İçindekilerHÜCRE İMMOBİLİZASYONU.......................................................................................................................2

1.GİRİŞ..........................................................................................................................................................2

2.İMMOBİLİZASYON................................................................................................................................2

2.1.Adsorpsiyon yöntemi ile immobilizasyon..........................................................................................2

2.2.Kovalent baglanma ile immobilizasyon............................................................................................3

2.3.Dayanak maddesi içerisine hapsetme ile immobilizasyon...............................................................3

3. AVANTAJLARI.......................................................................................................................................3

4.Verim hesapları.........................................................................................................................................4

4.1.Boncuk Çapının Etkisi.......................................................................................................................5

5.Fermentasyon............................................................................................................................................5

6.Aljinatın Yapısı Ve Özellikleri......................................................................................................................6

7.Materyaller ve Metot.................................................................................................................................6

8.Bulgular.......................................................................................................................................................7

9. Tartışma...................................................................................................................................................10

10.Kaynaklar :............................................................................................................................................14

1

HÜCRE İMMOBİLİZASYONU

1.GİRİŞ

Dünya nüfusunun hızlı artışı ve teknolojinin gelişimine bağlı olarak enerji ihtiyacı da her geçen günartmaktadır. Enerji kaynağı olarak petrol ve petrol türevlerinin aşırı kullanımı sonucu çevresel kirlenme ve sera etkisinin artması toplumunu önemli bir şekilde tehdit etmektedir. Fosil yakıt kaynaklarının hızla azalmasından dolayı yenilenebilir, temiz, sürdürülebilir, verimli, düşük maliyetli ve güvenli alternatif enerji kaynaklarına ihtiyaç vardır. Biyoetanol dünya çapında ulaşım sektöründe en yaygın olarak kullanılan alternatif bir enerji kaynağıdır. Biyoetanol tek başına yakıt olarak kullanılabildiği gibi, genellikle benzinle çeşitli yüzdelerde karıştırılarak ta kullanılabilmektedir. Araçlarda benzinle biyoetanol karışımlarının kullanılması, petrol kullanımını ve sera gazı emisyonlarını önemli ölçüde azaltabilir. Biyoetanol, fermantasyon yoluyla çeşitli hammaddelerden elde edilmektedir. Bu ham maddeler basit şekerler, nişasta ve lignoselüloz olarak sınıflandırılabilir.Biyoetanol fermantasyonunda serbest ve immobilize edilmiş pek çok mikroorganizma kullanılmaktadır. Etanol üretiminde immobilize sistemlerin kullanılması serbest hücre fermantasyonuna göre ürün inhibisyonunun azalması, filtrasyonun kolaylaşması, tekrar kullanılabilirliği, mikrobiyal kontaminasyon riskinin azalması, sürekli sistemlerde kullanılabilmesi ve ürün verimliliğinin artması gibi pek çok avantajlar sağlamaktadır.

2.İMMOBİLİZASYON      Enzimlerin çözünmeyen destek görevi gören materyaller (matriksler) yardımıyla suda çözünmeyen hale getirilmelerine immobilizasyon denir. Mikrobiyal hücreler de enzimler gibi immobilize edilir.Tüm hücrelerin immobilize edilmesi saf enzimin gerekli olmadığı proseslerde kullanılan ucuz ve hızlı bir metoddur. İmmobilize hücreler atıkların kullanımında, azot fiksasyonunda, steroid sentezinde, yarı sentetik antibiyotikler ve diğer tıbbi ürünlerin eldesinde kullanılır. immobilizasyon aktif olan enzim veya hücrelerin hareketli sıvı fazdan fiziksel olarak substrat ve ürün moleküllerinin fazlar arasında yer degistirebilecegi sekilde ayrılmasıdır (Kierstan and Coughlan, 1985; Rosevear, 1984). Son yıllarda enzimlerin yanısıra hücrelerin immobilizasyonu için kullanılan yöntemler de önem tasımaktadır. immobilizasyon yöntemleri adsorpsiyon, kovalent baglama ve polimerik (tutuklama ,kapsülleme,çapraz bağlama )yapıda bir dayanak maddesi içerisine hapsetme olarak 3 ana baslık altındaincelenebilmektedir.2.1.Adsorpsiyon yöntemi ile immobilizasyon Biyokatalizörler katı faz ile sıvı faz arasındaki ara yüzeyde Van der Waals kuvvetleri, hidrofobiketkilesimler veya kuvvetli iyonik baglarla tutulurlar. Bu yöntemde adsorpsiyon kromotografisinde kullanılan polifenolik maddeler ve iyon degistiriciler, DEAE selüloz, seramik, bazı mineral maddeler gibi tasıyıcılar kullanılabilir (Rosevear, 1984). Adsorbanın, mikroorganizmanın ve çevrenin özellikleri mikroorganizmanın adsorpsiyonunu etkileyen faktörlerdir. Bir mikroorganizmanın adsorbe edilen miktarı dayanak maddesine göre degisebildigi gibi, her dayanak maddesinin adsorpsiyonu da hücreye göre degisir (Durand and Navarro,1978). Adsorpsiyon hücre immobilizasyonu için en basit tekniklerden biri olmakla beraber hücrelerin yeterli kuvvette tutulmaması ve birim tasıyıcı basına sınırlı miktarda biyomas adsorbe edilmesi gibi dezavantajları vardır (Koshcheyenko and Sukhodolskaya, 1985). Hidroksil, amonyum, karboksil veya anhidritler içeren dayanak maddelerine baglanma ile immobilizasyonun gerçeklestirildigi

2

2.2.Kovalent baglanma ile immobilizasyon Bu yöntemde aktive edilen dayanak maddesine biyokatalizör kimyasal olarak baglanır. Bu teknikle enzim immobilizasyonuna ait çok sayıda çalısma bulunmasına ragmen enzimlerinbu yolla immobilizasyonu oldukça zordur ve diger yöntemlerin çogundaoldugundan daha fazla aktivite kaybı meydana gelir. Kovalent bağlanma yöntemi canlı hücre immobilizasyonu içinse nadiren uygundur çünkü bu teknikle immobilize edilmis hücreler baglandıkları yüzeylerden hücrebölünmesi esnasında ayrılabilir ve fermantasyon ortamına karısabilirler(Rosevear, 1984).

