Serbest ve kalsiyum aljinat jelinde tutuklanmış Saccharomyces cerevisiae ile etil alkol üretiminin karıştırmalı ve kolon tipi tepkime kaplarında incelenmesi

Abstract

XXX ÖZET Bu çalışmada etil alkol üretiminde kullanılan Saccharomyces cerevislae mayasının havalı `ortamda üreme, havasız ortamda da etil alkol oluşturma kinetiği incelenmiştir. Etil alkol üretimi, serbest ve kalsiyum aljinat jeline tutuklanmış maya hücreleriyle kesikli ve sürekli düzende gerçekleştirilmiş ve uygun çalışma koşulları araştırılarak kinetik parametreler belirlenmiştir. Havalı ortamda maya üretimi için en uygun çalışma koşulları, T=30°C, pH=4 ve S =20 g /l olarak bulunmuştur. Maksimum özgül üreme hızı (u ), 0.70 sa`, substrat için doygunluk derişimi (K ) ise 2.14 g/l dir. Havasız ortamda etil alkol üretimi için en uygun çalışma koşulları, T=30 C, pH=5 ve S =100 g/l olarak saptanmıştır. Kalsiyum aljinat jeline tutuklanmış maya hücreleriyle çalkalayıcı sistemde ve kolon tipi tepkime kabında sürekli düzen çalışmaları yapılmıştır. Çalkalayıcı sistemde yapılan çalışmalar sonunda tutuklanmış maya hücreleri için en uygun çalışma sıcaklığı 30 C olarak belirlenmiştir. Ortam pH'sının üretim hızını serbest organizmalarda olduğu kadar etkilemediği gözlenmiştir. Fermentaşyon ortamında bulunan bazı tuzların aljinat jeline olan bozucu etkisini önlemek için ortamda bulunması gereken CaCl2 derişimi 0.05 M olarak belirlenmiştir. Tutuklanması maya hücrelerinin depolanma kararlılıkları da incelenmiştir.iv Kolon sisteminde yapılan sürekli çalışmalarda, besleme akış hızı, substrat' derişimi ve kolondaki hücre miktarının, üretim hızına, üretkenliğe ve dönüşüm yüzdesine etkisi araştırılmıştır, 6 ml/dak'dan büyük akış hızları için üretim hızında bir değişiklik gözlenememiştir. Üretim hızının en yüksek olduğu substrat derişimi (SQ) ise 150 g/1 olarak bulunmuştur. Bu değer serbest organizma sistemine göre daha yüksektir. Düşük alıkonma sürelerinde üretim hızı ve üretkenlik yüksek olduğu halde yüzde dönüşüm düşüktür. Tek geçişte yüksek dönüşüm sağlanması amaçlandığından yaklaşık 20 g/l.sa üretkenlik değerinde çalışmak uygun görülmüştür. Tutuklanmış mikroorganizma içeren kolon sisteminin üretkenlik değerlerinin serbest mikroorganizma sistemine göre yüksek olması kolon sisteminin üs¬ tünlüğünün kanıtı olarak düşünülmüştür. Kolon sisteminde değişik fermentasyon ortamlarıyla çalışmalar yapılmıştır. Maya hücrelerinin üremesi için gerekli sakkaroz, maya özütü ve çeşitli tuzlar içeren ortam kullanıldığında yaklaşık 20 g/l.sa üretkenlik ve %85.5 dönüşümle 2 ay sürekli çalışılmıştır ve bu sürenin daha faz¬ la olabileceğine inanılmaktadır. Tutuklanmış maya hücrelerinin deaktivasyonu da incelenmiş, zayıf ortam kullanıldığı ve T=2.38 sa olduğu durumda deaktivasyon hız sabiti (k,) 9.33x10T sa`, tepkime hız sabiti (k) 4.68 cm /sa.g.k.h olarak bulunmuştur. Tutuklanmış hücrelerin enzim kaynağı olduğu ve tepkimenin Michaelis-Menten kinetiğine göre yürüdüğü kabul edilerekV Michaelis-Menten sabitleri, T=0.8 sa'lık alıkonma süresi için K'm=35.3 g.sak/1, V'm=0.699 g.sak/sa.g.k.h olarak bulunmuştur. Dış difüzyon direncinin tepkime hızına olan etkisini görmek amacıyla farklı akış hızlarında görünür tepkime hız sabitleri hesaplanmıştır, iç difüzyon kısıtlamasının etkisi de araştırılmıştır. Kısıtlamanın etkisi tanecik çapına göre değişmektedir. Çalışılan tanecik boyutu için etkinlik katsayısı 0.84 civarındadır. Yukarıdaki deneysel çalışmalara ek olarak, substrat derişiminin kolon yüksekliğiyle değişimini veren bir matematiksel ifade türetilmiş ve hesaplanan değerlerin deneysel sonuçlarla uyum içinde olduğu gözlenmiştir.