Katı hal biyoreaktöründe α-amilaz üretiminin incelenmesi
Investigation of α-amylase production in solid state bioreactor
Yazar: MUHAMMET ALİ UYGUT
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET ŞABAN TANYILDIZI
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bu çalışmada, katı substrat fermentasyonunda kullanılan önemli biyoreaktör tasarımlarından biri olan döner tambur biyoreaktör, yarı katı hal fermentasyonuna uygun bir şekilde tasarlanmış ve reaktör işletme parametrelerinin α-amilaz üretimi üzerine etkileri deneysel tasarım yöntemiyle incelenmiştir. Döner tambur biyoreaktör tasarımında oksijen transfer etkinliğinin artırılması amacıyla seramik mikro hava difüzörü kullanılmıştır. α-Amilaz üretim çalışmalarında daha önce erlenlerde yapılan çalışmalarda belirlenen optimum koşular (25 g/l mısır kepeği, 10 g/l yeast ekstrakt ve 1 g/l KH2PO4) kullanılmıştır. Erlenlerde yapılan çalışmalarda en yüksek enzim aktivitesi 20,68 U/ml değerine ve spesifik verimlilik 25,36 U/g mısır kepeği.st değerine ulaşılmıştır. Döner tambur biyoreaktörde fermentasyon esnasında pH, çözünmüş oksijen konsantrasyonu, sıcaklık ile çıkış gazındaki oksijen ve karbon dioksit konsantrasyonu online olarak takip edilmiştir. -Amilaz aktivitesinin tayini için dinitrosalisilik asit metodu (Bernfeld, 1955) kullanılmıştır. Döner tambur biyoreaktör'de α-amilaz üretimi üzerine devir sayısı, havalandırma hızı, doluluk oranı, difüzörün gözenek çapı, tampon boyutu, ortam sıcaklığı ve aşı miktarı olmak üzere 7 reaktör işletme parametresinin etkisi Plackett-Burman tasarımı ile incelenmiştir. Plackett-Burman tasarımndan elde edilen ANOVA sonuçlarına göre Model F-değerinden (17,46) ve çok düşük probabilite değerinden (0,0075) anlaşıldığı üzere, model anlamlıdır. Devir sayısı, havalandırma hızı ve tampon boyutu değişkenlerine ait temel etkiler Bu çalışmada, katı substrat fermentasyonunda kullanılan önemli biyoreaktör tasarımlarından biri olan döner tambur biyoreaktör, yarı katı hal fermentasyonuna uygun bir şekilde tasarlanmış ve reaktör işletme parametrelerinin α-amilaz üretimi üzerine etkileri deneysel tasarım yöntemiyle incelenmiştir. Döner tambur biyoreaktör tasarımında oksijen transfer etkinliğinin artırılması amacıyla seramik mikro hava difüzörü kullanılmıştır. α-Amilaz üretim çalışmalarında daha önce erlenlerde yapılan çalışmalarda belirlenen optimum koşular (25 g/l mısır kepeği, 10 g/l yeast ekstrakt ve 1 g/l KH2PO4) kullanılmıştır. Erlenlerde yapılan çalışmalarda en yüksek enzim aktivitesi 20,68 U/ml değerine ve spesifik verimlilik 25,36 U/g mısır kepeği.st değerine ulaşılmıştır. Döner tambur biyoreaktörde fermentasyon esnasında pH, çözünmüş oksijen konsantrasyonu, sıcaklık ile çıkış gazındaki oksijen ve karbon dioksit konsantrasyonu online olarak takip edilmiştir. -Amilaz aktivitesinin tayini için dinitrosalisilik asit metodu (Bernfeld, 1955) kullanılmıştır. Döner tambur biyoreaktör'de α-amilaz üretimi üzerine devir sayısı, havalandırma hızı, doluluk oranı, difüzörün gözenek çapı, tampon boyutu, ortam sıcaklığı ve aşı miktarı olmak üzere 7 reaktör işletme parametresinin etkisi Plackett-Burman tasarımı ile incelenmiştir. Plackett-Burman tasarımndan elde edilen ANOVA sonuçlarına göre Model F-değerinden (17,46) ve çok düşük probabilite değerinden (0,0075) anlaşıldığı üzere, model anlamlıdır. Devir sayısı, havalandırma hızı ve tampon boyutu değişkenlerine ait temel etkiler sahip oldukları düşük p değerleri (p<0,05) ile istatistiksel açıdan önemli bulunmuştur. Plackett-Burman tasarımının önerdiği doğrulama deneyinde devir sayısının (18 rpm), havalandırma hızının (2 l/dk) ve tampon boyutunun (4 cm) olduğu şartlarda enzim aktivitesi 26,64 U/ml değerine ve spesifik verimlilik 50,86 U/g mısır kepeği.st değerine ulaşılmıştır.sahip ol  dukları düşük p değerleri (p<0,05) ile istatistiksel açıdan önemli bulunmuştur. Plackett-Burman tasarımının önerdiği doğrulama deneyinde devir sayısının (18 rpm), havalandırma hızının (2 l/dk) ve tampon boyutunun (4 cm) olduğu şartlarda enzim aktivitesi 26,64 U/ml değerine ve spesifik verimlilik 50,86 U/g mısır kepeği.st değerine ulaşılmıştır.

Abstract:
In this study, rotating drum bioreactor that important one using in the solid substrate fermentation was designed by adapting for semi solid state fermentation and effects of reactor operating parameters on α-amylase production was investigated by experimental design. Ceramic micro diffuser was used to increase oxygen transfer efficiency in the rotating drum bioreactor design. In the α-amylase production studies was used optimum conditions (25 g/l corn bran, 10 g/l yeast extract ve 1 g/l KH2PO4) that determined earlier obtained α-amylase production studies in erlenmayer flasks. The maximum enzyme activty 20,68 U/ml specific productivity 25,36 U/g corn bran.h was obtained in erlenmayer studies. Dissolved oxygen concentration, pH, temperature, oxygen and carbon dioxide at gas outlet was followed online during fermentation in rotating drum bioreactor. Dinitrosalicylic acid method (Bernfeld, 1955) was used for determination of α-amylase activity. Effects of 7 reactor operating parameters, rotation speed, aeration rate, working volume, pore diameter of the diffuser, baffle size, temperature and inoculum size, on the α-amylase production in the rotating drum bioreactor was determined with Plackett-Burman design. According to ANOVA results of Plackett-Burman design, Model is significant as it is seen Model F value (17,46) and very low probality value (0,0075). The effects of rotation speed, aeration rate and baffle size were statistically the significant parameters with low p values (p<0,05). In the validation study that suggested by Plackett-Burman design, enzyme activty 26,64 U/ml and specific productivity 50,86 U/g corn bran.h was obtained in the conditions that rotation speed (18 rpm), aeration rate (2 lpm) and baffle size (4 cm).