Escherichia coli W pqq+ vgb+ rekombinant suşu ile şeker pancarı melasından glukonik asit üretiminin biyoreaktörde incelenmesi
Investigation of gluconic acid production in bioreactor from sugar beet molasses by Escherichia coli W pqq+ vgb+ recombinant strain
Yazar: ŞEYDANUR ADAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ VEYİS SELEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Biyoreaktörler = Bioreactors ; Escherichia coli = Escherichia coli ; Fermentasyon = Fermentation ; Glukonik asit = Gluconic acid ; Şeker pancarı = Sugar beet ; Şeker pancarı küspesi = Sugar beet pulp ; Şeker pancarı melası = Sugar beet molasses

Özet:
Bu çalışmada, TÜBİTAK 1001 (117R003) projesi kapsamında geliştirilen Escherichia coli W pqq+ vgb+ rekombinant suşu kullanılarak ekonomik bir karbon kaynağı olan şeker pancarı melasından ve şeker pancarı küspesinden glukonik asit (GA) üretimi gerçekleştirilmiştir. Kullanılacak fermantasyon ortamı erlenlerde optimize edilmiş ve döner tambur biyoreaktöründe yarı katı hal fermantasyonu ile biyoreaktör işletim parametrelerinin glukonik asit üretimi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla ilk aşamada erlenlerde, Cevap Yüzey Yöntemi (CYY) metotlarından biri olan Placket-Burman (PB) ile tarama deneyleri belirlenerek çalışmalar yapılmış ve GA üretimi üzerinde etkin olan fermantasyon ortam bileşenleri belirlenmiştir. İkinci aşamada ise Merkezi Kompozit Dizayn (MKD) yöntemi kullanılarak etkin parametrelerin optimum değerleri belirlenmiştir. GA üretimi üzerine etkisinin en fazla olduğu belirlenen dört bağımsız değişken; Şeker Pancarı Küspesi (g/L), Şeker Pancarı Melası (g/L), CaCO3 (g/L) ve aşılama oranı (v/v, %)'dır. Maksimum GA üretiminin sağlandığı ortamda; küspe 5 g/L, CaCO3 13 g/L, melastaki toplam şeker konsantrasyonu 75 g/L ve aşılama oranı % 7.5'tir. Mevcut optimum fermantasyon ortamı kullanılarak 3 L çalışma hacminde döner tambur biyoreaktörde çalışmalar yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda maksimum GA üretimi; 1.85 L/dk havalandırma hızı, 34.2 rpm devir hızı ve 6.56 pH koşullarında 38.5 g/L olarak tespit edilmiştir. Sonuç olarak, E.coli W suşundan elde edilen rekombinant suşun (E. coli W pqq+ vgb+) Aspergillus niger gibi GA üretiminde klasik olarak kullanıldığı mikroorganizmalara göre fermantasyon prosesinin daha hızlı gerçekleştiği, kullanılan karbon kaynağının üretim maliyetini düşürdüğü ve yüksek verimlilikle üretimin gerçekleştirildiği söylenebilir.

Abstract:
In this study, gluconic acid (GA) was produced from sugar beet molasses and sugar beet pulp, which is an economical carbon source, by using recombinant strain of Escherichia coli W pqq+ vgb+ developed within the scope of TUBİTAK 1001 (117R003) project. The fermentation medium to be used is optimized; the effects of semi-solid state fermentation and operating parameters of the rotary drum bioreactor were investigated for gluconic acid production. In the first stage, screening experiments were carried out with Placket-Burman (PB), one of the Response Surface Methods (RSM), and fermentation media components which are effective on GA production were determined. In the second stage, the optimum values of the effective parameters were determined with the Central Composite Design (CCD) method. Four independent variables were found to have the greatest effect on GA production: Sugar Beet Pulp (g/L), Sugar Beet Molasses (g/L), CaCO3 (g/L) and inoculation rate (v/v, %). In the environment where maximum GA production is achieved, the amount of pulp is 5 g/L, CaCO3 is 13 g/L, the total sugar concentration in molasses is 75 g/L, and the inoculation rate is 7.5%. These studies were carried out in a rotary drum bioreactor with a working volume of 3 L using the optimum fermentation medium. As a result of these experiments, maximum GA production found as 38.5 g/L under the conditions of 1.85 L/min aeration rate, 34.2 rpm rotation speed and 6.56 pH. Result of our experiments suggest that the fermentation process of the recombinant strain obtained from the E. coli W strain is faster than the microorganisms classically used in the production of GA such as Aspergillus niger. These new findings provide an alternative way of producing GA which is highly efficient and low cost in terms of carbon source.