Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

MİKRO ALG KÜLTÜR SİSTEMLERİ

---

Yetiştiricilik yapılan sistemlerde mikroalg kültürleri yapılırken amacın belirlenmesi ve buna uygun bir kültür tekniğinin seçilmesi gerekir. Mikroalg üretimde kullanılan çeşitli kültür yöntemleri vardır. Bu yöntemler laboratuarda tamamıyla kontrollü şartlardan dışarıda daha az kontrol edilen tanklarla yapılır. (Lawens ve Sorgeloos).
Mikroalg kültür sistemleri içeride ve dışarıda yapılan kültür sistemleri olmak üzere 2′ye ayrılır.
1. İçerideki mikroalg kültür sistemleri:
- Kesikli kültür
- Sürekli kültür
- Yarı sürekli kültür
2. Dışarıdaki mikroalg kültür sistemleri.
-İçerideki Mikroalg Kültür Sistemleri
-Kesikli Kültürler
Sabit hacimlerde yapılan kesikli kültür tekniği mikroalg üretiminde kullanılan en basit yöntemdir. Hücreler uygun bir kültür kabı içersinde türün gereksinim duyduğu nutrientler bakımından yeterli düzeyde zenginleştirilmiş kültür ortamına aşılanır ve ortam ışık karşısında havalandırılır. Havalandırma hücreleri süspansiyon halinde tutmak ve CO2 sağlamak için yapılır. Bu şekilde hücrelerin hem ışık kaynağından yararlanması sağlanır hem de fotosentez için gereken inorganik karbon sağlanmış olur.
Kesikli kültürlerde yeterli bir üretimi başarabilmek için her şeyden önce algal büyüme dinamiklerinin iyi anlaşılması gerekir. Optimum fiziksel (ışık, sıcaklık, CO2) ve kimyasal (nutrientler, iz elementler, vitaminler) koşulların hazırlandığı bir kültür ortamına hücreler aşılanır, fakat aşılanan hücrelerde bölünme hemen başlamayabilir. Hücreler yeni ortama uyum gösterip çoğalmaya başlayıncaya kadar bir durgunluk peryodu vardır ve bu süre zarfında hücre sayısında hemen hiçbir artış gözlenmez. Bu evreye “gecikme fazı” denir. Bu faz genellikle aşıdaki ölü hücrelerin sayısına bağlı olarak ortaya çıkar. Bu süre içersinde hücre sayısı aşağı yukarı aynı kalır ve çoğalma gözlenmez. Gecikme fazı’nın gözlendiği bir başka durum ise, aşılanan hücrelerin büyük bir kısmı canlıdır, ancak bölünme yeteneğine sahip değildir. Bu durum özellikle aşı kültürü yaşlı ise ortaya çıkar. Çünkü yaşlı kültürdeki alglarda enzimler inaktif haldedir ve metabolik konsantrasyonları hücre bölünmesi için yetersiz bir düzeye kadar azalmış olabilir. Bu nedenle yeni bir ortama yapılacak aşı kültürler log. Büyüme fazında bulunan altkültürlerden alınmaktadır. Gecikme fazını büyüme hızının sabit bir artış hızı ile ifade edildiği, hücrelerin eşit ve ardıl zaman aralıklarında logaritmik olarak arttıkları faz izler. Bu faz hücre konsantrasyonu max. Bir değere ulaşıncaya kadar devam eder. Ancak ortamda max. Hücre konsantrasyonuna ulaşmayı sınırlayan yeni faktörler ortaya çıkar. Bunlar besinlerin tüketilmesiyle yada belli bir substratın algal büyümeyi sınırlayacak düzeye kadar düşmesiyle oluşan nutrient sınırlaması, hücrelerin birbirini gölgelemesiyle oluşan ışık sınırlaması ve toksik bir madde birikimi kültüre innibe edici bir etki yapar. Bunlara CO2 verilme hızı, pH’daki değişimleri de ilave edebiliriz. Bu faz sonunda kültür ortamında ürün ve yan ürünler oluşur. Sabit hacimli kültürlerde oluşan yan ürünler dışarı atılamadığından hücre sayısında bir düşüş gözlenir ve bu evre “azalma fazı veya azalan log. faz” olarak tanımlanır. Bunu hücre sayısının birim hacimde sabit bir oran halinde kaldığı “duraklama fazı” izler. Çünkü bu evrede ölü ve canlı hücrelerin sayısı birbirine eşittir. Dolayısıyla bu fazda hücre sayısı artmaz ve büyüme hızı sabit bir katsayı ile ifade edilir yani hücre konsantrasyonunda zamana bağlı net bir artış veya azalış gözlenmez. Ancak bunu izleyen fazda çeşitli faktörlerin etkisiyle hücrelerde ölüm hızı arttığı için, hücre sayısında net bir azalma gözlenir, buna bağlı olarak büyüme hızı sıfır olur ve kültür tamamen canlılığını kaybeder.
Büyük hacimlerde yapılan kesikli kültür tekniğine ise yığın kültür denilmektedir. Aydınlatma ve havalandırmanın sağlandığı kültür ortamına hücreler aşılanır ve hücreler max. Yoğunluğa ulaştığı zaman tamamen hasat edilir.
Sürekli Kültür
Zenginleştirilmiş deniz suyunun sağlandığı kültür sürekli olarak kültür ortamına pompalanır ve aynı zamanda kültür hasat edilir. Büyümenin durmasına neden olan tüm faktörler sürekli kültür tekniği ile giderilebilir. Sürekli kültür tekniği algal biyoteknolojide uygulanan yeni tekniklerden biridir. Sabit hacimde yapılan kesikli kültürlere göre pek çok avantajları vardır. Sürekli kültürlerde amaç, max. büyüme hızına erişen bir kültürü aynı büyüme hızında devam ettirmektir. Bunun için halen aynı amaca hizmet eden iki sistem kullanılmaktadır. Bunlar kemostat ve turbidiostat sistemdir.
Kemostat sistemlerde, büyümenin belirli bir noktasında sınırlayıcı olan bir nutrient ortamı sürekli olarak kültür kabına içine verilir. Şekilde görüldüğü gibi taze ortamın bulunduğu bir kap, bunu hücrelerin bulunduğu kaba hassas ayarla gönderen bir peristaltik pompa, algal büyüme için gerekli ışık kaynağı, havalandırma sistemi ve homojenizasyonu etkili biçimde sağlayan bir manyetik karıştırıcıdan oluşmuştur. Bu sisitem taze ortamın sürekli olarak sabit hızla ilave edildiği bir kültür sistemidir. Kültür kabına ilave edilen miktar kadar ürün çıkışı olmaktadır. Taze ortamdaki nutrientlerin konsantrasyonları ve taze ortamın giriş hızı kültüre edilen türün spesifik büyüme hızına ve hücrelerin ortamda kalış süresine uygun bir şekilde düzenlenir. Akış hızının kültür hacmine oranı şeklinde ifade edilen seyreltme hızı, yeterli miktarda nutrient içeren solusyondan uygun bir akışla sağlanır. Seyreltme hızı kemostat sistemleri şu durumlarda etkiler:
- Eğer seyreltme hızı (D), spesifik büyüme hızında ( ) daha yüksek olursa (D> ) hücre süpürülmesi olayı meydana gelir ve kültür kabında hücre kalmaz.
- Eğer seyrelme hızı, spesifik büyüme hızına eşit olursa (D= ) kararlı hal koşullarına ulaşılır ve kültür devam eder.
- Eğer seyreltme hızı (D), spesifik büyüme hızından düşük olursa kültür sürekli değil, kesikli kültür özelliğine sahip olur.
Sürekli kültürlerde D = yani kararlı hal koşullarına ulaşmak istenir. Bu koşullarda kültür kabındaki hücre konsantrasyonu zamana bağlı olarak değişmez ve sonuçta spesifik büyüme hızı seyreltme hızına eşit olur. Kararlı hal koşullarına sahip bir kemostatta hücrelerin büyüme hızı düşük miktarda bulunan nutrient tarafından sınırlanır. Bu durum sınırlayıcı nutrientin taze ortamdaki konsantrasyonu ile kültür ortamına uygulanan seyreltme hızının bir fonksiyonudur. Bir kemostatta kültür yoğunluğu, taze ortamdaki sınırlayıcı nutrient konsantrasyonunun değiştirilmesiyle idare edilebilir.
Sürekli kültürün diğer bir şekli de turbidiostattır. Bu sistemin esasını ortama sürekli olarak nutrientlerin akışı sağlanarak hücre yoğunluğunu belirli bir düzeyde tutmak oluşturur. Yani bu sistemde kemostatta olduğu gibi sınırlayıcı nutrientin ortama belli bir oranda verilmesi değil, hücre yoğunluğunun belli bir sabitte tutulması amaçlanmıştır. Otomatik sistem vasıtasıyla taze ortam ile kültüre su ilave edilerek en yüksek düzeyde alg konsantrasyonu sağlanır.

