Yüksek Miktarlarda Şeker Pancarı Melasının Hidrojen ve 5-Aminolevulinik Asit Üretimi için Substrat Olarak Değerlendirilmesi

Şeker pancarı melası değerli bir hammaddedir ve sükroz başta olmak üzere yüksek miktarda şeker içerir. Bu nedenle, mikroorganizmalar tarafından son derece değerli kimyasalların üretimi için substrat olarak kullanılabilir. Bu çalışmada, Rhodobacter sphaeroides O.U.001'in çoğalması ile hidrojen ve 5-aminolevulinik asit (5-ALA) üretimlerini arttırıp arttırmadıklarını araştırmak için ilk kez oldukça yüksek melas konsantrasyonları test edilmiştir. İlk önce, şeker içeriği 34 g/L, 41 g/L, 48 g/L, 55 g/L ve 61 g/L olan beş farklı ortam, melas kullanılarak hazırlandı. Daha sonra, kesikli süreçlerle, bu ortamlarda bakteri çoğalması ile hidrojen ve 5-ALA üretimleri incelenmiştir. Sonuç olarak, bugüne kadarki en yüksek hücre çoğalması (OD660: 9.26, 4.54 g cdw/L), 34 g/L şeker içeren ortamda elde edildi. Benzer şekilde, aynı çoğalma kültüründe bugüne kadarki en yüksek miktarda 5-ALA (37.44 mM) elde edildi. Bu önemli gelişmelere ek olarak, 34 g/L şeker içeren ortamdan maksimum 21.02 mL (0.42 L H2/L) hidrojen toplanmıştır. Sonuç olarak, 34 g/L'lik bir şeker konsantrasyonunun kullanılması, şimdiye kadarki en yüksek bakteri üremesini ve 5-ALA oluşumunu sağladı. Ayrıca, önemli miktarda hidrojen üretimini de destekledi. 

Evaluation of High Concentrations of Sugar Beet Molasses as Substrate for Hydrogen and 5-Aminolevulinic Acid Productions

Sugar beet molasses is a valuable raw material and it contains high amount of sugar especially sucrose. Therefore, it could be used as substrate for the generation of highly valuable chemicals by microorganisms. Here, considerably high concentrations of molasses were tested for the first time to investigate if they could enhance the growth of Rhodobacter sphaeroides O.U.001 and generations of hydrogen and 5-aminolevulinic acid (5-ALA). Firstly, five distinct growth cultures having sugar contents of 34 g/L, 41 g/L, 48 g/L, 55 g/L and 61 g/L were made ready using molasses. Then, in batch processes, bacterial growth and generations of hydrogen and 5-ALA were investigated in these media. As a result, the highest cell growth (OD660: 9.26, 4.54 g cdw/L) to date was achieved in 34 g/L sugar containing medium. Similarly, the highest quantity of 5-ALA (37.44 mM) to date was attained in the same growth culture. In addition to these significant improvements, at maximum 21.02 mL (0.42 L H2/L) of hydrogen was collected from 34 g/L sugar containing medium. To conclude, using a sugar concentration of 34 g/L yielded the highest bacterial growth and 5-ALA generation so far. And, it also supported the generation of considerable amount of hydrogen.          

