Membran destekli biyoreaktörde 1,3-propanediol üretiminin incelenmesi
Assesment of 1,3-propanediol production by membrane supported bioreactor
Yazar: FATMA GİZEM AVCI
Danışman: PROF. DR. NURİ AZBAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: 1,3-propanediol = 1,3-propanediol ; Biyopolimerler = Biopolymers ; Klebsiella pneumoniae = Klebsiella pneumoniae

Özet:
Son yıllarda enerji kaynaklarının azalması ve küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliği nedeniyle alternatif enerji kaynaklarına olan ilgi oldukça artmıştır. Biyodizel, bu kaynaklar arasında önemli bir yere sahiptir. Biyodizel üretiminde toplam kütlenin %10'u kadar atık gliserin açığa çıkmaktadır. Gliserinin birçok kullanım alanı olmasına rağmen, biyodizelin fazla miktarda üretilmesiyle birlikte atık konumuna gelmiştir. Atık gliserin sürdürülebilir kalkınma için ekonomik ve ekolojik bir sorun oluşturmaktadır. Biyoteknolojik yollarla 1,3-propanediol üretiminde atık gliserinin substrat olarak kullanılması bu soruna bir çözüm olarak düşünülmektedir.1,3-Propanediol biyobozunur polimer sentezinde önemli bir monomerdir. Tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılan politrimetilen tereftalat bu polimerlerin başında gelmektedir. Ayrıca kozmetik, gıda, medikal endüstrilerinde de kullanım alanına sahiptir.Bu tez çalışmasında membran destekli biyoreaktörde Klebsiella pneumoniae kullanılarak farklı biyokütle yaşlarının ve biyokütle geri dönüşünün 1,3-propanediol üretimi üzerine etkileri incelenmiştir. Öncelikle sürekli üretim denemeleri ile optimum hidrolik alıkonma süresi belirlenmiştir. Bu çalışmaları takiben biyokütle yaşının 1,3-propanediol üretimi üzerine olan etkisi incelenmiş ve bu amaçla dört farklı biyokütle yaşı için (0.67, 5, 15, 30 gün) üretim denemeleri yapılmıştır. Biyokütle yaşının artışıyla 1,3-propanediol veriminin azaldığı görülmüştür. En yüksek verim değeri olan 0,44 mol 1,3-propanediol/mol tüketilen gliserin 0,67 günde elde edilmiştir. Biyokütle geri dönüşünün etkisi incelendiğinde ise; artan biyokütle miktarı ile 1,3-propanediol konsantrasyonunda artış beklenirken, yaşlanan hücrelerin ve ortaya çıkan yan ürünlerin olumsuz etkisiyle daha düşük konsantrasyonlar elde edilmiştir. Kullanılan hollow fiber ultrafiltrasyon membran modülü sayesinde fermantasyon sıvısından biyokütlenin ayrımı gerçekleşmiş olup, takip eden alt akım işlemlerinde büyük avantaj sağlanmıştır.

Abstract:
In recent years, due to the energy crisis and energy consumption related global warming problems, the interest in alternative energy sources has increased considerably. Among these alternative renewable energy sources, biodiesel has an important role. During the biodiesel production, 10% of total production is produced as waste glycerin. Although glycerin has many areas for industrial use, the overproduction of biodiesel has resulted in the production of huge amount of waste glycerin which furthermore results in ecological problem for sustainable development. The use of waste glycerin as substrate for biotechnological 1,3-propanediol production can be considered as a solution to this problem.1,3-Propanediol is an important monomer for the synthesis of biodegradable polymers. Polytrimethylene terephthalate is one of the widely used among these polymers, especially in the textile industry. In addition, 1,3-propanediol has other important applications in cosmetics, food, and medical industries.In this thesis, the effect of biomass (cell) recycle and biomass age on 1,3-propanediol production by Klebsiella pneumoniae were investigated via membrane supported bioreactor. In the first part of the study, optimum hydraulic retention time was determined with continuous fermentation. Then four biomass ages (0.67, 5, 15, 30 days) were studied. It was determined that 1,3-propanediol yield was decreased with the increasing biomass age. Maximum yield (0,44 mol 1,3-propanediol/mol glycerin consumed) was obtained at the biomass age of 0,67 day. When the effect of biomass recycle was investigated, higher 1,3-propanediol concentrations were expected due to increasing biomass concentration. But lower concentrations of 1,3-propanediol were obtained because of aged microorganisms and by-product formation and accumulation. The use of hollow fiber ultrafiltration membrane module provided a significant advantage for downstream processes in terms of removal of the biomass from the fermentation broth.