Keçiboynuzu ekstratı kullanılarak tekrarlanan-kesikli fermentasyon yöntemiyle biyofilm reaktörde etanol üretimi

Abstract

Lignoselülozik materyallerin ve tarımsal ürünlerin/atıkların biyoteknolojik proseslerde kullanımı, yüksek şeker içeriğine sahip olmaları nedeniyle gün geçtikçe artmaktadır. Dolayısıyla enzimler, organik asitler ve biyoyakıtlar gibi katma değeri yüksek ürünlerin üretimi ekonomik açıdan önemli görülmektedir. Bu çalışmada Saccharomyces cerevisiae mayası ile biyofilm reaktörde etanol üretmek amacıyla tekrarlanan-kesikli fermentasyon yöntemi kullanılmıştır. Öncelikle biyofilm oluşumunda mayanın yüzeye tutunmasını sağlayan biyofilm materyali belirlenmiş ve sonrasında cevap yüzey metodunun belirlemiş olduğu koşullarda keçiboynuzu ekstraktından etanol üretimlerinin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Buna ilaveten belirlenen optimum koşullarda besiyeri bileşiminde bulunan azot kaynaklarının farklı kombinasyonları kullanılarak fermentasyon üzerine etkisi belirlenmiştir. Ayrıca kontrol amaçlı en iyi şartlarda zenginleştirilmemiş besiyerinde etanol fermentasyonu yapılmıştır. Bununla beraber sterilizasyonun etkisini belirlemek amacıyla steril olmayan zenginleştirilmiş ve zenginleştirilmemiş besiyerinde etanol fermentasyonları gerçekleştirilmiştir. Biyofilm reaktörde mayaların yüzeye tutunmasını sağlayarak biyofilm oluşumuna neden olan Plastik Kompozit Destek (PKD) materyali kullanılmıştır. Bu amaçla etanol üretiminde en iyi olan biyofilm materyalini belirlemek için dört farklı PKD (SH-SF-YE-SALTS, SH-SF-YE-BA-SALTS, SH-SF-SALTS, SH-SF-YE-RBC-SALTS) kullanılmıştır. En yüksek etanol üretimi SH-SF-YE-BA-SALTS bileşenlerinden oluşan biyofilm materyali kullanılarak elde edilmiştir. Daha sonra biyoreaktörün şaftına belirlenen PKD materyali bağlanarak biyofilm oluşumu sağlanmış ve keçiboynuzundan etanol üretimlerinin optimizasyonu cevap yüzey metodunun belirlemiş olduğu koşullarda gerçekleştirilmiştir. Bu koşullar; başlangıç şeker içeriği (4, 7, 10ºBx), besiyerinde pH değeri (pH 5.0, 5.5, 6.0) ve karıştırma hızı (100, 150, 200 rpm) olarak seçilmiştir. Fermentasyon denemelerinden sonra optimum koşullar 7.71ºBx, 5.18 pH ve 120 rpm olarak bulunmuştur. Optimum koşullar belirlendikten sonra besiyeri bileşiminde bulunan azot kaynaklarının farklı kombinasyonları kullanılarak fermentasyon üzerine etkisi araştırılmıştır. Elde edilen fermentasyon sonuçlarına göre besiyerinde azot kaynağı kullanımının verim, maksimum tüketim hızı ve maksimum üretim hızı gibi kinetik parametreler üzerine önemli etkisinin olduğu belirlenmiştir. Ayrıca steril zenginleştirilmemiş, steril olmayan zenginleştirilmiş ve zenginleştirilmemiş besiyerlerinde gerçekleştirilen fermentasyonların sonucunda optimum koşullara göre daha düşük verim ve üretim hızı elde edilmiştir. Bu çalışma sonucunda, Saccharomyces cerevisiae mayası kullanılarak biyofilm reaktörde keçiboynuzu ekstraktından etanol üretimleri başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Biyofilm reaktörde bulunan yüksek hücre yoğunluğu ve Plastik Kompozit Destek (PKD) materyali yüzeyine tutunan biyofilmler nedeniyle ürün verimi ve üretkenliği artırılmış ve fermentasyon süresi 12 saat olarak belirlenmiştir.