2.3.Dayanak maddesi içerisine hapsetme ile immobilizasyon

Bu yöntemde enzim veya hücreler dayanak maddesine direk olarak baglanma yerine polimer matriksi içerisine hapsedilirler. Bu yöntemde biyokatalizör bir membranın arkasında veya bir jel yapının içerisinde tutuklanır. İmmobilizasyon, biyokatalizörün bir monemer çözeltisine karıstırılıp, kimyasal bir reaksiyon veya sıcaklık degisikligi ile polimerizasyonu, bir membranın arkasına hapsedilmesi ile veya önceden olusturulan bir polimerin jellesmesi ile gerçeklestirilir. Polimer ayrı ayrı partiküller halinde olusturulabilecegi gibi sonradan parçalar ayrılmak üzere blok halinde de olabilir. Polimer içerisinde hapsetme ile immobilizasyon diger yöntemlere göre daha yumuşak kosulların kullanıldıgı ve hücrelere en az zarar veren yöntem oldugu için hücrelerin immobilizasyonunda en çok kullanılan yöntemdir. Enzimlerin immobilizasyonunda ise dayanak maddesinin gözenek çaplarının genisligi nedeniyle daha az tercih edilir. immobilizasyon için en çok kullanılan polimerler olan kalsiyum aljinat, kapa, karagenan, poliakrilamit, agar dısında agaroz, jelatin, selüloz türevleri, kollagen gibi maddelerle de çalısmalar yapılmıstır (Cheetham, 1983; Rosevear, 1984;Rosevear et al.,1987). immobilize edilmis Aureobasidium pullulans hücreleri ile pullulan üretimi konusunda degisik çalısmalar yapılmıstır. Aureobasidium pullulans hücreleri zeolit (alüminyum silikat) üzerine adsorpsiyonla immobilize edildiginde en yüksek pullulan üretiminin pH 4.0 ve 5.0’da tutuklanmış hücrelerle, en düsük pullulan üretiminin ise pH 2.0 veya 2.5’te tutuklanmıshücrelerle elde edildigi belirtilmistir (West and Strohfus, 1997(a)). Aureobasidium pullulans hücrelerinin iyon degistirici reçine trietilaminoetil-selüloz, dietilaminoetil-selüloz ve fosfoselüloz üzerinde tutuklanması konusundadaçalışılmıştır. 2.3.1.Çapraz bağlama: Enzimler glutaraldehit, alifatik diaminler gibi bifonksiyonel reaktiflerle çapraz bağlanırlar. Bu reaktifler enzim molekülleri arasında bağ oluştururlar. Glutaraldehit enzim moleküllerinin amino gruplarından, diaminler ise karboksil gruplarından çapraz bağlarlar. 2.3.2.Tutuklama: Enzimler yapay ya da doğal polimer kafesleri içinde tutuklanırlar. Polimer kafesler içine substrat girer ve ürün dışarı çıkar. Çapraz bağlı poliakrilamid jeller, Ca alginat, kappa karragenan bu polimerlerin örneklerindendir. 2.3.3.Kapsülleme: Enzimler çeşitli tipteki membranlar içine alınırlar. Bu membranlar yarı geçirgendir. Düşük molekül ağırlıklı substratı ve molekülleri geçirirler. Hegza metilen diamin mikrokapsüllemede kullanılır.

3

3. AVANTAJLARI  

1. Enzimler tekrar tekrar kullanılırlar. Özellikle üretimi zor ve pahalı enzimler için bu önemlidir. 

2. Ürün enzimle kontamine olmaz, çünkü enzim matrikste tutulur. 3. Matriks enzimi  fiziksel bir  bariyer olarak koruduğundan, enzim ekstrem pH ve temparatür

gibi etkilere dayanıklı hale gelir. 4. Sürekli fermentasyonlar için enzimi daha kullanışlı hale getirir. 5. İmmobilize enzimler çok daha doğru bir şekilde kontrol edilirler. 6. İmmobilize hücrelerle bir çok enzim de immobilize olacağından aynı anda birden fazla

reaksiyon gerçekleşebilir.7. Ürün eldesinde basit proses tasarımı ve düşük maliyet gerektirir. 8. Yüksek verim elde edilmektedir. İmmobize hücreler düşük oranda tüketim yapmaktadır.

Üretimi arttıran etmenlerdir. 9. Yüksek hücre yoğunluğu ve fermantasyon aktivitesi nedeniyle mikrobiyal kontaminasyon

riskini azaltır . 10. Bazı ürünlerden (pullulan ) olgunlaşma süresini kısaltır.11. Substrat alınımıznı ve ürün verimini arttırır.

12. Biyokatlizörün uzun süreli aktivitesini ve stabilitesini sağlar . immobilizasyon desteklik sağlayarak pH, sıcaklık, solventler ve hatta agır metallare karsı fizikokimyasal desteklik sağlar.

