Cilt 15, Sayı 3, Sayfalar 233 - 241 2017-10-22

Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi
Bioutilization of Cheese Whey and Corn Steep Liqour by Heterotrophic Microalgae Crypthecodinium cohnii for Biomass and Lipid Production

Müge Isleten-Hosoglu [1] , Murat Elibol [2]

27 13

Endüstriyel faaliyetlerden elde edilen birçok farklı atık su ve yan ürünler maliyet-etkin ve sürdürülebilir mikroalg kültüvasyonu için potansiyel kaynaklardır. Mevcut çalışmada, heterotrofik mikroalg Crypthecodinium cohnii kültüvasyonu için kültür besiyerinde peynir altı suyu (CW) ve mısır ıslatma şurubu (CSL) kullanılarak, bu atıkların mikroalgal biyokütle ve yağ üretimi amacıyla biyolojik olarak değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Organizmanın, her iki ortamdaki (CW ve CSL) besin ihtiyaçlarını belirlemek amacıyla istatistiksel tarama metodları kullanılmıştır. CSL’nin C. cohnii biyokütle gelişimini olumlu yönde desteklediği ve organizmanın kültür ortamında kullanılan maya ekstraktının alternatifi olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Peyniraltı suyunun ise, organizma için gerekli mineraller açısından önemli bir kaynak olduğu ve CW’in doğrudan kullanımıyla kültür ortamındaki su ihtiyacını karşılama avantajına sahip olduğu sonucuna varılmıştır. Bu şekilde C. cohnii kültüvasyonunda kullanılacak yeni
kültür ortamı seyreltilmemiş CW ve CSL’nin birlikte kullanımı ile geliştirilmiştir ve optimizasyonu yapılmıştır. Son olarak, yapılan ölçek büyütme çalışmalarında yeni kültür ortamı kullanılarak 3 L’lik karıştırmalı tank biyoreaktörde üretimler gerçekleştirilmiştir. Optimizasyonu yapılan kültür ortamında kısmen yüksek biyokütle verimliliği (2.28 g/L.gün) ve yağ oranı (% 28.7 kuru ağırlık) sağlanmıştır. C. cohnii biyokütlede son derece yüksek oranlarda dokozahekzanoik asit (DHA) üreticisi bir tür olarak bilinmesine rağmen, CSL ile zenginleştirilmiş CW ortamında biyokütlesindeki yağ asidi kompozisyonunu değiştirerek, daha çok tekli doymuş ve tekli doymamış yağ asitlerincee (C16:0-C18:1) zengin bir yağ profiline (toplam yağ asidi kompozisyonunun ~70%’i) sahip olduğu saptanmıştır.  Buna göre, endüstriyel atıkların değerlendirildiği bu kültür ortamında yetiştirilen C. cohnii’nin biyodizel üretimi için uygun bir kaynak olabileceği sonucuna varılmıştır.

Many different wastewater and by-products derived from industrial activities potentially support microalgal growth by providing a cost-effective and sustainable solutions. In this present study, it was aimed to biologically utilize cheese whey (CW) and corn steep liquor (CLS) for microalgal biomass and lipid production by using these wastes in culture media for heterotrophic microalga Crypthecodinium cohnii cultivation. To determine nutrient requirements for C. cohnii growing in a medium prepared with CSL and in CW, statistical screening tools were used. CSL significantly enhanced microalgal growth and it could be an alternative to yeast extract as the primary nutrient source. As for CW, it served as a good culture medium for C. cohnii with the supplement of some of nutrients and eliminated the need for fresh water. Thus, a new culture medium was developed by combining undiluted CW and CSL and optimized for the growth of C. cohnii. Lastly, in a scale-up attempt by using this new medium, microalgal production was performed in a 3 L stirred tank bioreactor. C. cohnii yielded relatively high biomass productivity (2.28 g/L.d) and lipid content (28.7% dry weight) in the optimized medium. Althoug C. cohnii was known for its ability to accumulate high amounts of docosahexaenoic acid (DHA), it transformed its fatty acid composition to an increased proportion of saturated and monounsaturated fatty acids (C16:0-C18:1) that comprise ~70% of total fatty acids (TFA) when it was cultivated in CW mainly supplemented with CSL. Thus, C. cohnii seemed to be more feasible for biodiesel production than any other purposes when it was cultivated in this new medium.

