Susam küspesindeki proteinin enzimatik hidrolizinin, çözünürlüğünün, enzim inaktivasyon kinetiğinin ve fonksiyonel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Proteinin yapı taşları olan amino asitlerine parçalanması doğal bir prosestir. Enzimlerle hidroliz işlemi sonucunda diğer hidroliz proseslerine göre daha güvenli ve istenen hidrolizat ürünleri elde edilir. Proteinin peptidlere parçalanması ile çözünür ve sindirimi kolay ürünler elde edilir ve tat, viskozite, karıştırılabilirlik, emulsifiye edici ve köpük yapıcı gibi diğer fonksiyonel özellikler de etkilenir. Bitkisel kaynaklı proteinlerin ucuz olmasına ve bol bulunmasına rağmen gıdalarda istenen fonksiyonel performanslarının düşük olmasından dolayı, gıda ürünlerinde kullanımı sınırlıdır. Ancak, enzimatik modifikasyonlarla proteinlerin fonksiyonel özelliklerinin geliştirilebileceği belirtilmiştir ve bu şekilde elde edilen ürünler gıda katkı maddeleri olarak değerlendirilmektedir.Yağ endüstrisinde atık olarak elde edilen susam küspesi yaklaşık olarak % 40 oranında protein içerir. Günümüzde, daha çok hayvan yemi olarak kullanılan susam küspesinin, gıda katkısı olarak kullanılabilmesinde en büyük dezavantajı çözünürlüğünün çok düşük olmasıdır. Ancak bu dezavantaj proteinin modifiye edilmesi ile ortadan kaldırılabilir. Susam küspesi proteininin gıda katkısı olarak kullanımını geliştirmek amacı ile bu çalışmada, susam küspesinin enzimatik hidrolizi, kapsamlı bir biçimde incelenmiştir.Bu tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, ilk olarak beş farklı ticari enzim (Alcalase, Neutrase, Protamex, Flavourzyme ve PTN) kullanılmış ve bunların arasından susam küspesi hidrolizi için en uygun enzimin Alcalase olduğu belirlenmiştir. Daha sonra, hidroliz derecesini belirlemek için kullanılan pH-stat yöntemi susam küspesi proteininin Alcalase enzimi ile hidolizi için kalibre edilmiş ve susam küspesi hidrolizatları için pK değerleri, 40°C, 50°C ve 600C sıcaklıklarda sırasıyla 6.88, 6.65 ve 6.42 olarak bulunmuştur. Kesikli sistemde, hidroliz paremetrelerinin optimizasyonu için, farklı substrat konsantrasyonlarında (10-30 g protein/L), enzim konsantrasyonlarında (% 0.20-0.40 (hacim/hacim)), pH (6.5-9) ve sıcaklık (45-650C) değerlerinde deneyler gerçekleştirilerek hidroliz derecesi, protein çözünürlüğü ve enzim stabilitesi zamana karşı incelenmiştir. Farklı proses şartlarında gerçekleştirilen bu deneyler sonucunda hidroliz için optimum proses şartları, 15 g protein/L substrat konsantrasyonu, % 0.30 (hacim/hacim) enzim miktarı, 50°C sıcaklık ve pH 8.5 olarak belirlenmiştir. Optimum proses şartlarında, 120 dakika süreyle gerçekleştirilen hidroliz reaksiyonu sonucunda, % 26.3 hidroliz derecesi, % 82.1 protein çözünürlüğü elde edilmiş ve enzimin aktivitesini yaklaşık % 56 oranında kaybettiği saptanmıştır.Çalışmada hidroliz ürünlerinin, kademeli enzim ilavesinin ve susam küspesine uygulanan, ısıl, mikrodalga ve sonikasyon ön işlemlerinin hidroliz reaksiyonu üzerindeki etkileri ayrıca incelenmiştir. Optimizasyon deneyleri sonucunda elde edilen tüm veriler analiz edilerek, hidroliz, çözünürlük ve enzim inaktivasyonu için kinetik modeller elde edilmiştir. Susam küspesi proteininin hidrolizinin Michelis Menten Kinetiğine uygunluğu, başlangıç hız deneyleri gerçekleştirilerek ayrıca incelemiştir. Hidroliz reaksiyonu için Michelis Menten Kinetik parametreleri, Km= 41.17 g/L, Vmax= 9.24 meqv/L.dak olarak elde edilmiş, bu parametrelerin sıcaklık ve pH ile değişimi ayrıca incelenmiştir. Alcalase enzimi için ürün inhibisyon türünün unkompetitiv olduğu belirlenmiş ve inhibisyon sabiti Ki= % 38.24 (hidrolizat hacmi/reaksiyon çözeltisi hacmi) olarak hesaplanmıştır.Susam küspesi proteininin hidrolizatlarının fonksiyonel özellikleri (su tutma kapasitesi, yağ tutma kapasitesi, köpürme ve emülsiyon özellikleri) incelenmiştir. Enzimatik hidroliz, susam küspesi protein hidrolizatlarının fonksiyonel özelliklerini geliştirmiştir. Susam küspesi protein hidrolizatlarının bu fonksiyonel karakteristikleri, endüstriyel gıda uygulamalarında doğal katkı olarak hidrolizatların kullanımını sağlamaktadır. Sonuç olarak, gıda sanayi atığı olan susam küspesi değerli bir gıda katkısı haline dönüşebilmektedir.