4.Verim hesaplarıEfektif verim, fermantasyon sonucu oluşan Etanol /polisakkaritlerin, ortamda baslangıçta bulunan glikoz konsantrasyonuna yüzdesel oranı olarak tanımlanmıstır.Efektif verim, % = P/ SoP: fermentasyon sonunda olusan etanol/polisakkarit, g/lSo: baslangıçta ortamda bulunan glikoz, g/l

Dönüsüm verimi, olusan etanol/polisakkaritlerin fermentasyonda harcanan seker miktarına yüzdesel oranı seklindetanımlanmıstır. Bu deger fermentasyonda kullanılan substratın (glikoz) ne kadarının etanol üretimi için harcandıgını göstermektedir. Substrat, ürünün (pullulan/polisakkarit) yanısıra biyomas olusumu için de harcandığı için, harcanan substrat basına olusan ürünün hesaplandıgı bu terim önem kazanmaktadır.Dönüsüm verimi, %= P / So-SP: fermentasyon sonunda olusan etanol/polisakkarit, g/lSo: baslangıçta ortamda bulunan glikoz, g/lS: fermentasyon sonunda kullanılmadan kalan glikoz, g/l

Seker verimi, fermentasyon sonunda kalan sekerin başlangıçtaki seker miktarına oranıdır.Seker verimi, % = So-S / SoSo: baslangıçta ortamda bulunan glikoz, g/lS: fermentasyon sonunda kullanılmadan kalan glikoz, g/l

Hacimsel verimlilik, birim zamanda olusan pullulan miktarı olarak tanımlanmıstır ve etanol olusum hızını göstermektedir.Verimlilik (g/l/h)= Pt / tPt: belirli bir t saatinde ortamda bulunan pullulan konsantrasyonut: süre (saat)

4

Hücre süspansiyonu + % 4 steril sodyum aljinat (1:1,v/v)

Sürekli karıstırılan % 2 CaCl2 çözeltisine damla damla besleme 2.0 - 2.4 mm çapında kalsiyum aljinat boncukları Fizyolojik su (% 0.85 NaCl) ile boncukların yıkanması Üretim ortamı ve sartlarında aktivasyon + 4 °C’de % 0.2 maya ekstraktı çözeltisinde saklama gerektirir.

4.1.Boncuk Çapının Etkisiimmobilizasyon işleminde elde edilen kalsiyum aljinat boncukları çapının polisakkarit ve etanol üretimine etkisini incelemek için % 2.0 Na-aljinattan elde edilen 2 degisik boyuttaki boncuklarda A.pullulans hücreleri tutuklanmıstır. _mmobilizasyon için 0.1 ml ve 1 ml’lik standart plastik mikropipet uçları kullanılarak 2.0-2.4 mm, 2.8-3.2 mm aralığında çapa sahip boncuklar elde edilmistir. Daha küçük çaptaki boncuklarla küf hücrelerinin yapısı sebebiyle deneme yapılamamıstır. Çizelgede de görüldügü gibi en yüksek polisakkarit ve pullulan konsantrasyonu (sırasıyla 23.78 g/l ve 19.57 g/l ) 2.0-2.4 mm aralığında çapa sahip boncuklarla elde edilmistir. 2.8-3.2 mm çapa sahip boncuklarla elde edilen polisakkarit ve pullulan konsantrasyonları sırasıyla 19.52 g/l ve 14.54 g/l’dir. Boncuk çapı 2.8 mm’nin üzerine çıktıgında polisakkarit ve pullulan konsantrasyonlarının azalması boncuklardaki kütle transfer kısıtlaması ve boncukların yüzey alanlarının azalması ile açıklanabilir. Fermentasyon verimindeki düsüsün diger bir sebebi de daha genis Ca-aljinat boncuklarındaki sınırlı besin kullanılırlıgıdir Boncuk çapı (mm) Polisakkarit (g/l) Pullulan (g/l)2.0-2.4 23.78 19.572.8-3.2 19.52 14.54Ca-aljinatta immobilize edilmis mikroorganizmalarla Idris and Suzana (2006) ve Göksungur ve Güvenç (1999) laktik asit üretimi, Mundra et al. (2006) palatinoz üretimi ve Arya and Srivastava (2006) glukonotransferaz enzimi ile ilgili yaptıkları çalısmalarda benzer sonuçlar bulmuslardır.5.FermentasyonMayalanma ya da fermantasyon, bir maddenin bakteriler, mantarlar ve diğer mikroorganizmalar aracılığıyla, genellikle ısı vererek ve köpürerek kimyasal olarak çürümesi olayıdır. Fermantasyon anaerobik şartlarda, yani oksidatif fosforilasyon olamadığı durumlarda, glikoliz yoluyla ATP üretimini sağlayan önemli bir biyokimyasal süreçtir. Biyokimyanın fermantasyonla ilgilenen dalı zimolojidir.immobilizasyonun son basamağı için gerekli olan Fermantasyon sürecinin basamakları aşağıdaki şekilde özetlenebilir 1. İnokulumun hazırlanması sürecinde ve endüstriyel ölçekte üretimin yapılacağı fermanterde kullanılmak üzere organizmanın gelişimi için kullanılacak ortamın bileşiminin belirlenmesi.2. Büyüme ortamının, fermanterin ve yardımcı parçaların sterilizasyonu.3. Yeterli miktarda aktif, saf kültürün üretim yapmak amacıyla fermante verilmesi.4. Ürün oluşumu için uygun koşullar altında fermanterde mikroorganizmanın büyümesi.5. Ürünlerin ortamdan ayrılması ve saflaştırılması.6. Mikroorganizma tarafından üretilen atık ürünlerin yok edilmesi.

