Limon Atıklarından Mikrobiyal Selüloz Üretimi ve Karakterizasyonu

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Limon Atıklarından Mikrobiyal Selüloz Üretimi ve Karakterizasyonu"

Deniz Köprülü
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Limon Atıklarından Mikrobiyal Selüloz Üretimi ve Karakterizasyonu Melih Güzel1* Özlem Akpınar2 1Gümüşhane Üniversitesi, Gümüşhane 2Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Tokat 1

2 Selüloz Selüloz, β-1,4 bağlarıyla bağlanmış D- glukopiranozbirimlerinin, suda çözünmeyen dallanmamış yapıdaki polimer bileşikleridir. Geleneksel olarak selüloz bitkilerden elde edilmektedir. Bitkilerde selüloz, hemiselülozve lignin ile bir arada bulunmaktadır. Bu nedenle bitkilerden selüloz elde etme prosesi oldukça fazla enerjiye ve kimyasal maddeye ihtiyaç duymaktadır. 2

3 Bakteriyel Selüloz Son 30 yılda yapılan çalışmalar, selüloz ürettiği bilinen bakteriler üzerinde yoğunlaşmış ve bakteriler tarafından üretilen bu selüloza da bakteriyel selüloz (BS) adı verilmiştir. Yoğun olarak araştırılan BS, kimyasal olarak bitkisel selüloz ile aynı olmasına rağmen, BS ninmoleküler yapısı ve fiziksel özellikleri bitkisel selülozdan farklıdır. İlk kez 1886 yılında sirke fermantasyonu sırasında, sıvı yüzeyde oluşan jelatinimsi yapıdan izole edilen Acetobacter xylinum un, uygun bir besi ortamında üretilmesi sonucu elde edilmiştir. 3

4 Bakteriyel Selüloz Mikroorganizmaların sentezlediği selülozun mo için depo materyali olduğu bakterileri oksijen basıncının yüksek olduğu yüzeye konumlandırdığı bakterileri kötü çevre koşullarına (su miktarında azalma, p değişimleri, patojenik mikroorganizmalar, UV ışını vb.) karşı koruduğu belirtilmektedir. BS genel olarak suda çözünmeyen, esnek, gerilme direnci yüksek, elastik kristalize özelliği yüksek olup bu özellikler bitki orijinli selülozda bulunmamaktadır. BS yüzeyi bitkisel polimerin yüzey alanına göre yaklaşık 200 kat daha büyüktür. BS içerdiği sıvı komponentlerden dolayı jelatinimsi bir görünüme sahiptir. BS mikrofibrillerininbitki selülozlarından yaklaşık 100 kat daha küçük olduğu belirtilmektedir. 4

5 BS Üreten Mikroorganizmalar Acetobacter, Gluconacetobacter, Agrobacterium, Aerobacter, Achromobacter, Alcaligenes, Azotobacter, Komagataeibacter, Pseudomonas, Rhizobium, Sarcina, Salmonellave Escherichia En iyi selüloz üreticisi olan Acetobacter xylinum (sinonimleri: A. acetissp. xylinum, A. xylinus), asetik asit bakterisi olarak bilinir. Bununla birlikte Gluconacetobacter grubundaki G. hansenii, G. europaeus, G. oboediensve G. intermediusda selüloz üreten suşlararasında önemli bir yer tutmaktadır. 5

6 BS nin Gıdalarda Kullanımı 6

7 BS nin Kullanımı 7

8 Atıkların Önlenmesi Kabuklar gıda ve içecek sanayisinin en büyük yan ürünleri olup ve endüstriyel işleme sırasında büyük miktarlarda oluşmaktadır. Bu durum çevre üzerinde zararlı etkileri gibi ciddi bir problem oluşturmaktadır. Avrupa Çevre Ajansı ndan alınan verilere göre AB ülkelerinde Gıda ve İçecek Sanayi üretim atıkları toplam üretim endüstrisi atıklarının yaklaşık %12,5 idir. Atık önleme, Gıda ve İçecek Sanayi ninen öncelikli konusudur ve yan ürünlerden tam olarak yararlanmak atık önlemeye sağlanacak en büyük katkıdır. Pulpve meyve suyu gibi meyve bileşenlerinden BS üretmesine yönelik çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Kabuk gibi çoğunlukla atık olan veya ekonomik değeri düşük olan bileşenlerden BS üretilebilmesi hem bu yan ürünlerin çevreye olan zararlı etkilerinin azalmasını sağlayacak hem de bu atıkların geri kazanımı açısından ekonomik olarak değer kazanmasına yardımcı olacaktır. 8

