Biyorafineri konseptiyle Rhodobacter sphaeroides O.U.001 ile biyolojik hidrojen ve bakteriyel karotenoid üretimi

Bu çalışmada biyorafineri konsepti ile şeker pancarı melasından mor kükürtsüz fotosentetik bir bakteri olan Rhodobacter sphaeroides O.U.001 ile biyohidrojen ve bakteriyel karotenoidin üretilmesi amaçlanmıştır. İlk önce, bakteri büyütmek için farklı şeker konsantrasyonlarında (10 g/L, 20 g/L, 30 g/L, 40 g/L, 50 g/L) besiyerleri hazırlandı. Daha sonra, hidrojen üretimi bu besiyerlerini kullanarak 100 mL’lik biyoreaktörlerde anaerobik koşullarda gerçekleştirildi. Biyoreaktörden hidrojen gazı toplandıktan sonra kalan bakterilerden karotenoid ekstraksiyonu gerçekleştirildi. Analizler sonucunda, artan şeker konsantrasyonu ile elde edilen biyohidrojen miktarı ve bakteriyel karotenoid miktarının ters orantılı olduğu bulundu. En yüksek hidrojen üretimine 10 g/L şeker içeren besiyerinde görüldü (19,18 mL). Gaz kromatografisi analiz sonuçlarına göre toplam gaz içerisinde hidrojen miktarı %23,6 civarında tespit edilmiştir. En yüksek karotenoid verimi yine 10 g/L şeker içeren besiyerinde çoğaltılan bakterilerden elde edilmiştir (3,12 mg/g, karotenoid/kuru biyokütle). Sonuç olarak, bu çalışma uygun maliyetle elde edilen melasın kullanılmasıyla yüksek katma değerli iki ürünün biyorafineri yaklaşımı ile başarıyla gerçekleştirilmesi adına bir örnek sunmaktadır.

Production of biological hydrogen and bacterial carotenoids with Rhodobacter sphaeroides O.U.001 in a biorefinery concept

In this study, the goal was to produce biohydrogen and bacterial carotenoids with Rhodobacter sphaeroides O.U.001, a purple non-sulfur photosynthetic bacterium, utilizing sugar beet molasses in the context of biorefinery. First, media with different sugar concentrations (10 g/L, 20 g/L, 30 g/L, 40 g/L, 50 g/L) were prepared for bacterial growth. Then, hydrogen production was carried out using these media in anaerobic conditions in 100 ml bioreactors. After hydrogen gas was collected from the bioreactors, carotenoid extraction was performed from the remaining bacteria. As a result of the analyzes, it was found that the amount of biohydrogen and the amount of bacterial carotenoids obtained were inversely proportional to the increased sugar concentrations. The maximum hydrogen formation was detected in the medium containing 10 g/L of sugar (19.18 mL). According to the results of gas chromatography analysis, the quantity of hydrogen in the total gas was found to be around 23.6%. The highest yield of carotenoids was again obtained from bacteria reproduced in a medium containing 10 g/L of sugar (3.12 mg/g, carotenoid/dry biomass). As a conclusion, this study provides an example for the successful realization of two high value-added products within a biorefinery approach by using molasses obtained at an affordable cost.

