Investigation of Microbial Biopolymer Production from Fruit Juice Industry

Öz

Bioplastics have not been used as much as traditional plastics because of their cost of production. Therefore, recent research has focused on producing bioplastics from wastes/wastewater instead of renewable resources. Moreover, the preference for systems consisting of different microbial communities such as activated sludge instead of pure culture decrease to total production cost. In this study, biopolymer production was investigated by mixed microbial biomass in the fruit juice wastewater. Wastewater of fruit juice industry located in Mersin was fed with a laboratory-scale 5 L sequencing batch reactor (SBR) with 10 day retention time and a flow rate of 120 L/h. SBR was designed three compartment; first feast phase, second famine phase and third settling unit. At the end of retention time, sludge taken from settling unit was used for experimental studies. 19% biopolymer was obtained from dry mass of 1 g sludge. COD removal yield was 77%; SS removal yield was 98%.

Anahtar Kelimeler

• Activated sludge,Bioplastic,Biopolymer,Fruit juice industry wastewater

Meyve Suyu Endüstrisi Atıksuyundan Mikrobiyal Biyopolimer Üretiminin AraĢtırılması

Öz

Biyoplastiklerin, geleneksel plastikler kadar yaygın kullanılmamasının en önemli nedeni yüksek üretim maliyetleridir. Bu nedenle son zamanlarda yapılan çalışmalar, yenilenebilir kaynaklar yerine atıklardan/atıksulardan biyoplastik üretimine odaklanmıştır. Ayrıca atıksudan biyoplastik üretiminde, saf kültür yerine aktif çamur gibi farklı mikrobiyal topluluklardan oluşan sistemlerin tercih edilmesi sterilizasyon işlemini ortadan kaldırdığından toplam üretim maliyetinde de azalmaya neden olmaktadır. Bu çalışmada, meyve suyu endüstrisi atıksuyunda bulunan karışık mikrobiyal biyokütle tarafından biyopolimer üretimi araştırılmıştır. Bu amaçla, Mersin İli’nde bulunan bir meyve suyu endüstrisinin atıksuyu, laboratuvar ölçekli 5 L hacmindeki ardışık kesikli reaktöre 10 günlük alıkonma süresi ve 120 L/sa’lik debi ile beslenmiştir. İlk bölme kısa bolluk, ikinci bölme uzun kıtlık ve üçüncü bölme çöktürme ünitesi olarak tasarlanan ardışık kesikli reaktörden 10 günlük alıkonma süresinin sonunda alınan çamur deneysel çalışmalarda kullanılmıştır. Çalışmada, 1 g çamurun kuru kütlesinden elde edilen biyopolimer %19 olarak saptanmıştır. Ayrıca, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderim veriminin %77, AKM giderim verimin ise %98 olduğu tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Aktif çamur,Ardışık kesikli reaktör,Biyoplastik,Biyopolimer,Meyve suyu endüstrisi atıksuyu

Kaynakça

1. 1. Sarasa, J., Gracia, J.M., Javierre, C., 2008. Study of the Biodisintegration of a Bioplastic Material Waste, Bioresource Technology, 100, 3764-3768.
2. 2. Karana, E., 2012. Characterization of ‘Natural’ and ‘High-quality’ Materials to Improve Perception of Bioplastics, Journal of Cleaner Production, 37, 316-325.
3. 3. Averous, L., 2004. Biodegradable Multiphase Systems Based on Plasticized Starch: a Review, J. Macromol. Sci. C Polym. Rev., 44, 231–274.
4. 4. Siracusa V., Rocculi P., Romani S., Dalla Rosa M., 2008. Biodegradable Polymers for Food Packaging: a Review, Trends Food Science Technology, 19, 634–643.
5. 5. Luengo, J.M., Garcia, B., Sandoval, A., Naharro, G., Olivera, E.R., 2003. Bioplastics from Microorganisms, Current Opinion in Microbiology, 6, 251–260.
6. 6. Özdemir, N., Erkmen, J., 2013. Yenilenebilir Biyoplastik Üretiminde Alglerin Kullanımı, Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi/The Black Sea Journal of Sciences, .3(8), 89-104.
7. 7. Başak B., İnce O., 2011. Azot Kısıtlı Atıksulardan Biyoplastik Üretimi için Yeni Bir Aktif Çamur Prosesi, İTÜ Dergisi, Su Kirliliği ve Kontrolü, 21(1), 45-54.
8. 8. Song, J.H., Murphy, R., Narayan, J.R., Davies, G.B.H., 2009. Biodegradable and Compostable Alternatives to Conventional Plastics, Phil. Trans. R. Soc. 364, 2127–2139.

9. 9. Choi, J., Lee, S.Y., 1999. Efficient and Economical Recovery of Poly (3-hydroxybutyrate) from Recombinant Escherichia coli by Simple Digestion with Chemicals, Biotechnol. Bioeng., 62(5), 546–553.
10. 10. Lee, S.Y., 1996. Plastic Bacteria? Progress and Prospects for Polyhydroxyalcanoate Production in Bacteria, Trends Biotechnol., 14(11), 431–438.
11. 11. Shang, L., Jiang, M., Chang, H.N., 2003. Poly (3-Hydroxybutyrate) Synthesis in Fedbatch Culture of Ralstonia Eutropha with Phosphate Limitation under Different Glucose Concentrations, Biotechnol. Lett., 25, 1415-1419.
12. 12. Bosco, F., Chiampo, F., 2010. Production of Polyhydroxyalcanoates (PHAs) using Milk Whey and Dairy Wastewater Activated Sludge Production of Bioplastics using Dairy Residues, Journal of Bioscience and Bioengineering 109(4), 418–421.
13. 13. APHA, AWWA, WPCF., 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st Ed., Washington D.C.
14. 14. Mitra, D., Rasmussen, M.L., Chand, P., Chintareddy, V.R., Yao, L., Grewell, D., Verkade, J., Wang, T., van Leeuwen, J.H., 2012. Value-added Oil and Animal Feed Production from Corn-ethanol Stillage using the Oleaginous Fungus Mucor Circinelloides, Biores. Technol., 107, 368-375.
15. 15. Wang, B., Sharma-Shivappa, R.R., Olson, J.W., Khan, S.A., 2013. Production of Polyhydroxybutyrate (PHB) by Alcaligenes Latus using Sugarbeet Juice, Industrial Crops and Products, 43, 802-811.