Kalsiyum aljinatta immobilize edilmiş Saccharomyces cerevisiae hücreleri ile etanol üretimi üzrine inhibitör maddelerin etkisinin belirlenmesi

Abstract

Günümüzde, enerjinin büyük bir bölümü petrol, kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtlardan elde edilmektedir. Hızla tükenen enerji kaynakları göz önüne alındığında bu durum gelişmiş ülkeleri alternatif yollar bulmaya yönlendirmiştir. Bu nedenle doğal tarımsal kaynaklarla ya da ucuz ve içeriği uygun lignoselülozik hammaddeler ile etanol üretimi gerçekleştirilmektedir. Saf karbon kaynaklarından etanol üretimi fermentasyon ve distilasyon aşamalarından oluşurken lignoselülozik materyallerden etanol üretimi ön-işlem, hidroliz, fermentasyon ve distilasyon aşamalarından oluşmaktadır. Bu işlemler sırasında fermentasyon ortamında olumsuz etki gösterebilecek inhibitörler oluşmaktadır. Bu maddeler biyokütle gelişimi engelleyerek ürün verimini azaltmaktadırlar. Yapılan bu çalışmada etanol üretimi için immobilize edilmiş Saccharomyces cerevisiae hücreleri kullanılmıştır. İmmobilizasyon ile hücrelerin inhibitörlere olan tolerans aralıklarını arttırmak amaçlanmıştır. Çalışmada inhibitör olarak HMF, furfural, fenol, asetik ve formik asit tek tek ve miks olmak üzere farklı konsantrasyonlarda kullanılmıştır. İnhibitörlerin karışımının fermentasyon üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla 10 farklı deneme Plackett-Burman Dizayn ile oluşturulmuştur. Yapılan fermentasyonlar sonucunda besiyerinde 8 g/L HMF inhibitör etki göstermiştir. Furfural ile yapılan fermentasyonlarda 8 g/L furfural inhibitör etki göstermiştir. Fenol ile yapılan fermentasyonlarda 5 g/L fenol inhibitör etki göstermiştir. Asetik asit ile yapılan fermentasyonlarda 7,5 g/L asetik asit inhibitör etki göstermiştir. Formik asit ile yapılan fermentasyonlarda 1,5 g/L formik asit inhibitör etki göstermiştir. Elde edilen istatistik sonuçlarında ise miks olarak yapılan fermentasyonlarda furfuralın etkisinin diğer inhibitörlere kıyasla daha etkili olduğu görülmüştür. Çalışmanın diğer kısmında ise en iyi etanol elde edilen fermentasyonlara 10 farklı matematiksel model uygulanmıştır. Kontrol fermentasyonunda etanol üretimi için MMF uygun model olarak seçilmiştir. HMF ve furfural ilavesi ile gerçekleştirilen fermentasyonlarda etanol üretimi için MGM uygun model olarak seçilmiştir. Fenol ilavesi ile gerçekleştirilen fermentasyonda etanol üretimi için Baranyi uygun model olarak seçilmiştir. Asetik asit ilavesi ile gerçekleştirilen fermentasyonda etanol üretimi için MGM uygun model olarak seçilmiştir. Formik asit ilavesi ile gerçekleştirilen fermentasyonuda etanol üretimi için MMF uygun model olarak seçilmiştir. Miks fermentasyonlarda ise etanol üretimi için Weibull uygun model olarak seçilmiştir. Etanol üretim proseslerinde hammaddelere ve yapılan ön işlemlere bağlı olarak inhibitör maddeler yan ürün olarak meydana gelmektedir. Bu çalışma ile de immobilize hücrelerin HMF, furfural, fenol, asetik ve formik asit gibi inhibitörlere karşı tolerans aralıkları belirlenmiştir. Ayrıca bu inhibitörlerin karışım olarak kullanıldığı miks fermentasyonlar ile hücrelerin tolerans aralığı farklı bir açıdan da gözlemlenmiştir. Yapılan çalışma literatür ile karşılaştırıldığında immobilizasyon işleminin tolerans aralığını genişlettiği ve hücreleri koruduğu görülmüştür. Aynı zamanda belirlenen tolerans aralıkları ile zaman, maliyet ve enerji açısından çalışmalar için olumlu bir kapı açmaktadır.