Abstrakt

Biotechnologie-2013: Mathematische Modellierung der Ni2+-Biosorption durch Schizosaccharomyces pombe unter Verwendung eines universellen Sigmoid-Ansatzes – Rumeysa Bukcu – Marmara-Universität

  Rumeysa Bukcu, Selcen Durmaz-Sam und A. Alp Sayar

 Die Verwendung von Mikroorganismen als Biosorbentien zur Entfernung und Behandlung von Schwermetallen aus industriellen Abwässern hat sich zu einer wichtigen Alternative zu herkömmlichen Methoden entwickelt. Aktive oder inaktive Mikroorganismen können gelöste Metalle dank ihrer einzigartigen Membraneigenschaften adsorbieren. Die Entwicklung der richtigen Ausrüstung und die Schätzung der wichtigsten Prozesseingabewerte sind für die Analyse und Synthese des untersuchten Prozesses von größter Bedeutung. Um ein zuverlässiges Optimierungsschema zu erhalten, war die Analyse einer großen Sammlung von Biosorptionsdaten erforderlich. Anstatt eine zeit- und kostenintensive Datenbankmatrix zu verwenden, ist die Entwicklung eines geeigneten mathematischen Modells auf der Grundlage von Prozesskonzepten und verkürzten experimentellen Daten möglicherweise eine effizientere Methode zur Erstellung eines Optimierungsergebnisses. Eine zufriedenstellend genaue Version einer Maschine kann verwendet werden, um Ergebnisse unter verschiedenen Bedingungen vorherzusagen, ohne dass tatsächliche Experimente und Analysen erforderlich sind. Ziel dieser Studie ist es, mehr Daten zur Ni2+-Biosorption durch Verwendung von Schizosaccharomyces pombe, insbesondere bei pH = 4,0 oder 6,0, zu erhalten und ein sigmoidales mathematisches Modell für den untersuchten Biosorptionsprozess zu entwickeln. Dieses mathematische Modell kann als Simulationstool für die zukünftige Systemoptimierungsarbeit dienen. In dieser Studie wurde Schizosaccharomyces pombe, eine Art einzelliger Hefen, als Biomasse für die Bioentfernung von Ni2+ verwendet. Es wurden Chemikalien wie Agar, Hefeextrakt, Glucose usw. für die Anwendung von Hefespezies in Subkulturmedien und reine Säuren zur pH-Anpassung benötigt. Zur Herstellung der Stammlösungen von Nickel(II) wurde reine NiCl2-Verbindung verwendet. Das Gleichgewicht zwischen der adsorbierten Komponente und der Lösungskomponente wurde innerhalb von 3 Stunden erreicht. Die Gleichgewichtsaufnahme nahm mit steigender Temperatur ab, was auf ein exothermes Verhalten hinweist. Zur Bewertung der Gleichgewichtsdaten wurden verschiedene Isothermenmodelle, darunter die Isothermen von Langmuir und Freundlich, verwendet. Reaktionsrate und thermodynamische Eigenschaften der Ni(II)-Biosorption bei 20, 25, 30, 35 und 50 °C wurden ebenfalls bestimmt. Wir danken der MU Nihad Sayar Egitim Vakfi und dem MU-Forschungsfondsprojekt FEN-C-YLP-040712-0280 für ihre Investitionen. Bis vor kurzem galten die traditionelle alkoholische Gärung und die malolaktische Gärung als die einzigen Methoden, um vor der Abfüllung aus mikrobiologischer Sicht stabilen Rotwein zu erhalten. Einige Forscher widmen heute der Verwendung von Nicht-Saccharomyces-Hefen in der Önologie zur Verbesserung der Weinqualität besondere Aufmerksamkeit. Diese neuen Biotechnologien führen zu neuen Trends in der Weinmikrobiologie zur Verbesserung der Weinqualität. Zu den am besten untersuchten Nicht-Saccharomyces-Hefearten in der Weinherstellung zählen Candida zemplinina, Torulaspora delbrueckii, Kloeckera apiculata,Hanseniaspora vineae, Hanseniaspora uvarum, Candida pulcherrima, Hansenula anomala, Schizosaccharomyces pombe (S. pombe) und Lachancea thermotolerans (L. thermotolerans). Die meisten dieser Studien dokumentieren aufeinanderfolgende Impfungen eines Nicht-Saccharomyces und eines Saccharomyces cerevisiae zur Erzielung