Bakteriyel konsorsiyumla biyosürfektan üretiminin araştırılması
Investigation of biosurfactant production by bacterial consortium
Yazar: KAAN SOYUER
Danışman: PROF. DR. IŞIL SEYİS BİLKAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyoloji = Biology ; Biyolojik üretim = Biological production ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada, atık kullanılarak modifiye edilen besiyerinde Bacillus konsorsiyumu kullanılarak düşük maliyetli ve verimli biyosürfektan üretimi, üretim sürecini etkileyen koşulların araştırılması ve üretilen biyosürfektanın özelliklerinin belirlenmesi amaçlandı. Bu doğrultuda, biyosürfektan üretimine uygun konsorsiyumun Bacillus subtilis ATCC 6633 ve Bacillus halotolerans NR_115063.1 suşlarından oluştuğu, daralma-yayılma, yağ yayılma ve E24 yöntemlerinden elde edilen sonuçların karşılaştırılmasıyla belirlendi. Melas, şilempe ve peynir altı suyu atıkları arasından biyosürfektan üretimine uygun olan atığın 0,141 g/50 mL biyosürfektan üretim verimliliğiyle şilempe olduğu saptandı. Bu noktada, şilempenin %10 (v/v) konsantrasyonda besiyeri içeriğinde kullanılmasının ortama ilave edilmesi gereken ilave azot kaynağı ihtiyacını ortadan kaldırdığı ortaya kondu. Böylece, glukoz ve maya özütü gibi maliyeti yükselten ilavelerin besiyeri içeriğinden çıkartılmasıyla oluşturulan şilempe-modifiye BH besiyerindeki biyosürfektan üretim miktarı 0,188 g/50 mL'ye çıkartıldı. Biyosürfektan üretim verimliliğinin arttırılması hedefi doğrultusunda ‰1 (v/v) iz element içeren şilempe-modifiye BH besiyerinde 0,75 mL B. subtilis ATCC 6633 ve 1,25 mL B. halotolerans NR_115063.1 suşlarının %4 (v/v) ekimi yapıldığında, üretilen biyosürfektan miktarının 0,203 g/50 mL'ye çıktığı saptandı. Bunlara ek olarak, biyosürfektan üretimi açısından uygun fizyolojik koşulların pH 7, 30 °C, 150 rpm ve 10 günlük inkübasyon süresi olduğu saptandı. Böylece, çalışma başında 0,098 g/50 mL biyosürfektan ürettiği belirlenen konsorsiyumun, çalışma kapsamında yapılan çalışmalarla 0,290 g/50 mL biyosürfektan ürettiği belirlendi. Bununla birlikte, çalışılan çeşitli fizyolojik koşullarda biyosürfektan üretimindeki düşüşün az olduğu, üç günlük inkübasyon da bile biyosürfetkan üretiminin yaklaşık olarak 0,2 g/50 mL olduğu belirlendi. Çalışmamızda üretilen biyosürfektanın, ince-tabaka kromatografi (TLC) yöntemi ile lipopeptit yapıda olduğu belirlendi. Ek olarak nükleer manyetik rezonans spektroskopisi (NMR) ve fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) analizlerinde üretilen biyosürfektanın lipopeptit yapıda olduğu görüldü. Düşük maliyetli şilempe-modifiye besiyerinde yüksek verimde üretilen biyosürfektanın 4-12 pH aralığında, %5-25 arasında değişen NaCl konsantrasyonlarında, 4-80 °C arasındaki farklı sıcaklıklarda ve 10-50 dakika aralığında değişen UV'ye maruz sürelerinde büyük oranda kararlılığını koruduğu saptandı. Bu durum, üretilen biyosürfektanın kozmetik, sağlık ve deterjan gibi endüstrilerde kullanılabilirliği açısından önemli bir avantajdır. Çalışma sonunda, önerilen konsorsiyum ile şilempe-modifiye besiyerinde biyosürfektan üretiminin düşük maliyet ve yüksek verim ile sağlanabileceği gösterildi.

Abstract:
In this study, it was aimed to produce low-cost and efficient biosurfactants using a Bacillus consortium in a medium modified with waste, to investigate the conditions affecting the production process, and to determine the properties of the produced biosurfactant. In this context, it was determined that the suitable consortium for biosurfactant production consisted of Bacillus subtilis ATCC 6633 and Bacillus halotolerans NR_115063.1 strains, based on the comparison of results obtained from drop-collapse, oil spreading, and E24 methods. Among molasses, vinasse, and curd whey waste, it was found that vinasse was the most suitable waste for biosurfactant production, with yield of 0.141 g/50 mL. At this point, it was demonstrated that using vinasse at a 10% (v/v) concentration in the medium eliminated the need for additional nitrogen sources. Consequently, by removing cost-increasing additives such as glucose and yeast extract from the medium, the biosurfactant production in the vinasse-modified BH medium increased to 0.188 g/50 mL. Aiming to further increase biosurfactant production efficiency, it was observed that when 0.75 mL of B. subtilis ATCC 6633 and 1.25 mL of B. halotolerans NR_115063.1 strains were inoculated at 4% (v/v) in the vinasse-modified BH medium containing 1‰ (v/v) trace elements, the produced biosurfactant yield increased to 0.203 g/50 mL. Additionally, the optimal physiological conditions for biosurfactant production were determined to be pH 7, 30 °C, 150 rpm, and a 10-day incubation period. Thus, the consortium, which initially produced 0.098 g/50 mL of biosurfactant, achieved a production of 0.290 g/50 mL under the conditions developed in this study. Furthermore, even with a reduced incubation period of three days under the studied physiological conditions, the production was approximately 0.2 g/50 mL, indicating minimal decline in biosurfactant yield. The biosurfactant produced in our study was identified as a lipopeptide structure using thin-layer chromatography (TLC). Additionally, nuclear magnetic resonance (NMR) and fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) analyses confirmed that the produced biosurfactant had a lipopeptide structure. The biosurfactant produced in the low-cost vinasse-modified medium maintained its stability to large extent across a pH range of 4-12, NaCl concentrations varying between 5-25%, temperatures ranging from 4 to 80 °C, and UV exposure times between 10-50 minutes. This stability represents a significant advantage for the applicability of the produced biosurfactant in industries such as cosmetics, healthcare, and detergents. In conclusion, it was demonstrated that biosurfactant production in the vinasse-modified medium with the proposed consortium could be achieved at low cost and high efficiency.