Lignoselülozik Biyokütlenin Ekstrüzyon ile Ön işlemi ve Enzimatik Yolla Ksilooligosakkarit Üretimi

Yıl 2019, Cilt: 1 Sayı: 1, 156 - 171, 31.12.2019

Rukiye Çalışkan Sibel Yağcı Didem Sutay Kocabaş

Öz

Son yıllarda orman, gıda işleme ve tarımsal atıkların, işlenerek katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülmesi biyoekonomi kavramı açısından büyük önem kazanmıştır.Yapısında selüloz, hemiselüloz ve lignin gibi polisakkaritleri bulunduran bu atıklar lignoselülozik biyokütle olarak adlandırılırlar. Şeker üretimi sırasında enzimlerin selüloz ve hemiselüloza erişimini engelleyen fiziksel, kimyasal ve yapısal faktörün ortadan kaldırılması amacıyla biyokütleye uygulanan bazı ön muamele işlemleri geliştirilmiştir. Biyokütlenin ekstrüder ile ön muamelesi yüksek verim ve düşük maliyet sağlaması gibi avantajlardan dolayı günümüzde kullanımı artmıştır. Ksilooligosakkaritler (KOS), bitki hemiselülozunun ana bileşeni olan ksilanın enzimatik hidrolizi sırasında üretilen şeker oligomerleri olup son yıllarda özellikle prebiyotik etkilerinden dolayı gıdalarda kullanılmaya başlanmıştır. Bu kapsamda ksilooligosakkarit üretim sürecinde yapılacak iyileştirmeler, alternatif kaynak (hammadde, enzim, vb.) bulunması, proses veriminin arttırılması ve/veya proseste elde edilecek yan ürünlerin katma değerli ürünlere (hemiselüloz ve fermente edilebilir şeker) dönüştürülerek ekonomik katkı sağlanması açısından oldukça önem taşımaktadır.