hervorragender Verbesserungen der Weinqualität. S. pombe wurde traditionell zur Entsäuerung verwendet, da es streng schmeckende L-Äpfelsäure in Ethanol umwandeln und so sehr säurehaltige Weine weicher machen kann. Mikroorganismen der Gattung Schizosaccharomyces werden heutzutage jedoch auch für andere Zwecke in der modernen Weinherstellung eingesetzt. Eine neue Verwendung umfasst Techniken, die auf eine hohe Polysaccharidfreisetzung während der Gärung und Lagerung auf der Hefe abzielen. Eine weitere Verwendung besteht in der Senkung des Gluconsäurespiegels im ursprünglichen Traubensaft, wodurch aus verdorbenem Most guter Wein hergestellt werden kann. S. pombe allein verbessert nachweislich auch die Farbe von Rotweinen, da es den Gehalt an relativ stabilen Pigmenten wie Vitisinen und Pyranoanthocyanen erhöht. Aus Sicht der Lebensmittelsicherheit wird die Gattung Schizosaccharomyces daher zur Herstellung sichererer Weine verwendet, da sie über Ureaseinteresse verfügt, das die Produktion von Ethylcarbamat verhindert und das Risiko der Bildung biogener Amine durch wilde Milchsäurebakterien verringert [1]. Umgekehrt wird Lachancea thermotolerans (L. thermotolerans) verwendet, um in warmen Regionen aus säurearmen Mosten säurehaltigere Weine herzustellen. Die Art S. pombe wurde in der Vergangenheit aufgrund einiger Nebeneffekte infolge von Metaboliten wie Essigsäure, Acetaldehyd, Acetoin und Ethylacetat nicht zur Weinherstellung verwendet. Diese Probleme wurden in jüngster Zeit durch die Durchführung fortschrittlicher Stammauswahlverfahren gelöst. Das Hauptproblem bei den Auswahlverfahren war die Schwierigkeit, eine repräsentative Anzahl von Linien von Umweltproben zu unterscheiden, was die Fähigkeit einschränkte, repräsentative Stämme der Gattung Schizosaccharomyces zu erhalten und zu sammeln. Die Anzahl der verfügbaren Linien ist derzeit im Vergleich zu den verfügbaren Saccharomyces cerevisiae-Stämmen (S. cerevisiae) sehr gering. Daher werden in Zukunft auch Auswahlverfahren wie die für S. cerevisiae bei der Weinherstellung durchgeführten erforderlich sein. Neue Biotechnologie im Zusammenhang mit der kombinierten Verwendung von L. thermotolerans und S. pombe wurde bereits in Bezug auf grundlegende Weinherstellungsparameter und komplexe Faktoren wie Aromastoffe, Aminosäuren oder Lebensmittelsicherheitsfaktoren untersucht. Für diese neuartige Biotechnologie müssen jedoch noch viele andere, unerforschte Weinparameter untersucht werden. Diese spezielle Studie konzentriert sich auf die Auswirkungen der kombinierten Verwendung von L. thermotolerans und S. pombe auf die Anthocyanzusammensetzung von Wein. Eine Kombination aus S. pombe und L.thermotolerans ausgewählte Hefestämme sind eine Alternative zur traditionellen malolaktischen Gärung, die sich positiv auf den Anthocyangehalt des Weins auswirkt. Die Ergebnisse der Gärungsversuche zeigten positive Unterschiede bei mehreren Parametern wie Essigsäure, Glycerin, Säureprofil, sensorische Bewertung, Farbe und Anthocyanprofil. Biografie Rumeysa Bukcu hat Chemie studiert und im Alter von 21 Jahren an der Middle East Technical University ihren Abschluss gemacht. Ihre Forschungsinteressen umfassen Biosorption und damit verbundene neue Technologien, und sie schließt derzeit ihre Abschlussarbeit und Studie zur mathematischen Modellierung der Ni2+-Biosorption unter Verwendung des Universal Sigmoid Approach ab. Sie ist Doktorandin der Abteilung Bioingenieurwesen an der Marmara-Universität. Indem sie während der Konferenz an dem intellektuellen und kreativen Klima des Wissensaustauschs teilnimmt, plant sie, ihre Abschlussarbeit zu bereichern. rumeysabukcu@hotmail.com