Peyniraltı suyu kullanılarak Mortierella isabellina ile mikrobiyel yağ üretim şartlarının optimizasyonu
Optimization of microbial oil production conditions with Mortierella isabellina using whey
Yazar: AYSEN GÜHER GÜNDEŞ
Danışman: DOÇ. DR. MUAMMER DEMİR
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Mikrobiyal yağlar = Microbial oils ; Optimizasyon = Optimization ; Peynir altı suyu = Whey ; Tek hücre proteini = Single cell protein

Özet:
Esansiyel yağ asitlerinin doğru beslenmenin ayrılmaz bir parçası olduğu ve eksikliğinin bir dizi rahatsızlığa neden olabileceği birçok araştıma ile tespit edilmiştir. Omega-6 esansiyel yağ asitleri serisine dâhil olan γ-linolenik asitin (GLA) birçok hastalığın tedavisinde kullanıldığı bilinmektedir. Romatoid artrite karşı etkili olması, kardiyovasküler risk faktörlerini azaltması, sinir iletim hızını normalleştirmesi bilinen faydalarından sadece birkaçıdır. Bu nedenle son zamanlarda birçok gıda GLA ile zenginleştirilmekte ve bu ürünlere olan talep de hızlı bir artış görülmektedir. GLA, geleneksel olarak, çuha çiçeği tohumları, hodan ve frenk üzümü gibi bitki kaynaklarından üretilmektedir. Ancak artan talebi karşılamak adına mikrobiyal kaynaklardan üretimi için kapsamlı araştırmalar yapılmaktadır.
Bu tez çalışmasında, peyniraltı suyu substrat olarak kullanılarak Mortierella isabellina DSM 1414 ile mikrobiyel yağ üretimleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen GLA miktarı üzerine fermantasyon koşullarından olan besi ortamı başlangıç şeker oranı ve pH değeri, çalkalama hızı, farklı azot kaynakları, sıcaklık ve aşılama miktarı etkileri araştırılmıştır. Fermantasyon şartlarının optimize edilmesinde ilk olarak seçilen herbir parametrenin GLA üretiminde etki ve önemini belirlemek için "her defada tek etken metodu (one factor at a time)" kullanılmıştır. Bu kapsamda her bir deneme için ön kültür şartları kullanılarak besi ortamı başlangıç pH değerleri, azot kaynakları ve inokülasyon oranları değiştirilerek en yüksek GLA üretiminin elde edildiği şartlar seçilip ikinci aşamaya geçilmiştir. İlk olarak besi ortamı başlangıç pH değerlerinin GLA üretim miktarı üzerine etkisi incelenmiş ve en yüksek GLA üretiminin pH 7'de 0.55 g/L olarak gerçekleştiği tespit edilmiştir. Kullanılan azot kaynağının GLA üretimi üzerine etkisinin incelendiği fermantasyonlar sonucunda en yüksek GLA miktarının (0.70 g/L) maya özütü ile elde edildiği belirlenmiştir. Daha sonra inokülasyon oranının etkisinin incelendiği fermantasyonlardan yüksek GLA üretiminin (1.08 g/L) %9 inokülasyon oranına sahip fermantasyonlarda gerçekleştiği tespit edilmiş ve ikinci aşamaya geçilmiştir. Bu aşamada başlangıç şeker konsantrasyonu, çalkalama hızı ve fermantasyon sıcaklığının GLA üretimi üzerine etkisi, Cevap Yüzey Metodu yöntemlerinden olan Box-Behnken Tasarımı kullanılarak oluşturulan deneme deseni ile incelenmiştir. Tasarımın önerdiği deneyler sonucunda bağımsız değişkenlerin yanıt (GLA miktarı) üzerine olan etkilerini ifade eden modeller oluşturulmuş, modellerin uygunluğu varyasyon analizleri (ANOVA) ile değerlendirilmiştir. Elde edilen veriler sonucunda optimum değerler belirlenmiştir. Buna göre 81.87 g/L başlangıç şeker içeriği; 120 d/dk. çalkalama hızı ve 22°C fermantasyon sıcaklığı ile doğrulama fermantasyonları gerçekleştirilmiş ve bu şartlar altında 1.15 g/L GLA elde edilmiştir. Optimizasyon çalışmaları sonucu elde edilen GLA üretim miktarı 2.1 katına çıkarılmıştır. 
Beslenme ve sağlık açısından faydaları, yapılan birçok çalışma ile ispatlanmış çoklu doymamış yağ asitlerince zengin olan ve bu sebeple de dünya piyasasında gittikçe talebi artan mikrobiyel yağın ülkemizde de üretim potansiyelinin ortaya konulması ile ülke ekonomisine katkı sağlanacağı düşünülmektedir. Peynir üretim prosesi sırasında açığa çıkan peyniraltı suyunun substrat olarak kullanılması ile, hem değerli besin öğelerini içeren fakat atık durumundaki peyniraltı suyunun değerlendirileceği hem de bu atık maddenin çevreye vereceği zararın bertaraf edilebileceği ve aynı zamanda yüksek ekonomik değere sahip γ-linolenik asit (GLA) içeren mikrobiyel yağ üretimi gerçekleştirilerek katma değer sağlanabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
Research has shown that essential fatty acids are integral to proper nutrition. It has been found that EFA deficiency causes a host of ailments. In addition, research has also shown that ℽ-linolenic acid, (GLA) belongs to omega-6 PUFA seriescan reverse, as well as prevent, some human disorders and diseases. Being effective against rheumatoid arthritis, reducing cardiovascular risk factors, normalizing nerve conduction velocity are just a few of its known benefits. Lately, many food products are also being enriched with GLA, and there is rapid increase in its demand. Conventionally, it is produced from plant sources such as seeds of evening primrose, borage and blackcurrant. However, to meet the increasing demand, extensive research is being carried out for its production from microbial sources.
Microbial oil production was carried out with Mortierella isabellina (DSM 1414) in the study. The effects of fermentation parameters such as initial sugar content, initial pH value, shaking speed, different nitrogen sources, temperature, and the ratio of inoculation, on the GLA productions, were investigated. In the first step, "one factor at a time method" was used for the optimization of fermentation conditions. Firstly, effects of pH values of fermentation medium on GLA production were examined and maximum GLA production, 0.55 g/L, was obtained at pH 7. As for nitrogen sources (ammonium nitrate, beef extract, potassium nitrate, soya peptone, yeast extract), yeast extract was determined as the best nitrogen source with 0.70 g/L GLA production. The inoculum size for maximum GLA production (1.08 g/L) was obtained at %9 inoculum size. As the second step, the effects of initial substrat concentration, agitating speed and fermentation temperature on GLA production were investigated using Box-Behnken experimental design which is one of the response surface methods. As a result of the suggested experimental design, models, expressing the effects of independent variables on the response of (GLA) production, were obtained, and the suitability of the models was evaluated by analysis of variation (ANOVA). Optimum values were determined by the obtained data. Accordingly, confirmation of experiments was carried out and 1.15 g/L GLA was obtained with the initial sugar content of 81.87 g/L; a shaking speed of 120 rpm and a fermentation temperature of 22°C. As a result of optimization study, the amount of GLA production was increased by 2.1 times.
It is thought that the production of microbial oil, which has an increasing demand in the world market due to its rich content in polyunsaturated fatty acids with proven benefits in terms of nutrition and health, will contribute to the country's economy. It is considered that, by using the whey, a by-product of the manufacturing of cheese, the damage to the environment will be eliminated and added value will also be provided by producing microbial oil, containing GLA, which has high economic value while a waste material is utilized.