Farklı immobilizasyon yöntemleri ile etanol üretimi
Ethanol production with different immobilization methods
Yazar: SEYEDEH HELIYA HASSANI
Danışman: PROF. DR. İRFAN TURHAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Dünya enerji tüketiminin %80' den fazlası fosil yakıtlardan karşılanmakta, bu da çevresel sorunlara ve iklim değişikliğine yol açmaktadır. Fosil yakıtların azalması, küresel ısınmaya, iklim değişikliklerine ve diğer sorunlara yol açması gelişmiş ülkeleri biyoyakıtlar gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirmiştir. Biyoyakıtlar, biyokütleden elde edilen ve çevresel etkisi az olan enerji kaynaklarıdır. Biyoetanol, özellikle ulaştırma sektöründe yaygın olarak kullanılan ve yüksek verimliliği ile öne çıkan bir biyoyakıttır. 
Bu tez çalışmasında etanol üretimi amacıyla immobilize edilmiş Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) mayalarından yararlanılmıştır. Biyoetanol verimliliğinin arttırılması zaman, maliyet ve enerji açısından oldukça önemlidir. Bu amaçla bu tez kapsamında farklı immobilizasyon işlemleri ve besiyeri optimizasyonu üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Öncelikle immobilizasyon için 4 farklı PKD (Plastik Kompozit Destek) materyali ve 4 farklı 3D materyali (Hex, grid, X, W) arasında etanol üretimi açısından en iyi materyal olarak PKD2 (%5 soya fasulyesi unu, %5 maya ekstraktı, 5% sığır albümin içeren destek malzemesi) ve Hex materyalleri seçilmiştir. Karbon kaynağı olarak beyaz dut kurusu kullanılmıştır ve verimin artması için optimum koşullarda ekstraksiyonu gerçekleştirilmiştir. İmmobilizasyon için en iyi materyal seçimi ve besiyeri optimizasyonu aşamaları beyaz dut kurusu hidrolizatının modifiye ortamda (45 g/L glukoz, 45 g/L fruktoz, 1 g/L sakkaroz) yapılmış. Modifiye ortama farklı miktarlarda yedi çeşit besiyeri bileşeni eklenmiş ve 10 çeşit besiyerinin PBD (Plackett-Burman Designs) yöntemiyle formülasyonu hem PKD materyalleri ile hem de 3D materyalleri ile uygulanmış, fermentasyonları yapılmış ve PKD materyallerinde maksimum etanol üretimi için 20 g/L pepton ve 0.5 g/L KH2PO4 eklenmesi optimum besiyeri bileşeni olarak belirlenmiş. Hex materyalleri için ise 20 g/L pepton, 3g/L KH2PO4, 2 g/L (NH4)2SO4 ilavesi olduğu saptanmış. Doğrulama fermentasyonu ise hem beyaz dut kurusu hidrolizatı ile hem de modifiye besiyer ile yapılmıştır. Son aşamada doğrulama fermentasyonu sonuçlarına göre beyaz dut kurusu hidrolizatı ile sürekli etanol fermentasyonu gerçekleştirilmiş. Ayrıca her fermentasyonun sonunda şeker tüketimi, etanol üretimi, etanol verimi, spesifik gelişim hızı, ikiye katlanma süresi ve sürekli sisteme ait kinetik parametreler hesaplanmıştır.

Abstract:
More than 80% of the world's energy consumption comes from fossil fuels, which leads to environmental problems and climate change. The decline in fossil fuel resources, leading to global warming, climate change and other problems, has led developed countries towards renewable energy sources such as biofuels. Biofuels are energy sources derived from biomass and have low environmental impact. Bioethanol is a biofuel that is widely used especially in the transportation sector and stands out with its high efficiency.
In this thesis study, immobilized Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) yeast cells were utilized for ethanol production. Increasing bioethanol productivity is very important in terms of time, cost and energy. For this purpose, immobilization, medium optimization were performed in this thesis. First of all, PCS2 (support material containing 5% soybean meal, 5% yeast extract, 5% bovine albumin) and Hex materials were selected as the best materials for ethanol production among 4 different PCS (Plastic Composite Support) and 4 different 3D materials (Hex, grid, X, W) for immobilization. Dried white mulberry was used as carbon source and its extraction was carried out under optimum conditions to increase the yield. The best material selection for immobilization and medium optimization steps were performed in synthetic medium (45 g/L glucose, 45 g/L fructose, 1 g/L sucrose) of dried white mulberry hydrolysate. Different amounts of 7 different nutrient components were added to a synthetic medium, and the Plackett-Burman designs was used to formulate 10 different nutrient combinations. These formulations were applied using both PCS materials and 3D materials, fermentations were conducted and for maximum ethanol production in PCS materials, the optimum nutrient composition was determined to be 20 g/L peptone and 0.5 g/L KH2PO4 and 20 g/L peptone, 3 g/L KH2PO4, 2 g/L (NH4)2SO4 for Hex materials. Validation fermentation was performed with both white mulberry dried hydrolysate and synthetic medium. In the last step, continuous ethanol fermentation was carried out with dried white mulberry hydrolysate according to the results of validation fermentation. Additionally, at the end of each fermentation, sugar consumption, ethanol production, ethanol yield, specific growth rate, doubling time and kinetic parameters of the continuous system were calculated.