Anahtar Kelimeler

Lignoselülozik biyokütle, ön işlem, ekstrüzyon, hemiselüloz, ksilooligosakkarit

Kaynakça

• [1]Yeğin, Sırma. Aureobasidium pullulans ile ksilanaz üretimine etki eden biyoproses parametrelerin belirlenmesi. gida, 2017; 42.1: 67-75.
• [2] Çöpür, Yalçın, Tozluoğlu, Ayhan, Özyürek, Ömer. Selülozik Biyoetanol Üretim Teknolojisi. Düzce Üniversitesi Ormancılık Dergisi, 2011; 7.1: 10-37.
• [3] Adıgüzel, A. O. Pre-treatment and hydrolysis methods for bioethanol production from lignocellulosic material. SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2013; 17.3, 381-397.
• [4] Erdönmez Borand, M. Effects Of Pretreatment Methods On Lıgnocellulosıc Bıoethanol Productıon. Istanbul Technıcal Unıversıty Graduate School Of Scıence Engıneerıng And Technology, Turkey, İstanbul, 2012.
• [5]Zeng, J. ve Rehmann, L. Pretreatment of Lignocellulosic Biomass: A Review SpringerBriefs in Molecular Science Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Biofuel Production, 2014; 17-70.
• [6] Akpınar Ö, Erdoğan K, Bakır U, Yılmaz L. Comparison of acid and enzymatic hydrolysis of tobacco stalk xylan for preparation of xylooligosaccharides, LWT - Food Science and Technology, 2010; 43, 119-125.
• [7] Jayapal N, Samanta A K, Kolte A P, Senani S, Sridhar M, Suresh K P, Sampath K.H. Value addition to sugarcane bagasse: Xylan extraction and its process optimization for xylooligosaccharides production, Industrial Crops and Products, 2013; 42, 14-24.
• [8] Haltrich D, Nidetzky B, Kulbe K.D, Steiner W, Zupancic, S. Production of fungal xylanases. Bioresource Technology, 1996; 58, 137-161.
• [9] Vazquez, M. J, Alonso, J. L, Domınguez, H, Parajo, J. C.Xylooligosaccharides: manufacture and applications. Trends in Food Science & Technology 11.11 2000; 387-393.
• [10]Topal, M. ve Arslan, E. I. Biyokütle Enerjisi ve Türkiye. VII. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, İstanbul, 2008.
• [11]Naidu, D.S, Hlangothi, S.P, ve John, M.J. Bio-Based Products from Xylan: A Review. Carbonhydrate Polymers. 2018;179, 28-41.
• [12]Ergün, F, Kaşıkara Pazarlıoğlu, N.Phanerochaeie chtysosporium'uu Ligninolitik Enzimlerinin İncelenmesi ve Lignin Peroksidazın İzolasyonu. Ege Universitesi Fen Fakültesi Biyokimya Bolumu, İzmir.1998.
• [13] Kumar, A, Gautam, A. ve Dutt, D. Biotechnological Transformation of Lignocellulosic Biomass in to Industrial Products: An Overview. Advances inBioscience and Biotechnology.2016; 7, 149-168.
• [14]Menon, V. and Rao, M. Trends in Bioconversion of Lignocellulose: Biofuels, Platform Chemicals & Biorefinery Concept, Prog. Energ. Combust. 2012; 38, 522-550.
• [15] Işıkgör, F.H, Becer, R. Lignocellulosic Biomass: A Sustainable Platform for the Production of Bio-based Chemicals and Polymers. Polymer Chemistry, 2015; 6, 4497.
• [16]Foster, B. L, Dale, B. E, Doran-Peterson, J. B. Enzymatic hydrolysis of ammonia-treated sugar beet pulp. In Twenty-Second Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals pp. 269-282. Humana Press, Totowa, NJ. 2001.
• [17]Maurya, D. P, Singla, A. ve Negi, S. An Overview of Key Pretreatment Processes for Biological Conversion of Lignocellulosic Biomass to Bioethanol. 3 Biotech. 2015; 5, 597-609.
• [18]Lee Y.J. Oxidation Of Sugarcane Bagasse Using A Combination of Hypochlorite and Peroxide, Master’s Thesis, Department of Food Science, Graduate Faculty of the Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College, 2005.
• [19]Gaspar, M, Kalman, G, Reczey, K. Corn fiber as a raw material for hemicellulose and ethanol production, Process Biochemistry.2007;42, 1135-1139.
• [20]Kurakake M, Ouchi K, Kisaka W. Production of L-Arabinose And Xylose from Corn Hull And Bagasse, J. Appl. Glycosci. 2005; 52, 281–285.
• [21] Yılmaz, H. Hemıcellulose Extractıon From Agro-Food Industrıal Wastes And its Applıcatıon In Foods. Master's Thesıs, Mıddle East Technıcal Unıversıty The Graduate School Of Natural And Applıed Scıences, Ankara. Türkiye. 2014.
• [22] Fitzpatrick, M, Champagne, P, Cunningham, M. Whitney, R. A Biorefinery Processing Perpective: Treatment of Lignocellulosic Materials for the Production of Value-Added Products. Bioresource Technology. 2010; 101, 8915-8922.
• [23]Harper, J.M. Food extruders and their applications. In American Association of Cereal Chemists, Inc. Extrusion Cooking.1989; 1-17.
• [24]Bauser, M, Sauer, G, Siegert, K. Extrusion. Materials Park, OH: ASM International.2006.
• [25] Maskan, M. Advances in food extrusion technology. Boca Raton, FL: CRC Press.2016.
• [26] Vardin, H. ve Tay, A. Tahıl ürünlerinin değerlendirilmesinde extruderler. Gıda.2002; 9, 58-62.
• [27]Sánchez, O.J., Cardona, C.A. Trends in biotechnological production of fuel ethanol from different feedstocks. Bioresour. Technol. 2008; 99, 5270–5295.
• [28]Singkhornart, S, Lee, S. G, Ryu, G. H. Influence of twin‐screw extrusion on soluble arabinoxylans and corn fiber gum from corn fiber. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2013; 93 (12), 3046-3054.
• [29]De Vrije, T, de Haas, G. G., Tan, G. B, Keijsers, E. R. P., Claassen, P. A. M. Pretreatment of Miscanthus for hydrogen production by Thermotoga elfii. Int. J. Hydrog. Energy. 2002; 27,1381–1390.
• [30] Chen, W. H, Xu, Y. Y, Hwang, W. S, Wang, J. B. Pretreatment of rice straw using an extrusion/extraction process at bench-scale for producing cellulosic ethanol. Bioresour. Technol. 2011. 102, 10451–10458.
• [31]Zhang, S.J, Keshwani, D.R, Xu, Y.X. Hanna, M.A. Alkali combined extrusion pretreatment of corn stover to enhance enzyme saccharification. Ind. Crops Prod. 2012. 37, 352–357.
• [32]Duque A, Manzanares, P, Ballesteros I, Negro M. J, Oliva J.M, Gonzalez A, Ballesteros M. 2011. Extrusion Process For Barley Straw Fractionation.
• [33]Liu C, van der Heide E, Wang H.S, Li B, Yu G, Mu, X.D. Alkaline twin-screw extrusion pretreatment for fermentable sugar production. Biotechnol. Biofuels. 2013; 6, doi:10.1186/1754-683 4-6-97.
• [34]Zheng Z, Choo K, Rehmann L. Xylose removal from lignocellulosic biomass via a twin-screw extruder: The effects of screw configurations and operating conditions. Biomass and Bioenergy. 2016. 88, 10–16.
• [35] Stahl B. Zens, Y, Boehm, G. Prebiotics with Special Emphasis on Fructo-, Galacto-, Galacturono-, and Xylooligosaccharides. Comprehensive Glycoscience. 2007. 725-742. doi:10.1016/b978-044451967-2/00154-9.
• [36]Collins T, Gerday C, Feller G. Xylanases, xylanase families and extremophilic xylanases, FEMS Microbiology Reviews. 2005. 29, 3 - 23.
• [37] Aygan A,Haloalkalofil Bacıllus Sp. İzolasyonu, Amilaz, Selülaz Ve Ksilanaz Enzimlerinin Üretimi, Karakterizasyonu Ve Biyoteknolojik Uygulamalarda Kullanılabilirliği. Yüksek lisans tezi.Türkiye. 2008.