5

6.Aljinatın Yapısı Ve Özellikleri

Aljinat ilk olarak 1881 yılında İngiliz kimyager E.E.C. Stanford tarafından tanımlanmıştır. Doğada genel olarak kahverengi deniz alginde bulunmakla beraber Azotobacter vielandi gibi toprak bakterilerinde ve bazı Pseudomonas türlerinde de aljinata benzeyen hücre dışı polimerik maddeler belirlenmiştir. Aljinat, kahverengi deniz alginin kuru maddesinin %40’ını oluşturur ve hücre içi matrikste sodyum, kalsiyum,magnezyum,stronsiyum ve baryum iyonları içeren bir jel halinde bulunur. Alg dokularındaki temel işlevinin dokulara dayanıklılık ve elastikiyet vermek olduğu bilinmektedir. Aljinik asitin sodyum tuzlarının biyoteknolojik uygulamalarda immobilizasyon materyali olarak kullanılmasının yamsıra su tutucu, jel oluşturucu, viskoziteyi artırıcı ve stabilize edici ozelliklerinden dolayı sanayide de yaygın olarak kullanılmaktadır. Molekiil olarak aljinat düz zincir yapıda (1->4) bağlı ß -D mannuronik asit ve α-L-guluronik asit ünitilerinden oluşan bir kopolimerdir. Aljinik asitin yapısında 3 değişik polimerik yapı vardır. Bunlar temel olarak D-mannuronik asit üniteleri, guluronik asit üniteleri ve mannuronik asit ve guluronik asit ünitelerini karışık olarak içeren yapılardır. Bu monomerler glikozidik bağ ile bağlanarak polimerik yapıyı oluşturmaktadır. Aljinik asitin en önemli özelliği sodyum gibi +1 değerlikli katyonların varlığında düşük konsantrasyonlarda bile viskoz bir çözelti oluşturması; başta kalsiyum olmak üzere baryum, aluminyum ve stronsiyum gibi +2 değerlikli katyonların varlığında ise suda çözünmeyen bir jel oluşturmasıdır. Jel oluşumunun, polimer zincirindeki karboksil gruplarının kalsiyum iyonları ile iyonik köprü oluşturması ile veya kalsiyum iyonlarının her polimer çiftindeki hidroksil ve karboksil gruplan ile şelat oluşturması ile olduğu düşünülmektedir.

7.Materyaller ve Metot

Ortam İçeriği;

*(NH4)2SO4 0,9 gr / 50 ml

*(NH4) 0,5 gr / 50 ml

*KH2PO4 0,25 gr / 50 ml

*MgSO4 2HPO4 0,25 gr / 50 ml

*Maya ekstraktı 0,05 gr / 50 ml

*Glikoz 10 gr / 50 ml

Deneyde kullanılacak olan malzeme ve materyaller;

*1,5 gr CaCI3, *0,75 gr aljinat ,*0,66 gr kuru maya , *1 adet spatül , *4 adet 5 ml’lik pipet ,*2 petri kabı ,*10 ml distile saf su ,*50 ml distile su ,*Pamuk ,*Alüminyum folyo ,*Otoklav ,*Erlen, *Balık (manyetik karıştırıcı) ,*pH metre

6

*Yukarıda içeriği verilen ortam bileşikleri tartılarak , 50 ml distile su içerisinde çözdürüldü.

*0,75 gr aljinat 15 ml distile su içinde bir erlende çözdürüldü.

*50 ml %3 CaCl2 çözeltisi,distile su kullanılarak hazırlandı.

*Ticari kurutulmuş Saccharomyces cerevisia hücrelerini süspanse hale getirmek için 10 ml distile su bir erlen içine konuldu.

*Oluşacak aljinat kürelerin gerektiğinde saklanabilmesi için erlen içinde %0,2’lik 25 ml maya ekstraktı çözeltisi hazırlandı.

*Üretim ortamının hazırlandığı biyoreaktör,1 adet spatül,4 adet 5 ml pipet,%2’lik 25 yeast ekstrakt çözeltisi,2 petri kabı,%3 kalsiyum klorür çözeltisi,10 ml distile su, 0,75 gr aljinat içeren 15 ml çözelti,50 ml saf su otoklav için hazırlandı.Bunun için erlenlerin ağızları pamuk ve folyo ile kapatıldı,petri ve spatül folyoya sarılarak hazır hale getirildi.

*Malzemeler 121°C 15 dk otoklavda sterilize edildi.

*Steril şartlar bozulmadan spatül ve petri yardımı ile alev başında 0,66 gr maya tartıldı ve steril 10 ml distile su içinde çözüldü.

*15 ml aljinat çözeltisi ile 10 ml maya içeren çözelti karıştırıldı,bu karıştırma sonucu maya içeren %3’lük aljinat çözeltisi hazırlanmış oldu.Bu çözelti iyice karıştırıldıktan sonra pipet ile çekilerek 50 ml %3 kalsiyum çözeltisine damlatılmaya başlandı ve kürelerin oluştuğu gözlendi.

*Küreler oluşturulduktan sonra steril distile su ile yıkanıp biyoreaktör içerisine aktarıldı.

*Biyoreaktör 30 °C de çalışmakta olan inkübatör içine yerleştirildi ve etanol üretimine başlandı.

