Bacterial Cellulose Production With Gluconoacetobacter Xylinus From Hazelnut Waste

Abstract

Bakteriyel selüloz (BC), biyomedikal, kozmetik ve elektronik gibi birçok endüstriyel alanda önemli potansiyele sahip doğal bir biyopolimerdir. BC'nin özellikleri arasında yüksek yüzey alanı, sıvı ve gaz geçirgenliği, biyobozunabilirlik ve modifiye edilebilirlik bulunur. Bu çalışmada bakteriyel selüloz üretimi gluconacetobacter xylinus tarafından gerçekleştirilmiştir. BC üretimini optimize etmek için çeşitli çevresel koşullar ve besiyerleri test edilmiştir. Bu çalışmada, fındık kabuklarının asit ve baz kimyasal ön işlemleri ile elde edilen şekerlerin kullanımına odaklanılmıştır. Fındık kabuğunun kimyasal içeriği belirlenmiş ve lignin, selüloz ve hemiselüloz oranları sırasıyla %42,09, %21,84 ve %22,99 olarak bulunmuştur. Bu içerikler, farklı ön işlem yöntemlerinin etkinliğini değer- lendirmek için kullanılmıştır. Fındık kabukları, farklı kimyasallar ile ön işlem- den geçirilmiş ve şeker salınımı açısından değerlendirilmiştir. Alkali ön işlemler, şeker salınımı açısından daha etkili bulunmuştur. Özellikle, %1'lik potasyum hidroksit ve %3'lük sodyum hidroksit ile ön işlem gören numuneler sırasıyla 37,8 ve 39 g/L en yüksek şeker konsantrasyonuna sahip olmuştur. Optimiza-syon çalışmaları kapsamında inokülasyon oranı, pH değeri, gün ve etanol varlığı gibi parametreler incelenmiştir. %10 inokülasyon oranı, 10 gün ve pH 6 ile en yüksek BC verimi elde edilmiştir. Kıyaslanan kültürlere bakıldığında %1 potasyum hidroksit ile ön işlem görmüş sonrasında da besiyeri içerisinde %1'lik etanol bulunan besiyerinde 2369 mg/L' de en çok bakteriyel selüloz üretildiği belirlenmiştir. Farklı kültürlerden alınan bakteriyel selülozlarda etanol ilavesinin su tutma kapasitesini azalttığ görülmüştür. FT-IR sonuçları bütün örneklerin saf olarak elde edildiğini ve yapısal bütünlüğün korunduğu göstermiştir. Bu tez, BC üretimini optimize etmek için gerekli olan koşulları belirlemekte ve fındık kabuklarının sürdürülebilir bir şeker kaynağı olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Bacterial cellulose (BC) is a natural biopolymer with significant potential in areas such as the biomedical, cosmetics, and electronics fields. BC features high surface area, permeability, biodegradability, and modifiability. This study used Gluconacetobacter xylinus to produce BC, optimizing various environmental conditions and media. The focus was on sugars obtained from hazelnut shells pretreated with acid and alkaline solutions. Chemical analysis of hazelnut shells showed lignin, cellulose, and hemicellulose contents of 42.09%, 21.84%, and 22.99%, respectively. Different pretreatments were evaluated for sugar release, with alkaline treatments being more effective. Pretreatment with 1% potassium hydroxide and 3% sodium hydroxide yielded the highest sugar concentrations at 37.8 and 39.0 g/L, respectively. Optimization involved examining inoculation rate, pH, duration, and ethanol presence. The highest BC yield (2369 mg/L) was achieved with 10% inoculation, 10 days, pH 6, and 1% ethanol concentration in the medium. Ethanol addition reduced water retention capacity. FT-IR results confirmed the purity and structural integrity of all samples. This study identified optimal conditions for BC production and demonstrated that hazelnut shells can serve as a sustainable sugar source.