Mn+2 iyonu içeren bazı gıda proteinlerinin kararlılıklarının ESR yöntemi ile incelenmesi
Investigation of the stabilities of some Mn+2 ion containing food proteins by ESR technique
Yazar: MUSTAFA COŞKUN
Danışman: PROF.DR. MUSTAFA KORKMAZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2004
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Mn+2 İYONU İÇEREN BAZI GIDA PROTEİNLERİNİN KARARLILIKLARININ ESR YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ Mustafa COŞKUN ÖZ Bu tez çalışmasının ana amacı, bazı lektin proteinleri katlanma durumlarında kendi doğal gıda ortamlarında ısısal yolla oluşan değişikliklerin bu proteinlerin içerdikleri Mn+2 iyonu ESR sinyali üzerine olan yansımalarını izleyerek söz konusu olan pro teinlerin kararlılıklarının sıcaklığa ve ortama bağlı olarak nasıl değiştiğinin araştı rılmasıdır. Ayrıca incelenen gıda maddelerinde gözlenen ve gıdanın gelişimi sıra sında kendiliğinden oluşan veya termik yolla yaratılan kökçelerin ESR sinyallerinde deney koşullarına ve örnek türüne bağlı olarak ortaya çıkan değişimlerin bu kökçelerin içinde bulundukları ortamlarla olan ilişkisini araştırmak bu tez çalışma sının bir başka amacını oluşturmaktadır. Çalışma, bezelye, mercimek, soya ve barbunya gibi gıda maddeleri üzerinde yürü tüldü. Önce bu gıda maddelerindeki lektin proteinin içerdiği Mn+2 iyonlarından ve doğal kökçeden kaynaklanan ESR sinyallerinin 120-400K aralığında sıcaklıkla de ğişimleri incelendi. Daha sonra örneklerin 6 farklı sıcaklıkta (353, 373, 383, 403, 423 ve 443K) havaya açık, vakumda, saf kuru azot ve saf kuru oksijen ortamların da değişik sürelerle tavlanmaları sonucunda Mn+2 iyonu ve doğal kökçe kaynaklı sinyallerde ortaya çıkan değişimler incelendi. Bu değişimlerin Mn+2 iyonunun lektin proteinindeki yapısal konumu ile olan ilişkisi değerlendirilerek bunun lektin protein kararlılığı üzerine olan etkileri araştırıldı. Doğal kökçelerin miktarlarında ortaya çı kan değişimler de değerlendirilerek bunun lipit peroksidasyonu ile olan ilişkileri a- raştırıldı. Kaydedilen spektrumlardan, Mn+2 iyonu için (+1/2 - > -1/2) elektronik geçişine karşı gelen altılı rezonans geçişlerinin ilk rezonans çizgisinin yarı eğri genişliği (AHPP), g değeri, tepeden tepeye sinyal şiddeti (lpp) ve birinci ile ikinci rezonans çizgileri ara sındaki uzaklıktan A aşırı ince yapı değişmezi; doğal kökçe için ise tek çizgili bir karaktere sahip olan rezonans geçişinin yarı eğri genişliği (AHPP), g değeri ve te peden tepeye sinyal şiddeti (lpp) ölçüldü. Bruker EMX 131 X-band ESR spektrometresinin kullanıldığı deneylerde, dört farklı ortamda tavlanan gıda örnekleri Mn+2 iyonu ve doğal kökçe sinyalleri yarı eğri ge nişliklerinde (AHPp), aşırı ince yapı değişmezinde (A) ve spektroskopik yarılma çar panlarında (g) genelde bekletme zamanına ve sıcaklığa bağlı olarak belirgin birdeğişimin oluşmadığı, buna karşın, tüm örnek türlerinin sinyal şiddetlerinde (lpp) çok belirgin değişimlerin ortaya çıktığı gözlendi. Farklı sıcaklık, ortam ve tavlama zamanları için elde edilen Mn+2 iyonu ve doğal kökçe spektrumlarından belirlenen sinyal şiddetlerinden yararlanarak, veri uyarla ması yoluyla, her iki manyetik tür için tepkime sabitleri (k) ve aktivasyon enerjileri (Ea) hesaplandı. Mn+2 iyonu kaynaklı sinyalin sıcaklık arttıkça daha hızlı bir şekilde söndüğü ve bu nun tavlamanın yapıldığı ortama açık bir bağlılık göstermediği belirlendi. Yapılan değerlendirmeler sonucunda Mn+2 iyonu aktivasyon enerjisinin daha çok gıda tü rüne bağlı olduğu, tavlamanın yapıldığı ortamın bu enerjinin belirlenmesinde çok önemli bir rol oynamadığı görüldü. Dört değişik ortamda tavlanan bezelye, soya ve barbunya için Mn+2 sinyali sönümü için elde edilen aktivasyon enerjilerinin yaklaşık 30 kcal/mol civarında olmasına karşın, mercimek için bu değerin yaklaşık 22 kcal/mol civarında kalması dikkat çekici bulundu. Bu değerlendirmeler; 353 K'den, başka deyimle 80 °C'den itibaren incelenen tüm gıda türlerinde lektin proteinlerinin hızlı bir yıkıma uğradıklarını dolayısıyla kararlılıklarını koruyamadıklarını göster mektedir. Daha yüksek sıcaklıklara çıkıldığında bu yıkımın daha da hızlanarak de vam ettiği anlaşılmaktadır. Doğal kökçe sinyaline gelince, örneğin tavlama süresine bağlı olarak önce bir sö nüme uğradığı, ancak tavlama sıcaklığına bağlı olan kritik bir tavlama zamanı so nunda, spektroskopik özellikleri doğal kökçeye çok benzeyen, yeni kökçelerin ter mal yolla oluştuğu belirlendi. Tavlama süresi arttıkça yeni oluşan kökçelerin mikta rının üstel olarak arttığı gözlendi. Kökçe sönüm sabiti ve aktivasyon enerjilerinin tavlama ortamının özelliğine ciddi bir bağlılık göstermezken, bu sönüm ve oluşum ların gıda örneklerinin termal özellikleri, özellikle ısı kapasiteleri, ile ilişkili olduğu yargısına varıldı. Oluşum enerjilerinin sönüm enerjilerinin yarısından daha küçük olması dikkat çekici bulundu. +2 ANAHTAR KELİMELER: ESR, lektin, protein kararlılığı, sıcaklık, Mn Danışman: Prof. Dr. Mustafa KORKMAZ, Hacettepe Üniversitesi, Fizik Mühen disliği Bölümü, Atom ve Molekül Fiziği Anabilim Dalı. 11

