Pleurotus ostreatus mantarının bazı kağıtçılık hammaddelerinde yaptığı biyolojik degradasyon

Abstract

Biyoteknolojinin kullanılabileceği potansiyel bir endüstri kolu olarak görülen kağıt hamuru üretimi ve ağartı İması sırasında çeşitli sorunlar yaratan hücre çeperinin ana bileşenlerinden lig- ninin mikroorganizmalar tarafından biyolojik olarak metabolise veya modifiye edilebilmesi amacıyla yalnızca beyaz çürüklük man tarlarının kullanılabileceği bildirilmektedir. Bu nedenle biyolojik degradasyonda yararlanmak üzere bir beyaz çürüklük mantarı olup, aynı samanda yüksek besin değerine sahip yemeklik bir mantar türü olan `Pleurotus ostreatus` un mi selleri, ülkemiz kağıt endüstrisinde önem arşeden iğne yapraklı ağaç endüstriyel yongaları ve buğday (Triticüm aestivum L. ) sap larına aşılanmış, aşılanan materyalden belirli sürelerde alman örnekler üzerinde TAPPI ve SCÂN standartlarına uygun olarak yapı lan kimyasal analizlerle; mantarın hangi aşamada, hücre çeperinin hangi bileşenini ne ölçüde etkilediği saptanmaya çalışılmıştır. Bunun yanı sıra biyolojik degradasyonda kullanılan P. ostreatusun fizyolojisi, morfolojisi ve gelişim seyrine ilişkin çeşitli göz lemlerde bulunulmuştur. Kimyasal analiz sonuçlarına göre; buğday saplarında 131 günlük inkübasyonla, orijinal örneğe oranla holoselülo2 miktarı % 15.137, selüloz miktarı % 19.080, lignin miktarı % 23.620 ora nında azalırken, % i'lik NaOH'de çözünürlük miktarı % 38.280 ora nında bir artış göstermiştir. İğne yapraklı ağaç yongalarında ise 44 gün süreli inkübasyon sonunda, orijinal örneğe oranla; holose- lüloz miktarı % 12.085, selüloz miktarı % 9.811, lignin miktarı da % 9.996 oranında azalırken, % İ'lik HaOH'de çözünürlük miktarı % 39.265 oranında bir artış göstermiştir. Buğday saplarında biyolojik degradasyonun 89. gününde holo selüloz, selüloz ve lignindeki orijinal örneğe oranla azalma mik tarı aynı düzeyde gerçekleşmiş, bu günden sonra lignindeki degra- dasyon miktarı diğer bileşenlere oranla artan bir seyir takip et miştir. Biyolojik degradasyon süresince ligninin en fasla degrade edilirken, holoselüloz ve selülozun en az etkilendiği inokülasyon süresi 103, 117 ve 131. günler olarak belirlenmiştir. İğne yapraklı ağaç yongalarında ise ligninde gittikçe artan kademeli bir degradasyon görülmüş ve bu bileşenin 37 ve 44. günler arasına kadar diğer bileşenlerden daha fazla oranda degrade edil diği saptanmıştır. Biyolojik degradasyon süresince orijinal ve- bir önceki alınan örneğe oranla ligninde en fazla, holoselüloz ve selülozda ise en as degradasyon inokülasyon süresinin 23. gününde gerçekleştirilmiştir. Bütün bu bulgulardan, biyolojik degradasyonda kullanılan P. ostreatus tarafından hücre çeperi ana bileşenlerinin tümünün de ğişen oranlarda tahrip edildiği, genel olarak en fazla degradas yonun ligninde gerçekleşmesine ragmen holoselüloz ve selüloz o- ranlarımn da azalma gösterdiği, bu nedenle bu mantar türü içinkagxt hamuru üretimi ve ağartı İması açısından sağlayabileceği e- kunomikligin ayrıca çeşitli analizlerle araştırılması gerektiği sonucuna varılmıştır. % __ P. ostreatus' a ilişkin gözlem sonuçlarına göre, mantarın buğday saplarında 63-67 gün içerisinde toplanma olgunluğuna eri şirken, iğne yapraklı ağaç yongalarında 41-48 günde bu olgunluğa ulaştığı saptanmıştır. Mantarın optimal gelişme koşullarında çok hızlı bir büyüme gösterdiği ve kompost bloklarından kısa aralık larla (5-7 gün) ürün(flaş) alınabildiği, bu koşulların sürekli o- larak aynı düzeyde tutulması halinde elde edilen mantarların ol dukça hacimli ve gösterişli olduğu yapılan gözlemlerle belirlen miştir. Ekolojik koşulların bozulması durumunda yeni şapka oluşu mu durmakta, oluşmakta olan şapkalarda ise şekil bozuklukları or taya çıkmaktadır. P. ostreatus* a ilişkin yapılan tüm gözlem sonuçlarına göre araştırmada kullanılan bu mantar türünün yemeklik bir mantar o- larak değerlendirilebileceği sonucuna varılmıştır.