___

  • Menon, V. and Rao, M. (2012). Trends in bioconversion of lignocellulose: Biofuels, platform chemicals & biorefinery concept. Prog. Energ. Combust., 38, 522-550.
  • Genç, N. (2011). Evaluation of biohydrogen production potential of wastes. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 17(2), 63-77.
  • Argun, H., Gökfiliz, P. and Karapinar, I. (2017). Biohydrogen production potential of different biomass sources. In A. Singh and D. Rathore (Eds.), Biohydrogen production: Sustainability of current technology and future perspective (pp. 11-48). New Delhi: Springer.
  • Şentürk, İ. G. and Büyükgüngör, H. (2010). An examination of used different waste materials and biohydrogen production methods. Sigma, 28, 369-395.
  • Wettstein, S. G., Alonso, D. M., Gürbüz, E. I. and Dumesic, J. A. (2012). A roadmap for conversion of lignocellulosic biomass to chemicals and fuels. Curr. Opin. Chem. Eng., 1, 218-224.
  • Ahmad, F. B., Zhang, Z., Doherty, W. O. S. and O'Hara, I. M. (2019). The outlook of the production of advanced fuels and chemicals from integrated oil palm biomass biorefinery. Renew. Sust. Energ. Rev., 109, 386–411.
  • Westermann, P., Jorgensen, B., Lange, L., Ahring, B. K. and Christensen, C. H. (2007). Maximizing renewable hydrogen production from biomass in a bio/catalytic refinery. Int. J. Hydrogen Energy, 32, 4135-4141.
  • Ni, M., Leung, D. Y. C., Leung, M. K. H. and Sumathy, K. (2006). An overview of hydrogen production from biomass. Fuel Process. Technol., 87, 461-472.
  • Kars, G., Gündüz, U., Rakhely, G., Yücel, M., Eroğlu, İ. and Kovacs, K. L. (2008). Improved hydrogen production by hydrogenase deficient mutant strain of Rhodobacter sphaeroides O.U.001. Int. J. Hydrogen Energy, 33(12), 3056-3060
  • Heo, J. B., Lee, Y. S. and Chung, C. H. (in press). Raw plant-based biorefinery: A new paradigm shift towards biotechnological approach to sustainable manufacturing of HMF. Biotechnol. Adv. doi: 10.1016/j.biotechadv.2019.107422.
  • Kars, G. and Ceylan, A. (2013). Biohydrogen and 5-aminolevulinic acid production from waste barley by Rhodobacter sphaeroides O.U.001 in a biorefinery concept. Int. J. Hydrogen Energy, 38, 5573-5579.
  • Kang, M. S., Kim, D. M., Kim, J. S. and Jeong, J. H. (2005). Synthesis of 5-aminolevulinic acid (ALA) and its t-butyl ester for the fluorescence detection of early cancer. Arch. Pharm. Res., 28(10), 1111-1113.
  • Sasaki, K., Watanabe, M., Tanaka, T. and Tanaka, T. (2002). Biosynthesis, biotechnological production and applications of 5-aminolevulinic acid. Appl. Microbiol. Biotechnol., 58, 23-29.
  • Kars, G. and 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. Int. J. Hydrogen Energy, 38, 14488-14494.
  • Taşkın, M. and Alkan, M. (2019). Sector report-2018, Report, Turkey Sugar Factories Inc., Ankara, Turkey.
  • Biebl, H. and Pfennig, N. (1981). Isolation of member of the family Rhodosprillaceae. In M. P. Starr, H. Stolp, H. G. Trüper, A. Balows and H. G. Schlegel (Eds.), The prokaryotes (pp. 267-273). New York: Springer.
  • Sasaki, K., Tanaka, T., Nishizawa, Y. and Hayashi, M. (1990). Production of a herbicide, 5-aminolevulinic acid, by Rhodobacter sphaeroides using the effluent waste from an anaerobic digestor. Appl. Microbiol. Biot., 32: 727-731.
  • Kars, G. and Gündüz, U. (2010). Towards a super H2 producer: Improvements in photofermentative biohydrogen production by genetic manipulations. Int. J. Hydrogen Energy, 35, 6646-6656.
  • Akköse, S., Gündüz, U., Yücel, M. and Eroğlu, İ. (2009). Effects of ammonium ion, acetate, and aerobic conditions on hydrogen production and expression levels of nitrogenase genes in Rhodobacter sphaeroides O.U.001. Int. J. Hydrogen Energy, 34, 8818-8827.
  • Uyar, B., Eroğlu, İ., Yücel, M., Gündüz, U. and Türker, L. (2007). Effect of light intensity, wavelength and illumination protocol on hydrogen production in photobioreactors. Int. J. Hydrogen Energy, 32(18), 4670-4677.
  • Mauzerall, D. and Granick, S. (1956). The occurrence and determination of d-aminolevulinic acid and porphobilinogen in urine. J. Biol. Chem., 219, 435-446.
  • Waligorska, M., Seifert, K., Szymanska, K. and Łaniecki, M. (2006). Optimization of activation conditions of Rhodobacter sphaeroides in hydrogen generation process. J. Appl. Microbiol., 101, 775-784.
  • Kars, G. and Emsen, A. (2019). Hydrogen generation by Rhodobacter sphaeroides O.U.001 using pretreated waste barley. Cumhuriyet Sci. J., 40(2), 414-423.
  • Kamiyama, H., Hotta, Y., Tanaka, T., Nishikawa, S. and Sasaki, K. (2000). Production of 5-aminolevulinic acid by a mutant strain of a photosynthetic bacterium. Seibutsu Kogaku Kaishi, 78, 48-55.
  • Sasaki, K., Tanaka, T., Nishizawa, Y. and Nagai, S. (1993). Effect of pH on the extracellular production of 5-aminolevulinic acid by Rhodobacter sphaeroides from volatile fatty acid. Biotechnol. Lett., 15(8), 859-864.
International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2008
  • Yayıncı: Marmara Üniversitesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Polihedral Küme-Değerli Dönüşümlerin Yardımıyla Bir Eşitsizlik Sisteminin Çözülebilirliği Üzerine

