Katı faz fermantasyon (SSF) tekniği ile Bacillus licheniformis ATCC 14580`den a-amilaz üretimi

Abstract

Enzimler; biyokimyasal reaksiyonları katalizleyen makromoleküllerdir. Bitkisel ve hayvansal kaynakların yanı sıra mikroorganizmalardan elde edilirler. Endüstride kullanılan enzimler genellikle mikroorganizma kaynaklıdırlar. Mikroorganizma kaynaklı enzimlerin daha fazla tercih edilmelerinin sebebi; bitkisel veya hayvansal kaynaklı enzimlere göre katalitik aktivitelerinin çok yüksek olması, yan ürün oluşturmaması, daha stabil ve ucuz olması, kültür ortamında kolay çoğalmaları, fazla miktarda elde edilebilmesi gibi avantajlara sahip olmalarıdır. Biyoteknolojik uygulamaların gelişimine paralel olarak enzimlerin kullanım alanları ve endüstriyel önemleri de gün geçtikçe artmaktadır. Enzimler günümüzde gıda, tekstil, içecek, deterjan sanayi ve sağlık sektörü gibi pek çok alanda kullanılırlar. Enzimlerin küresel pazardaki payı her geçen gün artmakta olup 2015 yılında yaklaşık olarak 4 milyar doları bulacağı tahmin edilmektedir.Çalışmamızda katı faz fermentasyonu (SSF) tekniği ile Bacillus licheniformis ATCC 14580'den ?-amilaz üretimi üzerine çeşitli parametrelerin etkisini araştırarak optimum koşulları belirlemeye çalıştık. SSF besiyeri için pirinç kabuğu, buğday kepeği, arpa kabuğu, mercimek kabuğu, pamuk sapı ve öğütülmüş mısır küspesi katı substrat olarak kullanıldı. En iyi aktivite pirinç kabuğunda elde edildiğinden sonraki çalışmalarımızda katı substrat olarak pirinç kabuğu kullanıldı. ?-Amilaz için en iyi inkübasyon süresinin 48. saat olduğu tespit edildi. Maximum ?-amilaz aktivitesi sırasıyla pH: 7.0'de ve 37°C'de tespit edildi. İnokülüm hacmi 2 ml olarak belirlendi. Bunun yanı sıra ?-amilaz için optimum aktivite sıcaklığı 70°C, optimum çalkalama hızı 120 rpm, optimum substrat miktarı 3 gr, uygun ekstraksiyon ortamı % 0.5 NaCI olarak belirlendi. Farklı azot ve karbon kaynaklarının enzim üretimi üzerine etkisi incelendi. Amonyum sulfat, amonyum nitrat, amonyum klorür ve triptonun enzim üretimini eser miktarda azalttığı, kazein, pepton, yeast ekstrakt ve beef ekstraktın da enzim üretimini ciddi oranda azalttığı tespit edildi. Karbon kaynaklarından ise laktozun enzim üretimini % 50 civarında inhibe ettiği, bunun yanı sıra fruktoz, glukoz, galaktoz, maltoz ve sukrozun ise enzim üretimini büyük ölçüde inhibe ettiği tespit edilmiştir. Bazı metal tuzlarının enzim üzerindeki etkisine bakıldı. MgSO4.7H2O'nun enzim üretimini arttırdığı, FeSO4.7H2O , ZnSO4.7H2O ve CuSO4.5H2O'nun üretimi güçlü bir şekilde inhibe ettiği tespit edildi. Ayrıca CaCl2'nin de enzim üretimini hafif ölçüde azalttığı tespit edildi.Anahtar Kelimeler: Bacillus licheniformis, ?-Amilaz, Biyoteknoloji, Katı Faz Fermantasyonu (SSF), Pirinç Kabuğu

Enzymes are macromolecules which catalyze biochemical reactions. They are derived from vegetable, animal or microorganismal sources. Microorganism-derived enzymes are mostly used in industry; they are preferred to vegetable or animal-derived enzymes because of their advantages including having considerably higher catalytic activity, not producing by-products, being relatively cheaper and more stable and being obtained abundantly. Correspondingly to the development of biotechnological applications, importance of enzymes increase along with their usage in industry. Enzymes are currently used in several areas such as food, textile, beverage, and detergent industries, as well as in health sector. The share of enzymes in the market is on the increase globally, predicting an amount of about 4 billions USD in 2015.In this research, effects of various parameters on ?-amylase production of Bacillus licheniformis ATCC 14580 have been studied using the solid state fermentation (SSF) method in order to determine the optimum conditions. Rice husk, wheat bran, barley cereal, lentils shell, cotton stalk and crushed maize pulp were separately used as solid substrates for SSF medium. As the best result was obtained with rice husk in early trials, this material was used as solid substrate for subsequent experiments. The best incubation time has been determined as 48th hour. Maximum ?-amylase pruduction was determined with pH 7.0 at 37°C. Inoculum volume was found to be 2 mL. Additionally, 70°C of activity temperature, 120 rpm of shaking speed, 3 g of substrat, and % 0.5 of NaCl as extraction medium were determined as optimal values for ?-amylase. Effects of various nitrogen and carbon sources on the enzyme production were examined: casein, pepton, yeast extract and beef extract significantly reduced enzyme production, while ammonium sulfate, ammonium nitrate, ammonium chloride, and tripton caused a minor reduction. As carbon sources, fructose, glucose, galactose, maltose and sucrose markedly inhibited enzyme production, and inhibiton reached to about 50% when lactose was used. Effects of some metal ions were also examined: MgSO4.7H2O caused an increase in the enzyme production, while ZnSO4.7H2O, FeSO4.7H2O and CuSO4.5H2O were strong inhibitors. In addition, It was detected that CaCl2 also slightly reduced the enzyme production.Key Words: Bacillus licheniformis, ?-Amylase, Biotecnology, Solid State Fermentation