Valorization of orange peel for L-tyrosine production using corynebacterium glutamicum

Abstract

Lignoselülozik biyokütle, yakın gelecekte yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak önemli bir potansiyel taşımaktadır. Bu biyokütlenin yenmez kısımları, biyoyakıtlar, biyoaktif bileşenler ve hatta petrokimya türevi plastiklere alternatif olarak biyoplastik gibi değerli ürünler yaratmak için kullanılabilir. Lignoselülozik biyokütleye süren ilginin arkasında çeşitli nedenler bulunmaktadır. İlk olarak, birçok formu atık olarak kabul edildiğinden, uygun maliyetli bir kaynağı temsil etmektedirler. Ayrıca, sınırlı petrol kaynaklarının aksine, lignoselülozik biyokütle yenilenebilirdir. Bu tür bir biyokütle, glikoz, ksiloz, arabinoz ve mannoz gibi fermente şekerlerin potansiyel rezervlerini temsil eder. Ancak, lignoselülozik biyokütledeki fermente şekerlerin serbest bırakılması için ön işleme ihtiyaç vardır. L-Tirozin, üç proteinojenik aromatik amino asitten biridir. Aynı zamanda UV koruma, analjezik, antioksidan vb. çeşitli fonksiyonlara sahip özel kimyasalların öncüsüdür. Bu amino aside yönelik artan talep nedeniyle, mikrobiyal üretimi giderek daha fazla ilgi çekmektedir ve bu nedenle önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu tezde, portakal kabuğu ve posa atıklarından elde edilen fermente şekerlerin asit işlemi kullanılarak ekstraksiyonu ve ardından elde edilen hidrolizatın Corynebacterium glutamicum tarafından büyüme ve L-tirozin üretimi için değerlendirilmesi açıklanmıştır. Analizler, portakal kabuğu hidrolizatının (PKH) 16±2 g/ L glikoz ve 1.6±0.2 g/ L ksiloz içerdiğini göstermiştir. Bu nedenle, glikoz ve/ veya ksilozu kullanabilen iki L-tirozin üreticisi suş, büyüme ve üretim için test edilmiştir. PKH'nin yalnızca C. glutamicum hücrelerini büyütmek ve L-tirozin üretmek için yeterli olduğu belirlendikten sonra, % 30 PKH ortamı, sonraki deneyler için ideal konsantrasyon olarak belirlenmiştir. İdeal koşullar altında titre, 50 mL büyüme ortamında 462±24 mg L-tirozin/ L olarak belirlenmiştir. Fermentasyonun 2 L'de gerçekleştirildiğinde benzer bir titre elde etmek mümkün olmuştur, örneğin 474±25 mg/ L. Sonuçlar, portakal kabuğu ve posa atığının tek başına C. glutamicum tarafından mikrobiyal kullanımı için potansiyel taşıdığını ve titrenin kesinlikle kontrol edilen ortamlarda biyoproses koşullarının optimize edilmesinden olumlu yönde etkileneceğini göstermektedir.

Lignocellulosic biomass holds significant promise as a renewable energy source for the near future. The inedible portions of this biomass can be utilized to create valuable products such as biofuels, bioactive compounds, and even bioplastics as alternatives to petrochemical derived plastics. There are compelling reasons behind the continued interest in lignocellulosic biomass. Firstly, as their many forms are considered waste, they represent a cost-effective resource. Additionally, unlike finite petroleum sources, lignocellulosic biomass is renewable. This type of biomass represents potential reservoirs of fermentable sugars like glucose, xylose, arabinose, and mannose. However, pretreatment is necessary to release the fermentable sugars of lignocellulosic biomass. L-Tyrosine is one of the three proteinogenic aromatic amino acids. It is also a precursor to a wide range of speciality chemicals with various functions such as UV-protection, analgesic, antioxidant, etc. Due to the growing demand for this amino acid, its microbial production is drawing increasing attention, and consequently considerable progress has been achieved. In this thesis, the extraction of the fermentable sugars from orange peel&pulp waste using acid treatment and then valorization of the obtained hydrolysate for growth and L-tyrosine production by Corynebacterium glutamicum are described. Analysis have shown that orange peel hydrolysate (OPH) contained 16±2 g/ L glucose and 1.6±0.2 g/ L xylose. For this reason, two L-tyrosine producer strains capable of utilizing glucose and/ or xylose, were tested for growth and production. After establishing that OPH alone was sufficient to grow C. glutamicum cells and produce L-tyrosine, 30 % OPH media was determined as the optimal concentration for further experiments. Under the optimal conditons, the titer was 462±24 mg L-tyrosine/ L in 50 mL growth media. When the fermentation was achieved in 2 L, it was possible to obtain a similar titer, e.g. 474±25 mg/ L. The results have demonstrated that orange peel&pulp waste alone holds potential to be used for microbial production by C. glutamicum and that titer will definitely benefit from optimization of bioprocess conditions under controlled environments.