Patates atığında Aureobasidium pullulans ile pullulan üretimi ve cevap yüzey yöntemi ile proses koşullarının optimizasyonu
Production of pullulan from potato waste by Aureobasidium pullulans and optimization of process parameters by response surface methodology
Yazar: PÜRLEN UZUNOĞULLARI
Danışman: DOÇ. DR. YEKTA GÖKSUNGUR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu tezde, Aureobasidium pullulans P56 suşu kullanılarak, nişasta içeren patates atığından kesikli fermentasyon sisteminde pullulan üretimi araştırılmıştır.Bu amaçla ilk aşamada A.pullulans küfünde nişastayı parçalayacak enzim sistemi olmadığı için, nişasta içeren patates atığının serbest ve immobilize enzimlerle enzimatik hidrolizi sağlanmıştır. En yüksek DE (dekstroz eşdeğeri) (95.9) immobilize enzimleri (amiloglükosidaz ve pullulanaz) içeren Ca-aljinat boncukları ile doldurulmuş dolgulu yataktan, patates atığının geçirilmesiyle elde edilmiş ve çalışmanın sonraki aşamalarında bu hidrolizat kullanılmıştır.Nişasta hidrolizatının substrat olarak kullanıldığı fermentasyon denemelerinde en yüksek pullulan (16.01 g/l) ve polisakkarit konsantrasyonları (20.62 g/l) % 7 başlangıç substrat konsantrasyonunda elde edilmiştir. Fermentasyon ortamındaki pullulan oranı toplam polisakkaritin % 77.7'si kadardır. Farklı azot kaynakları pullulan üretiminde kullanılmış ve en uygun azot kaynağı maya ekstraktı olarak belirlenmiştir.Pullulan üretiminde önemli fermentasyon parametreleri olan fermentasyon süresi, başlangıç substrat konsantrasyonu ve pH'nın pullulan konsantrasyonu üzerine etikelerini incelemek üzere Cevap Yüzey Yöntemi (CYY) kullanılmıştır. Matematiksel ve istatistiksel olarak analiz sonuçları değerlendirildiğinde fermentasyon süresi, başlangıç substrat konsantrasyonu ve pH'nın pullulan konsantrasyonu üzerine güçlü bir doğrusal etkiye sahip olduğu görülmüştür. Proses için belirlenen optimum koşullarda (fermentasyon süresi 111.84 saat, başlangıç substrat konsantrasyonu 79.4 g/l, pH 7.26) 19.2 g/l pullulan konsantrasyonu elde edilmiştir. Fermentasyon denemelerinde 16.01 g/l olarak elde edilen maksimum pullulan konsantrasyonu optimizasyon sonucunda 19.2 g/l olarak elde edilmiştir, bu da CYY'nin pullulan üretiminin optimizasyonunda başarılı olarak kullanılabileceğini göstermektedir.Çalışma sonucunda ucuz bir atık olan patates atığının pullulan üretiminde kullanılabileceği ve cevap yüzey yönteminin bahsi geçen atık maddeden pullulan üretiminin optimizasyonunda başarıyla kullanılabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the production of pullulan from potato waste containing starch by Aureobasidium pullulans P56 was investigated using a batch fermentation system.As A.pullulans lacks the hydrolytic enzymes necessary to liquefy the starch, the starch was hydrolyzed using free and Ca-alginate immobilized enzymes (amyloglucosidase and pullulanase). Enzymatic hydrolysis was performed by free and Ca-alginate immobilized ?-amylase, pullulanase, amyloglucosidase commercial enzyme preparations. The highest DE (dextrose equivalent) (95.9) was obtained in a packed bed containing Ca-alginate beads with immobilized enzymes. In the later stages of the project, potato starch hydrolyzed by immobilized enzymes was used as substrate for pullulan production.The highest pullulan (16.01 g/l) and microbial polysaccharide concentrations (20.62 g/l) were obtained by using hydrolyzate containing 7.0 % of initial reducing sugars. The pullulan proportion was 77.7 % of the total polysaccharide in the fermentation medium. Yeast extract was found as the most suitable nitrogen source for pullulan production.Response surface methodology was used to investigate the effects of the three fermentation parameters (incubation time, initial substrate concentration and pH) on the concentration of pullulan. Results of the statistical analysis showed that the fit of the model was good in all cases. Incubation time, initial substrate concentration and pH had a strong lineer effect on pullulan production. The maximum pullulan concentration of 19.2 g/l was obtained at the optimum concentrations of process variables (incubation time 111.84 hour, initial substrate concentration 79.4 g/l, pH 7.26). These values were obtained by fitting the experimental data to the model equation. Response surface methodology successfully optimized the pullulan production. After the optimization process, the pullulan concentration increased from 16.02 g/l to 19.2 g/lThe results obtained in the thesis will help to decrease the production cost of pullulan polymer since a cheaper substrate was used. This thesis seems to be the first on the use of a statistical method for the optimization of process parameters in pullulan production using potato starch waste.