Şeker pancarı melasından immobilize rekombinant E.coli KO11ile biyoetanol üretiminin araştırılması

Bu çalışmada, karbon kaynağı olarak şeker pancarı melası kullanılarak rekombinant E. coli KO11'den sürekli sistemde biyoetanol üretimi incelenmiştir. Çalışmalar hidroliz, kesikli fermantasyon (serbest ve immobilize hücrelerle) ve sürekli (immobilize hücrelerle) olmak üzere üç aşamada yürütülmüştür. Melas, içeriğinde yaklaşık % 50 sakkaroz bulunun şeker endüstrisinin bir yan ürünüdür. Yapıdaki sakkarozu yapı taşları olan glikoz ve fruktoza dönüştürmek için iki asidik ve bir enzimatik hidroliz yöntemleri uygulanmıştır. Enzimatik hidroliz diğer hidroliz yöntemlerinden daha iyi sonuç vermiştir. Bu nedenle, enzimatik hidroliz şartları Merkezi Kompozit Dizayn (MKD) ile optimize edilmiştir. Hidroliz deneyleri 50 ml çalışma hacmindeki 250 ml'lik erlenlerde, 55 °C ve pH 4.5'da gerçekleştirilmiştir. MKD ile toplamda 20 deney tasarlanmıştır. Optimizasyon çalışmalarında invertaz enzimi kullanılmıştır ve optimum koşullar 87,77 g/L melas konsantrasyonu, 0,45 (%,v/v) enzim konsantrasyonu ve 15,93 saat süre olarak belirlenmiştir. Tez çalışmasının ikinci aşamasında kesikli reaktörde serbest ve immobilize hücreler kullanarak biyoetanol üretim verimi araştırılmıştır. Serbest ortamda 50 ml çalışma hacmindeki 250 ml'lik erlenler kullanılmıştır. 37 °C sıcaklık ve 100 rpm inkübasyon şartlarında yapılan deneyler sonucunda % 96'lık teorik verimle biyoetanol üretilmiştir. Kesikli immobilize mikroorganizmalarla gerçekleştirilen çalışmalar için uygun boncuk yapısını elde etmek amacıyla farklı aljinat ve CaCl2 miktarları denenmiştir. En uygun boncuk VII yapısı % 3 (w/v) aljinat ile % 5 (w/v) CaCl2 çözeltileri kullanılarak elde edilmiştir. Bu boncukların kullanıldığı kesikli fermantasyon deneyinde % 93'lük teorik verime ulaşılmıştır. Çalışmanın son aşamasında kesikli sitemdeki uygun immobilizasyon şartlarında üretilen immobilize E. Coli KO11 suşları kullanılarak sürekli fermantasyon tekniği ile biyoetanol üretimi incelenmiştir. Bu amaçla, kullanılan sürekli sistem kolonu 3 mm kalınlık, 3 cm iç çap ve 20 cm uzunluğuna sahip borosilikat camdan yapılmıştır. Sürekli sistem kolonu dıştan bir ısıtma ceketine sahip olup, deneyler boyunca kolon sirkülasyonlu su banyosu ile 37 °C çalışma sıcaklığında tutulmuştur. Çalışmalarda hidrolizat pH'ları ise E. coli, KO11' in canlılık faaliyetlerini gösterebildiği 6'ya ayarlanmıştır. Farklı seyrelme hızlarının (kolon akış hızı/kolon hacmi) denendiği sürekli fermantasyon deneylerinde ise 1.68 sa-1 seyrelme hızında, % 89 teorik verim elde edilmiştir. Kesikli immobilizasyon ile elde edilen % 93'lük teorik verim ile karşılaştırıldığında, sürekli sistem ile de yüksek oranda biyoetanol üretildiği söylenebilir. Sürekli sistemde maksimum etanol üretildiği sürede kesikli (36 saat) ve sürekli (60 saat) sistemlerin verimliliği karşılaştırıldığında ise, sürekli sistemin açık bir şekilde daha avantajlı olduğu düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Biyoetanol, Şeker Pancarı Melası, E.coli KO11, optimizasyon, İmmobilize Hücre Reaktörü.