Isolation and characterization of microorganisms with keratinolytic activity and optimization of keratinase production conditions

Abstract

Endüstriyel enzimler, besin, gıda, farmasötik, yakıt gibi alanlar sayesinde her sene etkinliğini arttıran bir teknoloji haline gelmiştir. Bunun başlıca sebebi geleneksel kimyasal proseserin yüksek sıcaklık ve basınçta işlem yapmasıdır. Kümes hayvancılığı, her sene üretimini artıran bir endüstri durumundadır. Dolayısıyla bu endüstrinin temel atıklarından olan tüy, sağlık ve atık olarak ciddi bir problem haline gelmektedir. Bu durumun yanısıra, tavuk tüyünün, protein içeriğinden dolayı, besin olarak katma değeri bulunmaktadır. Bu atıkların bertarafı yerine bu atıkları parçalayablecek enzimlerin kullanımı sayesinde, tüyün protein içeriği ve dengeli amino asit profilinden ötürü, hidrolizat hayvan yemi katkı maddesi olarak kullanılabilmektedir. Dolayısıyla, tüylerin enzimatik yollarla parçalanması, geleneksel yöntemler olan yakma ve toprağa gömme ile besin değerini kaybetmezken, bu yöntemlere kıyasla daha çevre dostu olmaktadır. Bu çalışma, keratinolitik aktivite sergileyen mikroorganizmaların atık tüylerden izole edilmesi ve mikroorgnizmanın karakterizasyonunu amaçlamıştır. Ayrıca aktiviteyi arttırmak için üretim koşullarının (hücrelerin ortama aşılanma miktarları, substrat konsantrasyonunun ortama etkisi) iyileştirilme çalışmaları yapılmıştır. Bunların yanında enzimin karakteristik özelliklerinin tanımlanması üzerinde durmuştur. Mikroorganizmaların dışardan tüy ile indüklenmesi durumunda ortamda yüksek keratinolitik aktivite saptanmıştır. Ayrıca, üretilen enzimin Michaelis Menten kinetik parametreleri de hesaplanmıştır.

Industrial enzymes gain increasing importance in several industries such as feed, fuel, food, pharmaceutics due to its advantages such as operation for bioprocesses at moderate conditions when compared to conventional chemical processes which typically occur at high temperature and pressure. Chicken feather can be considered as waste of the poultry farming. Increasing poultry farming practice renders the feather waste as a significant problem, not only for the environment but also for human health. On the other hand, feather has a high nutritious value due to high protein content from keratin and balanced amino acid profile. Conventional methods to process the feather waste, that is incineration or burying, loses the potential nutritional value of feather. The keratinase enzyme and the use of this enzyme to prepare so-called `feather meal` presents more environmental friendly and value added alternative to conventional feather waste management practice as this meal can immediately be used as an animal feed additive without losing its nutritional value. This study focuses on isolation and characterization of a microorganism exhibiting keratinolytic activity. The operating conditions (pH, inoculum size, substrate concentration) are optimized for improved production and the produced enzyme is characterized on actual substrates. The enzyme exhibits higher keratinolytic activity when the microbial culture is induced with feather. The Michaelis Menten kinetic parameters for the produced keratinase enzyme are also determined and reported.