Yarı Sürekli Kültür
Belirli peryodta hasat edilen torba ve tank gibi büyük hacimlerde yapılan bir kültür tekniğidir. Max. bir büyüme elde etmek için etkili bir aydınlatma ve havalandırmanın sağlandığı kültür ortamı, uygun nutrientlerce zenginleştirilerek hücreler aşılanır. Yüksek büyüme hızını desteklemek için kültüre giren hava %1-2 oranında CO2 ile zenginleştirilebilir. İstenen hücre yoğunluğuna ulaşıldığında ürün ya tamamen alınır yada log. fazdaki spesifik büyüme hızı oranında alınıp, ortama taze besinler girilerek kültüre devam edilir. Böylece büyüme kesintisiz olarak devam ettirilmiş olur. Yarı sürekli kültürler içeride yada dışarıda olabilir. Rakipler, predutörler, metoboliteler yada kontaminasyondan dolayı sürekliliği önceden tahmin edilemez. Aşı kültür olarak kullanmak için kültür güvenilir değildir. Genellikle rutin kültür çalışmaları için uygundur. (Lawens ve Sorgeloos, 1996).

Mikroalg kültüründe birim zamanda en yüksek hücre yoğunluğunu elde etmek işlemin temel amacıdır. Üretim için kullanılan kültür tekniğini belirlerken işlemi sınırlayan pek çok ortam faktörünün yanı sıra kültür ekonomisinin de önemli bir faktör olduğu unutulmamalıdır. Üretimde ekolojik ve ekonomik koşullara bağlı olarak değişen çeşitli teknikler uygulanmaktadır. Bu nedenle mikroalg üretimi yapacak işletmeler kültür amacına uygun kültür sistemini seçmelidir.
Ülkemizde akuakültürün ticari uygulamaları ile ilgili olanlar her geçen gün artmaktadır. Özellikle ekonomik değere sahip deniz formlarının yetiştiriciliğinde, beslenme zincirinin ilk halkasını ve zorunlu basamağını oluşturan mikroalg türlerinin kültürü ile ilgili uygulama ve araştırmaların artması ve daha detaylı çalışmaların yapılması artık bir gereklilik haline gelmiştir.

---