Sodyum aljinat-aşı-poli(N-vinil-2-pirolidon)'a immobilize edilmiş bazı maya türlerinden biyoetanol üretimi

Abstract

Sodyum aljinat-aşı-poli(N-vinil-2-pirolidon) matriks, biyouyumlu, biyolojik olarak parçalanabilen, toksik olmayan, hidrofilik, şelat oluşturabilme ve jelleşebilme gibi özelliklerinden dolayı, biyoetanol üretimi için bir mikroorganizma taşıyıcı materyal olarak geliştirildi. Kalsiyum klorür ile çapraz bağlanan matriks Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus ve Kluyveromyces marxianus mayalarının immobilizasyonu için kullanıldı. Maya immobilizasyonu için en uygun kalsiyum klorür derişimi %2,5 (w/v) olarak bulundu. Boş ve maya immobilize sodyum aljinat ve sodyum aljinat-aşı-poli(N-vinil-2-pirolidon) kürelerin morfolojisi ve iç yapısı oda sıcaklığında taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ile incelendi. Geleneksel sodyum aljinat matriks ile karşılaştırıldığında sodyum aljinat-aşı-poli(N-vinil-2-pirolidon) matriksin biyoetanol üretim hızının arttığı ve daha verimli olarak kullanılabileceği tespit edildi. Biyoetanol üretim performansı başlangıç glikoz derişiminden ve fermantasyon ortamındaki immobilize maya kürelerin yüzdesinden etkilenmektedir. Biyoetanol üretim hızının, Saccharomyces cerevisiae ve Saccharomyces bayanus için glikoz derişiminin 50 g/L'den 100 g/L'ye; Kluyveromyces marxianus için 50 g/L'den 150 g/L'ye çıkarılması ile arttığı bulundu. Glikoz derişimi daha fazla arttırıldığı zaman, biyoetanol üretim hızı yavaşladı. Fermantasyon ortamındaki immobilize maya kürelerinin oranı %10'dan %20'ye çıkarıldığı zaman, biyoetanol üretim hızının arttığı gözlemlendi. Sodyum aljinat-aşı-poli(N-vinil-2-pirolidon) matrikse immobilize mayalar aktivitesini kaybetmeden altı kez tekrarlanan fermantasyon boyunca kullanıldı. Maya immobilizasyonu için önerilen sodyum aljinat-aşı-poli(N-vinil-2-pirolidon) matriksin, biyoetanol üretim sürecinde endüstriyel uygulamalarda kullanılma potansiyeline sahip olduğu belirlendi.

Sodium alginate-graft-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) matrix was developed as a microorganism carrier support for bioethanol production owing to its biocompatible, biodegradable, non-toxic, hydrophilic, chelating able and gelable properties. The matrix that crosslinked with calcium clorid was used for immobilization of yeasts such as Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces bayanus and Kluyveromyces marxianus. The most suitable calcium chloride concentration for yeast immobilization was found at 2,5% (w/v). The scanning electron microscope (SEM) images were examined for the morphology and inside structure of empty and yeast immobilized sodium alginate and sodium alginate-graft-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) spheres at room temperature. Sodium alginate-graft-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) matrix compared with conventional sodium alginate matrix have been identified which increased productivity of bioethanol and can be used more efficiently. The production performance of bioethanol has been affected by initial glucose concentration and percentage of immobilized yeast spheres in the fermentation medium. The productivity of bioethanol has increased when the glucose concentration was increased from 50 to 100 g/L for Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces bayanus; from 50 to 150 g/L for Kluyveromyces marxianus. When the concentration of glucose was increased more than, the productivity of bioethanol has decreased. When the rate of immobilized yeast spheres in the fermentation medium was increased from 10% to 20%, the productivity of bioethanol has increased. The yeast immobilized into the sodium alginate-graft-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) matrix can be used six repeated fermentation without losing their activity. The proposed sodium alginate-graft-poly(N-vinyl-2-pyrrolidone) matrix for immobilization of yeasts has used potential in industrial applications of the bioethanol production process.