Flavonoid, vitamin, mineral, diyet lifi, esansiyel yağlar gibi limon biyoaktif bileşenleri gıda,

9 Limon (Citrus limon) Limon meyvesi taze olarak ya da meyve suyu, reçel, marmelat, melas gibi işlenmiş olarak tüketilmektedir. Flavonoid, vitamin, mineral, diyet lifi, esansiyel yağlar gibi limon biyoaktif bileşenleri gıda, kozmetik ve ilaç sanayinde kullanılmaktadır. TUİK verilerine göre; 2015 yılında Türkiye de üretilen limon miktarı ton olmakla birlikte Dünya üretiminde 7. sırada yer almaktadır. 9

10 Limon Kabuğu Limon kabuğu tüm meyve ağırlığının yaklaşık %50-65ile ana yan ürününü oluşturmaktadır. Limonun endüstriyel uygulamaları arasında çoğunlukla pektin üretimi kabuklardan etanol, su ve şeker ile maserasyonu ile üretilen Limoncelloadında bir likör bulunmaktadır. 10

11 Amaç Limon kabuklarından BS üretimi için hidrolizat üretilmesi Üretilen hidrolizatın; şeker miktarları ve kompozisyonlarını yüksek basınç sıvı kromatografisi(plc) sisteminde analiz edilmesi, indirgen şeker ve protein miktarının belirlenmesi idrolizatta, evsel olarak üretilen sirkeden izole edilen ve BS üretebilme yeteneğine sahip mikroorganizma ile BS üretiminin sağlanması Elde edilen BS nin; kurumadde, kül, üretim verimi, sıvı (su, aseton, dimetil sülfoksit ve asetik asit) tutma kapasitelerinin belirlenmesi termal özelliklerinin belirlenmesi için diferansiyel termal analizi (DTA) saflık derecelerini belirlemek için FT-IR spektroskopisi ile karakterize edilmesi taramalı elektron mikroskop (SEM) ile BS lerinyapısal ve morfolojik özelliklerinin araştırılması BS nin, S besiyerinde üretilen BS ve bitkisel selülozla karşılaştırılmasıdır. 11

Tutma Kapasitesi (Su, aseton, dimetil sülfoksit, asetik asit), FT-IR, TG-DTA İndirgen

12 Materyal Parçalama Kurutma ve Öğütme (10g) <50 o C Sirke Bakterisi idrolizasyon (100 ml 0,6 M 2 S 4 ), p 4,50 (CaC 3 ) Bakteriyel Selüloz Üretimi Kuru madde, Kül, Sıvı Tutma Kapasitesi (Su, aseton, dimetil sülfoksit, asetik asit), FT-IR, TG-DTA İndirgen Şeker Protein, Üretim verimi PLC (Sitrik asit, Glukoz, Galaktoz, Arabinoz, Asetik asit) 12

İndirgen Şeker (DNS, mg glikoz/ml hidrolizat) ve Limon Kabuk id.

13 Yöntem Limon Kabuklarının Asit idrolizasyonu 100 ml 0,6 M 2 S 4 Nötralizasyon (CaC3, p: 4,5) 10 g Kuru Limon Kabuğu idrolizasyon (100 C 2h. İndirgen Şeker (DNS, mg glikoz/ml hidrolizat) ve Limon Kabuk id. da Protein Miktarı (Bradford Yöntemi, mg BSA/mL hidrolizat) spektrofotometrik olarak PLC (Sitrik Asit, Glukoz, Galaktoz, Arabinoz, Asetik Asit) 13

14 Yöntem BS Üreticisi Bakterinin Saflaştırılması ESTRİN-SCRAMM 20 g glikoz 5 g pepton 5 g maya ekstraktı 2,7 g Na 2 P 4 1,5 g sitrik asit 30 C h S Agar Gram boyama 1000 ml su Gram + Gram - Evsel Üzüm Sirkesi estrin-schramm 30 C 24 h 30 C 24 h Selüloz üreticisi bakterileri 16s rrnadizi analizine göre hizmet alımı (Refgen, Ankara)ile tanılaması yapılmıştır. Tanılama sonucuna göre evsel sirkeden izole edilen ve BS üretebilme yeteneğine sahip mikroorganizmanın Komagataeibacter hansenii (Gluconacetobacter hansenii) olduğu belirlenmiştir. 14

