Biyoplastik üretiminde ekzopolisakkaritler ve ölü bakteri hücreleri kullanımı

Plastiklerin doğada kalıcı yapısı, küresel ölçekte ciddi çevre sorunlarına yol açmakta ve özellikle tek kullanımlık ürünler sürdürülebilirlik açısından büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Bu nedenle yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyobozunur biyoplastikler, fosil bazlı plastiklere güçlü bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Bu bağlamda gıda endüstrisi atıklarının biyoplastik üretiminde değerlendirilmesi, hem atık yönetimine katkı sağlamakta hem de katma değerli ürünlerin geliştirilmesine olanak sunmaktadır. Bu tez çalışmasında yedi farklı laktik asit bakterisi (LAB) suşu (Enterococcus faecium, Lactobacillus sakei, Lactococcus garvieae, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis, Weissella confusa ve Lactiplantibacillus plantarum) kullanılarak peynir altı suyu (PAS) ortamında biyoplastik üretimi amacıyla hem ekzopolisakkarit (EPS) hem de tek hücre proteini (THP) üretimi araştırılmıştır. EPS üretimi amacıyla MRS ortamında azot ve karbon kaynakları, pH, sıcaklık ve inkübasyon süresi parametreleri optimize edilmiştir. Bunun sonucunda L. cremoris suşu ile 10,031 g/L düzeyinde EPS verimi elde edilmiştir. EPS, gliserol, jelatin ve sitrik asit ile formüle edilerek çözelti döküm yöntemiyle biyoplastik üretim çalışmaları yürütülmüş ancak elde edilen EPS filmler aşırı sünek, yapışkan ve mekanik açıdan zayıf bulunmuş, bu nedenle biyoplastik matrisinde ana taşıyıcı olarak kullanılamayacağı sonucuna varılmıştır. PAS ortamında THP üretimi için azot ve karbon kaynakları, pH, sıcaklık ve inkübasyon süresi parametreleri optimize edilmiştir. Çalışmalar sonucunda L. garvieae en yüksek biyokütle verimini sağlamış ve yaklaşık 2,663 g/L düzeyinde THP elde edilmiştir. Bu biyokütle gliserol, jelatin ve sitrik asit ile formüle edilerek çözelti döküm yöntemiyle biyoplastik filmler geliştirilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları sonucunda filmlerin çekme dayanımı 7,139 MPa, kopmada uzama oranı %18.56 olarak belirlenmiştir. Termogravimetrik analiz (TGA) sonuçları, ilk ciddi bozunmanın 200–400 °C aralığında gerçekleştiğini göstermiştir. Toprakta biyobozunurluk testlerinde biyoplastiklerin 60 gün sonunda %65'in üzerinde biyobozunma gösterdiği saptanmıştır. Ayrıca filmlere %1, %2 ve %3 oranlarında Satureja hortensis esansiyel yağı (SH-EY) ilave edilerek antimikrobiyal özellik kazandırılmıştır. Disk difüzyon analizlerinde Staphylococcus aureus'a karşı 13–19 mm, Salmonella enterica serovar Typhimurium'a karşı 10–23 mm inhibisyon zonları tespit edilmiştir. En belirgin sonuçlar %3 SH-EY katkılı biyoplastiklerde elde edilmiştir. Bu grupta Escherichia coli üzerinde 15–16 mm inhibisyon zonu oluşarak kontrol grubunda bulunmayan bir aktivite sergilenmiştir. Sonuçlar, EPS'nin biyoplastiklerde sınırlı performans göstermesine karşın, PAS temelli LAB-THP'nin çözelti döküm yöntemiyle sürdürülebilir ve antimikrobiyal biyoplastik üretimi için güçlü bir alternatif sunduğunu ortaya koymuştur. Çalışma, süt endüstrisi atıklarının katma değerli biyomalzemelere dönüştürülmesine, gıda güvenliği ve çevreye duyarlı ambalaj çözümlerinin geliştirilmesine özgün katkılar sağlamaktadır. Bu çalışma, LAB kaynaklı THP'nin PAS gibi düşük maliyetli atıklardan üretilerek, sürdürülebilir ve antimikrobiyal biyoplastik üretimine bilimsel temel oluşturduğu özgün bir yaklaşımdır.