` The Biodegradation of `Pleurotus ostreatus Jacq. ` on Some Haw Materials of Pulp and Paper Industry ` Lignin* s role is known, in wood is to cement and protect the eellulosie components in cell walls both chemically and phy sically. For this reason, the principal objective of pulping ope rations is to have seperation of eellulosie fibers from encasing lignin matrix. This seperation must be carried out with specifi city { i.e., selectivity) to minimise thö demage to useful wood fibers. An important area of biological researches on the micro organisms which are converting wood or any other lignocellulosic material to products like pulp, chemicals, and even food have been studied in the recent past in many wood research laborator ies. Mainly, the feasibility of microorganisms for the removal or modification of lignin in pulping operations, or `both has been investigated. These microorganisms which produce lignin degrading and modifying enzymes under aproppriate growth conditions, are called white-rot fungi. Since white-rot fungi are the only micro organisms able to degrade all the major components of wood (i.e., cellulose, hemieellulose, and lignin), they are the most promis ing group of microorganisms on which to base possible biotechno logy for the forest industries. The utilisation of biodegradation in pulping operations can be realized in two stages ;' first in Biopulping, and secondly in Biobleaching. As biodegradation of microorganisms in pulping sta ge can be used for the aim of degradation of lignin, where as in bleaching stage, the biodegradation of lignin which was left af ter pulping, to be aimed. In both stages the benefits of using biodegradation could be given as follows : 1. Eeducing consumption of chemicals and energy savings, 2. To bleach of pulp without reducing its physical proper ties,, 3. To avoid of enviromental pollution, To obtain those mentioned benef ioiencies is only possible with.using white-rot fungi as explained formerly. However, the white-rot fungi deplete the low or somewhere high moleculer car bohydrates at the begining of their degradation of lignocellulo sic materials. The differences among the white-rot fungi in rela tive rates of attack on the major wood components evidently ref lect differences in their enzyme activities. Not suprisingly,- various species of white- rot fungi differ in relative rates at which they remove major components.Thus, the researches gain importance on the points of incu bation conditions and periods in which the fungi degrade lignin mostly, and also the enzymatic activities of the fungi. In our study, we have chosen one of the white-rot fungi ` Pleurotus ostreatus = Oyster mushroom ` which is known as one of the important edible mushroom, to use in biodegradation. For the intensive growth technic of P. ostreatus, the solid substra ta, industrial pulping chips of soft wood species and wheat (Tri- ticum aestivum L. } straw which are both known the main sources of pulping industry, were moistened at the humidity degree of 70-80% seperately. Moistened solid media then sterilized by direct vap our for 8-9 hours in an autoclave. After sterilisation, the media wex*e mixed with the mycelia of P. ostreatus at the ratio of 2 % as to the moistened media weight. The wheat straw were inoculated in the plastics sacks, where as the chips were inoculated in the preserved jars. The jars were covered with the double layers of milk filter pads. From the 3 % concentrated sugar solution, the calculated amount at the ratio of 2 % as to the moistened media weight, were added to the substrata for acceleration of mycelium development. Growth of the P. ostreatus were realized in two stages. First stage was the penetration of mycelia in the covered subst rate at the temperature degree of 25-23 °C. The second stage were started when the mycelia penetrated to the bottom of the substra te. Between two stages, the substrate blocks were left at the suddenly decreased temperature rates of -»- 4-5 °C degrees for 48 hours to increase the occurence of primordium more quickly. This operation is known as ` Termic Shock`. After mycelia developing period, the samples were taken weekly for determination of lignin, cellulose, holocellulose and the solubility in 1 % HaOH contents. In addition to those, some observations were made on the physiological, morphological pro perties and developing periods of P. ostreatus. The results of the observations related to the fungus showed that on wheat straw the first abundant harvest of fruiting bodies were picked in between 63. rd- 67. th days and 41.st~ 48. th days on the wood chips substrate. It has also been observed that if the optimal climatical conditions are arranged the fungus shows very quick development. The optimal growth conditions were arranged as temperature rate 25-28 CC and 15-18 °C for the first and second stages subsequently. For the fructification P. ostrea tus needs a highly controlled humidity between 80-90 %, and also some light at the amount of 40-60 lux. degrees. In the case of taking care on controlling of the O^/CO^ra- tio for the sufficient reaspiration of the fruit bodies, it has been possible to harvest the valuable and well-shaped sporophores on both substrata.As for the chemical analizes which were made according to TAPPI and SCAN Standards to determination of holocellulose, cel lulose, lignin and 1 % NaOH solubility contents, it has been con sidered from the begining of the study, that as a white-rot fun gus P. ostreatus too will degrade all the major components of cell walls. But it has been also considered that there may be a possi bility of finding an inoculation period and conditions at which the fungus attack and degrade lignin mostly. After having comple ted all the chemical analizes, the following results were obtain ed ; 1. As many other white-rot fungi, P. ostreatus also removed lig nin faster than either the cellulose or the hemicelluloses in the later stages of total 131 days inoculation tiiae{ 89. th day and forth) on wheat straw, where as in the early stage of to-. tal 44 days inoculation time { until between 37. th and 44. th days) on wood chips. 2. The reduction of lignin contents has indicated an increasing stairs- like line on both substrata. Altough, the preferential degradation has been occured on lignin, a remarkable reduction were determined on the contents of total holocelluloses. 3. Duiring biodegradation the reduction of major components were obtained in comparison with the values of original samples, as follows : Medium Incubation Time Boloeellulose Cellulose Lignin (DAY) {%) {%) {%.) Wheat straw 131 15.137 19.080 23.620 Wood chips 44 12.085 9.811 9.996 On the other hand, the inoculation time in which the lignin degradation has been occured mostly while other components ef fected at the minimum rates, were, determined 103. rd, 117. th, and 131. st days for the wheat straw and 23. rd day for the wood chips. 4. The solubility in 1 % SaOll has increased duiring biodegrada tion by the fungus P. ostreatus at the rations of 38.280 % of wheat straw and 39.285 % of the wood chips in comparison with the values of original samples.