Atık çay ekstraktında üretilen Aspergillus niger küf misellerinden elde edilen kitosanın özelliklerinin belirlenmesi / The determination of properties of chitosan obtained from Aspergillus niger mold micells grown in waste tea extract

Abstract

Bu çalışmada, atık çayda üretilen Aspergillus niger'den, kimyasal yöntemlerle kitosan üretilerek, üretilen kitosanın belirli özellikleri araştırılmıştır. Üretilen fungal kitosanın özellikleri ticari kitosan ile kıyaslanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında atık çaylar kurutulmuş %5, %10 ve %20 konsantrasyonlarda sterilize edilmiş çay-su karışımları elde edilmiştir. Diğer aşamalarda, A. niger küfü Triptic Soy Broth ve 0,6 yeast extract besiyerinde aktifleştirildikten sonra 5 gün 25°C'de geliştirilmiştir. Elde edilen biyokütleden kimyasal yöntem kullanılarak kitosan ekstraksiyon edilmiştir. Elde edilen kitosanın yapısal özellikleri FT-IR, FESEM ve NMR ile belirlenmiştir. FESEM görüntüleri 500x, 1000x, 5000x ve 10000x büyütme oranlarıyla görüntülenmiştir. NMR analizi D₂O ve D₆ çözücüsü kullanılarak yapılmıştır. Üretilen kitosanın antimikrobiyal özellikleri Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere, mayalara ve küflere karşı disk difüzyon testi kullanılarak analiz edilmiştir. Bunun yanı sıra üretilen kitosanın, deasetilasyon derecesi titrasyon yöntemi ile viskozitesi ise vizkozimetre kullanılarak belirlenmiştir. Üç farklı konsantrasyona sahip besiyeri ortamındaki kitosanların verimi %20'lik çay ekstraktından %17,5, %10'luk çay ekstraktından %15,7 ve %5'lik çay ekstraktından %13,9 olarak bulunmuştur (p<0,05). Elde edilen FT-IR spektrumlarının diğer A. niger kitosanı ve ticari kitosan ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. En yüksek antimikrobiyal aktiviteyi S. cerevisiae'ye karşı, en az antimikrobiyal aktiviteyi ise A. sydowii'ye karşı göstermiştir. Ticari kitosan, fungal kitosana göre test edilen mikroorganizmalara karşı daha fazla antimikrobiyal aktivite göstermiştir. Fungal kitosanın deasetilasyon derecesi en yüksek %92, ticari kitosanın deasetilasyon derecesi yakın olarak %89 bulunmuştur. Fungal kitosanın porlu ve fiber yapıda olduğu, ticari kitosanın fiber yapıda olduğu gözlenmiştir. Ticari kitosanın element içeriğini gösteren spektrumda, karbon değeri daha yüksek olduğu için ticari kitosanın daha uzun zincire sahip olduğu, fungal kitosanın sodyum miktarının ticari kitosandan daha fazla olduğu görülmüştür. NMR sonuçlarından elde edilen spektrumlarda üretilen kitosanın N-asetil glikozamin miktarının yoğunlukta olduğu tespit edilmiştir. Fungal kitosanın viskozitesi 0,5-0,8 centipoises (cP) ve ticari kitosanın viskozitesi 4,0-4,3 centipoises (cP) olarak bulunmuştur. Araştırmada elde edilen bulgulara göre, çevre açısından önem kazanan atık maddelerin değerlendirilmesi amacıyla atık çaylarda geliştirilen A. niger küfünden kitosan üretimi ilk defa gerçekleştirilmiş olup, bu çalışma bu konudaki araştırmalar için yol gösterici olabileceği sonucuna varılmıştır.

This study investigated specific properties of chitosan produced by chemical methods from Aspergillus niger produced in tea waste. The properties of the produced fungal chitosan were compared with commercial chitosan. In the first stage of the study, tea waste was dried, and sterilized tea-water mixtures were obtained at 5%, 10%, and 20% concentrations. In other stages, A. niger mold was grown at 25°C for five days after activating Tryptic Soy Broth and 0,6 yeast extract medium. Chitosan was extracted from the obtained biomass using a chemical method. FT-IR, FESEM, and NMR determined the structural properties of the obtained chitosan. FESEM images were viewed with magnifications of 500x, 1000x, 5000x and 10000x. NMR analysis was performed using D₂O and D₆ solvent. In addition, its antimicrobial properties against Gram-positive and Gram-negative bacteria, yeasts, and molds were analyzed using the disk diffusion test. In addition, the deacetylation degree of the produced chitosan was determined by the titration method, and its viscosity was determined using a viscometer. The yield of chitosans in the nutrient medium with three different concentrations was found to be 17,5% from 20% tea extract, 15,7% from 10% tea extract and 13,9% from 5% tea extract (p<0,05). It was observed that the obtained FT-IR spectra were compatible with other A. niger chitosan and commercial chitosan. It showed the highest antimicrobial activity against S. cerevisiae and the least antimicrobial activity against A. sydowii. Commercial chitosan showed more antimicrobial activity against the tested microorganisms than fungal chitosan. The deacetylation degree of fungal chitosan was found to be the highest at 92%, while the deacetylation degree of commercial chitosan was close to 89%. It has been observed that fungal chitosan has a porous and fiber structure, while commercial chitosan has a fiber structure. In the spectrum showing the elemental content of commercial chitosan, it was seen that commercial chitosan had a longer chain because the carbon value was higher, and the sodium amount of fungal chitosan was higher than commercial chitosan. The spectra obtained from the NMR results determined that the amount of N-acetyl glucosamine produced in chitosan was concentrated. The viscosity of fungal chitosan was found to be 0.5-0.8 centipoises, and the viscosity of commercial chitosan was 4.0-4.3 centipoises. The findings obtained in the study, the production of chitosan from A. niger mold developed in tea waste was carried out for the first time in order to evaluate the waste materials that have gained importance in terms of the environment, and it was concluded that this study could be a guide for research on this subject.