Year 2019, Volume 9 , Issue 2, Pages 335 - 348 2019-12-15

Partial Purification and Characterization of Xylanase Enzyme from Bacillus spp. Strains
Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu

Hatice Aysun MERCİMEK TAKCI [1] , Gökhan SERTBAŞ [2]


Xylanase that cleaves β-1,4-glycosidic linkages of xylan composed of β-1,4-linked xylopyranosyl residues, is a industrial enzyme, have widespread potential applications in the textile, feed, beverage and biofuel industries, especially the paper and pulp industry. In this study, we were examined to the isolation of Bacillus spp strains, produced extracellular xylanase, from Kilis 7 Aralık University central campus soil sample and the application in various industries of purificated xylanase. The cell-free crude xylanase preparate obtained from Bacillus spp strain developed in a liquid fermentation medium including xylan was purified by using ammonium sulfate and alcohol precipitation. The highest total and specific enzyme activities were detected as 723 U/L and 64.81 U/mg in cell-free crude xylanase preparate. The optimum activity of xylanase was emerged at 90°C and pH 10.6. After the pre-incubation of enzyme at 90°C for 15 min, its activity was detected to increase up to 167%. In characterization studies, the highest enzyme activity was calculated as 2935 U/L. In SDS-PAGE and zymogram analysis, single protein band in 38.75 kDa molecular weight belonging to the partially purified extracellular xylanase was observed. Xylose and xylo-oligosaccharides were detected as the products by hydrolysis of xylan with xylanase.

β-1,4 bağlı ksilopiranozil rezidülerinden oluşan ksilanın β-1,4 glikozidik bağlarını yıkan ksilanaz, başta kağıt ve kağıt hamuru endüstrileri olmak üzere tekstil, yem, fırın ve biyoyakıt endüstrilerinde de geniş potansiyel uygulamalara sahip endüstriyel bir enzimdir. Bu çalışmada, Kilis 7 Aralık Üniversitesi merkez kampüs toprak örneğinden ksilanaz üretici Bacillus spp suşlarının izolasyonu ve saflaştırılan ksilanazın çeşitli endüstrilerdeki uygulanabilirliği araştırılmıştır. Ksilan içeren sıvı fermantasyon ortamında geliştirilen Bacillus spp suşundan hücre serbest elde edilen ham ksilanaz preparatına amonyum sülfat ve alkol çöktürme uygulanarak saflaştırılmıştır. En yüksek total ve spesifik enzim aktivitesi 723 U/L ve 64.81 U/mg olarak ham enzim preparatında saptanmıştır. Ksilanazın optimum aktivitesi 90°C ve pH 10.6’da belirlenmiştir. Enzimin 90°C sıcaklıkta 15 dakika ön inkübasyonu sonrası aktivitenin %167’e kadar arttığı saptanmıştır. Karakterizasyon çalışmalarındaki en yüksek aktivitesi 2935 U/L olarak hesaplanmıştır. SDS-PAGE ve zimogram analizlerinde, kısmi saflaştırılmış ekstraselüler ksilanaza ait ortalama 38.75 kDa moleküler ağırlığında tek protein bandı gözlenmiştir. Ksilanın ksilanaz enzimi ile hidrolizi sonucunda parçalama ürünleri olarak ksiloz ve ksilo-oligosakkaritler belirlenmiştir.

