Rekombinant Aspergillus sojae AsT3 kullanılarak katı faz fermantasyonu ile Mannanaz üretimi

Abstract

Katı faz fermentasyonu (KFF), enzimler, organik asitler ve biyoyakıtlar gibi katma değeri yüksek endüstriyel ürünlerin üretiminde sıvı kültür fermentasyon yöntemine göre daha ucuz ve çevre dostu olmasından dolayı alternatif olarak tercih edilmektedir. KFF, nemli katılar üzerinde mikroorganizma gelişimi için uygun bir ortam oluşturduğundan dolayı katı atıkların değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Bu çalışmada ucuz ve bol bulunan farklı lignoselülozik biyokütlelerden (arpa kavuzu, buğday kepeği, çavdar kepeği, yulaf kavuzu) fermentasyonla Aspergillus sojae AsT3 kullanılarak mannanaz üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla beş farklı substrat (arpa kavuzu, buğday kepeği, çavdar kepeği, yulaf kavuzu ve karışım) üzerinde ve üç farklı inokülasyon oranında (%3, 5 ve 7) katı faz fermentasyonları yapılmıştır. Ayrıca katı faz fermentasyonu ile üretilen β-mannanaz enziminin kullanım alanlarından biri olan mannooligosakkaritlerin (MOS) üretimi de incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre en iyi karbon kaynağı seçilmiş ve bağımsız değişkenlerin etkisini incelemek için PlackettBurman Dizayn (PBD) ile belirlenen 10 farklı fermentasyon denemesi gerçekleştirilmiştir. Bununla birlikte MOS üretimini artırmak için PBD ile belirlenen fermentasyonlar gerçekleştirilirken en iyi karbon kaynağına mannan içerdiği bilinen kahve atıkları ilave edilmiştir. Fermentasyon denemeleri sonucunda her bir karbon kaynağı için farklı inokülasyon oranlarında en yüksek β-mannanaz aktivitesi sırasıyla; yulaf kavuzunda 413.50 U/mg (%5), arpa kavuzunda 582.59 U/mg (%7), çavdar kepeğinde 983.53 U/mg (%7), buğday kepeğinde 55.59 U/mg (%5) ve karışım fermentasyonlarında ise 262.75 U/mg (%7) olarak bulunmuştur. Bu sonuçlara göre en yüksek β-mannanaz aktivitesine (983.53 U/mg) %7 inokülasyon oranı kullanılan çavdar kepeğinde ulaşılmıştır. β-Mannanaz ve MOS üretiminde PBD ile belirlenen şartlarda bağımsız değişkenlerin etkisi incelemiş ve sonuç olarak 30°C'de 7 gün boyunca %7 inokülasyon oranı ve başlangıç pH 7.0 olan fermentasyon şartlarının en iyi olduğu tespit edilmiştir. Fermentasyon ortamına eklenen kahve atığı enzim üretimini inhibe etmiş ancak MOS üretimini artırmıştır. PBD ile belirlenen koşullarda gerçekleştirilen fermentasyonlarında en yüksek değerlerdeki MOS bileşenleri ve toplam MOS değerleri, mannobioz için 80.59 ppm (6. deneme), mannotrioz için 69.94 ppm (1. deneme), mannotetroz için 210.37 ppm (3. deneme), mannopentoz için 391.87 ppm (1. deneme), mannoheksoz için 533.40 ppm (9. deneme) ve toplam MOS değeri için 1086.45 ppm (9. deneme) olarak bulunmuştur. Ayrıca PBD ile gerçekleştirilen fermentasyonlar sonucunda, inkübasyon sıcaklığının βmannanaz üretiminde etkili olduğu tespit edilmiştir. Bu çalışmada, katı faz fermentasyon yöntemi ile rekombinant Aspergillus sojae AsT3 (ATCC 11906) kullanılarak mannanaz üretimi ve aynı zamanda MOS üretimi amaçlanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde, atıkların değerlendirilmesi, düşük enerji gereksinimi ve mikroorganizma gelişimi için uygun bir ortam olması sebebiyle KFF'nin β-mannanaz ve MOS üretimi için uygun olduğu belirlenmiştir.