8.Bulgular

Metabolize Edilen Glikoz ve Üretilen Etanol Miktarları ile Verim Hesaplamaları :

C6H12O6 ------------> 2C2H5OH + 2CO2

Yukarıdaki denkleme göre glikozdan etanol ve karbondioksit oluşumunu gösteren reaksiyonun denklemidir. Bu reaksiyonun yardımı ile gerekli olan hesaplamalar yapılabilir. Deneyde hazırlamış olduğumuz 50 ml’lik %3’lük kalsiyum klorür çözeltisine, kontaminasyon riskinden dolayı steril şartlar altında alev başında hazırladığımız maya içeren %3’lük aljinat çözeltisini damlatıp kürelerin oluştuğu saptanmıştır. Daha son erlenlerin ağızlarını pamuk ve folyo ile kapatıp oda sıcaklığında beklemeye bıraktık. Her gün yeni ölçümler yaparak oluşan etanol ve karbondioksit miktarları tespit edilmiştir. Bu noktada daha öncede belirttiğimiz verimlik hesaplarını hatırlayalım ;

Efektif verim, % = P/ SoP: fermentasyon sonunda olusan etanol/polisakkarit, g/l

7

So: baslangıçta ortamda bulunan glikoz, g/l

Dönüsüm verimi, %= P / So-SP: fermentasyon sonunda olusan etanol/polisakkarit, g/lSo: baslangıçta ortamda bulunan glikoz, g/lS: fermentasyon sonunda kullanılmadan kalan glikoz, g/l

Seker verimi, fermentasyon sonunda kalan sekerin başlangıçtaki seker miktarına oranıdır.Seker verimi, % = So-S / SoSo: baslangıçta ortamda bulunan glikoz, g/lS: fermentasyon sonunda kullanılmadan kalan glikoz, g/l

Hacimsel verimlilik, birim zamanda olusan pullulan miktarı olarak tanımlanmıstır ve etanol olusum hızını göstermektedir.Verimlilik (g/l/h)= Pt / tPt: belirli bir t saatinde ortamda bulunan etanol konsantrasyonut: süre (saat)buradaki verim hesaplarını tablo 8.1 de görülen tartım sonuçlarına göre hesaplayabiliriz.

1.GÜN 188,230

2.GÜN 186,177

3.GÜN 185,876

4.GÜN 185,547

5.GÜN 185,465

Tablo 8.1 alınan tartım sonuçları

Hergün ölçtüğümüz yeni değerlerimiz metabolize edilen glikoz miktarını hesaplayabiliriz. Tepkimeye göre etanol ve karbondioksit 2 mol glikoz ise 1 moldür. Bulunan değerler etanol ve karbondioksit değerleridir.Glikoz değeri ise bu değerlerin yarısı kadardır.Gereken işlemler yapılıp metabolize edilen glikoz miktarını ve verimini bulalım.

*Grafiğimizi elde ederken yalnızca efektif verimden yaralanacağız.

2.gün sonunda ki ağırlık değişimi: 188,230-186,177=2,053 gr

Üretilen etanol miktarı : 2,053 gr

Salınan karbondioksit miktarı : 2,053 gr

Metabolize olan glikoz miktarı :2,171 gr/2=1,0265 gr

Verim : Ürün/substrat miktarı : 2,053/10 =0,2053( substrat glikoz başlangıçta 10mg olarak alınmıştır )

8

Verimlilik : (Ürün / Zaman) * 100=(2,053/24)*100=% 8,5562 g/sa

3.gün sonunda ki ağırlık değişimi :186,177-185,876=0,301 gr

Üretilen etanol miktarı :0,301gr

Salınan karbondioksit miktarı: 0,301 gr

Metabolize olan glikoz miktarı:0,301/2=0,1505gr

Verim : Ürün/substrat miktarı :0,301/10=0,0301 gr

Verim : (Ürün/Zaman)*100 = (0,301/24)*100 =%0,1254 gr/sa

4.gün sonunda ki ağırlık değişimi: 185,876-185,547=0,329gr

Üretilen etanol miktarı:0,329 gr

Salınan karbondioksit miktarı: 0,329 gr

Metabolize olan glikoz miktarı:0,329 gr/2=0,1645 gr

Verim : Ürün/substrat miktarı :0,329/10=0,0329gr

Verim : (Ürün/Zaman)*100 =(0,329/24)*100=%1,3708

5.gün sonunda ki ağırlık değişimi :185,547-185,465=0,082

Üretilen etanol miktarı:0,082 gr

Salınan karbondioksit miktarı: 0,082gr

Metabolize olan glikoz miktarı:0,082 gr/2=0,041 gr

Verim : Ürün/substrat miktarı :0,082/10=0,082 gr

Verim : (Ürün/Zaman)*100 =(0,041/24)*100=%0,1708

9

24 48 72 960

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Series1Linear (Series1)Series2

Grafik 8.1 verimlik zaman grafiği

0 0.5 1 1.5 2 2.50

20

40

60

80

100

120

f(x) = − 28.6403995817612 x + 79.5828732140292

Series2Linear (Series2)

Grafik 8.2: oluşan Co2 zaman grafiği

9. Tartışma

1)Hücre immobilizasyonu ve enzim immobilizasyonu arasındaki farklılıklar nelerdir ?

Enzim immobilizasyonunda her bir enzimin farklı sıcaklık pH ve basınç aralıklarında kendine has istekleri bulunmaktadır. Hücre immobilizasyonunda ise hücreler belli bir ph aralığında optimum sıcaklıkta max verim vermektedir.