  • Referans1 Abo-State, M. A. M., Fadel, M., Abdellah, E. M., and Ghaly, M. F., (2013). Studying the stability of cellulases and xylanase produced by thermophilic and alkaliphilic bacterial strains ısolated from agricultural wastes. American-Eurasian Jouranl of Agriculture and Environmental Sciences, 13(11), 1568-1575.
  • Referans2 Aygan, A. (2008). Haloalkalofil Bacillus spp. izolasyonu, amilaz, selülaz ve ksilanaz enzimlerinin üretimi, karakterizasyonu ve biyoteknolojik uygulamalarda kullanılabilirliği. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Fen Bililmleri Enstitüsü, Adana.
  • Referans3 Butt, M. S., Nadeem, M. T., Ahmad, Z., and Sultan, M. T. (2008). Xylanases and their applications in baking ındustry. National Institute of Food Science and Technology, 46(1) 22–31.
  • Referans4 Chakdar, H., Kumar, M., Pandiyan, K., Singh, A., Nanjappan, K., Kashyap1, P. L., and Srivastava, A.K, (2016). Bacterial xylanases: biology to biotechnology. 3 Biotech, 6(2), 150.
  • Referans5 Chaturvedi, S., and Spaul Khurana, S. M. (2016). Partial purification and characterization of cellulase-free xylanase productıon from Bacillus licheniformis. International Journal of Pharma and Bio Sciences, 7(4), 144-149.
  • Referans6 Cordeiro, C. A. M., Martins, M. L. L., Luciano, A. B., and Silva, R. F. (2002). Production and properties of xylanase from thermophilic Bacillus spp. Brazilian Archives of Biology and Technology an İnternational Journal, 45(4), 413-418.
  • Referans7 Duarte, M. C. T., Pellegrino, A. C. A., Portugal, E. P, Ponezi, A. N., and Franco, T. T. (2000). Characterization of alkaline xylanases from Bacillus pumilus. M.C.T. Brazilian Journal of Microbiology, 31, 90-94.
  • Referans8 Hiremath, K. S., and Patil, C. S. (2011). Isolation, production and characterization of alkalo thermostable xylanase from newly isolated Bacillus spp. International Journal of Biotechnology Applications, 3(1), 48-51.
  • Referans9 Irfan, M., Asghar, U., Nadeem, M., Nelofer, R., and Syed, Q. (2016). Optimization of process parameters for xylanase production by Bacillus spp. in submerged fermentation. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 9, 139-147.
  • Referans10 İnce, E. (2006). Ksilanaz üreten ekstrem termofil anaerobik bakterilerin izolasyonları ve enzimlerinin özelliklerinin belirlenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
  • Referans11 Kalim, B., and Nazish, M. A. (2016). Optimization of fermentation media and growth conditions for microbial xylanase production. 3 Biotech, 6(2), 122.Kamble, R. D., and Jadhav, A. R. (2012). Xylanase production under solid-state and submerged fermentation conditions by bacterial strains. African Journal of Microbiology Research, 6, 4292-4297.
  • Referans12 Kapilan, R. (2015). Purification of xylanase from Bacillus subtilis Bs166. Journal of Science, 5(7), 2277-3290.
  • Referans13 Kırkpınar, F., ve Açıkgöz, Z. (2003). Kanatlı hayvanlarda nişasta tabiatında olmayan polisakkaritlerin sindirim sistemi mikroflorası üzerine etkileri. Hayvansal Üretim, 44(2), 20-28.
  • Referans14 Laemmli, U.K. (1970). Cleavage of structural proteins during the assembly of bacteriophage T4. Nature, 227, 680-685.
  • Referans15 Lowry, O. H., Rosebrough, N.J., Farr, A. L., and Randall, R. J. (1951). Protein measurement with the Folin phenol reagent. Journal of Biological Chemistry, 193, 265-275.
  • Referans16 Mahilrajan, S., Balakumar, S., and Arasaratnam, V. (2012). Effect of xylan on xylanase production by Bacillus pumilus under submerged fermentation. Ving. Journal of Science, 11(1), 12-18.
  • Referans17 Mittal, A., Nagar, S., Simran Jot Kaur, K., and Gupta, V. (2012). Isolation, purification and characterization of alkali and thermo stable xylanase from Bacillus spp. International Journal of Research and Development in Pharmacy and Life Sciences, 1(2), 63-68.
  • Referans18 Motta, F. L., Andrade, C. C. P., and Santana, M. H. A. (2013). A Review of xylanase production by the fermentation of xylan: classification, characterization and applications. In: Chandel A.K., da Silva S.S. (Eds) sustainable degradation of lignocellulosic biomass -techniques, applications and commercialization, InTech, Croatia. 251-266.
  • Referans19 Pithadiya, D., Nandha, D., and Thakkar, A. (2016). Partial purification and optimization of xylanase from Bacillus circulans. Scholars Research Library, 8(2), 1-10.
  • Referans20 Roy, N., and Rowshanul, M. (2009). Isolation and characterization of xylanase producing strain of Bacillus cereus from soil. Iranian Journal of Microbiologgy, 2, 49-53.
  • Referans21 Sargın, S., ve Öngen, G. (2003). Kanatlı yemi katkısı olarak kullanılan ksilanaz enziminin katı kültür fermantasyon yöntemi ile üretiminde ölçek büyütme çalışmaları, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 40(3), 145-152.
  • Referans22 Sharma, S. C. D., Shovon, M. S., Asaduzzaman, A. K. M., Sarowar Jahan, M. G.,Yeasmin, T., and Roy, N. (2011). Optimization of alkali-thermostable and cellulase-free xylanase production from Bacillus spp. Journal of Biosciences, 19, 7-14..
  • Referans23 Shrinivas, D., Savitha, G., and Raviranjan, K. (2010). A highly thermostable alkaline cellulase-free xylanase from thermoalkalophilic Bacillus spp. JB 99 suitable for paper and pulp industry: Purification and characterization. Applied Biochemistry and Biotechnology, 162, 2049-2057.
  • Referans24 Sarı, B. (2016). Rize ayder kaplıcalarından alınan su örneklerinden termofilik bakterilerin izolasyonu, identifikasyonu, ksilanaz enziminin Geobacillus galactosidasius BS61 bakterisinden saflaştırılması ve karakterizasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum.
  • Referans25 Silva, L. G., Trugo, L. C., Terzi, S. C., and Couri, S. (2005). Low phytate lupin flour based biomass obtained by fermentation with a mutant of Aspergillus niger. Process Biochemistry, 40, 951-954.
  • Referans26 Tamariz-Angeles, C., Olivera-Gonzales, P., Villena, G. K., and Gutierrez-Correa, M. (2014). Isolation and identification of cellulolytic and xylanolytic bacteria from huancarhuaz hot spring, Peru. Annual Research & Review in Biology, 4(19), 2920-2930.
  • Referans27 Yeğin, S., ve Büyükkilleci, A.O. (2015). Mikrobiyal ksilanazlar ve gıda endüstrisinde kullanım alanları. Akademik Gıda, 13(4), 317-326.Zambare, V., Zambare, A., Muthukumarappan, K., and Christopher, L. P. (2011). Biochemical characterization of thermophilic lignocellulose degrading enzymes and their potential for biomass bioprocessing. International Journal of Energy and Environment, 2(1), 99-112.
Primary Language tr
Subjects Basic Sciences
Journal Section Articles
Authors

