Mortierella Ramanniana küfünün Beta karoten üretiminde kullanılacak besiyeri bileşiminin ve fermentasyon parametrelerinin optimizasyonu

Abstract

Karotenoidler yağda çözünen pigmenlerdir. Sarıdan kırmızıya değişen aralıkta renklere sahiptir. Temel yapısında konjuge çift bağ serisi bulunan tetraterpenden oluşur. Karotenoidler doğal boya özelliğine sahip olup gıda, farmasötik, kozmetik, yem sanayi gibi farklı alanlarda kullanımı oldukça geniştir. İnsan ve hayvan sağlığına olan yararlı etkilerinden dolayı son zamanlarda karotenoidlere olan ilgi artmıştır. Doğal yollardan karotenoid elde edilmesinde hayvansal ve bitkisel kaynaklardan faydalanılmaktadır. Ancak coğrafi, iklim, mevsim, çeşit vs gibi kısıtlayıcı sebeplerden dolayı oluşan kaynak kıtlığı, araştırmacıları karotenoidleri mikrobiyal yollardan üretime yönlendirmiştir. Özellikle son zamanlarda mikrobiyal yolla β-karoten ve okside olmuş türevlerinin üretimine odaklanılmıştır. Biyoteknolojik olarak üretilen β-karotein miktarının arttırılması için kritik faktörlerin belirlenip çeşitli istatistik dizayn programları ile optimizasyonu yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sayede endüstriyel çapta yeterli miktarda üretimi yapılabilmekte, böylece gıda, yem ve farmasötik sanayi sahalarındaki yeri giderek genişlemektedir. Bu tez çalışması kapsamında Mortierellacea ailesinin bir üyesi olan Mortierella ramanniana küfü kullanılarak β-karoten üretiminin optimizasyonu çalışılmıştır. Optimizasyonun ilk aşamasına geçmeden önce besiyerinin temel iki bileşeni olan karbon ve azot kaynağının belirlenmesi gerçekleştirilmiştir. Bunun için karbon kaynağı olarak 9 farklı şeker (mannoz, laktoz, sukroz, ksiloz, maltoz, glukoz, galaktoz, arabinoz, fruktoz) kullanılmış, bunların arasından laktoz, maltoz ve glukoz seçilmiştir. Sonrasında seçilen bu şekerler ile 6 farklı azot ((NH4)2SO4, (NH4)2HPO4, KNO3, Üre, Glisin, Asparajin) kaynağı kullanılarak üretimler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre besiyeri optimizasyonu için karbon kaynağı olarak laktoz, azot kaynağı olarak ise KNO3 seçilmiştir. Ardından Plackett-Burman tasarımı 8 faktörle (laktoz, KNO3, KH2PO4, Na2HPO4, MgSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, maya, mineraller) oluşturulmuştur. Deneysel veriler alındıktan sonra yapılan çoklu regresyon ve varyans analizi (ANOVA) sonuçları değerlendirildiğinde, azot kaynağı olan KNO3 ve maya ekstraktının β-karoten üretiminde çok kritik olduğu belirlenmiştir. Optimizasyonun ikinci aşamasında ise Plackett-Burman sonuçlarında etkili olan azot kaynağının, besiyerinde karbon kaynağı ile olan oranının (C:N), karbon kaynağı olarak laktoz konsantrasyonunun ve fermentasyon koşullarından olan çalkalama hızının, β-karoten ve biyokütle üretimine olan etkileri Yanıt Yüzey Yöntemlerinden olan Box Behnken deneme deseni kullanılarak incelenmiştir. Tasarımın önerdiği deneyler sonucunda bağımsız değişkenlerin yanıtlar üzerine olan etkilerini ifade eden modeller oluşturulmuş olup modellerin uygunluğu varyasyon analizleri (ANOVA) ile değerlendirilmiştir. Elde edilen veriler sonucunda optimum olarak belirlenen koşullar; laktoz konsantrasyonu, 32.42 g/L; C:N oranı 20:1, çalkalama hızı ise 130 rpm olarak tespit edilmiştir. Bu şartlar altında β-karoten üretimi 1.141 mg/L ve biyokütle üretimi ise 13.14 g/L olarak saptanmıştır. Elde edilen bu sonuçların, istenen hedefe ulaşma fonksiyonuna ait değeri 0.925 olarak bulunmuştur. Kontrol besiyeri ile karşılaştırıldığında, β-karoten üretimi 564.3 μg/L'den 1141 μg/L'e, biyokütle üretimi ise 10.01g/L'den 13.14 g/L'ye çıkarılmıştır. Optimizasyon çalışması sonucu β-karoten üretimi iki katına, biyokütle üretimi ise 1.3 katına çıkarılmıştır.