Özkan DEĞER

Nikel Kaplanmış Alüminyum Levhaların Sürtünme Karıştırma Nokta Kaynağı ile Birleştirilebilirliğinin İncelenmesi

Murathan KALENDER, Halil ULUPINAR, Yahya BOZKURT

İnşaat Proje Yönetiminde Sağlık ve Güvenlik Yönetim Sistemlerinin Kullanımı İçin Bir Yöntem

Burak BİÇKES, Emre GÜRCANLI

Yazılım Projelerinde Fazla Mesainin Proje Ekibi ve Projenin Yönetimine Etkisi

Merve PINAR, Büşra BÜYÜKTANIR, Şura EMANET, Buket DOĞAN

1500 V DC Beslemeli Raylı Sistemlerde Gerilim Harmoniği Probleminin AGT Tabanlı Paralel Aktif Güç Fitresi ile Çözümü

Mehmet Taciddin AKÇAY, İlhan KOCAARSLAN

Marmara Üniversitesi Başıbüyük Kampüsü'ndeki Elektromanyetik Alan Kirliliğinin Farklı Hava Koşullarına Göre Gaz Boşalım Görselleştirmesi Tekniği Kullanılarak Analizi ve Değerlendirilmesi

İbrahim ÖZTÜRK, Veysel Gökhan BÖCEKÇİ, Aynur AKAR

Yüksek Miktarlarda Şeker Pancarı Melasının Hidrojen ve 5-Aminolevulinik Asit Üretimi için Substrat Olarak Değerlendirilmesi

Gökhan KARS, Ümmühan ALPARSLAN

Helianthus annuus Yapraklarının İnfüzyon veya Dekoksiyon Özütleri: Pseudomonas aeruginosa’nın QS Sistemi ve Biyofilm Oluşumu Üzerine Potansiyel İnhibitörler

Arhun Ali BALKAN, Ayla YILDIZ, Didem BERBER, Barış GÖKALSIN, Cenk SESAL

Proje Karmaşıklığının Ölçümlenmesine Yönelik Bir Model Önerisi

Ezgi GÜRELER, Ayberk SOYER

Öz-eşlenik Zn, Ge, Se, Kr, Sr Çekirdeklerinin Nükleer Yapılarının İncelenmesi

Serkan AKKOYUN, Tuncay BAYRAM