Katı faz fermantasyon (Solid State Fermentation;SSF) tekniğiyle Bacillus circulans`tan ?-amilaz ve ß-galaktozidaz üretimi

Abstract

Enzim teknolojisinin giderek gelişmesi, ürünlerin kullanım alanlarının çeşitliliği ve ekonomik değerinin çok yüksek olması nedeniyle biyoteknolojinin endüstriyel enzimlerle ilgili alanında yapılan araştırmalar gittikçe önem kazanmaktadır.?-amilaz ve ß-galaktozidaz günümüz biyoteknolojisinin en önemli enzimleri arasındadır. Bu enzimlerin çok sayıda endüstriyel uygulamaları bulunmaktadır. ?-amilaz; yiyecek, fermantasyon, tekstil, kağıt, deterjan endüstrisi ve tıp gibi pek çok kullanım alanına sahiptir. ß-galaktozidaz ise laktozun enzimatik hidrolizini katalizleyerek sağlık ve yiyecek teknolojisi açısından oldukça faydalı sonuçlar sağlamaktadır.Çalışmamızda SSF yöntemiyle Bacillus circulans'tan ?-amilaz ve ß-galaktozidaz üretimi ve bu enzimlerin bir takım optimizasyonları tespit edilmeye çalışıldı. SSF besiyerini oluşturmak için katı substrat olarak pamuk küspesi, mısır küspesi, elma kabuğu, muz kabuğu, portakal kabuğu, pirinç kabuğu, buğday kepeği ve darı kullanıldı. En iyi aktivite pirinç kabuğunda elde edildi. Bu nedenle daha sonraki çalışmalarımızda pirinç kabuğu katı substrat olarak kullanıldı.Enzimlerin üretimi için en iyi inkübasyon süresi 48. saat, en iyi inkübasyon sıcaklığı 37ºC olarak tespit edildi. Uygun ekim miktarı, uygun nem miktarı ve başlangıç pH tespiti amacıyla yapılan deneylerde, ?-amilaz için uygun ekim miktarı %25, ß-galaktozidaz için %35; uygun nem miktarı her iki enzim için %20 ve başlangıç pH'sı 7.5'te elde edildi.50mM NaCI, %1 CHAPS, %1 TritonX100, %1 SDS, %1 Tween 40, saf su, pH 6.8 ve pH 7.0 sodyum fosfat tamponu ve çeşme suyu kullanılarak uygun ekstraksiyon ortamı belirlenmeye çalışıldı. Her iki enzim için en iyi aktivite çeşme suyunda elde edildi.25ºC ? 90ºC sıcaklık aralıklarında yapılan aktivite tayinlerinde ?-amilaz için optimum aktivite sıcaklığı 70ºC ve ß-galaktozidaz için 60ºC olarak tespit edildi.Enzimlerin üretiminde en iyi aktivite katı substrat karışımlarından 0.5g darı + 4.5g pirinç kabuğu karışımında elde edildi.%1 oranındaki farklı azot ve karbon kaynaklarının enzimlerin üretimi üzerine etkisi incelendi. ?-amilaz için en iyi azot kaynağı amonyum klorür ve amonyum nitrat iken ß-galaktozidaz için azot kaynaklarının enzim üretimini arttırıcı bir etkisinin olmadığı belirlendi. %1 oranındaki karbon kaynaklarının ise enzimlerin üretimini arttırmadığı tespit edildi.%0.1 oranındaki metal iyonlarının enzimlerin üretimi üzerine etkisi incelendi. Her iki enzim için ZnSO4.7H2O ve CuSO4.5H2O'da aktivite görülmezken MgSO4.7H2O, FeSO4.7H2O ve CaCl2'nin kontrole göre düşük çıktığı belirlendi.Anahtar sözcükler : SSF, ?-amilaz, ß-galaktozidaz, Bacillus circulans.

Because of the gradual development of the enzyme technology, the variety of usage areas and high economic value of products, the researches on the industrial enzyme of bio-technology are becoming more significant.?-Amylase and ß-galactosidase are among the most important enzymes of modern biotechnology. There are a great number of industrial usages of these enzymes. ?-Amylase has many different usage areas such as food, fermenting, textile, paper, the industry of detergent and medicine while ß-galactosidase provides relatively beneficial results for the health and food teachnology by catalyzing the enzymatic hydrolysis of lactose.In our study, we have worked on the obtaining ?-amylase and ß-galactosidase from the bacteria of Bacillus circulans with the help of SSF method and some optimizations of these enzymes have been determined. In order to form SSF medium; cotton pulp, corn gluten meal, the crust of apple, the crust of banana, the crust of orange, rice husk, wheat bran and millet were used as solid substrate. The best result was gained with rice husk. Therefore, rice husk was used as solid substrate in the following studies.The suitable incubation time for the obtaining of the enzymes has been determined as 48th hour and the suitable incubation temperature has been found as 37ºC. In studies done for the purposes of determining the proper planting amount, humidity amount and pH the proper planting amount for ?-amylase has been stated as %25 and for ß-galactosidase as %35 whereas the proper humidity amount has been determined as %20 and suitable initial pH 7.5 for both of the enzymesBy using 50mM NaCI, %1 CHAPS, %1 Triton, %1 SDS, %1 Tween 40, deionize water, pH 6.8 and pH 7.0 sodium, the buffer of phosphate and tap water, the proper environment of extraction was specified. The best result for both enzymes was gained by using the tap water.While designating the activations done at temperatures around 25 ºC ? 90 ºC, the ideal activation temperature for ?- amylase was determined as 70ºC and for ß- galactosidase as 60ºC.While obtaining the enzymes, the best activation was seen with the mixture of 0.5g millet and 4.5g rice husk, out of the other solid substrate blends.The effect of different nitrogen and carbon sources in % 1 ratios on the production of enzymes was observed. While the best nitrogen source for ?-amylase was determined as ammonium chloride and ammonium nitrate it was found that there is no effect of nitrogen sources on ß-galactosidase in terms of increasing the activation. It was determined that carbone sources in % 1 ratios do not induce the activation of enzymes.The effect of metal ions in %0.1 ratios on the activation of enzyme was observed. Enzyme activity could not be seen in ZnSO4.7H2O and CuSO4.5H2O for both enzymes. It was revealed that the amount of MgSO4.7H2O, FeSO4.7H2O and CaCl2 was lower than the control group.Key words : SSF, ?-amylase, ß-galactosidase, Bacillus circulans