2) İmmobilizasyon – üretim kinetiği ilişkisini araştırınız

İmmobiliza hücreler ile Etil Alkol Üretimi Kinetigi

10

Giridhar ve Srivastava (2000) ve Telefoncu (1995) kinetik parametrelerin sayısal değerlerinin belirlenmesi üzerine yaptıkları çalısmada, kesikli sistemlerde ürün olusumunun, logaritmik ve durgun evre ile bunlar arasında yer alan yavaşlama evresinde gerçeklestigini bildirmistir. Arastırmacılar ürün olusum kinetiğini Leudeking-Piret modeli ile göstermistir. Bu modelde ürün olusum kinetigi, dP dX= S + U X seklinde ifade edilmektedirBurada;P: Etil alkol miktarı (g/L),S: Logaritmik fazda (büyümeye baglı) gram biyokütle tarafından üretilen gram etil alkol miktarı veU: Durgun fazda (büyümeden bagımsız) gram biyokütle tarafından üretilen gram etil alkol miktarıdır. Bu model mikrobiyel metabolitlerin birincil (ürün olusum hızı, biyokütle üretim hızına baglıdır: U=0), ikincil (ürün olusum hızı ortamda mevcut biyokütle konsantrasyonuna baglıdır: S=0) ve karısık (ürün olusum hızı, büyüme hızına ve ortamda mevcut biyokütle konsantrasyonuna baglıdır: S=0 ve U=0) olarak sınıflandırılmasına olanak vermektedir. S ve U sırası ile logaritmik (büyümeye bagımlı) ve durgun (büyümeden bagımsız) fazlarda ürün olusumunu içeren sabitlerdir (Giridhar ve Srivastava, 2000; Alvarez ve ark., 2004). Gaden (2000) fermantasyon işlemlerinin kinetik açıdan 3 grup altında toplanabilecegini bildirmistir.Tip 1: Bu tip fermantasyon isleminde ana ürün birincil enerji metabolizması sonucu ortaya çıkmaktadır. Örnek olarak; mayaların aerobik olarak çoğalması kütlesel hücre artısı), alkol fermantasyonu, glikozun glukonik aside oksidasyonu ve sekerlerin laktik aside parçalanması verilebilir.Tip 2: Ana ürün enerji metabolizmasının reaksiyonlarından indirekt olarak olusmaktadır. Bu tip fermantasyon isleminde ürün karbon kaynagının direkt oksidasyonu sonucu olusmaz ancak bazı yan ürün reaksiyonları veya direkt metabolik ürünler arasındaki reaksiyonlar sonucunda olusur. Örnek olarak; sitrik asit olusumu ve bazı aminoasitlerin olusumu verilebilir.Tip 3: Ana ürün enerji metabolizması sonucu olusmaz. Ancak, bağımsız olarak hücreler tarafından biriktirilir. Örnek olarak antibiyotik sentezi verilebilir. Bu fermantasyon tipleri ürün olusum hızı bakımından oldukça farklılık gösterir. I. tip fermantasyon isleminde, sadece bir maksimum hız görülür ve bu tip fermantasyon islemlerinde ürün olusumu büyümeye bagımlıdır. ikinci tip fermantasyon isleminde iki maksimum hız görülür. Birinci evrede ürün olusumu daha azdır. _kinci evrede ise ürün olusum hızı maksimumdur. Üçüncü tip fermantasyon isleminde iki evre gösterilmesine karsın. I. Evrede enerji metabolizmasının tüm engelleri maksimumdur ve bu nedenle ürün oluşumu yok denecek kadar azdır. II. evrede ise ürün olusumu, yani ürün olusum hızımaksimumdur. Ürün olusum kinetikleri, ürün olusumu ve substrat tüketimi veya mikroorganizma büyümesi arasındaki basit sitokiyometrik iliskilerdir. Ürün oluşumu mikroorganizma büyümesi ile iliskilendirildigi zaman ürün olusum hızı (dP/dt):dP dX= Sdt dt seklinde yazılabilir (Monteagudo ve ark., 1997). Bu model büyümeye bagımlı model olarak adlandırılmaktadır ve ürün birincil metabolizmadan olusmaktadır (Gök, 1998). Alkol fermantasyonu bu sınıfa bir örnektir ve bu tür ürün olusum kinetikleri büyümeye bagımlı olarak adlandırılmaktadır (Monteagudo ve ark., 1997). Çogu fermantasyonlar ikincil metabolitleri içerir. _kincil metabolitler büyümeden bagımsız ürünler olarak adlandırılmaktadır ve ürün olusum kinetiği büyüme hızından bagımsızdır. Fermantasyonun sonuna kadar önemli miktarda ürün olusumu gözlenmez. Ürün olusumu durgun fazda veya durgun faza yaklaşırken olusur. Ürün olusumu yalnız hücre konsantrasyonuna baglıdır. Bu durumda ürünolusum hızı:dP= U Xdtn olarak ifade edilmektedir. Bu model büyümeden bagımsız model olarak adlandırılmaktadır ve ikincil metabolitler büyümeden bagımsız ürünlerdir(Monteagudo ve ark., 1997).Monteagudo ve ark., (1997) veRuggeriveark.,1988)’nınbildirdiklerinegöreLactobacillusdelbrueckii laktik asit bakterisi ile laktik asit fermantasyonları ileilgili yapılan çalısmalarda ürün olusum kinetigi için büyümeye bagımlı vebüyümeden bagımsız modellerin kombinasyonu kullanılmıstır. Buna göre, ürün olusum hızı;dP dX= S + U X modeli ile ifade edilmektedir.Laktik asit fermantasyonları laktik asit bakterileri tarafından gerçeklestirilir.