  • [1] De Swaaf, M.E., Sijtsma, L., Pronk, J.T., 2003. High-cell-density fed-batch cultivation of the docosahexaenoic acid producing marine alga Crypthecodinium cohnii. Biotechnology and Bioengineering 81: 666–672.
  • [2] Spolaore, P., Joannis-Cassan, C., Duran, E., Isambert, A., 2006. Commercial applications of microalgae. Journal of Bioscience and Bioengineering 101: 87-96.
  • [3] De Swaaf, M.E., Grobben, G.J., Eggink, G., De Rijk, T.C., Van der Meer, P., Sijtsma, L., 2001. Characterisation of extracellular polysaccharides produced by Crypthecodinium cohnii. Applied Microbiology and Biotechnology 57: 395-400.
  • [4] Morillo, J.A., Antizar-Ladislao, B., Monteoliva-Sanchez, M., Ramos Cormenzana, A., Russell, N.J., 2009. Bioremediation and biovalorisation of olive-mill wastes. Applied Microbiology and Biotechnology 82: 25–39.
  • [5] De Lima, C.J.B., Coelho, L.F., Blanco, K.C., Contiero, J., 2009. Response surface optimization of D (-)-lactic acid production by Lactobacillus SMI8 using corn steep liquor and yeast autolysate as an alternative nitrogen source. African Journal of Biotechnology 8: 5842-5846.
  • [6] Mendes, A., Guerra, P., Madeira, V., Ruano, F., da Silva, T.L., Reis, A., 2007. Study of docosahexaenoic acid production by the heterotrophic microalga Crypthecodinium cohnii CCMP316 using carob pulp as a promising carbon source. World Journal of Microbiology and Biotechnology 23: 1209–1215.
  • [7] Azbar, N., Dokgoz, F.T., Keskin, T., Eltem, R., Korkmaz, K.S., Gezgin, Y., Akbal, Z., Oncel S., Dalay, M.C., Gonen, C., Tutuk F., 2009. Comparative evaluation of bio-hydrogen production from cheese whey wastewater under thermophilic and mesophilic anaerobic conditions. International Journal of Green Energy 6: 192–200.
  • [8] Pesta, G., Meyer-Pittroff, R., Rus, W., 2007. Utilization of Whey. In Utilization of by-products and treatment of waste in the food industry, Edited by V. Oreopoulou and W. Russ, Springer Science Business Media, LLC, New York, USA, 193 p.
  • [9] Liggett, R.W., Koffler, H., 1948. Corn steep liqour in microbiology. Bacteriological Reviews 12: 297–311.
  • [10] Maddipati, P., Atiyeh, H.K., Bellmer, D.D., Huhnke, R.L., 2011. Ethanol production from syngas by Clostridium strain P11 using corn steep liquor as a nutrient replacement to yeast extract. Bioresource Technology 102: 6494–6501.
  • [11] Mandenius, C.F., Brundin, A., 2008. Bioprocess optimization using design-of-experiments methodology. Biotechnology Progress 24: 1191-1203.
  • [12] Plackett, R.L., Burman, J.P., 1946. The design of optimum multifactorial experiments. Biometrika 33: 305-325.
  • [13] Antony, J., 2006. Taguchi or classical design of experiment: a perspective from a practitioner. Sensor Review 26: 227–230.
  • [14] Gao, H., Liu, M., Liu, J., Dai, H., Zhou, X., Liu, X., Zhuo, Y., Zhang, W., Zhang, L., 2009. Medium optimization for the production of avermectin B1a by Streptomyces avermitilis 14-12A using response surface methodology. Bioresource Technology 100: 4012-4016.
  • [15] Li, Z., Yuan, H., Yang, J., Li, B., 2011. Optimization of the biomass production of oil algae Chlorella minutissima UTEX2341. Bioresource Technology 102: 9128-9134.
  • [16] Isleten-Hosoglu, M., Gultepe, I., Elibol, M., 2012. Optimization of carbon and nitrogen sources for biomass and lipid production by Chlorella saccharophila under heterotrophic conditions and development of nile red fluorescence based method for quantification of its neutral lipid content. Biochemical Engineering Journal 61: 11–19.
  • [17] Chi, Z., Pyle, D., Wen, Z., Frear, C., Chen, S., 2007. A laboratory study of producing docosahexaenoic acid from biodiesel-waste glycerol by microalgal fermentation. Process Biochemistry 42: 1537–1545.
  • [18] Bligh, E.G., Dyer, W.J., 1959. A rapid method for total lipid extraction and purification. Canadian Journal of Biochemical Physiology 37: 911–917.
  • [19] Christie, W.W., 2003. Preparation of derivates of fatty acids. In Lipid Analysis: Isolation, Separation and Structural Analysis of Lipids, Edited by W.W. Christie, J. Barnes and Associates, Dundee, Scotland, 205 p.
  • [20] Liu, C., Liu, Y., Liao, W., Wen, Z., Chen, S., 2003. Application of statistically-based experimental designs for the optimization of nisin production from whey. Biotechnology Letters 25: 877–882.
  • [21] Tuttle, R.C., Loeblich, A.R., 1975. An optimal growth medium for the dinofilagellate Crypthecodinium cohnii. Phycology 14: 1-8.
  • [22] Jiang, Y., Chen, F., 1999. Effects of salinity on cell growth and docosahexaenoic acid content of the heterotrophic marine microalga Crypthecodinium cohnii. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 23: 508–513.
  • [23] De Swaaf, M.E., de Rijk, T.C., Eggink, G., Sijtsma, L., 1999. Optimization of docosahexaenoic acid production in batch cultivations by Crypthecodinium cohnii. Journal of Biotechnolgy 70: 185–192.
  • [24] De Swaaf, M.E., de Rijk, T.C., de van der Meer, P., Eggink, G., Sijtsma, L., 2003. Analysis of docosahexaenoic acid biosynthesis in Crypthecodinium cohnii by 13C labelling and desaturase inhibitor experiments. Journal of Biotechnology 103: 21-29.
  • [25] Ratledge, C., Kanagachandran, K., Anderson, A.J., Grantham, D.J., Stephenson, J.C., 2001. Production of docosahexaenoic acid by Crypthecodinium cohnii grown in a pH-auxostat culture with acetic acid as principal carbon source. Lipids 36: 1241-1246.
  • [26] Jiang, Y., Chen, F., 2000. Effects of Temperature and Temperature Shift on Docosahexaenoic Acid Production by the Marine Microalga Crypthecodinium cohnii. The Journal of the American Oil Chemists' Society 77: 613-617.
  • [27] Chen, M., Tang, H., Ma, H., Holland, T.C., Simon-Ng, K.Y., Salley, S.O., 2011. Effect of nutrients on growth and lipid accumulation in the green algae Dunaliella tertiolecta. Bioresource Technology 102: 1649–1655.
  • [28] Brennan, L., Owende, P., 2010. Biofuels from microalgae— A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products. Renewable Sustainable Energy Revolution 14: 557–577.
  • [29] YouWen, Z., Chen, F., 2001. Optimization of nitrogen sources for heterotrophic production of eicosapentaenoic acid by the diatom Nitzschia laevis. Enzyme and Microbial Technology 29: 341–347.
Konular
Dergi Bölümü Araştırma Makaleleri
Yazarlar

