Bioprocess operation parameters for recombinant benzaldehyde lyase production

Abstract

öz REKOMBİNANT BENZALDEHİT LİYAZ ÜRETİMİ İÇİN BİYOPROSES İŞLETİM PARAMETRELERİNİN ARAŞTIRILMASI Yılgör, Pınar Yüksek Lisans, Kimya Mühendisliği Tez Yöneticisi : Doç. Dr. Pınar Çalık Ortak Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Ayhan Sıtkı Demir Ağustos 2004, 85 sayfa Bu çalışmada, biyoproses işletim parametrelerinin benzaldehit liyaz üretimine etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Bu amaçla, araştırma programı başlıca dört bölümde yürütülmüştür. Çalışmanın ilk bölümünde, en yüksek benzaldehit liyaz üretim kapasitesine sahip olan Escherichia coli K12 (ATCC 10798), konak hücre olarak seçilmiştir. Daha sonra, seçilen bu mikroorganizma kullanılarak, karbon ve azot kaynaklarının etkisinin araştırılmasıyla ortam tasarımı yapılmıştır. İncelenen koşullarda, en yüksek hücre derişimi ve enzim aktivitesi sırasıyla 1.8 kg m`3 ve 745 U cm`3 olarak; 8.0 kg m`3 glukoz, 5.0 kg m`3 (NH4)2HP04 ve tuz çözeltisi içeren ortamda elde edilmiştir. Tasarlanan üretim ortamı kullanılarak, biyoreaktör işletim parametrelerinden oksijen aktarımı ve pH etkileri; fermantasyon ve oksijen aktarım karakteristikleri pilot ölçek biyoreaktörde incelenmiştir. Benzaldehit liyaz üretiminde oksijen aktarımının etkileri, hava giriş hızı Q0/VR=0.5 vvm; karıştırma hızları N = 250, 375, 500, 625, 750 dk1 ve Q0/VR=0.7 vvm, N=750 dk1 koşullarında incelenmiştir. İncelenen koşullar arasında en yüksek hücre derişimi ve enzim aktivitesine sırasıyla 2.3 kg m`3 ve 860 U cm 3 olarak ulaşılmıştır. Son olarak benzaldehit liyaz üretiminde pH etkileri en uygun oksijen aktarım koşulu olarak belirlenmiş olan 0.5 vvm, 500dk`1 koşulunda incelenmiştir. Bu amaçla altı ayrı kontrollü pH deneyi pHc=5.0, 6.4, 6.7, 7.0, 7.2, 7.8 koşullarında gerçekleştirilmiştir. En yüksek hücre derişimi ve enzim aktivitesine sırasıyla 2.1 kg m3 ve 775 U cm`3 olarak, pHc=7.0 koşulunda ulaşılmıştır; ancak, bu değerler pHuc=7.2 pH kontrolsüz koşulda ulaşılan değerlerden düşüktür. Bu nedenlerle, benzaldehit liyaz üretiminde orta oksijen aktarım koşulu ve kontrolsüz pH koşulu uygulanmasına karar verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Benzaldehit Liyaz, Üretim, Rekombinant E. coli, Oksijen Aktarımı, pH Etkisi

ABSTRACT BIOPROCESS OPERATION PARAMETERS FOR RECOMBINANT BENZALDEHYDE LYASE PRODUCTION Yılgör, Pınar M.S., Department of Chemical Engineering Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Pınar Çalık Co-Supervisor : Prof. Dr. Ayhan Sıtkı Demir August 2004, 85 pages In this study, the effects of bioprocess operation parameters on benzaldehyde lyase production were systematically investigated. For this purpose, the research program was carried out in mainly four parts. In the first part of the study, Escherichia coli K12 (ATCC 10798), having the highest benzaldehyde lyase production capacity, was selected as the host microorganism. Next, using the selected microorganism, the production medium was designed in terms of its carbon and nitrogen sources. Among the investigated media, the highest cell concentration and benzaldehyde lyase activity were obtained as 1.8 kg m`3 and 745 U cm`3, respectively, in the medium containing 8.0 kg m`3 glucose, 5.0 kg m`3 (NH4)2HP04 and the salt solution. Thereafter, by using the designed medium, the effects of bioreactor operation parameters, i.e., oxygen transfer and pH, were investigated in pilot scale bioreactor. Oxygen transfer effects on benzaldehyde lyase production were investigated at Qo/VR=0.5 vvm; N = 250, 375, 500, 625, 750 min1 and at qo/Vr=0.7 vvm, N = 750 min-1 conditions. The highest cell concentration and benzaldehyde lyase activity were obtained at 0.5 vvm, 500 min1 condition as 2.3 kg m 3 and 860 U cm`3, respectively. IVFinally, the effect of pH was investigated for benzaldehyde lyase production process at Qo/VR=0.5 vvm, N = 500 min`1 condition, at pHc=5.0, 6.4, 6.7, 7.0, 7.2 and 7.8 values. Among the investigated pH values, the highest cell concentration and enzyme activity were obtained at pHc=7.0 condition as 2.1 kg rrf3; 775 U cm`3. However, the values obtained at this condition, were lower than the values obtained at pHuc=7.2 uncontrolled pH operation. Hence, medium oxygen transfer condition and uncontrolled pH operation are found to be favorable for benzaldehyde lyase production. Keywords: Benzaldehyde Lyase, Production, Recombinant E. coli, Oxygen Transfer, pH Effects