination of Dunaliella species as raw materials for bioethanol production
Yazar: MELTEM ERDOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. SEVGİ ERTUĞRUL KARATAY
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy

Özet:
Tez çalışmasında, ekilebilir tarım arazilerini kullanmadan, yüksek tuz konsantrasyonları varlığında hızla gelişen dört farklı yerel Dunaliella türünden elde edilen biyokütlenin biyoetanol üretiminde hammadde olarak kullanım potansiyelleri araştırılmıştır. 
Dunaliella hücrelerinden elde edilen biyokütlenin içerdiği fermente edilebilir, temel monosakkaritler gibi substratların ekstraksiyonu yapılmıştır. Bu amaçla yüksek sıcaklıkta ve basınç altında asit muamelesi başta olmak üzere, mekanik parçalama gibi farklı ön muamele işlemlerinin biyokütledeki fermente edilebilir substratları ortaya çıkarmadaki etkinlikleri araştırılmıştır. Dunaliella hücreleri %15 tuzluluk oranındaki Johnson's Besiyerinde ,pH 6'da 18 günlük inkübasyon süresi sonunda hasat edilmiştir. Biyokütledeki polisakkaritlerin en yüksek verimle fermente edilebilir monosakkaritlere dönüştürüldüğü ön işlem yöntemine  % 1 H2SO4 varlığında 1.1 atmosfer basınç altında 15' otoklavlandığında 0.91 g/l etanol elde edilerek ulaşılmıştır. Hücrelerin karbonhidrat biriktirmesine etki eden besin maddelerinin sınırlandırılması gibi parametreler denenmiştir. MgSO4 sınırlandırmasında %15 tuz konsantrasyonunda pH 6 'da etanol verimi madde miktarı yarıya indirildiğinde 1.21 g/l'ye yükselmiştir. Ancak KH2PO4 sınırlandırılmasında etanol veriminde düşme gözlemlenmiştir. En yüksek karbonhidrat biriktirdiği koşullara %15 tuz konsantrasyonunda pH 6 'da, 0 g/l KNO3 içeren sıvı Johnson's Besiyeri'nde ototrofik olarak geliştirildiğinde 1.28 g/l etanol elde edilerek ulaşılmıştır. Fermantasyon ortamının pH değerinin maya gelişimi ve etanol üretimi üzerine etkisi incelenmiş ve pH 5'te en yüksek maya gelişimi 7.21 g/l ve en yüksek etanol verimi olan 1.23 g/l etanol sonuçları elde edilmiştir. Başlangıçta %15 tuzlulukta, pH 6'da, standart Johnson's Besiyeri'nde geliştirilen Dunaliella hücrelerinden elde edilen biyokütle, hiçbir ön işlem yöntemi uygulanmadan S. cerevisia mayası ile fermente edildiğinde 0.68 g/l etonol elde edilmiştir. Dunaliella türlerinin  en yüksek verimle karbonhidrat üretttiği koşullar optimize edilerek  bu karbohidratların hammadde olarak biyoetanol üretiminde kullanılabilirliği ve en yüksek verimle etanol eldesi için uygun koşullar belirlendiğinde elde edilen etanol ise 7.26 g/l 'dir. Tez çalışması sonunda optimize edilen yöntemlerle başlangıçta elde edilen etanolün 10.67 kat daha fazlasına ulaşılmıştır.
Elde edilen sonuçlar ile; yerli Dunaliella izolatlarından elde edilen şekerlerin biyoetanol üretiminde kullanılması, tarım için ayrılan alanlar kullanılmadan, üçüncü nesil biyoetanol üretiminde alternatif olarak halofil alglerden olan ve gıda olarak tüketilmeyen söz konusu mikroalgin hammadde olarak kullanım potansiyeli ortaya konulmuştur. Ayrıca pratik ve ekonomik bir şekilde denizlerle çevrili olan ülkemizde büyük çapta geliştirilebileceği için ticarileşme potansiyelinin olduğu gösterilerek hem ülke ekonomisine hem de literatüre katkı sağlamıştır.

Abstract:
In the study, potential usage as raw material for bioethanol production of biomass that was obtained from four different native Dunaliella's species which are rapidly growing in high salt concentrations without using arable land, were investigated. 
Extraction of fermentable substrates, such as basic monosaccharides contained in the biomass obtained from the Dunaliella cells, was done. For this purpose, at high temperature and pressure, primarily acid treatment but also different pre-treatment processes such as mechanical distruption was performed in order to reveal the efficiency of processes for obtaining fermentable substrates contained  in the biomass ,was investigated. Dunaliella cells in 15 % salinity of Johnson's medium at pH 6 was harvested after 18 days of incubation time. The highest yield of polysaccharide contained in biomass converted to fermentable monosaccharide was achieved in the pre-treatment  method under 1.1 atmospheres pressure in the presence of 1 % H2SO4 and 15 'autoclaved by obtaining 0.91 g/l ethanol. Some parameters such as limiting the nutrients which are effecting the cells accumulation of carbohydrates have been tried. In the MgSO4 restriction at pH 6 and 15 % salt concentration, when substance amount halved the ethanol yield increased to 1.21 g/l. However, in the KH2PO4 restriction decrease was observed in the ethanol yield. The highest carbohydrates accumulating condition was reached at 15 % salt  concentration and pH 6 when the liquid containing 0 g/l KNO3 was autotrophically  developed in Johnson's medium by obtaining 1.28 g/ l of ethanol.The effect of fermentation medium's pH value on ethanol production and yeast growth were examined and at pH 5 , the highest yeast growth of 7.21 g/l and the highest ethanol yield of 1.23 g/ l results were obtained. When the biomass, obtained from Dunaliella cells which were initially at 15 % salinity and pH 6 and developed at standard Johnson's medium,,fermented with S.cerevisiae yeast without applying any pre-treatment method, 0.68g / l of ethanol were obtained. By optimizing the conditions of Dunaliella species  to produce carbohydrates with the highest efficiency and the availability of these carbohydrates as raw materials in the production of bioethanol and  when conditions are determined  and set for the highest yield of ethanol production ,the obtained ethanol was 7.26 g / l. In this thesis study, by the optimized methods 10.67 times more ethanol was obtained compared to initally obtained ethanol.
The obtained results; of sugars obtained from native Dunaliella isolates used in bioethanol production, without the use of areas allocated for agriculture, which is the third generation bioethanol production from algae as an alternative halophiles and not consumed as food the potential use as raw material the said microalga has been demonstrated. In addition, practical and economical way our country is surrounded by sea to be developed on a large scale showing that the commercialization potential have contributed to both economies and literature.