Orcid: http://orcid.org/0000-0001-8171-3018
Yazar: Müge Isleten-Hosoglu
E-posta: muge.isleten@gmail.com
Ülke: Turkey


Orcid: http://orcid.org/0000-0002-6756-6290
Yazar: Murat Elibol
E-posta: murat.elibol@ege.edu.tr
Ülke: Turkey


Bibtex @araştırma makalesi { akademik-gida345256, journal = {Akademik Gıda}, issn = {1304-7582}, address = {Sidas Medya Ajans Tanıtım Danışmanlık Ltd. Şti.}, year = {2017}, volume = {15}, pages = {233 - 241}, doi = {10.24323/akademik-gida.345256}, title = {Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi}, language = {tr}, key = {cite}, author = {Isleten-Hosoglu, Müge and Elibol, Murat} } @araştırma makalesi { akademik-gida345256, journal = {Akademik Gıda}, issn = {1304-7582}, address = {Sidas Medya Ajans Tanıtım Danışmanlık Ltd. Şti.}, year = {2017}, volume = {15}, pages = {233 - 241}, doi = {10.24323/akademik-gida.345256}, title = {Bioutilization of Cheese Whey and Corn Steep Liqour by Heterotrophic Microalgae Crypthecodinium cohnii for Biomass and Lipid Production}, language = {en}, key = {cite}, author = {Isleten-Hosoglu, Müge and Elibol, Murat} }
APA Isleten-Hosoglu, M , Elibol, M . (2017). Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi. Akademik Gıda, 15 (3), 233-241. DOI: 10.24323/akademik-gida.345256
MLA Isleten-Hosoglu, M , Elibol, M . "Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi". Akademik Gıda 15 (2017): 233-241 <http://dergipark.gov.tr/akademik-gida/issue/31629/345256>
Chicago Isleten-Hosoglu, M , Elibol, M . "Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi". Akademik Gıda 15 (2017): 233-241
RIS TY - JOUR T1 - Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi AU - Müge Isleten-Hosoglu , Murat Elibol Y1 - 2017 PY - 2017 N1 - doi: 10.24323/akademik-gida.345256 DO - 10.24323/akademik-gida.345256 T2 - Akademik Gıda JF - Journal JO - JOR SP - 233 EP - 241 VL - 15 IS - 3 SN - 1304-7582-2148-015X M3 - doi: 10.24323/akademik-gida.345256 UR - http://dx.doi.org/10.24323/akademik-gida.345256 Y2 - 2017 ER -
EndNote %0 Akademik Gıda Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi %A Müge Isleten-Hosoglu , Murat Elibol %T Peyniraltı Suyu ve Mısır Islatma Şurubunun Heterotrofik Mikroalg Crypthecodinium cohnii ile Biyokütle ve Yağ Üretimi Amacıyla Biyolojik Olarak Değerlendirilmesi %D 2017 %J Akademik Gıda %P 1304-7582-2148-015X %V 15 %N 3 %R doi: 10.24323/akademik-gida.345256 %U 10.24323/akademik-gida.345256