Peynir altı suyundan laktik asit üretimi
Production of lactic acid from cheese whey
Yazar: BERÇEM ELDELEKLİOĞLU
Danışman: PROF. DR. EMİNE BAYRAKTAR
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Lactobacillus casei = Lactobacillus casei ; Lactobacillus delbrueckii = Lactobacillus delbrueckii ; Laktik asit = Lactic acid ; Laktik asit bakterileri = Lactic acid bacteria ; Peynir altı suyu tozu = Whey powder

Özet:
Bu çalışmada amaç, süt endüstrisinin önemli bir atığı olan ve arıtılmadan doğaya verildiğinde büyük zararlar veren peynir altı suyunun değerlendirilerek yine çevre açısından önemli bir biyobozunabilir polimer olan polilaktik asitin (PLA) üretiminde kullanılmak üzere laktik asit eldesidir.Deneyler sırasında öncelikle Lc. lactis, L. casei, L. helveticus, L. delbr. subsp. bulgaricus, L. delbr. subsp. delbrueckii, L. delbr. subsp. lactis, L .jensenii gibi farklı mikroorganizmaların etkileri incelenmiştir. En yüksek üretim yapan mikroorganizmalar olarak L. delbr. subsp. lactis ve L. casei belirlenmiştir. L. delbr. subsp. lactis mikroorganizması ile üretim üzerine pH, ilave besin maddeleri (maya özütü (YE), MnSO4.H2O) gibi parametrelerin etkileri araştırılmıştır. Çalışılan mikroorganizma için en uygun sıcaklık olan 37 oC'de gerçekleşen fermentasyonda en uygun pH değeri 5.5 olarak belirlenmiştir. 48 saat sonunda ulaşılan en yüksek laktik asitin (33.4 g/L) elde edildiği YE derişimi % 0.1 (w/v)'dir. Ortamda YE bulunmuyorken MnSO4.H2O miktarının laktik asit üretimine etkisi yok denecek kadar azdır.L. casei mikroorganizması ile laktik asit üretimi üzerine PAS, YE, MnSO4.H2O, MgSO4.7H2O derişimlerinin, pastorizasyonun, mikroorganizma büyüme ortamının ve mikroorganizma miktarının etkileri incelenmiştir. 48 saat sonunda PAS derişiminden bağımsız olarak birbirine çok yakın laktik asit derişimlerine ulaşılmış ancak başlangıç laktoz miktarının artmasıyla fermentasyon sonunda kalan laktoz miktarı da artmıştır. 50 g/L PAS derişimde ulaşılan dönüşüm % 82, 90 g/L'de ise % 46'dır. Maya özütü derişimi arttıkça üretilen laktik asit miktarı ve dönüşüm artmaktadır. % 1 (w/v) YE ilavesinde 48 saat sonunda dönüşüm % 95 iken, % 0.2 (w/v) YE ilavesinde % 56'dır. % 0.4 (w/v) YE bulunan PAS ortamına katılan farklı derişimlerde MnSO4.H2O için fermentasyon süresince izlenen yol farklı olsa dahi 96 saatin sonunda ulaşılan laktik asit miktarları yakındır. Aynı şekilde % 0.4 (w/v) YE bulunan PAS ortamına katılan farklı derişimlerde MgSO4.7H2O için de fermentasyon süresince ulaşılan laktik asit miktarları yakındır. Ayrı ayrı yapılan deneylerde en yüksek laktik asit üretimlerine % 1 (w/v) YE, % 0.03 (w/v) MgSO4.7H2O ve % 0.007 (w/v) MnSO4.H2O ile ulaşılmıştır. 60 g/L olarak hazırlanmış fermentasyon ortamına en iyi koşullar olan bu derişimlerde besin maddeleri eklenmiştir. Aynı koşullar için pastorize edilmiş ortamda da fermentasyon gerçekleştirilmiştir. 48 saat sonunda pastorize edilmiş ortamda laktik asit dönüşümü % 94, pastorize edilmemiş ortamda % 92'dir. Mikroorganizma miktarının artmasıyla laktoz tüketimi ve laktik asit üretimi de artmaktadır. 48 saat sonunda Liver Infusion ortamında çoğalmış mikroorganizmalar ile elde edilen laktik asit miktarı, MRS ortamında çoğalmış mikroorganizmalarla yapılandan % 66 daha azdır.

Abstract:
In this study the aim is to produce lactic acid to use during the production of polylactic acid (PLA), which is an important biodegradable polymer for environment, by recycling cheese whey which is a major waste of milk industry and damages nature if it is not treated.In the beginning of the experiments the effects of different microorganisms such as Lc. lactis, L. casei, L. helveticus, L. delbr. subsp. bulgaricus, L. delbr. subsp. delbr., L. delbr. subsp. lactis, L. jensenii, were studied. L. delbr. subsp. lactis and L. casei were determined to have the highest productivity rate. The effects of parameters like, pH, additional supplements (Yeast Extract (YE), MnSO4.H2O) were studied by using L. delbr. subsp. lactis. In the fermentation which takes place at 37 oC, the most suitable temperature for the microorganism, pH of cheese whey was set to 5-7. The most suitable pH value was determined to be 5.5. After 48 hours, YE amount of the highest lactic acid produced (33.4 g/L) was determined to be 0.1 % (w/v). When MnSO4.H2O is used without YE, not a significant effect on lactic acid production was observed.The effects of substrate (cheese whey), YE, MnSO4.H2O, MgSO4.7H2O concentrations, pasteurization, microorganism growth medium and microorganism amount were investigated by using L. casei. After 48 hours similar lactic acid concentrations were achieved with all substrate concentration. Although with the increasing of the substrate concentration remaining lactose amounts are increasing at the end of the fermentation. When, 50 g/L, 90 g/L cheese whey is used yield of the lactic acid is 85 %, 56 % respectively. With the increasing of the YE concentration lactic acid amount and yield increase.In 1 % (w/v) and 0.2 % (w/v) YE addition after 48 hours lactic acid yield is 95 %, 56 % respectively.For cheese whey which contains 0.4 % (w/v) YE and different concentrations of MnSO4.H2O, despite the way of fermentation process is different after 96 hours production of lactic acid is similar with each other. Likewise cheese whey which contains 0.4 % (w/v) YE and different concentrations of MgSO4.7H2O lactic acid production is similar during the fermentation. In severally experiments, the highest lactic acid amounts were achieved with 1 % (w/v) YE, 0.03 % (w/v) MgSO4.7H2O and 0.007 % (w/v) MnSO4.H2O. Nutrients with these optimum concentrations were added together to 60 g/L fermentation medium. Fermentation also carried out in pasteurizated medium for the same conditions. After 48 hours in pasteurizated medium lactic acid yield was 94 %, not pasteurizated medium lactic acid yield was 92 %. With the increasing of the microorganism amount the consumption of lactose and lactic acid production increase. After 48 hours, lactic acid amount which achieved with microorganisms in Liver Infusion medium was 66 % lower than the medium of MRS.