DOLGULU KOLON BİYOREAKTÖR SİSTEMİNDE A-AMİLAZ VE SELÜLAZ ENZİMİNİN EŞ ZAMANLI BİYOSENTEZİ

Abstract

Bu çalışmada, Bacillus amyloliquefaciens NRRL B-645 suşu kullanılarak, mısır kepeği ve fındık küspesinden oluşan bir substrat karışımı üzerinde katı hal fermentasyonu (KHF) yöntemiyle ?-amilaz ve selülaz enzimlerinin eşzamanlı üretimi gerçekleştirilmiştir. Her bir enzim için en uygun fermentasyon ortam bileşimi erlenmayerlerde optimize edilmiş ve ardından laboratuvar ölçekli dolgulu kolon biyoreaktör sisteminde işletim koşullarının enzim üretimi üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Her iki optimizasyon aşamasında Merkezi Kompozit Tasarım (MKT) yaklaşımı kullanılmıştır. Erlenmayer deneylerinde ?-amilaz için optimum ortam bileşimi kütlece %25 mısır kepeği, %75 fındık küspesi, 6.0 ml inokülüm hacmi ve 1.6 ml azot kaynağı; selülaz için ise %52 mısır kepeği, %48 fındık küspesi, 4.8 ml inokülüm hacmi ve 1.5 ml azot kaynağı olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda en yüksek ?amilaz (120.3 U/g) ve selülaz (1138.4 U/g) aktivitelerine sırasıyla 114 ve 90 saatlik inkübasyon sonunda ulaşılmıştır. Optimum ortam bileşimleri dolgulu kolon biyoreaktör sistemine aktarılmış ve ?-amilaz için 0.154 l/dk hava akış hızı, 35.8 °C sıcaklık ve 15 g dolgu miktarı; selülaz için ise 0.164 l/dk hava akış hızı, 35.5 °C sıcaklık ve 14.5 g dolgu miktarı koşullarında sırasıyla 190.9 U/g ve 1354.8 U/g enzim aktivitelerine ulaşılmıştır. Sonuç olarak, bu çalışma ile mısır kepeği ve fındık küspesi gibi endüstriyel yan ürünlerin belirli oranlarda karıştırılarak katı hal fermantasyonunda substrat olarak değerlendirilebileceği ve uygun optimizasyon stratejileri ile ticari olarak değerli enzimlerin üretilebileceği ortaya konmuştur. Anahtar Kelimeler: Katı hal fermentasyonu, Bacillus amyloliquefaciens, Dolgulu kolon biyoreaktörü, ?Amilaz, Selülaz, Mısır kepeği, Fındık küspesi

This study focused on the simultaneous production of ?-amylase and cellulase enzymes through solid-state fermentation (SSF) using Bacillus amyloliquefaciens NRRL B-645 on a substrate mixture composed of maize bran and hazelnut oil cake. The optimal fermentation medium composition for each enzyme was first optimized in Erlenmeyer flasks. Subsequently, the effects of operational parameters on enzyme production were evaluated in a laboratory-scale packed-bed bioreactor. Central Composite Design (CCD) was used in both optimization steps. For ?-amylase, the optimum medium consisted of 25% (w/w) maize bran, 75% hazelnut oil cake, 6.0 ml inoculum volume, and 1.6 ml nitrogen source. For cellulase, the optimal composition was 52% maize bran, 48% hazelnut oil cake, 4.8 ml inoculum volume, and 1.5 ml nitrogen source. Under these conditions, maximum ?-amylase (120.3 U/g) and cellulase (1138.4 U/g) activities were obtained after 114 and 90 hours of incubation, respectively. The optimized media were then applied to the packed-bed bioreactor. The highest ?-amylase activity (190.9 U/g) was observed at 0.154 L/min airflow rate, 35.8 °C temperature, and 15 g packing material. Maximum cellulase activity (1354.8 U/g) was reached at 0.164 L/min airflow, 35.5 °C, and 14.5 g packing. These results demonstrate that agro-industrial by-products can be effectively used as a mixed substrate in SSF, and that commercially valuable enzymes can be produced through proper medium and process optimization. Keywords: Solid-state fermentation, Bacillus amyloliquefaciens, Packed-bed bioreactor, ?-Amylase, Cellulase, Maize bran, Hazelnut oil cake