Beyaz-çürükçül fungusların selülaz ve ksilanaz enzim üretim potansiyellerinin araştırılması
The investigation of cellulase and xylanase production ability of white-rot fungi
Yazar: DEMET DOĞAN
Danışman: PROF. DR. SİBEL KAHRAMAN
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Beyaz çürükçül funguslar; ksilanazlar, selülazlar ve lakkazlar dahil  ekstraselüler lignoselülozik enzimleri büyük miktarlarda üretmektedir. Çevrede biriken yüksek miktarda tarımsal atık lignoselülozik enzimlerin üretimi için kullanılabilir. Pamuk sapları Türkiye gibi pamuk yetiştiricisi ülkelerde yerel bir tarımsal atık olarak bol miktarlarda elde edilmektedir ve bu atıklar lignoselülozik enzimlerin üretimini stimüle etmek için kullanılabilir. Bu çalışmanın amacı, ucuz, bol ve kolaylıkla elde edilebilen tarımsal atıklar kullanarak beyaz çürükçül fungusların selülaz ve ksilanaz üretimini arttırmak ve böylece farklı sentetik ve doğal kültür ortamlarında (Zeytin Yağı Fabrikası Atıksuyu-ZYFA) enzim üretim maliyetini düşürmektir.
Bu çalışmada, Pleurotus ostreatus ve yeni izole edilmiş Pleurotus ostreatus beyaz çürükçül funguslarının pamuk sapı içeren sentetik ve doğal kültür ortamlarında selülaz ve ksilanaz üretim yetenekleri ve optimum enzim üretimi üzerine etkisi olan farklı kültür koşulları araştırılmıştır. Enzim üretiminin optimizasyonu için, inkübasyon süresi (3.-6.-9.-12.-15. günler), sıcaklık (20-30-40-50 °C), pH (3.0-5.0-7.0-9.0), pamuk sapı miktarı (0.1-0.5-1.0 gr), pamuk sapı partikül büyüklüğü (küçük-büyük) gibi parametreler çalışılmıştır.
Sonuçlar, selülaz ve ksilanaz enzim üretiminin sıcaklık, pH, inkübasyon süresi, çalkalama oranı, pamuk sapı miktarı ve pamuk sapı büyüklüğü gibi çeşitli faktörlerden etkilendiğini göstermiştir. Sentetik ve doğal kültür ortamlarında           P. ostreatus tarafından optimum selülaz ve ksilanaz üretimi 30-40 °C sıcaklıkta ve   3-5 pH aralığında gerçekleşirken, yeni izole edilmiş P. ostreatus için 30-40 °C sıcaklıkta ve 5-7 pH aralığında elde edilmiştir. Sonuçlarımız pamuk sapı miktarı ve büyüklüğünün artması ile selülaz ve ksilanaz üretiminin arttığını ve her iki fungus için enzim üretiminin 3. ve 6. günlerde optimal olarak gerçekleştiğini göstermiştir.
Çalışmamızın diğer bir kısmında, pamuk sapı dışındaki farklı tarımsal atıkların enzim aktivitesi üzerine olan etkisini belirlemek amacıyla deneyler yapılmıştır. Bu amaçla, buğday samanı, mısır koçanı, çam kozalağı ve kavak talaşı gibi tarımsal atıkları içeren kültür ortamlarında, her iki beyaz çürükçül fungusun selülaz ve ksilanaz enzim aktiviteleri belirlenmiştir. Sonuçlar, buğday samanı ve mısır koçanının çam kozalağı ve kavak talaşına göre daha etkili enzim indüktörleri olduğunu göstermiştir.
Çalışmamızın son kısmında ise, bu funguslar tarafından ZYFA'nın renk giderimi tespit edilmiştir. Sonuçlarımıza göre, optimum koşullarda P. ostreatus ile yaklaşık %97.08 renk giderimi olduğunu, yeni izole edilmiş P. ostreatus ile ise yaklaşık %97.81 renk giderimine ulaşılmıştır.
Bu çalışmanın sonuçları, P. ostreatus izolatları kullanılarak optimum koşullar altında yüksek miktarlarda selülaz ve ksilanaz elde edilebileceğini göstermektedir.

Abstract:
The white rot fungi produce a wide range of extracellular lignocellulosic enzymes including: xylanases, cellulases and laccases. Large quantities of agricultural wastes accumulate in the environment can be used for the production of lignocellulosic enzymes. Cotton stalks are available in vast quantities in all cotton-growing countries such as Turkey as local agricultural waste and these wastes can be used to stimulate lignocellulosic enzyme production. The objective of the present study is to increase the xylanase and cellulase production of white rot fungi using inexpensive and abundantly available agro-residues thereby reducing the cost of enzyme production in different synthetic and natural culture media (Olive Oil Mill Wastewater-OOMW).
In the present study, two white-rot fungal species P. ostreatus and newly isolated P. ostreatus were examined for their ability to produce cellulase, xylanase on cotton stalk waste at synthetic and natural culture media. Different cultural conditions were investigated to assess their effect in optimizing enzyme production. For optimization of enzyme production, the parameters studied were incubation time (3-6-9-12-15 days), temperature (20-30-40-50 °C), pH (3.0-5.0-7.0-9.0), amount of cotton stalk (0.1-0.5-1.0 gr), particle size of cotton stalk (small-large).
The results indicated that various factors including temperature, pH, incubation time, agitation rate, cotton stalk amount and cotton stalk particle size influence xylanase and cellulase production. Optimum temperature and pH of the synthetic and natural medium for the cellulase and xylanase production by               P. ostreatus were 30-40 °C and pH 3-5, whereas those for the production of cellulase and xylanase by newly isolated P. ostreatus were 30-40 °C and pH 5-7. The results showed that as the amount and size of cotton stalk was increased, cellulase and xylanase production increased accordingly. The optimal incubation time for enzymes production by either fungi was 3-6 days.
In other part of this study, further experiments were conducted in order to determined effect of different agricultural wastes (other than cotton stalk) on enzymatic activity. For this purpose, cellulase and xylanase enzyme activities of two white rot fungi were determined in culture media containing agricultural wastes such as wheat straw, corn cobs, pine cone and aspen shavings. Experimental results show that, wheat straw and corn cobs were more effective enzyme inductor than pine cone and aspen shaving.
In last part of this study, color removal (%) of OOMW by these fungi were determined. According to the results, under the optimum conditions, P. ostreatus removed approximately 97.08 % color and newly isolated P. ostreatus removed approximately 97.81 % color of OOMW used.
The results of this study demonstrated that it is possible to obtain high amounts of cellulase and xylanase by using P. ostreatus isolates under optimal conditions.  
KEYWORDS: Cellulase, xylanase, white rot fungi, cotton stalk, agricultural wastes