Hava kaldırmalı ve kabarcık kolon biyoreaktörlerde Aureobasidium pullulans ile pullulan üretimi ve üretim koşullarının optimizasyonu

Abstract

Bu tezde, sentetik üretim ortamında Aureobasidium pullulans DSM-2404 suşu kullanılarak hava kaldırmalı ve kabarcık kolon biyoreaktörlerde pullulan üretimi incelenmiştir. Bu kapsamda biyokütle, toplam polisakkarit ve pullulan üretim kinetikleri belirlenmiştir. Hava kaldırmalı ve kabarcık kolon biyoreaktörlerin pullulan üretimindeki performansları farklı koşullar (başlangıç substrat konsantrasyonu, havalandırma hızı ve inkübasyon süresi) için karşılaştırılmıştır. Hava kaldırmalı biyoreaktörde elde edilen maksimum efektif verimin (Yp/s=0,402), kabarcık kolon biyoreaktörde elde edilen maksimum efektif verimden (Yp/s=0,343) daha yüksek olduğu belirlenmiştir.Daha sonra, hava kaldırmalı biyoreaktörde prosesi etkileyen üç faktörün (başlangıç substrat konsantrasyonu, havalandırma hızı ve inkübasyon süresi) pullulan üretimine etkisi cevap yüzey yöntemi (CYY) ile incelenmiştir.İstatistiksel analiz sonuçları her durum için model uyumunun iyi olduğunu göstermiştir. Prosesteki bağımsız değişkenler olan başlangıç substrat konsantrasyonu, havalandırma hızı ve inkübasyon süresinin pullulan üretiminde güçlü doğrusal bir etkisi olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca bu bağımsız değişkenlerin pullulan üretimi üzerinde negatif kuadratik ektileri ve pozitif veya negatif etkileşim etkilerinin olduğu anlaşılmıştır. Bu etkileşim etkilerinden sadece başlangıç substrat konsantrasyonu ve inkübasyon süresi etkileşiminin pullulan üretiminde anlamlı bir etkisinin olmadığı anlaşılmıştır (P > 0.05). Optimizasyon sonucu, 95,2 g/L başlangıç substrat konsantrasyonu, 1,93 vvm havalandırma hızı ve 5,36 gün için maksimum pullulan konsantrasyonuna (38.77 g/L) erişilebileceği anlaşılmıştır. Bu çalışma, hava kaldırmalı biyoreaktörde pullulan üretim koşullarının cevap yüzey yöntemi ile optimizasyonun yapıldığı ilk çalışmadır.

In this thesis, the production of pullulan from synthetic medium by Aureobasidium pullulans DSM-2404 in air-lift and bubble column bioreactor was investigated. The kinetics of polysaccharide, pullulan and biomass production was determined. Performances of pullulan production in air-lift and bubble column bioreactors were compared in different conditions (i.e., initial sugar concentration, aeration rate and incubation time). Maximum effective yield (g pullulan produced g-1 initial sugar) obtained in air-lift bioreactor (Yp/s=0,402) was found to be higher than that obtained in bubble column bioreactor (Yp/s=0,343). Response surface methodology (RSM) was used to investigate the effects of three factors (initial sugar concentration, aeration rate and incubation time) on the concentration of pullulan in air-lift bioreactor. The levels of factors used in the experimental design were; 70?110 g/l initial sugar concentration, 1.0?3.0 vvm aeration rate and 3-5 days fermentation time. Results of the statistical analysis showed that the fit of the model was good in all cases. Initial sugar concentration, aeration rate and incubation time had a strong linear effect on pullulan concentration. Moreover, pullulan concentration was significantly influenced by the negative quadratic effects of the given variables and by their positive or negative interactions with the exception that the interaction between initial sugar concentration and incubation time was insignificant (P > 0.05). Maximum pullulan concentration of 38.77 g/l was obtained at the optimum levels of process variables (initial sugar concentration 95.2 g/l, aeration rate 1.93 vvm, and incubation time 5.36 days). This study is the first detailed work about the use of response surface methodology for the optimization of fermentation parameters in pullulan production using air-lift bioreactor. This study is the first detailed work about the use of response surface methodology for the optimization of fermentation parameters in pullulan production using air-lift bioreactor.