15 Yöntem BS Üretimi Nem ve Kül İçeriği, gravimetrik olarak (AACC, 2004) Bakteriyel Selüloz Sıvı Tutma Kapasitesi (Su, Aseton, Dimetil Sülfoksit, Asetik Asit) Üretim Verimi (g kuru BS/L idrolizat*100) Karakterizasyonu (FT-IR, DTA, SEM) (BEÜ, Artmer) 15

16 Bulgular Limon Kabuğundan Elde Edilen idrolizatın İndirgen Şeker, Protein ve PLC Sonuçları Bileşen Konsantrasyon İndirgen şeker (g glukoz/ L) 17,75±0,05 Protein (mg BSA/L) 181,75±2,65 Sitrik Asit (g/l) 1,74±0,04 Glukoz (g/l) 5,73±0,028 Galaktoz (g/l) 3,21±0,20 Arabinoz (g/l) 2,20±0,09 Asetik Asit (g/l) 0,28±0,01 16

17 Bulgular Kuru Madde, Kül ve Üretim Verimi Analiz Limon K. BS Besiyeri BS % Kurumadde 92,75±0,94 89,02±0,05 % Kül 7,23±0,09 9,43±0,03 Verim (g BS/L) 1,03±0,03 7,39±0,01 17

18 % Sıvı Tutma Kapasitesi Su Aseton Dimetil Sülfoksit Asetik Asit Bulgular Sıvı Tutma Kapasiteleri Limon K. BS Besiyeri BS Buğday Sapı Selüloz 886,00±19,80 b 609,30±0,9 c 1066,22±18,31 a 414,40±20,36 a 294,12±8,31 b 285,17±3,72 b 904,40±6,22 b 637,31±10,87 c 1232,19±0,83 a 388,46±2,18 c 543,73±19,41 b 815,18±2,19 a 18

19 Bulgular FT-IR Limon Kabuk BS Besiyeri BS Buğday Sapı Selülozu 19

20 Bulgular TG-DTA Termal Analiz T%50 (ºC) DTGmax (ºC) (%) Kütle Kaybı (650 ºC) Limon BS 374 a 228 c 66 c Besiyeri BS 342 b 333 b 75 b Pamuk Sapı Selülozu 335 c 335 a 90 a Limon BS, Besiyeri BS ve Bitkisel Selüloz TGA eğrileri 20

21 SEM Limon K. BS (68.95 nm) Besiyeri BS (73.67 nm) Tütün Sapı Selüloz ( nm) 21

22 Sonuç Limon kabuklarından elde edilen BS FT-IR sonucunun, besiyerinde üretilen BS ve buğday sapından elde edilen selüloz örneği ile birbiriyle ve aynı zamanda da literatür değerleri ile uyum içinde olduğu görülmektedir. Limon kabuğundan elde edilen BS nintermal kararlılığının besiyerinde üretilen BS ve pamuk sapından elde edilen selülozun göre daha fazla olduğu gözlenmiştir. Limon kabuğu ve besiyerinde üretilen BS lerin morfolojik olarak ağsıyapıların ve lif çaplarının birbirleri ve farklı literatürdeki SEM görüntüleri ile uyumlu olduğu ve lif çaplarının tütün saplarından elde edilen bitkisel selüloz örneğinden sırasıyla 51,08 ve 47,81 kat daha küçük olduğu belirlenmiştir. 22

23 Sonuç Limon kabuğundan elde edilen BS ninsıvı tutma kapasiteleri besiyerinde üretilen BS ye benzer olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada elde edilen veriler, evsel olarak üretilen limon kabuğundan elde edilen BS ler hakkında bilgi edinilmesini sağlamıştır. Ayrıca veriler, limon kabuğu gibi evsel ve endüstriyel atıkların birçok kullanım alanı bulunan BS üretimi için iyi bir kaynak olabileceğini göstermiştir. 23

24 DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜRLER 24

Benzer belgeler

FERMENTASYON. Bir maddenin bakteriler, mantarlarve diğer mikroorganizmalar aracılığıyla, genellikle ısı vererek ve köpürerek

FERMENTASYON. Bir maddenin bakteriler, mantarlarve diğer mikroorganizmalar aracılığıyla, genellikle ısı vererek ve köpürerek FERMENTASYON Bir maddenin bakteriler, mantarlarve diğer mikroorganizmalar aracılığıyla, genellikle ısı vererek ve köpürerek kimyasal olarak çürümesi olayıdır Fermantasyon anaerobik şartlarda, glikoliz