Mısır gluteninin enzimatik hidrolizi: Proses parametrelerinin optimizasyonu, hidroliz, çözünürlük ve enzim inaktivasyon kinetiği

Abstract

Son yıllarda, hayvansal kaynaklı proteinlere alternatif olan bitkisel kaynaklı proteinlerin modifiye edilerek gıda katkısı olarak kullanımı önem kazanmıştır. Yaklaşık olarak % 60 oranında protein içeren mısır gluteni, nişasta üretimi sırasında yan ürün olarak ortaya çıkmaktadır. Günümüzde, daha çok hayvan yemi olarak kullanılan mısır gluteninin, gıda katkısı olarak kullanılabilmesinde en büyük dezavantajı çözünürlüğünün çok düşük olmasıdır. Ancak bu dezavantaj proteinin modifiye edilmesi ile ortadan kaldırılabilir. Mısır proteinin gıda katkısı olarak kullanımını geliştirmek amacı ile bu çalışmada, mısır glutenin enzimatik hidrolizi, kapsamlı bir biçimde incelenmiştir.Bu tez kapsamında gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, öncelikle beş farklı ticari enzim (Alcalase, Neutrase, Protamex, Flavourzyme ve PTN) kullanılmış ve bunların arasından mısır glutenin hidrolizi için en uygun enzimin Alcalase olduğu belirlenmiştir. Daha sonra, hidroliz derecesini belirlemek için kullanılan pH-stat yöntemi mısır glutenin Alcalase enzimi ile hidrolizi için kalibre edilmiş ve mısır gluteni hidrolizatları için pK değerleri, 40°C, 50°C ve 60°C sıcaklıklarda sırasıyla 6.82, 6.60 ve 6.37 olarak bulunmuştur. Kesikli sistemde, hidroliz paremetrelerinin optimizasyonu için, farklı substrat konsantrasyonlarında (10-60 g protein/L), enzim konsantrasyonlarında (% 0.05-0.35 (hacim/hacim)), sıcaklık (40-65°C) ve pH (6.5-8.5) 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, substrat konsantrasyonu 30 g protein/L, enzim miktarı % 0.25 (hacim/hacim), sıcaklık 55°C ve pH 8 olarak belirlenmiştir. Optimum proses şartlarında, 120 dakika süreyle gerçekleştirilen hidroliz reaksiyonu sonucunda, % 28.4 hidroliz derecesi, % 85.3 protein çözünürlüğü elde edilmiş ve enzimin aktivitesini yaklaşık % 74 oranında kaybettiği saptanmıştır. Çalışmada, hidroliz ürünlerinin, kademeli enzim ilavesinin ve glutene uygulanan, ısıl, mikrodalga, sonik ve nişasta hidrolizi ön işlemlerinin hidroliz reaksiyonu üzerindeki etkileri ayrıca incelenmiştir. Ultrasonikasyon uygulaması ile gerçekleştirilen hidroliz deneyleri ile, sonikasyon parametrelerinin hidroliz reaksiyonu ve enzim stabilitesi üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Optimizasyon deneyleri sonucunda elde edilen tüm veriler analiz edilerek, hidroliz, çözünürlük ve enzim inaktivasyonu için kinetik modeller elde edilmiş, mısır gluteninin hidrolizinin Michaelis-Menten Kinetiğine uygunluğu, başlangıç hız deneyleri gerçekleştirilerek ayrıca incelemiştir. Hidroliz reaksiyonu için Michaelis-Menten kinetik parametreleri, Km= 53.77 g/L, Vmax= 5.94 mmol/L.dak olarak elde edilmiş, ayrıca bu parametrelerin sıcaklık ve pH ile değişimi incelenmiştir. Alcalase enzimi için ürün inhibisyon türünün unkompetitiv olduğu belirlenmiş ve inhibisyon sabiti Ki= % 44.68 (hidrolizat hacmi/reaksiyon çözeltisi hacmi) olarak hesaplanmıştır.