Mısır ıslatma suyunun Bacillus licheniformis OP16-2 ile termos-alkali koşullarda besin içermeyen bir biyorafinere dönüştürülerek laktik aside çevrilmesi ve pilot ölçek değerlendirmesi

Mısır Yan Ürünü Değerli Bir Yeşil Kimyaya Dönüştürmek

Laktik asit modern ekonominin çok yönlü bir bileşenidir: gıdaların korunmasına yardımcı olur, kozmetikte cildi yatıştırır ve biyobozunur plastiklerin önemli bir yapı taşıdır. Ancak bunu büyük miktarlarda sürdürülebilir ve ucuz şekilde üretmek hâlâ bir zorluktur. Bu çalışma beklenmedik bir kahramanı inceliyor—mısır ısıl işlemi sırasında oluşan besin açısından zengin bir yan ürün olan mısır ıslatma suyunu—ve dayanıklı bir toprak bakterisinin bu sıvı atığı ek besin gerektirmeden, yüksek değerli laktik aside nasıl dönüştürebileceğini, kontaminasyonu doğal olarak sınırlayan sıcak ve alkali koşullar altında gösteriyor.

Mısır Endüstrisinde Gizli Bir Kaynak

Büyük tesislerde mısır işlendiğinde taneler nişastayı serbest bırakmak ve yumuşatmak için kükürtdioksit içeren sıcak suda bekletilir. Kalan sıvı, mısır ıslatma suyu olarak bilinir, şekerler, amino asitler, vitaminler ve mineraller açısından zengindir. Geleneksel olarak sadece fermantasyonlarda küçük miktarlarda katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Bu makalenin yazarları daha iddialı bir soru sordu: ilave besin olmadan mısır ıslatma suyu, mikroorganizmaların laktik asit üretmesi için tek başına besin kaynağı olabilir mi; düşük değerli bir yan ürünü "besinsiz" bir biyorafinerinin ana ham maddesine dönüştürebilir mi?

Sıcağa ve Alkaliye Dayanan Mikrobiyel Bir İş Atı Bulmak

Endüstriyel fermantasyonlar genellikle iki sorunla karşılaşır: rafine şekerlerin maliyeti ve istenmeyen mikroorganizmaların suşu bozma riski. Bunların üstesinden gelmek için araştırmacılar, Mısır genelinden alınan toprak örneklerinde yaklaşık 50–60 °C civarında yüksek sıcaklıkta ve yaklaşık pH 9 gibi alkali koşullarda yaşayan bakteriler aradılar. Bu zorlu ortamlar yaygın kontaminant mikroorganizmaları doğal olarak caydırır. 50 aday arasından, daha sonra Bacillus licheniformis OP16-2 olarak tanımlanan bir suş öne çıktı. Bu suş mısır ıslatma suyunda güçlü şekilde büyüyebiliyor, işleme kalıntısı olan tuzlar ve kükürt bileşenleri gibi inhibitörlere dayanabiliyor ve mevcut şekerleri çok yüksek verimle tutarlı şekilde laktik aside dönüştürebiliyordu.

Maksimum Verim İçin Tarifin Ayarlanması

Bu umut verici suş seçildikten sonra ekip, fermantasyon tarifini sistematik olarak ayarladı. Mısır ıslatma suyundaki farklı şeker düzeylerini, sıcaklıkları, başlangıç mikroorganizma miktarlarını ve pH değerlerini test ettiler. Ayrıca laktik asit biriktikçe pH’ı dengede tutmanın iki yolunu karşılaştırdılar: sodyum hidroksit (NaOH) eklemek veya katı kalsiyum karbonat kullanmak. Ardından, bu faktörlerin tek tek değil birlikte nasıl etkileştiğini değerlendirmek için gelişmiş istatistiksel araçlar kullandılar. Bu yaklaşım yaklaşık 80–83 g/L mısır ıslatma suyu şekeri, ~45 °C civarında bir sıcaklık, yaklaşık 8.5–9.0 civarında hafif alkalin bir başlangıç pH’ı ve orta-yüksek bir başlangıç bakteri miktarı gibi optimal bir "tatlı nokta" ortaya koydu. Bu koşullar altında mikroorganizma, tüketilen şekerin yaklaşık %94’ünü laktik aside dönüştürdü; bu son derece yüksek bir verimdir.

Flasklardan Pilot Biyoreaktöre Ölçek Büyütme

Laboratuvar flaskları keşif için faydalıdır, ancak gerçek dünya etkisi daha büyük tanklardaki performansa bağlıdır. Bu nedenle araştırmacılar 50 litrelik bir biyoreaktöre geçtiler ve yalnızca işlem görmemiş mısır ıslatma suyunu, doğru şeker düzeyi ve pH’a ayarlayarak beslediler. Standart bir parti çalışmasında yaklaşık 74–76 g/L laktik asit elde ettiler ve bu da istatistiksel tahminleriyle örtüştü. Üretimi daha da artırmak için "çoklu darbeli besleme-partisi" (multi-pulse fed-batch) stratejisine geçtiler: tüm şekeri bir kerede eklemek yerine, bakteriler şekeri tükettikçe yoğunlaştırılmış mısır ıslatma suyunu kademeli olarak beslediler. Bu, şeker düzeyini mikroorganizmalar için konforlu bir aralıkta tuttu ve yüksek konsantrasyonların neden olacağı stresten kaçındı. Yaklaşık bir haftalık işletme süresince laktik asit düzeyleri yaklaşık 153 g/L’ye yükseldi; verim yüksek ve üretkenlik istikrarlı kaldı.

Sürdürülebilir Malzemeler Açısından Neden Önemli

Yenilenebilir kaynaklardan elde edilen laktik asit, polilaktik asit (PLA) gibi biyobozunur plastiklerin yanı sıra çevre dostu çözücüler ve gıda bileşenleri üretiminde merkezi bir rol oynar. Bu çalışma, tek bir dayanıklı bakterinin, sıcak ve alkali koşullar altında, genellikle atık akış olarak kabul edilen mısır ıslatma suyunu doğrudan maya özü veya diğer maliyetli besinler eklemeden laktik aside dönüştürebileceğini gösteriyor. Hem hammadde hem de sterilizasyon maliyetlerini düşürerek bu termos-alkali, besinsiz süreç; tarımsal yan ürünlerden yeşil kimyasalların uygun maliyetli, büyük ölçekli üretimine daha da yaklaştırıyor ve atığı daha sürdürülebilir tüketici ürünleri için değerli bir bileşene dönüştürüyor.

Atıf: Selim, M.T., Salem, S.S., El-Belely, E.F. et al. Nutrient-free biorefinery of corn steep water into lactic acid by Bacillus licheniformis OP16-2 under thermo-alkaline conditions with a pilot-scale assessment. Sci Rep 16, 4357 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35828-4

Anahtar kelimeler: laktik asit fermantasyonu, mısır ıslatma suyu, biyorafineri, Bacillus licheniformis, biyoplastikler