11

Bu bakterilerden bazıları sekerleri yalnız laktik aside parçaladıkları halde diğerleri laktik asit yanında diger bazı maddeler de olusturur. Bunlardan birincilerine homofermantatif laktik asit bakterileri digerlerine ise heterofermantatif laktik asit bakterileri denir. Lactobacillus delbrueckii homofermantatif bir laktik asit bakterisidir (Canbas, 1994). Yongqiang ve Dehua (2003), kesikli sistemde Candida krusei mayasının gliserol üretim kinetigi ile ilgili yaptıkları çalısmada, ürün olusum hızını belirlemek niçin Leudeking-Piret modelini kullanmıslardır. Özilgen ve ark (1991), spontan sarap üretimi kinetigi ile ilgili yaptıkları çalısmada, ürün olusum kinetigini, Leudeking-Piret modeli ile göstermislerdir. Ayrıca, bu modelin sadece saf kültür fermantasyonları için geçerli olduğunu belirtmisler ve S’yı bir degisken gibi düsünerek Leudeking ve Piret denklemini modifiye etmislerdir. Bu degisimde, fermantasyon ortamındaki mikroorganizmaların, alkol konsantrasyonuna baglı olarak degisiklik gösterdigi dikkate alınmıs ve Sdegeri ortamdaki etil alkol konsantrasyonu ile iliskilendirilmistir (S = So +S1 P + S2P2). Etil alkol konsantrasyonu ve S0, S1 ve S2 sabitleri toplam populasyonda yer alan mikroorganizmalara baglıdır. Saf kültür fermantasyonlarında mikroorganizmaların etil alkol üretimi S0’a esittir. S1 ve S2 parametreleri ise etil alkol konsantrasyonunun etkisini içermektedir. Luedeking-Piret modeli, etil alkol fermantasyonu dışındaki fermantasyonlarda da kullanılmıstır. Tamer ve ark. (1988) Saccharomyces cerevisiae ile Riboflavin üretim kinetigini, Kösebalaban (1991) asetik asit bakterileri tarafından sarapların bozulma kinetigini, Yöndem (1991) Saccharomyces cerevisiae ve Lactobacillus plantarum karısık kültürlerinin fermantasyon kinetigini, Özen (1991) Streptococcus thermophilus ve Lactobacillus plantarum karısık kültürünün laktik asit üretim kinetigini, Norton ve ark. (1994) immobilize Lactobacillus helveticus’un laktik asit üretim kinetigini ve Del Re ve ark. (2003) Rhizopus oligosporus ile nişasta atıklarının biyodönüsüm kinetiğini inceledikleri çalısmalarda ürün olusum kinetiğini Leudeking-Piret modeli ile hesaplamıslardır.dP dX= S + U Xdt dtesitliginin integrali alındıgında çözüm 1, modelin her iki tarafı 1/X ile çarpıldıgındaise çözüm 2 elde edilir. U X0Çözüm 1) P (t)= P0 + S X0 [eμ (tbt0) b 1 ] + [eμ (tbt0) b 1 ]i1 dP 1 dXÇözüm 2) = S + UX dt X dt3)Poroz büyüklüğünün immobilizasyona etkileri neler olabilir ?

Tüm immobilize katalaz örnekleri arasında en yüksek katalitik etkinlik (kcat/Km) 1,7x106 s-1M-1 olarak gözenek büyüklüğü 70 nm olan CPG’ye doğrudan immobilize edilen katalaz örnekleri için bulunmuştur. 50ºC’de yarı ömrü (t1/2) uzun ilk üç immobilize katalaz sırasıyla florisile doğrudan (6,2sa.), CPG’ye doğrudan (5,2 sa.) ve Eupergit C’ye (4,8 sa.) immobilize edilen katalaz örnekleridir. CPG’ye ve Eupergit C’ye immobilize edilen katalaz örneklerinin 5ºC’deki depolama kararlılıklarının diğerlerinden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. CPG’ye doğrudan immobilize edilen katalaz örneklerinin başlangıç aktivitelerinin % 50’si kalıncaya kadarki koşullar için sürekli reaktördeki en yüksek aktivite toplamının (69,7x105 U/g immobilize katalaz) kesikli reaktördeki en yüksek aktivite toplamından (6,2x105 U/g immobilize katalaz) 11 kat daha fazla olduğu saptanmıştır.

4)Hücre immobilizasyonunda aljinat dışında hangi taşıyıcı maddeler kullanılabilir ? Model sistemlerden örnek veriniz.

Karagenen: Kıvam artırıcı.etilen klorohidrin oluşumu sebebi ile yüksek kanserojen,ülser ve zehirlenme riski taşıyan 407 nolu kimyasal maddedir.

Xanthan : Ksantan zamkı olan bir polisakkarit bakteriyel kat türetilmiş, Xanthomonas campestris olarak kullanılan gıda katkı maddesi ve reoloji değiştiricisi, genellikle bir gıda kalınlaştırma maddesi (salata soslarında, örneğin) ve bir sabitleyici (kozmetik ürünleri olarak kullanılan, örneğin,) ayrılmasını önlemek için maddeler. Bu tarafından

12

üretilen fermentasyon arasında glukoz , sakkaroz  ya da laktoz ileXanthomonas campestris bakteridir. Bir fermantasyon sürecinden sonra polisakkarid bir büyüme ortamı ile çöktürülür izopropil alkol ince bir toz halinde kurutulur.Daha sonra, bu sakız oluşturmak üzere bir sıvı ortam ilave edilir.

Kapa:

Agar:  su yosunlarından elde edilen bir tür jelatindir. Kelime olarak Malayca "jel" anlamına gelen "agar-agar" kelimesinden gelmektedir.Agar, mikrobiyolojik testlerde, dişçilikte, elektrokimyada, formikaryum yapımında (deneysel karınca evi) vs. alanlarda malzeme olarak kullanılmaktadır. Agar, çorba, dondurma ve jöleli yiyeceklerde kıvam artırıcı olarak kullanılır. Anmitsu ve Mizuyōkan gibi geleneksel Japon yiyeceklerinin imalatında kullanılır.

