Biopulp üretiminde ortam şartlarının optimizasyonu

Abstract

76 5.0ZET Bu tez çalışmasında tarımsal bir atık olan pamuk sapının kağıt ve kağıt hamuru üretiminde alternatif bir kaynak olabilmesi ve çevreye daha az zararlı kağıt ve kağıt hamuru üreten teknolojilerinin geliştirilmesi için gerekli ortam şartlan optimize edilmeye çalışılmıştır. Çalışmalar sırasında, ortam sıcaklığı (39 ± 1° C), bağıl nem (%65), O2 transferi ve SBM içeriği gibi koşullar sabit tutulmuştur. Farklı substrat / SBM oranlan ve değişen pH değerlerine bağlı olarak, Phanerochaete chrysosporium ME 446 'run pamuk sapı üzerinde yirmi günlük inkübasyon periyodu süresince maksimum delignifikasyon aktivitesi belirlenmiştir. Maksimum delignifikasyon aktivitesi için optimum koşullar ; ortam pH'sının 5.0'te ve substrat / SBM oranının 1/10 (w/v) oranında olması gerektiği saptanmıştır. Daha düşük veya daha yüksek substrat / SBM oranlarında delignifikasyon aktivitesinin daha az olduğu saptanmıştır. Pamuk sapında selluloz / lignin miktan, 1.7330, fungal ön iyileştirme sonucunda oldukça değişikliğe uğramaktadır, lg / 30 mL (pH=5.0), 3g / 30 mL (pH=6.0) ve 5g / 30 mL (pH=5.0) ortamında selluloz / lignin oranı 1.7330'dan daha düşük değerlerde bulunurken, 3g / 30 mL (pH=5.0) ortamında bu oran 1.8023 olarak elde edilmiştir. P. chrysosporium 'un günlere bağlı ksilanaz enzim aktivitesi kültür ortamlanndan alman hücre dışı kültür filtratında ölçülmüştür. Farklı substrat / SBM oranlanna bağlı olarak pH=5.0'te ve pH=6.0'da yirmi günlük inkübasyon periyodu süresince ksilanaz enzim aktivitesinin maksimum olduğu gün belirlenmiştir. Maksimum ksilanaz aktivitesi çalışılan kültür ortamlarının tümünde inkübasyon periyodunun başlangıcında elde edilmiştir. Ksilanaz enzim aktivitesinin maksimum olduğu ortam 3g / 30 mL (pH=5.0) ortamıdır. Bu ortamda ksilanaz enzim aktivitesi 53.20 U /mL ile 2.günde maksimum seviyededir.77 3g / 30 mL ortamında ksilanaz enzim aktivitesinin maksimum olması lignin- karbonhidrat bağlannın kopmasına neden olmakta ve pamuk sapından uzaklaştırılan lignin miktarının maksimum seviyede olmasını sağlamaktadır. Bu aktivite aynı ortamdaki fungal iyileştirmeden sonraki selluloz / lignin oranı ile karşılaştırıldığında, maksimum ksilanaz aktivitesinin pamuk sapında selluloz / lignin oranını iyileştirdiği açıkça ortaya çıkmaktadır. P. chrysosporium 'un pamuk sapında optimize ettiğimiz ortam koşullarında % 30.95 lignin yıkım kapasitesi ile kağıt ve kağıt hamuru üretimi proseslerine biyoteknolojinin uygulanabilirliği açısından oldukça ilgi çekicidir. Biyopulp üretiminin ekonomik bir proses olması için, reaktör büyüklüğünün ve inkübasyon periyodunun azaltılmasına yönelik çalışmaların yapılması gerekmektedir.

78 6.SUMMARY Our objectives in this study were to find out an alternative raw material such as cotton stalk -an agrowaste, by product cotton crop- and to develop less harmfull technology to the environment by using biotechnology for the production of pulp and paper. To do this, required physiological parameters were studied to be optimized. During this investigation cultural and nutritional conditions as temperature (39+ 1° C), relative humidity (65%), 02 supply rate and SBM content have been kept constant. Depending on the different substrate-to-SBM ratio and pH values, maximum delignification activity of P. chrysosporium ME 446 on the cotton stalk was determined during 20 days of incubation period. For the maximum delignification activity, optimum conditions were found as, pH=5.0, substrate / SBM ratio =1/10. If the substrate / SBM ratio was less or more than 1/10, determined delignification activity decreased very much. Cotton stalk has contains 1.7330 cellulose / lignin ratio. Depending on the culture conditions, after fungal treatment this ratio changed very much. In the 1 g / 30 mL (pH=5.0), 3 g / 30 mL ( pH=6.0) and 5 g / 30 mL (pH=5.0) culture medium, these ratio were found as lower than 1.7330, whereas in the 3 g / 30 mL ( pH=5.0) culture media this ratio was determined as 1.8023. Xylanase activity of P. chrysosporium with respect to time was measured by taking an aliquot of extracellular culture medium. Depending on the different substrate to SBM ratio, maximum xylanase activity at pH=5.0 and pH=6.0 was determined during the 20 days of incubation period. In all cases xylanase activity rose to a peak on the initial days of incubation period. The maximum xylanase activity was obtained during the growth in medium 3 g / 30 mL (pH=5.0). In that condition, maximum xylanase activity was detected as 53.20 U / mL 2 days after fungal inoculation.79 Maximum xylanase activity in the 3 g / 30 mL (pH=5.0) culture media caused partial hydrolysis of the bonds between cellulose and lignin, so that maximum level in removing the lignin component of cotton stalk was attained. When this activity compared with cellulose / lignin ratio after fungal treatment, improvement of maximum xylanase activity on the cellulose / lignin ratio of the cotton stalk was appeared. Under the optimized conditions with 30.95 % delignification capacity of P. chrysosporium on the cotton stalk is very attractive for the application of biotechnology on the pulp and paper production. For the economically feasible biopulp production, studies must be carried out on the reduction of both reactor size and incubation period.