Kesikli düzende karıştırmalı tepkime kabında Lactobacillus delbrueckll kullanılarak glukoz ve sakkarozun laktik asite dönüştürülmesi

Abstract

îv ÖZET Bu araştırmada Lactobacillus delbrüeckii kullanarak glukoz ve sakkarozun laktık asite dönüştürülmesi karıştırmalı tepkime kabında ve kesikli düzende serbest mikroor ganizmalar ile incelenmiştir. Çalışmaların İlk aşamasında bakterinin en kolay ve çabuk kullanabildiği glukozu içeren besin ortamında çeşitli üretim parametreleri denenmiştir. Bu çalışmalarda ortam bileşiminin, sıcaklığın, başlangıç substrat derişiminin, başlangıç as itliğinin, kullanılan karıştırmalı kap için karıştırma hızının mikroorganizma çoğalma ve asit üretim hızlarına etkileri incelenmiş, laboratuar koşullarında en uygun değerler saptanmıştır. Buna göre mikroorganizmanın hızlı ürediği ve iyi bir dönüşüm yaptığı sentetik ortam bileşiminin mutlaka maya özütü ve pepton gibi mikroorganizmanın gereksinim duyduğu bazı amino asit ve vitaminleri içeren kompleks maddeleri, potasyum fos fa t, amonyum sitrat, sodyum asetat gibi: tuzları, aktivatör etkisi yapan magnezyum, manganez gibi metal iyonlarını içermesi gerekmektedir. Substrat olarak kullanılan glukoz derişiminin de üretim hızını arttırıcı etkisi vardır, 100 g/l glukoz derişiminde maksimum mikroorganizma çoğalma ve asit oluşum hızları elde edilmiştir, Lactobacillus delbrüeckii ancak 25-30 g/l laktik asite dayanabildiği için, kinetik parametrelerin denenmesinde 20 g/l şeker derişiminin üzerine çıkılmamıştır. Sodyum hidroksit çözeltisi ile pH'ın sürekli5.5-6 arasında tutulduğu pH kontrollü çalışmalarla başlan gıç glukoz deriş iminin ürün inhibisyonu önlenmiş olarak, ürün oluşum hızı ve verimine etkisi incelenmiş, sonuçta yine 100 g/l glukoz derişimi maksimum substrat derişimi olarak saptanmıştır. Endüstriyel üretime benzer olarak yüksek glukoz deriş imle rinde çalışabilmek ve ürün inhibisyonunu önlemek için kalsiyum karbonat ile tamponlanmış fermentasyon or tamı ile de çalışılmış t ir. pH kontrollü, pH kontrolsüz ve kalsiyum karbonatla tamponlanmış çalışmalarda, en yüksek ürün verimlerine kalsdiyum karbonatla tamponlanmış ve pH kontrollü çalışmalarda ulaşılmıştır. Lactobacillus delbrüeokii termofilik bir bak teridir. Çalışma sıcaklığının 42°C bulunması da bunu kanıtlamaktadır. Bakteri pH'ı 6-6.2 gibi nötrale yakın be si,, ortamlarında maksimum üreme hızlarını vermektedir. Kullanılan tepkime kabında 400 rpm'lik karıştırma hızı en uygun olarak bulunmuştur. Laktik asit bakterileri anaerobik veya mikro- aerof iliktir, havaya gereksinim göstermezler. Lactobacillus delbrüeckii için tepkime ortamının hava ile temasının kesilmesinde karbondioksit gazı kullanılmıştır. G-lukozun substrat olarak kullanıldığı çalışmalarda en kısa sürede en yüksek mikroorganizma ve asit ve rimine ulaşılmıştır. Stokiyometrik olarak kuramsal verim 1 gr. glukozdan 1 gr. laktik asittir.En uygun laboratuar koşullarında ise 1 gr. glukozdan 0.85 gr.'ın üzerinde lak tik asit elde edilebilmektedir.VI Çalışmaların ikinci kısmında şeker fabrikasyon artığı olan melastan laktik asit üretimi planlanmıştır. Bunun için önce saf sakkaroz içeren yapay besin ortamlarında yukarda denenen parametrelerin bir kısmı denenmiş tir. Sıcaklık, pH, başlangıç sakkaroz derişimi gibi değişkenlerin en uygun değerleri glukozlu ortamla yaklaşık aynı olmasına rağmen mikroorganizma ve asit oluşum hızla rı genel olarak daha düşüktür. Bunun nedeni L.delbrüeckii' nin sakkstrozu glukoza dönüştürmek için metabolizmasına bir basamak daha eklemesidir, Melasla yapılan çalışmalarda daha da düşük hız değerleriyle karşılaşılmıştır. 20 g/l sakkaroz içerecek şekilde seyreltilmiş ve içinde başka bir besi maddesi ve tuz içermeyen melas çözeltisinden elde edilen ürün verimi ancak $50 kadardır. Melasın içine bak terinin üremesi ve gelişmesi için gerekli besi maddeleri ve tuzlar ilave edilerek verimin %70-75' e çıkması sağlanmış tır.Mikroorganizma bu doğal ortama alıştıkça verimin yükseleceği de kesindir. Melasa aminoasit ve vitamin kaynağı olarak maya özütü, tuz kaynağı olarak di-amonyum hidrojen fosfat, metal iyonu kaynağı olarak da magnezyum sülfat ilave edilerek verim arttırma çalışmaları yapılmıştır, Lactobacillus delbrüeckii sakkarozu glukoza nazaran daha yavaş kullanmakta, laktozu ise kullanamamaktadır. Ancak bu disakkaridler daha basit yapı taşlarına (glukoz, fruktoz gibi) dönüştürülürse, aynı mikroorganizma ile kısa sürede daha yüksek verimde laktik asit elde edilebilir. Daha ileriki çalışmalarda bu disakkaridleri monosakkaridlere dönüştürecek bir enzimle birlikte L. delbrüeckii ' ninVII bir arada kullanılacağı katalizör sistemi düşünülmektedir. (Enzim + mikroorganizma) sistemi ile tutuklanmış şekilde dolgulu kolonda veya serbest olarak karıştırmalı kimyasal tepkime kabında çalışılacaktır. Sakkarozu invert şekere dönüştürecek enzim olarak invertaz, laktozu glukoza dönüştürecek enzim olarak ise laktaz düşünülmektedir. Deneysel çalışmaların son kısmında % 50 glukoz + %50 fruktozdan oluşan invert şeker substrat olarak kullanılmış ve mikroorganizma ve ürün oluşum hızlarının ve asit ve mikroorganizma veriminin glukozun substrat olarak kullanıl dığı çalışmaların hız ve verim değerlerine yaklıştığı saptanmıştır. Bu da (enzim + mikroorganizma) sisteminin yük sek verimlilikle kullanılabileceğini göstermektedir. Türkiye'nin yıllık 10 tona yakın laktik asit ve tuzlarına ihtiyacı vardır. Oldukça fazla miktarda bir atık olan melastan Lactobacillus delbrüeckii kullanılarak kesikli karıştırmalı fermentörde laktik asit veya kalsiyum laktat üretimi tekniği kolaylıkla uygulanabilir.