___

  • Chang S, Li J, Liu F. 2011. Continuous biohydrogen production from diluted molasses in an anaerobic contact reactor. Frontiers of Environmental Science and Engineering in China. 5(1):140-148. doi:org/10.1007/S11783-010-0258-2
  • Cherubini F, Jungmeier G. 2010. LCA of a biorefinery concept producing bioethanol, bioenergy, and chemicals from switchgrass. The International Journal of Life Cycle Assessment. 15(1):53-66. doi:org/10.1007/S11367-009-0124-2
  • Dursun N, Gülşen H. 2019. Biyohidrojen Üretim Yöntemleri ve Biyohidrojen Üretiminde Biyoreaktörlerin Kullanımı. Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 9(1):66-75. doi:org/10.21597/JIST.418445
  • Gu Z, Deming C, Yongbin H, Zhigang C, Feirong G. 2008. Optimization of carotenoids extraction from Rhodobacter sphaeroides. LWT - Food Science and Technology. 41(6): 1082-1088. doi:org/10.1016/J.LWT.2007.07.005
  • Kars G, Alparslan Ü. 2013. Valorization of sugar beet molasses for the production of biohydrogen and 5-aminolevulinic acid by Rhodobacter sphaeroides O.U.001 in a biorefinery concept. International Journal of Hydrogen Energy. 38(34):14488-14494. doi:org/10.1016/J.IJHYDENE.2013.09.050
  • Kars G, Ceylan A. 2019. Hydrogen generation by Rhodobacter sphaeroides O.U.001 using pretreated waste barley. Cumhuriyet Science Journal. 40(2):414-423. doi:org/10.17776/CSJ.524612
  • Kars G, Alparslan Ü. 2020. Unraveling optimum culture composition for hydrogen and 5-aminolevulinic acid production by Rhodobacter sphaeroides O.U.001. International Journal of Energy Applications and Technologies. 7(3):61-68. doi:org/10.31593/ijeat.738318
  • Kars G, Demirel Kars M, Obalı İ, Emsen A, Gündüz U. 2020. Investigation of Antioxidant and Cytotoxic Effects of Biotechnologically Produced Carotenoids from Rhodobacter sphaeroides O.U. 001. Gümüşhane Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi. 10(3):559-568. doi:org/10.17714/GUMUSFENBIL.597048
  • Kars G, Gündüz U. 2010. Towards a super H2 producer: Improvements in photofermentative biohydrogen production by genetic manipulations. International Journal of Hydrogen Energy. 35(13):6646-6656. doi:org/10.1016/J.IJHYDENE.2010.04.037
  • Keskin T, Hallenbeck PC. 2012. Hydrogen production from sugar industry wastes using single-stage photofermentation. Bioresource Technology. 112:131-136. doi:org/10.1016/J.BIORTECH.2012.02.077
  • Kiokias S, Oreopoulou V. 2006. Antioxidant properties of natural carotenoid extracts against the AAPH-initiated oxidation of food emulsions. Innovative Food Science & Emerging Technologies. 7:132-139. doi:org/10.1016/J.IFSET.2005.12.004
  • Liu S, Zhang G, Li X, Wu P, Zhang J. 2015. Enhancement of Rhodobacter sphaeroides growth and carotenoid production through biostimulation. Journal of Environmental Sciences. 33:21-28. doi:org/10.1016/J.JES.2015.01.005
  • Motohashi N, Wakabayashi H, Kurihara T, Takada Y, Maruyama S, Sakagami H, Nakashima H, Tani S, Shirataki Y, Kawase M, Wolfard K, Molnár J. 2003. Cytotoxic and multidrug resistance reversal activity of a vegetable, ‘Anastasia Red’, a variety of sweet pepper. Phytotherapy Research. 17(4):348-352. doi:org/10.1002/PTR.1144
  • Özgür E, Mars AE, Peksel B, Louwerse A, Yücel M, Gündüz U, Claassen PAM, Eroǧlu I. 2010. Biohydrogen production from beet molasses by sequential dark and photofermentation. International Journal of Hydrogen Energy. 35(2):511-517. doi:org/10.1016/J.IJHYDENE.2009.10.094
  • Özsoy Demiriz B, Kars G, Yücel M, Eroğlu İ, Gündüz U. 2019. Hydrogen and poly-β-hydroxybutyric acid production at various acetate concentrations using Rhodobacter capsulatus DSM 1710. International Journal of Hydrogen Energy. 44(32):17269-17277. doi:org/10.1016/J.IJHYDENE.2019.02.036
  • Sagir E, Alipour S, Elkahlout K, Koku H, Gunduz U, Eroglu I, Yücel M. 2018. Biological hydrogen production from sugar beet molasses by agar immobilized R. capsulatus in a panel photobioreactor. International Journal of Hydrogen Energy. 43(32):14987-14995. doi:org/10.1016/J.IJHYDENE.2018.06.052
  • Uyar, B, Eroğlu İ, Yücel M, Gündüz U, Türker L. 2007. Effect of light intensity,wavelength and illumination protocol on hydrogen production in photobioreactors. International Journal of Hydrogen Energy. 32(18):4670-4677.
  • Young A, Lowe G. 2001. Antioxidant and prooxidant properties of carotenoids. Archives of Biochemistry and Biophysics. 385(1):20-27. doi:org/10.1006/ABBI.2000.2149
Eurasian Journal of Biological and Chemical Sciences-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 2018
  • Yayıncı: Muhammet DOĞAN
Sayıdaki Diğer Makaleler

SARS-COV-2 enfeksiyonu olan hastalarda laboratuvar parametrelerin prognoz değeri

Adem KESKİN

Biyorafineri konseptiyle Rhodobacter sphaeroides O.U.001 ile biyolojik hidrojen ve bakteriyel karotenoid üretimi

Kübra DANIŞ, Buse Nur BİNGÖL, Gökhan KARS

Thymoquinone Prevents Valproic Acid-Induced Nephrotoxicity in Rat Kidney

Sebile AZİRAK, Deniz TAŞTEMİR KORKMAZ, Sedat BİLGİÇ, Meltem ÖZGÖÇMEN, Mehmet Kaya ÖZER

Asetil Salisilik Asit Solüsyonlarında Ön Çimlendirmenin Havuç Tohumlarının Tuz Stresi Altında Çimlenme ve Çıkışı Üzerine Etkileri

Cennet AKBIYIK, Hakan AKTAŞ

Bellis (fungisit)’in balıklarda total oksidan / antioksidan ve total sialik asit seviyeleri üzerine etkisi

Omar Mahmood MOHAMMED, Haci Ahmet DEVECİ, Gökhan NUR

Biochemical Laboratory Findings on COVID-19 Patients: Pathogen-Disease Relationship

Aysel GÜVEN, Ertugrul ALLAHVERDİ, Tülay ALLAHVERDİ, Meriç ÇOLAK

Effects of different nitrogen sources on invertase production by Aspergillus niger

Özden CANLI TAŞAR, Gani Erhan TAŞAR

Türkiye'nin Adana ve Osmaniye illerinde Callophrys mystaphia Miller, 1913 (Lepidoptera: Lycaenidae: Eumaeini)’nın İlk Kaydı

Erol ATAY, Zeynel CEBECİ, Mehmet ÇELİK

Drosophila melanogaster’in somatik hücrelerinde kobalt nanopartiküllerinin indüklediği genotoksisiteye karşı resveratrol’ün antigenotoksik etkisi

Ayşen Yağmur KURŞUN, Burcin YALCİN, Merve GÜNEŞ, Ghada TAGORTİ, Bülent KAYA

Investigation of antioxidant properties of olive leave extracts from Hatay by different extraction methods

Seda AĞÇAM, Gül OZYILMAZ