Havuç suyu içeren doğal fermantasyon ortamında mutant bir Yarrowia lipolytica suşu ile sitrik asit üretiminin optimizasyonu
Optimization of citric acid production by a mutant strain of Yarrowia lipolytica in natural fermentation medium containing carrot juice
Yazar: ŞİLAN URAK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. SEDA KARASU YALÇIN
Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada, havuç suyu içeren doğal fermantasyon ortamında mutant bir suş olan Yarrowia lipolytica K-168?in üreme ve sitrik üretimi incelenmiştir. Bu ortamda, bağımsız değişken olarak seçilen başlangıç toplam şeker derişimi, başlangıç pH?ı, başlangıç irmikaltı un protein konsantratı derişimi ve sıcaklığın mayanın üreme ve sitrik asit üretimi üzerine birlikte etkileri araştırılmıştır. Merkezi karma tasarım yöntemi kullanılarak, 30 deney içeren bir tasarım oluşturulmuştur. Maksimum sitrik asit derişimi, maksimum sitrik asit üretim hızı, sitrik asit verimi, maksimum sitrik asit derişiminin maksimum izositrik asit derişimine oranı ve özgül üreme hızı üzerine bu bağımsız değişkenlerin etkisi, yanıt yüzey yöntemi ile modellenmiştir. Bütün yanıtların bağımsız değişkenler ile değişimi karesel model ile ifade edilmiştir. Varyans analizi sonuçlarına göre; başlangıç toplam şeker derişiminin sitrik asit üretimini en fazla etkileyen yanıtlardan biri olduğu bulunmuştur. Başlangıç pH?ının etkisinin ise; sitrik asit üretimi ile ilgili tüm yanıtlar için önemsiz iken, özgül üreme hızı için önemli bulunduğu sonucuna ulaşılmıştır. Sıcaklığın etkisinin, başlangıç toplam şeker derişimine bağlı olarak değişebileceği belirlenmiştir. İrmikaltı un protein konsantratı başlangıç derişiminin lineer etkisinin, maksimum sitrik asit derişiminin maksimum izositrik asit derişimine oranı haricindeki bütün yanıtlar için önemli olduğu bulunmuştur. Sitrik asit üretimi ile ilgili yanıtların çoğunun bu bileşenin yüksek derişimlerinden olumsuz etkilendiği belirlenmiştir. Özgül üreme hızının ise; irmikaltı un protein konsantratı derişiminin artması ile arttığı bulunmuştur. 
Yapılan nümerik optimizasyon ile; başlangıç toplam şeker derişiminin 190.83 g/L, başlangıç pH?ının 5.90, irmikaltı un protein konsantratı başlangıç derişiminin 0.07 g/L ve sıcaklığın 27.86oC olduğu koşullar, optimum koşullar olarak belirlenmiştir. Optimum koşulların birlikte kullanıldığı deneyde, maksimum sitrik asit derişimi,  maksimum sitrik asit üretim hızı, sitrik asit verimi, maksimum sitrik asit derişiminin maksimum izositrik asit derişimine oranı ve mikroorganizma özgül üreme hızı sırasıyla; 80.53 g/L, 0.374 g/L.sa, %42.21, 9.04 ve 0.0170 sa-1 olarak bulunmuşlardır. Bu değerlerin optimizasyon ile öngörülen değerlere oldukça yakın olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, growth and citric acid production of a mutant strain, Y. lipolytica K-168 was investigated in a natural fermentation medium containing carrot juice. In this medium, interactive effects of selected independent variables; initial total sugar concentration, initial pH, initial concentration of undersized semolina protein concentrate and temperature, on the growth and citric acid production of the yeast were investigated. An experimental design including 30 experiments was conducted by using the method of central composite design. Modelling the effects of these independent variables on maximum citric acid concentration, maximum citric acid production rate, citric acid yield, the ratio of maximum citric acid concentration to maximum isocitric acid concentration and specific growth rate were performed by response surface methodology. The variations of all of the responses with the independent variables were defined by a quadratic model. According to the results of variance analysis, initial total sugar concentration was found as one of the most important responses affecting citric acid production. The effect of initial pH was found as insignificant for the responses related to citric acid production, while it was found as significant for specific growth rate. It was determined that the effect of temperature changed by the initial sugar concentration. The linear effect of initial concentration of undersized semolina protein concentrate was found as significant for all of the responses except the ratio of maximum citric acid concentration to maximum isocitric acid concentration. It was determined that most of the responses related to citric acid production were adversely affected by high concentrations of this component. However, the specific growth rate was found to increase by the increase in initial concentration of undersized semolina protein concentrate.
By the numeric optimization performed; the conditions with 190.83 g/L initial sugar concentration, 5.90 initial pH, 0.07 g/L initial concentration of undersized semolina protein concentrate and 27.86oC were determined as optimum conditions. In the experiment in which optimum conditions were used together, maximum citric acid concentration, maximum citric acid production rate, citric acid yield, the ratio of maximum citric acid concentration to maximum isocitric acid concentration and specific growth rate were found as; 80.53 g/L, 0.374 g/L.h, 42.21%, 9.04 and 0.017 h-1, respectively. These values were determined as very similar to the predicted values by the optimization