Evaluation of different waste streams as fermentation substrates for microbial biopolymer production

Abstract

Sentetik polimerlere gittikçe artan güven, pek çok çevresel ve insan sağlığına yönelik endişelere sebep olmaktadır. Plastik maddelerin çoğu biyoçözünür olmamanın yanında yenilenemeyen kaynaklardan üretilmektedir. Kalıcılık ve dayanıklılık gibi özellikler bu maddeleri çok kullanılışlı yapmakla beraber doğada bozulmamalarını sağlayarak imha edilmelerini güçleştirmektedir. Polimerlerin yerine biopolimerlerin kullanılması biyoçözünürlük ve biyouyumluluk adına avantaj sağlasa da biyopolimerlerin yüksek üretim maliyetleri hala sorun teşkil etmektedir. Bu yüzden birçok araştırma biyopolimerlerin üretiminde maliyet düşürücü yöntemlerin geliştirilmesine kaymıştır. Levan, yağ ve suda yüksek çözünürlük, kuvvetli yapışkanlık, biyouyumluluk ve film oluşturma gibi üstün özelliklere sahip, bir fruktoz homopolimeridir. Bununla birlikte, endüstriyel kullanımı mezofilik bakterilere ve bitkilere dayanan yüksek maliyetli üretim süreçleri yüzünden uzun süreden beri engellenmektedir. Halofilik Halomonas sp. AAD6 bakterileri yüksek miktarda levan üreten tek ekstremofil tür olarak belirlenmiştir ve kayda değer sayıda araştırma levan üretiminde yüksek verimliliği desteklemek için halofilikliğin ve ozmoadaptasyonun avantajlarını birleştirmeye yönelmiştir. Bu tez çalışmasında, şeker pancarı ve nişasta melası, peynir suyu altı tozu, şeker pancarı küspesi, zeytin kara suyu, ve portakal posası gibi değişik gıda atıklarının ve yan ürünlerinin biyopolimer üretimindeki potansiyel kullanımları araştırıldı. Yaklaşık bir ekonomi analizi sonucunda melasın sükroz yerine kullanımının sadece üretim verimini arttırmakla kalmayıp aynı zamanda levanın gram üretimine karşı gelen fermentasyon ortam masrafını beş kat düşürdüğü belirlendi.

The growing reliance on synthetic polymers has raised a number of environmental and human health concerns. Most plastic materials are derived from nonrenewable resources and not biodegradable. Their distinguishing properties like durability and strength also ensure their persistence in the environment and complicate their disposal. Replacing synthetic polymers with biopolymers offers advantages in terms of biodegradability and biocompatibility however still suffers from high production costs. Therefore most research has shifted towards development of cost-effective ways of producing these biopolymers. Levan is a homopolymer of fructose with many outstanding properties like high solubility in oil and water, strong adhesivity, good biocompatibility and film-forming ability. However its industrial use has long been hampered by costly production processes which rely on mesophilic bacteria and plants. Halomonas sp. AAD6 halophilic bacteria were found to be the only extremophilic species producing levan at high titers and hence considerable research effort has been directed to combine the advantages of osmoadaptation and halophilicity to favor high yield levan production. In this thesis work, the potential uses of different waste streams like sugar beet and starch molasses, cheese whey powder, sugar beet pulp, olive mill wastewater, and orange bagasses were investigated.A rough economic analysis revealed that replacing pure sucrose with molasses not only increased the production yields but also resulted in five-fold lower costs of fermentation medium per gram of levan produced.