Tekli ve ikili ağır metal iyonu içeren sistemlerde çeşitli candida türlerinin büyüme kinetiğinin ve metal biyobirikiminin incelenmesi
Investigation of growth kinetics and metal bioaccumulation by different candida species in single and binary heavy metal containing systems
Yazar: GÖKHAN PAŞAOĞLU
Danışman: PROF. DR. ZÜMRİYE AKSU
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Atık su = Waste water ; Ağır metaller = Heavy metals ; Biyobirikim = Bioaccumulation ; Candida tropicalis = Candida tropicalis ; Candida utilis = Candida utilis ; Kadmiyum = Cadmium ; Mayalar = Yeasts ; Melas = Molasses ; Nikel = Nickel ; İnhibisyon = Inhibition

Özet:
Bu tez çalışmasında ağır metal iyonlarına oldukça dirençli olan Candida utilis ve Candida tropicalis mayalarına endüstriyel atıksularda istenmeyen derişimlerde bulunan tekli kadmiyum(II), tekli nikel(II) ve ikili karışımlarının biyobirikimi melas içeren besin ortamında ve kesikli düzende incelenmiştir.Çalışmaların ilk kısmında metal iyonu içermeyen besin ortamında mayaların özgül üreme hızına ve maksimum kuru mikroorganizma derişimine başlangıç pH'ının, sıcaklığın, karıştırma hızının ve başlangıç substrat (sakkaroz) derişiminin etkileri araştırılmış ve her iki maya için de maksimum özgül üreme hızının ve kuru mikroorganizma derişiminin pH 4.0'de, 30oC sıcaklık ve 120 rpm karıştırma hızında gerçekleştiği, substrat derişimininin 20 g/L'ye kadar artışıyla da özgül üreme hızının ve maksimum kuru mikroorganizma derişiminin arttığı gözlenmiştir. Özgül üreme hızı ile sakkaroz derişimi arasındaki ilişkiyi veren Monod eşitliğinden her bir mayaya ait maksimum özgül üreme hızı ve doygunluk sabiti değerleri bulunmuştur.Çalışmaların daha sonraki kısmında, tekli kadmiyum(II) veya nikel(II) içeren melaslı besin ortamında, her iki mayanın yine pH 4.0'de maksimum özgül üreme hızında ürediği ve maksimum metal iyonu biriktirdiği belirlenmiştir. Tekli kadmiyum(II) veya nikel(II) iyonlarının çalışılan her bir mayanın üremesi üzerine inhibisyonunun yarışmalı inhibisyon modeline uyduğu saptanmıştır. Ayrıca, ikili kadmiyum(II)-nikel(II) karışımlarının mayalarının üremesi üzerine etkileri de sabit sakkaroz derişiminde bir metal iyonunun derişimi sabit tutulup diğerinin derişimi değiştirilerek incelenmiş ve bu kirleticilerin her bir mayanın üremesine ortak inhibisyon etkisinin yine yarışmalı olduğuna karar verilmiştir.Çalışmaların son kısmında tekli kadmiyum(II) veya nikel(II) iyonlarını içeren melas ortamında her bir mayanın biyobirikim hızı ve kapasitesi başlangıç sakkaroz ve başlangıç kirletici derişiminin fonksiyonu olarak incelenmiş ve kirletici biyobirikimi modellenerek model sabitleri bulunmuştur. Ayrıca her bir maya ile sabit sakkaroz derişiminde ağır metal iyonlarını farklı oranlarda birlikte içeren melas ortamlarında her iki kirleticinin eşzamanlı biyobirikim çalışmaları gerçekleştirilmiş ve her bir sisteme ait kinetik sabitler bulunarak ortak iyon etkisi araştırılmıştır.Deneysel sonuçlar, C. utilis ve C. tropicalis mayalarının her ikisinin de kadmiyum(II) iyonlarının yüksek derişimlerine dayanabildiğini ve bu metal iyonunu yüksek kapasitelerde biyobiriktirdiklerini, ancak, nikel(II) iyonları için iki mayanın da nikel(II) iyonlarına daha az direnç gösterdiğini ve kadmiyum(II) iyonlarına göre çok daha az nikel(II) iyonu biyobirikim kapasitelerine sahip olduklarını göstermiştir.

Abstract:
In this study, bioaccumulation of single cadmium(II), sigle nickel(II) and binary mixtures of them, existing in industrial wastewaters at undesired levels, by the yeasts Candida utilis and Candida tropicalis, resistant to heavy metal ions, investigated in molasses containing growth medium at a batch system.At the first part of the study, in the molasses medium containing no metal ions, the effects of initial pH, temperature, shaking rate and initial substrate (sucrose) concentration, on the specific growth rate and the maximum dried microorganism concentration of each yeast were investigated and the maximum growth was observed at pH 4.0, at 30oC and at 120 rpm shaking rate for both yeasts. It was also observed that the specific growth rate and the maximum dried microorganism concentration increased with increasing sucrose concentration up to 20 g/L. By using the Monod equation, that relates the specific growth rate to the initial sucrose concentration, maximum specific growth rate and saturation constant of each yeast were determined.At the later part of the study, in the molasses medium containing single cadmium(II) or nickel(II) ions, each of the yeast again indicated the maximum growth and maximum metal bioaccumulation at pH 4.0. When the inhibition effects of these metal ions on the microbial growth were investigated, inhibition type was determined as competitive for each metal ion and for each yeast. Besides, the growth kinetics of each yeast was studied with the mixtures containing cadmium(II) or nickel(II) ions prepared at a constant sucrose concentration by varying the concentration of first metal ion as the second metal ion concentration was kept constant, and binary inhibition effects of these pollutants on the cell growth was determined as competitive again for each yeast.At the last part of the study, bioaccumulation rate and capasity of each yeast was investigated as a function of initial sucrose and metal ion concentration in the molasses medium containing single cadmium(II) or nickel(II) ions and kinetic model constants were determined by modelling the bioaccumulation. In addition, simultaneous cadmium(II) and nickel(II) bioaccumulation by each yeast was investigated in the molasses medium at a constant sucrose concentration with the mixtures containing cadmium(II) and nickel(II) together at different ratios and kinetic constants were determined by considering the effects of binary mixtures on bioaccumulation.Experimental results showed that both the yeasts of C. utilis and C. tropicalis could resist to the high concentrations of cadmium(II) and bioaccumulated cadmium(II) at high levels, however, they had lower resistance for nickel(II) and they had lower capacity for nickel(II) bioaccumulation when compared to cadmium(II) bioaccumulation capacity.