Agaroz; agarın yüksüz tarafını oluşturan ve 120 kda ağırlığında olan kısmı [yüklü gruplar barındıran tarafı agaropektindir]. -3)d-galaktopiranoz-(beta1-4)-3,6an-l-galaktopiranoz(alfa1- tekrarlayan altbirimlerinden oluşur, ayrıca zincirin bazı yerlerinde iyonize halde sülfat ve piruvat molekülleri de bulunabilir. elektroforezde, jel filtrasyon kromatografisinde veafinite kromatografisinde sıkça kullanılır.

Jelatin; (Fransızca gélatine), hayvan bağ dokusundan yapılan, yarı şeffaf, renksiz, kolay kırılır, tatsız katı bir maddedir.Genellikle yiyecek sanayisinde yiyeceklerin dayanıklılığını arttırmak için kullanılır. Bunun yanında, eczacılık, fotoğrafçılık ve kozmetikte de ürün yapımında kullanılır. Bu ürünler genellikle jelatin veya jelatine benzer özellikte maddeler içerir.

Selüloz; (C6H10O5)n, bitkilerde hücre yapısının büyük bir bölümünü oluşturan kâğıt, yapay ipek ve patlayıcı maddelerin yapımında kullanılan birkarbonhidrattır.

Kollajen ;(bazen kolajen veya kollojen olarak da anılır) hareket sisteminin yapı taşlarını, özellikle kemik, kıkırdak, lif ve eklemleri oluşturan protein. Bu protein birbiri üzerine sarılmış üç alfa zincirinden meydana gelir. 19 tane değişik tipi tanımlanmış olup, tip I, tip II şeklinde isimlendirilir. Bu çeşitlilik moleküler yapıdan kaynaklanmaktadır. Kollajenin ana molekülü tropokollajendir. Tropokollajenler de hücrenin içinde üretilen prokollajenlerden oluşur.

5)Endüstriyel immobilizasyonda ki güncel gelişmeler nelerdir ?

Cevap: bioetanol üretiminde immobilizasyon tekniği ile daha cok etanol üretiminin gerçekleşmesi

Pullulan üretiminde pullulan maddesinin seri ve daha dayanıklı bir bizimde üretilmesi , Proses ve ilk süreç masraflarının azalması , Daha az insan gücü kullanılması,

6)Difüzyon katsayısı nedir ,nasıl hesaplanır ? Yaptığınız deney üzerinde örnekleyerek açıklayınız.

Difüzyon katsayısı; birim yüzey arasından intikal eden malzeme miktarının, bu yüzeye dikey konsantrasyon gradiyentinine oranıdır. Bu katsayı bilindiginde, difüze olan bir sistem için konsantrasyonlar ve intikal oranları matematik analizle saptanabilir.

x eksenine paralel bir sabit difüzyon durumunda, p difüze olan cismin yoğunlugu ve q de birim sürede x eksenine dikey bir düzlemde bir birim alan arasından akan kitle ise, yogunluk gradieni dp/ dx ve q nün buna oranı,difüzyon katsayısı olur. Yukarda söylenmis olanlardan bu oran, ortadaki gradien ve akış ne denli küçük olursa olsun, sınırlı kalır ve her ölçüde bir ilk yaklaşıklık olarak, bahis konusu miktarlarda bunun sabit olduğunu

13

varsaymak doğaldır.Moleküllerin akışının, moleküllerin konsantrasyon gradineti ile ilişkili olduğunu gösterebiliriz. Bu amaçla hazırlanmış bir şekil gösterilmiştir. z = 0 da A alanından geçen moleküller ortalama serbest yolu boyunca hareket ederler. Bu nedenle, Moleküllerin kaynak noktasındaki Sayısal yoğunlukları 

z = - l de N(z) dir. Bu sayısal yoğunluk yaklaşık olarak

N(- l) = N(0) - l(dN/dz)o

kadardır. Buradaki 0 alt indisi z = 0 da hesaplanabilecek gradienti gösterir. Böylece Dt zaman aralığında soldaki hayali pencer üzerinden gelen çarpmaların ortalama sayısı(1/4)N(-l) AoDt kadar olup, soldaki moleküller tarfından sağlanan soldan sağa akış J(L --> R)

J(L --> R) = (1/4)N(- l)

dır. Sağdan sola akan, z = + l deki moleküllerin sayısal yoğunluğu N(l) dir. Böylece;

J(L <--R) = (1/4)N(l)

dir. z = + l deki ortalama sayısal yoğunluk

10.Kaynaklar : KALSiYUM ALJiNATTA iMMOBiLiZE EDiLMeSi Aureobasidium pullulans P56

HÜCRELERi iLE PULLULAN ÜRETim OPTiMiZASYONU Zümrüt ÜRKÜT Selçuk üniversitesi Gıda Mühendisligi Anabilim Dalı

EMiR ÜZÜMÜNÜN SARABA iSLENMESiNDE SICAKLIGIN VE MAYA SUSUNUN ETiL ALKOL FERMANTASYONU KiNETiGiNE ETKiSi Aysun SENER ÇUKUROVA ÜNİVERİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ TANER YILMAZ taşınım ve özellikleri ders notları

14

http://taner.balikesir.edu.tr/dersler/fiziksel_kimya/tasinim_ozellikleri.htm FERMENTASYONLA ETANOL ÜRETİMİNDE ETANOL VERİMİNİN ARTTIRILMASI

Dilek SOYUDURU YÜKSEK LiSANS TEZi KiMYA muhendisligi

Alternatif Bir Enerji Kaynağı Olara Biyoetanol (Bioethanol as an Alternative Energy Source) Mustafa YİĞİTOĞLU*, Murat İNAL, Murat GÖKGÖZ Kırıkkale Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Kimya Bölümü, 71450, Yahşihan, Kırıkkale *E-mail: mustafa_yigitoglu@mynet.com

Wikipedia özgür sözlük www.wikipedia.com

15