Zirai atıkların ve mikroalgal biyokütlenin biyobütanol üretiminde kullanım kapasitelerinin belirlenmesi
Determination of agricultural waste and microalgae biomass usagecapacities for biobutanol production
Yazar: NAZLIHAN TEKİN
Danışman: PROF. DR. SEVGİ ERTUĞRUL KARATAY
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyokütle enerjisi = Biomass energy ; Biyoloji = Biology ; Enerji = Energy ; Mikrobiyal fermentasyon = Microbial fermentation ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu tez çalışmasında yenilenebilir ve sürdürülebilir biyobütanol üretimi için ikinci nesil ham madde olarak endüstriyel çay atıklarının (EÇAT) ve üçüncü nesil ham madde olarak Dunaliella salina biyokütlesinin kullanımının araştırılması amaçlanmıştır. Bu bağlamda, ilk olarak başlangıç EÇAT şekeri konsantrasyonu, azot kaynağı çeşidi ve konsantrasyonu ve Mg2+, Fe2+ ve Zn2+ mineral tuzlarının konsantrasyonları incelenerek besiyeri optimizasyonu yapılmıştır. Ayrıca fermantasyon zamanının biyobütanol üretimine etkisi araştırılmıştır. Besiyeri optimizasyonu çalışmaları sonucunda, en yüksek toplam ABE, biyobütanol konsantrasyonu, biyobütanol verimi (g/g) ve biyobütanol üretkenliği (g/L/h), 40 g/L EÇAT şekeri, 0.1 g/L MgSO4.7H2O, 0.01 g/L FeSO4.7H2O ve 0.001 g/L ZnSO4.7H2O varlığında 96 saat sonunda sırasıyla 9.73 g/L, 6.21 g/L, 0.258 g/g ve 0.065 g/L/h olarak elde edilmiştir. Ayrıca, D. salina biyokütlesi ile yapılan çalışmalarda, mikroalg kültivasyon koşulları, başlangıç miksotrofik mikroalgal biyokütle konsantrasyonu ve fermantasyon süresi gibi parametreler biyobütanol üretimi için optimize edilmiştir. Çalışma sonucunda, 200 g/L mikroalg biyokütlesi ve 60 g/L glukoz içeren P2 ortamında en yüksek biyobütanol, toplam ABE, biyobütanol verimi (g/g) ve biyobütanol üretkenliği (g/L/h) 72 saat sonunda sırasıyla 11.88 g/L, 13.89 g/L, 0.331 g/g ve 0.165 g/L/h olarak belirlenmiştir. 
Çalışmadan elde edilen sonuçlar EÇAT'ın ve D. salina biyokütlesinin Clostridium beijerinckii DSMZ 6422 tarafından biyobütanol üretimi için umut vadeden ham maddeler olduğunu göstermektedir. Ayrıca EÇAT, gerçekleştirilen tez çalışması ile biyobütanol üretiminde literatürde ilk defa kullanılmıştır. Bunun yanında tez çalışması, D. salina'nın miksotrofik olarak mermer atığı varlığında geliştirildiği ilk çalışmadır.

Abstract:
In this thesis, it was aimed to investigate the use of industrial tea wastes (ITW) as second generation raw material and Dunaliella salina biomass as third generation raw material for renewable and sustainable biobutanol production. In this context, initially, the medium was optimized by examining initial ITW sugar concentration, nitrogen source type and concentration, and concentrations of Mg2+, Fe2+ and Zn2+ mineral salts. Additionally, the effect of fermentation time on biobutanol production was investigated.As a result of optimization studies, the highest total ABE, biobutanol concentration, biobutanol yield (g/g) and biobutanol productivity (g/L/h) obtained as 9.73 g/L, 6.21 g/L, 0.258 g/g and 0.065 g/L/h using 40 g/L ITW sugar, 0.1 g/L MgSO4.7H2O, 0.01 g/L FeSO4.7H2O and 0.001 g/L ZnSO4.7H2O after 96 hours, respectively. Additionally, in studies with D. salina biomass, parameters such as microalgae cultivation conditions, initial mixotrophic microalgal biomass concentration and fermentation time were optimized for biobutanol production. As a result of the study, the highest total ABE, biobutanol, biobutanol yield (g/g) and biobutanol productivity (g/L/h) in P2 medium containing 200 g/L microalgae biomass and 60 g/L glucose were determined as 13.89 g/L, 11.88 g/L, 0.331 g/g and 0.165 g/L/h after 72 hours, respectively.
The results obtained from the study show that both ITW and D. salina biomass are promising raw materials for biobutanol production by Clostridium beijerinckii DSMZ 6422. Furthermore, ITW was evaluated in the literature on biobutanol production for the first time. The thesis is the first study in which D. salina was grown mixotrophically using marble waste.