Orcid: 0000-0002-5394-4959
Author: Hatice Aysun MERCİMEK TAKCI (Primary Author)
Country: Turkey


Orcid: 0000-0003-1686-0921
Author: Gökhan SERTBAŞ

Thanks Bu yüksek lisans tezinin kimyasal desteği "Bacillus spp. suşlarından ksilanaz enziminin kısmi saflaştırması ve plasmid profillerinin belirlenmesi" konulu proje kapsamında TÜBİTAK BIDEB 2209/A Üniversite Öğrencileri Yurt İçi Araştırma Projeleri Destek Programı tarafından sağlanmıştır. Bu sebeple TÜBİTAK’a desteklerinden dolayı teşekkür ederim.
Dates

Publication Date : December 15, 2019

Bibtex @research article { kfbd623603, journal = {Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi}, issn = {1309-4726}, eissn = {2564-7377}, address = {Giresun Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Güre Yerleşkesi 28200 / Giresun}, publisher = {Giresun University}, year = {2019}, volume = {9}, pages = {335 - 348}, doi = {10.31466/kfbd.623603}, title = {Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu}, key = {cite}, author = {MERCİMEK TAKCI, Hatice Aysun and SERTBAŞ, Gökhan} }
APA MERCİMEK TAKCI, H , SERTBAŞ, G . (2019). Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi , 9 (2) , 335-348 . DOI: 10.31466/kfbd.623603
MLA MERCİMEK TAKCI, H , SERTBAŞ, G . "Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu". Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 9 (2019 ): 335-348 <https://dergipark.org.tr/en/pub/kfbd/issue/50311/623603>
Chicago MERCİMEK TAKCI, H , SERTBAŞ, G . "Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu". Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 9 (2019 ): 335-348
RIS TY - JOUR T1 - Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu AU - Hatice Aysun MERCİMEK TAKCI , Gökhan SERTBAŞ Y1 - 2019 PY - 2019 N1 - doi: 10.31466/kfbd.623603 DO - 10.31466/kfbd.623603 T2 - Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 335 EP - 348 VL - 9 IS - 2 SN - 1309-4726-2564-7377 M3 - doi: 10.31466/kfbd.623603 UR - https://doi.org/10.31466/kfbd.623603 Y2 - 2019 ER -
EndNote %0 Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu %A Hatice Aysun MERCİMEK TAKCI , Gökhan SERTBAŞ %T Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu %D 2019 %J Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi %P 1309-4726-2564-7377 %V 9 %N 2 %R doi: 10.31466/kfbd.623603 %U 10.31466/kfbd.623603
ISNAD MERCİMEK TAKCI, Hatice Aysun , SERTBAŞ, Gökhan . "Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu". Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 9 / 2 (December 2019): 335-348 . https://doi.org/10.31466/kfbd.623603
AMA MERCİMEK TAKCI H , SERTBAŞ G . Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu. KFBD. 2019; 9(2): 335-348.
Vancouver MERCİMEK TAKCI H , SERTBAŞ G . Bacillus spp. Suşlarından Ksilanaz Enziminin Kısmi Saflaştırılması ve Karakterizasyonu. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi. 2019; 9(2): 348-335.