Abstract:
INVESTIGATION OF THE STABILITIES OF SOME Mn+2 ION CONTAINING FOOD PROTEINS BY ESR TECHNIQUE Mustafa COŞKUN ABSTRACT The aim of this study is to investigate the stability of lectin containing food proteins under effect of different temperature and milieus. For this reason, the oxidation characteristics of Mn+2 ion which is found in these proteins was investigated with electron spin resonance (ESR) spectroscopy. Additionally, ESR spectrum of the free radical which forms during the development of these foods was also searched under the same conditions of the experiment. Firstly, the changes of the spectral properties of the ESR resonance peaks of Mn+2 ion and free radical at 120K-400K temperature range were examined for pea, len til, soybean, kidney-bean. Afterwards, the behaviors of the Mn+2 ion and free radi cal signals are investigated at high temperature and in different milieus. To achieve this goal, changes in signals of Mn+2 and free radical depending on differ ent time intervals of samples exposed to open air, to vacuum, to pure dried oxygen and to pure dried nitrogen environment at 6 different temperatures (353, 373, 383, 403, 423 and 443K) were investigated. From these results, the effects of location of Mn+2 ion in lectin protein on stability of this protein was research. Quantitative changes of these free radicals and their relationship with lipid peroxidation were also investigated. For first peak of Mn+2 the corresponding (+1/2 -» -1/2) transition was analyzed from the recorded spectra, in terms of line width (AHPP), g factor, peak to peak sig nal intensity (lpp) and the distance between first and second peak hyperfine inter action constant (A). For free radical, line width (AHPP), g factor and peak to peak signal intensity (lpp) were analyzed. Bruker EMX 131 X-Band ESR spectrometer was used in the experiments. Al though there was no change in the line width (AHPP), g factor and hyperfine inter action constant (A) of Mn+2 and free radical annealed at high temperatures and 4 different milieus, significant changes in the peak to peak signal intensities (lpp) were observed. The activation energies (Ea) of Mn+2 ion and free radical were calculated by using results of the signal intensities for all the samples annealed at high temperatures in different milieus and time intervals. IllIt was concluded that, signal intensity resulting from Mn+2 ion quickly decreases at high temperatures and it is precisely independent from milieus. After the evalua tions, it was understood that, the activation energy of Mn+2 ion is also independent on milieus but it is dependent on type of food. Activation energies of pea, soybean and kidney bean annealed at different temperatures found approximately 30 kcal/mol in different milieus. However, it was striking that, the activation energy for lentil was found approximately 22 kcal/mol. According to these datum, it can be concluded that lectin proteins of all these samples quickly undergoes to destruc tion and consequently lost their stability above 80 °C. It was understood that in crease in temperature accelerates the destruction. For free radical an exponential decrease up to a critical annealing depending on annealing temperature afterward an exponential increase in signal intensity were observed on spectra. The increase in signal intensity was found to be originated from the generation of new radicals in the sample with annealing. It was found that, although the decaying and formation activation energies of free radicals were not seriously dependent on milieus. They were highly related to their thermal properties and especially heat capacities of food samples. It was also striking that, formation energies were half order smaller than decaying energies. +2 KEYWORDS: ESR, lectin, stability of protein, heat, Mn Advisor: Prof. Dr. Mustafa KORKMAZ, Hacettepe University, Department of Physics Engineering, Atomic and Molecular Physics Division. IV