Buğday tarlası atıklarından ksilitol üretim koşullarının optimizasyonu ve ksilitolün saflaştırılması
Optimization of xylitol production conditions from wheat field waste and purification of xylitol
Yazar: SERDAL SABANCI
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM AKPINAR
Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Fermentasyon = Fermentation ; Hidroliz = Hydrolysis ; Ksilitol = Xylitol ; Ksiloz = Xylose

Özet:
Ksilitol sukrozla aynı tatlılık derecesine sahip, doğada yaygın şekilde bulunan, aynı zamanda insan metabolizmasında da üretilen beş karbonlu şeker alkoldür. Ksilitol kimyasal ve biyoteknolojik olarak ksilozun indirgenmesi ile üretilmektedir. Türkiye yaygın şekilde bulunan buğday sapı ksilitol üretimi için uygun ksilanca zengin bir tarımsal atıktır. Kimyasal olarak üretim pahalı ve seçici bir yöntem olmadığından dolayı, biyoteknolojik olarak üretim tercih edilmektedir. Bu çalışmada, buğday saplarının hidrolizasyonu ile üretilen ksiloz biyoteknolojik olarak fermente edilerek ksilitol üretilmiş ve fermantasyon şartları optimize edilmiştir. Ksiloz C.tropicallis kullanılarak fermente edilmiş, üretim koşullarıda tepki yüzey yöntemi ile optimize edilmiştir. Ksilitol üretimi üzerine ksiloz konsantrasyonu (18-54 g/l), maya konsantrasyonu (0,5-1,5 g/l), oksijen miktarının (0,5-1,5 vvm) etkileri incelenmiştir. Optimum koşullar olarak bulunan 38,5 g/l ksiloz, 1,03 g/l maya hücresi konsantrasyonunda ve 1,08 vvm'de yapılan fermantasyon denemelerinde, ksilitol verimi % 55 ve volumetrik ksilitol üretim hızı ise 0,4g/l-sa olarak bulunmuştur. Ksilitol üretiminden sonra, en önemli basamak ksilitolun, fermantasyon ortamınından saflaştırılmasıdır. Fermantasyon sona erdikten sonra fermantasyon ortamında kalan maddeler, maya hücresi, protein, ksilitol, ksiloz, arabinoz ve diğer şekerlerdir. Maillard reksiyonu ile ortamda kalan indirgen şekerlerin molekül ağırlıkları modifiye edilmiş membran yöntemleri ile, ksilitolun yaklaşık %90'nu 1000 Da membrandan geri kazanılırken, fermantasyon sonucu elde ksilitol çözeltisinde bulunan indirgen şekerlerin de yaklaşık %70' ü uzaklaştırılmıştır.

Abstract:
Xylitol is a five carbon sugar alcohol, equivalent to sucrose in sweetnes and occurs widely in nature, but it is also produced in human metabolism. It is produced by reduction of xylose using either chemical or biotechnological processes. Wheat straw, widely available in Turkey, is xylan rich agricultural waste and it can be used as an ideal source for xylose and xylitol production. Since the chemical production of xylitol is an extremely expensive and not selective method, biotechnological productions of xylitol is more preferable. In this work, xylose, produced by dilute acid hydrolysis wheat straw, was fermented to xylitol through biotechnological methods and the fermentation conditions were optimized. Xylose was fermented by using the Candida tropicalis and Response Surface Methodology was used for optimization process. The effects of xylose concentration (18-54 g/l), amount of yeast (0,5-1,5 g/l) and oxygen amount (0,5-1,5 vvm) were investigated for the production of xylitol. The optimum xylose, yeast concentration and air flow rate for wheat straw hydrolysate were found as 38,5 g/l, 1,03 g/l, 1,08 vvm, respectively and under these conditions xylitol yield and volumetric xylitol production rate were obtained as 55% and 0,4 g/l-sa, respectively. After producing xylitol, the most important step is recovery of it from the fermentation broth. The major components in the fermentation broth at the end of the fermentation cycle were yeast cell, proteins, xylitol, xylose, arabinose and other sugar. The Maillard reaction was performed to modify the molecular weight of residual reducing sugars in the fermentation broth. With membrane separation, 70% of the residual reducing sugars were removed from xylitol solution while 90% of xylitol was recovered from permeate of 1000 Da membrane.