Laktik asidin mısır kepeğinden fermentasyonla üretimi ve iyon değiştirici reçineler ile saflaştırılması
Lactic acid production from corn fiber by fermentation and purification with ion-exchange resins
Yazar: TUĞBA KONCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ KENAN TUNÇ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Birçok farklı alanda çeşitli kullanım özelliklerine sahip olan laktik asit, son yıllarda
oldukça önemli bir endüstriyel ürün özelliği kazanmıştır. Gıda, eczacılık, kozmetik,
tıp gibi endüstrilerde kullanılması, pazarının hızlı bir şekilde büyümesini sağlamış,
özellikle yeşil endüstrinin önem kazandığı günümüzde laktik asidin değeri artmıştır.
Biyoçözünür bir malzeme olarak biyoplastik ana hammaddesi olan polilaktik asidin
(PLA) üretilmesinde laktik asidin kullanılması, bu önemi daha da arttırmıştır. Laktik
asidin üretilmesinde karbonhidrat kaynağı olarak değişik endüstrilerin karbonhidrat
içeren atıklarından faydalanmak gerek geri dönüşümün sağlanabilmesi gerekse ucuz
hammadde kaynağı bakımından önemlidir. Tarımsal işletmeler bu kaynağın en önemli
olanlarından olup, nişasta ve şeker endüstrisi de bunlardan biridir. Mısırdan nişasta
üreten işletmelerde yan ürün olarak ortaya çıkan mısır kepeği yem endüstrisinde
değerlendirilmektedir. Mısır kepeğinin sadece yem endüstrisinde değerlendirilmesi,
içerdiği nişasta bakımından israf olarak düşünülebilir. Çünkü kepek üzerinde kalan
nişasta ile birlikte selülozun bir kısmının hidrolizasyonu ile elde edilecek şekerin laktik
asit üretiminde değerlendirilmesi ve geriye kalan hidrolize olmayan selülozun ise yine
yem endüstrisinde değerlendirilmesi, kepeğin ekonomik değerinden bir şey
kaybettirmediği gibi karbonhidrat kaynağı olarak kullanılması ekonomik değer
kazandırmaktadır.
Bu çalışmada, nişasta üretim endüstrisinde ıslak öğütme prosesi sonunda mısırdan yan
ürün olarak elde edilen mısır kepeğinin içerdiği nişastanın ve selülozun hidrolizasyonu
sonucu elde edilen ve substrat olarak kullanılan şekerin, fermentasyon yöntemi ile
laktik asit üretiminde kullanılması amaçlanmıştır. Hidrolizasyon ile azami ölçüde
şeker konsantrasyonu elde edilmesine ve fermentasyon veriminin yüksek tutulmasına
etki edecek olan hidrolizasyon şartlarının belirlenmesi çalışmaları yapılmıştır. Üretilen
laktik asit, iyon değiştirici reçine işlemleri uygulanarak fermentasyon sıvısından
saflaştırılmaya çalışılmıştır. Hidrolizasyon işlemleri sonucunda en fazla %9 toplam
şeker konsantrasyonu elde edilmiştir. Fermentasyon sonunda %71 oranında verim ile
%6,12 laktik asit konsantrasyonuna ulaşılmıştır. İyon değiştirici reçine işlemleri
sonucunda ise ortalama %98 oranında laktik asit kazanımı sağlanmıştır. Şeker
konsantrasyonunun laktik asit üretim verimi üzerinde etkisini belirlemek amacıyla
hidrolizasyon işlemleri sonucunda elde edilen %9 toplam şeker, %6 ve %3 oranlarına
seyreltilerek fermentasyon çalışmaları ayrıca yapılmış olup, laktik asit üretim
verimleri sırasıyla %73 ve %72 olarak belirlenmiştir. Seyreltilen şeker
konsantrasyonlarının kullanıldığı fermentasyonlar sonucu elde edilen laktik asidin
fermentasyon ortamından saflaştırılması işlemlerinde geri kazanım oranlarında düşüş
olduğu belirlenmiştir.

Anahtar kelimeler: Mısır kepeği, fermentasyon, laktik asit, iyon değiştirici reçine

Abstract:
Lactic acid is an important product that is used in a wide range of industrial area in
recent years due to its different usage properties. Its use in industries such as food,
pharmacy, cosmetics, and medicine has enabled its market to grow rapidly. Especially
in today's world where the green industry is gaining importance the interest in lactic
acid has increased. The use of lactic acid in the production of polylactic acid (PLA),
which is the main raw material of bioplastic as a biodegradable material, has further
increased this importance. In the production of lactic acid, it is important to benefit
from carbohydrate-containing wastes of different industries as a source of
carbohydrates in terms of both recycling and cheap raw material source. Starch and
sugar industries are among the most important of this resource like agricultural
industry. Corn fiber obtained as a by-product in industries producing starch from corn
is utilized in the feed industry. Utilizing corn fiber only in the feed industry can be
considered wasteful in terms of its starch content. The use of sugar obtained by both
hydrolysis of the starch and part of cellulose in corn fiber in the lactic acid production
and also the use of remaining non-hydrolyzed cellulose in feed industry, increases the
economic value of fiber since it is used as a source of carbohydrate.
In this study, the sugar obtained by the hydrolysis of both the starch and the cellulose
in the corn fiber produced as a by-product of corn after the wet-milling process of the
starch production industry is aimed to be used as a substrate in the production of lactic
acid by fermentation. It is aimed to determine the hydrolysis conditions that will keep
the fermentation yield high and also obtain the maximum sugar concentration with
hydrolysis. The lactic acid produced was tried to be purified from the fermentation
medium by using an ion-exchange resin process. As a result of hydrolysis maximum
9% total sugar concentration was obtained. In fermentation, lactic acid concentration
of 6,12% was achieved with a yield of 71%. As a result of the ion-exchange resin
processes, an average of 98% lactic acid was provided. In order to determine the effect
of sugar concentration on lactic acid production efficiency, 9% total sugar which is
obtained as a result of hydrolysis processes was diluted to 6% and 3% and fermentation
studies were also carried out. Lactic acid production yields were found as 73% and
72%, respectively. It was observed that the recovery rates, from the fermentation
medium, of the lactic acid obtained as a result of fermentation using diluted sugar
concentrations are reduced.

Keywords: Corn fiber, fermentation, lactic acid, ion-exchange resin