Manyetik partiküller kullanılarak ksilanaz enziminin ayırma ve saflaştırma işlemlerinin incelenmesi
Investigation of separation and purification processes of xylanase enzyme by using magnetic particles
Yazar: AHMET DÜZEL
Danışman: PROF. DR. GAYE ÖNGEN ÖZGEN ; PROF. DR. SUNA TİMUR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Ksilanazlar çeşitli canlılar tarafından (küf, bakteri, maya, alg, protozoa, salyangoz, kabuklular, böcekler ve tohumlar) doğal olarak sentezlenebilen, geniş endüstriyel uygulamaları olan (lignoselülozik materyallerin fermente ürünlere dönüşümü, meyve suyu ve şarapların arıtılması, yakıt üretimi, kağıt üretimi, deniz ürünlerinin işlenmesi, hayvan yemi üretimi ve ekmekçilik başta olmak üzere) bir enzim grubudur. Bu enzimin üretimi çoğunlukla derin ve katı hal fermentasyonları ile gerçekleştirilmekte olup, enzim hücre dışına salınmaktadır (ekstraselüler). Bu enzime yönelik yapılan ayırma ve saflaştırma işlemleri: katı-sıvı ayırma (filtrasyon, santrifüj), konsantre etme (ultrafiltrasyon, diafiltrasyon, çöktürme) ve kromatografik tekniklerdir. Bu işlem basamakları arttıkça hem enzim kaybı gerçekleşmekte hem de maliyet artmaktadır. Bugüne kadar enzimlerin nano veya mikro boyutlardaki manyetik partiküller ile ayırma ve saflaştırılmasına yönelik pek çok çalışma yapılmıştır. Nitekim, manyetik partiküllerin hedef enzim ile kısmen veya tamamen etkileşime girmeleri sağlanarak, hedef enzimin manyetik etkiyle üretim ortamından ayrılması sağlanabilir. Bunun gerçekleşebilmesi için manyetik partiküllerin yüzeyleri bazı özel maddeler ile kaplanarak modifiye edilmelidir. Bu tezde ksilanaz enziminin, manyetik partiküllerin iyon değişim adsorbenti olarak kullanımıyla ((3-Aminopropil) trietoksisilan (APTES) kaplanarak) ve partikül yüzeylerine aptamer kaplanmasıyla ayrımına yönelik iki farklı yaklaşım üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların sonunda elde edilen maksimum aktivite geri kazanım oranları APTES kaplı partiküller için %32.4, aptamer kaplı partiküller için %54 olmuştur.

Abstract:
Xylanases are a group of enzymes which can be synthesized naturally by various living beings (mold, bacteria, yeast, algae, protozoa, snails, crustaceans, insects and seeds) and have wide industrial applications (conversion of lignocellulosic materials into fermented products, refinement of fruit juice and wine, fuel production, paper production, seafood processing, animal feed production and bakery). The production of this enzyme is mostly carried out by submerged and solid state fermentations and it is released out of the cell (extracellular). Separation and purification processes for this enzyme are: solid-liquid separation (filtration, centrifugation), concentration (ultrafiltration, diafiltration, precipitation) and chromatographic techniques. As these process steps increase, both enzyme loss occurs and the cost increases. To date, many studies have been carried out for the separation and purification of enzymes with nano- or micro-sized magnetic particles. Thus,  by allowing the magnetic particles to interact partially or completely with the target enzyme, it is possible to separate the target enzyme from the production medium by magnetic effect. In order to achieve this, the surfaces of the magnetic particles should be modified by coating some special substances. In this thesis, studies are carried out on two different approaches for the separation of xylanase enzyme by using magnetic particles as an ion exchange adsorbent (by coating (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES))  and by coating the particle surfaces with aptamer. The maximum activity recovery rates obtained at the end of these studies are 32.4% for APTES coated particles and 54% for aptamer coated particles.