Kitosan silika jel boncuklara immobilize edilen proteazın biyokimyasal karakterizasyonu ve deterjan endüstrisinde kullanılabilme potansiyelinin değerlendirilmesi
Biochemical characterization of kitosan silica gel bead-immobilated protease and evaluation of its usage potential in the detergent industry
Yazar: VOLKAN KARAKURT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CANAN GÜLMEZ
Iğdır Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyokimya = Biochemistry
Dizin: Deterjan endüstrisi = Detergent industry ; Kitosan = Chitosan ; Peptid hidrolazlar = Peptide hydrolases ; Silika jel = Silica gel ; İmmobilizasyon = Immobilization

Özet:
Bu çalışmada, proteaz enzimini kitosan ve silika jel destek materyaline çapraz bağlanma yöntemiyle immobilize ederek serbest enzimle karşılaştırmalı biyokimyasal karakterizasyonunun gerçekleştirilmesi ve deterjan endüstrisinde kullanılma potansiyelinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda serbest ve immobilize enzimin pH sıcaklık çalışmaları, organik solvent ve metal iyon stabilitesi ve surfaktanlar ve ticari katı ve sıvı çamaşır deterjanları içerisindeki uyumluluğu değerlendirilmiştir. Ayrıca immobilize enzimin tekrar kullanılabilirliği ve depo kararlılığı test edilmiştir. Serbest ve immobilize enzimin optimum pH'ları sırasıyla 7 ve 10, optimum sıcaklıkları ise 40°C ve 50°C olarak belirlenmiştir. Çalışılan tüm metal iyonları varlığında immobilize enzim serbest enzimden daha yüksek aktiviteye sahip olduğu ve özellikle Mg2+ iyonu varlığında aktivitesini %18'den fazla artırdığı gözlemlenmiştir. Serbest enzim etanol ve ksilen içeren ortamda aktivitesinin yaklaşık  %10'unu kaybederken immobilize enzim sırasıyla yaklaşık 4.4 ve 3.4 kat artırmıştır. Serbest enzimin aktivitesinin yaklaşık %43'ünü kaybettiği, tween 80 varlığında immobilize enzim aktivitesini 6.5 kattan daha fazla artırmıştır. İmmobilize enzimin deterjan endüstrisinde kullanılabilme potansiyeli çeşitli ticari sıvı ve katı çamaşır deterjanları içerisinde 1 saat optimal koşullarda bekletilerek ortaya konulmuştur ve immobilize enzimin ticari katı deterjanlar içerisinde daha stabil olduğu ve daha iyi aktivite gösterdiği kaydedilmiştir. İmmobilize enzim ticari bir katı deterjan içerisinde aktivitesini %30'dan fazla artırmış, diğer ticari deterjanlar içerisinde de aktivitesinin tamamını muhafaza edemese de önemli stabilite sergilemiştir. 
Sonuçta, kitosan silika jel boncuklara glutaraldehit aracılı çapraz bağlama ile immobilize proteazın serbest proteaza kıyasla optimum sıcaklığı artırılmış ve optimum pH değeri alkali pH aralığına getirilmiştir. İmmobilize enzim 5. hidroliz döngüsünden sonra aktivitesinin yaklaşık yarısını ve 5. haftanın sonunda  +4°C'de aktivitesinin %94'ünü koruyarak iyi bir operasyonal stabilite sergilemiştir. İmmobilize enzimin çeşitli kimyasal ajanlar, metalik iyonlar, organik çözücüler, yüzey aktif maddeler ve ticari deterjanlar içerisindeki stabilitesi ile alkali ve yüksek sıcaklık gerektiren sert yıkama koşullarına adaptasyonu artırılmıştır. Sentezlenen immobilize enzim sergilediği üstün karakteristikleri ile deterjan endüstrisi başta olmak üzere çeşitli endüstriyel uygulamalarda değerlendirilebilir.
Anahtar kelimeler: Kitosan, silika jel, proteaz, immobilizasyon, deterjan endüstrisi

Abstract:
In this study, it was aimed to perform the comparative biochemical characterization of the protease enzyme with the free enzyme by cross-linking the chitosan and silica gel support material and to determine its potential for use in the detergent industry. In this context, pH/temperature studies organic solvent and metal ion stability and compatibility in surfactants and commercial solid and liquid laundry detergents of free and immobilized enzyme were evaluated. In addition, the reusability and storage stability of the immobilized enzyme were tested. The optimum pH of the free and immobilized enzyme was determined as 7 and 10, respectively, and the optimum temperatures were determined as 40°C and 50°C. In the presence of all metal ions studied, the immobilized enzyme had higher activity than the free enzyme and increased its activity by more than 18%, especially in the presence of Mg2+ ions. While the free enzyme lost approximately 10% of its activity in the medium containing ethanol and xylene, the immobilized enzyme increased approximately 4.4 and 3.4 fold, respectively. In the presence of tween 80, where the free enzyme was lost about 43% of its activity, the immobilized enzyme increased more than 6.5 times. The potential of the immobilized enzyme to be used in the detergent industry has been demonstrated by keeping it in various commercial liquid and solid laundry detergents for 1 hour under optimal conditions, and it has been noted that the immobilized enzyme is more stable and shows better activity in commercial solid detergents. The immobilized enzyme was increased its initial activity by more than 30% in a commercial solid detergent and exhibited significant stability in other commercial detergents, although it could not retain its full activity. It was also preserved half of its activity after the 5th hydrolysis cycle of the enzyme.
As a result, the optimum temperature of the immobilized protease to the support obtained by glutaraldehyde-mediated cross-linking to chitosan silica gel beads was increased compared to the free protease, and the optimum pH value was brought to the alkaline pH range. The immobilized enzyme exhibited good operational stability, retaining half of its activity after the 5th hydrolysis cycle and 94% of its activity at +4°C at the end of 5 week. The stability of the immobilized enzyme in various chemical agents, metallic ions, organic solvents, surfactants and commercial detergents, and its adaptation to harsh washing conditions that require alkali and high temperatures have been enhanced. The synthesized immobilized enzyme can be evaluated in various industrial applications, especially in the detergent industry, with its superior characteristics.
KeyWords: Chitosan, silica gel, protease, immobilization, detergent industry