RHİZOPUS ORYZAE'DEN LAKTİK ASİT ÜRETİMİ

Abstract

Yüksek Lisans Tezi RHIZOPUS ORYZAE ' DEN LAKTİK ASİT ÜRETİMİ Şule BULUT Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı 2001, Sayfa 106 Bu çalışmada, küf mantarı olan Rhizopus oryzae' den laktik asit üretimi için gerekli proses şartlan hem erlenlerde hem de biyoreaktörde incelenmiştir. Laktik asit üretimine, karbon kaynağının, başlangıç pH' sının, karıştırma hızının ve başlangıç spor konsantrasyonunun etkisi izlenmiştir. Erlenlerde, mikroorganizma serbest ve poliüretan destek maddesine tutuklanmak üzere iki farklı biçimde kullanılmıştır. Erlenlerde serbest haldeki mikroorganizmalarla yapılan çalışmalarda, 5 farklı karbon kaynağının ( glikoz, sakkaroz, melas, keçiboynuzu ve buğday kepeği ) laktik asit üretimine etkisi araştırılmıştır.. Ayrıca karbon kaynağının direkt olarak kullanılmasının veya bazı ön işlemlerden geçirilerek (kaynatma, ekstrakte etme, bazı katkı maddeleri ilave etme v.b.) kullanılmasının fermantasyon üzerine etkileri ayrı ayrı incelenmiştir. Başlangıç pH' sı, karıştırma hızı ve başlangıç spor konsantrasyonun etkisi glikoz içeren sentetik bir ortamda incelenmiştir. Farklı karbon kaynaklarının kullanıldığı çalışmalarda, oluşan en yüksek laktik asit miktarları 59.95, 20.07, 49.28, 36.86 ve 23.47 g/L konsantrasyonlarında olup, bu değerler sırasıyla 150 g/L glikoz, 50 g/L sakkaroz,II 400 g/L melas, % 10 (w/w) ekstrakte edilmiş keçiboynuzu ve 50 g/L buğday kepeği + 50 g/l glikoz içeren besi ortamları için elde edilmiştir. Edenlerde mikroorganizmanın poliüretan destek maddesine tutuklanarak kullanıldığı deneylerde, iki farklı karbon kaynağı (glikoz ve melas) seçilmiştir. Başlangıç pH'sı, karıştırma hızı ve spor konsantrasyonunun etkisi, serbest mikroorganizma çalışmalarında olduğu gibi glikoz içeren besi ortamında yapılmıştır. Rhizopııs oryzae' nin immobilize halde kullanıldığı deneylerde üretilen maksimum laktik asit 88.75 g/L olup, bu değer 150 g/L glikoz içeren besi ortamında elde edilmiştir. Edenlerde tutuklanmış haldeki Rhizopııs oryzae'nin tekrar kullanılabilirliğini incelemek amacıyla, kullanılmış besiyeri, aynı şartlardaki taze besi yeri ile 2, 3, 4 ve 5 günlük aralıklarla değiştirilmiştir. En iyi sonuçlar değiştirme işleminin 2 günlük aralıklarla yapılmasında elde edilmiş ve 51.7 g/L konsantrasyonuna ulaşan maksimum laktik asit daha sonraki tekrarlamalarda hemen hemen aynı seviyelerde kalmıştır. Deneylerin bir diğer aşamasında laktik asit fermantasyonu, karıştırman reaktörde gerçekleştirilmiştir. Substrat olarak 150 g/L konsantrasyonunda glikozun kullanıldığı bu deneyde R.oryzae' nin gelişiminin ve laktik asit fermantasyonunun, havalandırmalı şartlardaki değişimi incelenmiştir. En yüksek laktik asit miktarı, 216. saatte 102.78 g/L konsantrasyonunda elde edilmiştir. Bu miktar, yapılan tüm deneylerde elde edilen en yüksek laktik asit konsantrasyonu olup, bu da Rhizopus oryzae'den laktik asit üretiminde ölçek büyütmenin (scale-up) avantajlı olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler : Laktik asit, Rhizopııs oryzae, katı-hal fermantasyonu, proses şartlan, immobilizasyon.Ill SUMMARY Master Thesis LACTIC ACID PRODUCTION BY USING RHIZOPVS ORYZAE Şule BULUT University of Fırat Graduate School of Natural and Applied Science Department of Chemical Engineering 2001, Page 106 In this study, process parameters for lactic acid fermentation by Rhizopus oryzae were investigated in both shake-flasks and in a bioreactor. The effects of some fermentation conditions such as carbon source, initial pH, agitation rate and inoculum size on lactic acid fermentation were performed in shaken culture. The microorganism was used in two different forms, i.e. freely suspended and immobilised culture. In freely suspended cell system, five different carbon sources, namely glucose, sucrose, molasses, carob pod and wheat bran were used. Moreover, in some experiments, some of the carbon sources used were pre-treated with some methods like extraction, boiling, supplements etc. The effects of both type of carbon sources on lactic acid production were then compared. The effects of initial pH, agitation rate and spore inoculum size on fermentation were also studied in defined medium. In the experiments where different carbon sources were used, the values of maximum lactic acid concentrations were 59.95, 20.07, 49.28,IV 36.86 and 23.47 g/L for 150 g/L glucose, 50 g/L sucrose, 400 g/L molasses, 10 % (w/w) extracted carob pod and 50 g/L wheat bran + 50 g/L glucose, respectively. In immobilised cell system in which the microorganism was immobilised in polyurethane foam matrices, two different carbon sources, that is, glucose and molasses were selected. As in freely suspended cell system, the effects of initial pH, agitation rate and inoculum size on fermentation were conducted in defined medium with glucose. The highest concentration of lactic acid was obtained in the medium with 150 g/L glucose which was 88.75 g/L. Repeated-batch experiments were also performed in shake-flasks using immobilised R. oryzae. In these experimens, the spent medium was replaced with sterile fresh medium on various time period, i.e. 2nd, 3rd, 4th and 5th day of fermentation. The comparison of the results revealed that the best result was obtained for 2nd day replacement in which lactic acid concentration reached 51.7 g/L and levelled off almost at that value for a long period of time. In another stage of the study, lactic acid fermentation was investigated in a 1-L bench-top bioreactor using 150 g/L glucose concentration. The maximum lactic acid concentration was obtained on 216th hour of fermentation which was 103 g/L. This value was the highest lactic acid concentration obtained throughout the study which obviously indicated the scale-up was favourable for this particular fermentation. Key Woras : Lactic acid, Rhizopus oryzae, solid-state fermentation, process conditions, immobilization.