Balık atıklarından hidrolize kolajen üretimi ve hidrolizatların antioksidan aktivitelerinin ve bazı karakteristik özelliklerinin belirlenmesi
Production of hydrolyzed collagen from fish waste and determination of antioxidant activities and some characteristic properties of hydrolysates
Yazar: ONUR BASANÇELEBİ
Danışman: PROF. DR. MUHARREM CERTEL
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Bu tezin amacı; balık işleme tesislerinde atık ürün olarak ortaya çıkan balık atıklarının değerlendirilerek bu atıklardan hidrolize kolajen üretimi, biyoaktif bileşik ekstraksiyonu ve hidrolize peptitlerin bazı karakteristik özelliklerinin belirlenmesine ilişkin kapsamlı bir araştırma yapmaktır. 
Bu doktora tezi kapsamında, kaynak materyal olarak palamut ve çipura balıklarının kafatası ve iç organlarının toplamından oluşan balık atıklardan yararlanılmıştır.  Palamut balığı için literatür verileri değerlendirildiğinde söz konusu materyalin kafatası ve iç organ atıklarının toplamından hidrolize kolajen peptitleri (HKP) elde etme üzerine yapılmış bilgimiz dahilinde herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Çipura balığının ise baş bölgesinde alkalaz enzimi kullanılarak yapılan bir çalışma (Erol vd. 2017) olmasına rağmen; bu doktora tezinde izlenen yol; kaynak materyal, enzim konsantrasyonları, çözeltinin enzim ilavesine hazırlanış şekli, hidroliz şartları ve hidroliz süresi gibi birçok açıdan farklıdır.
Uygulanan işlemlerin sırası açısından enzimatik yöntem ve asidik yöntem olmak üzere iki farklı yöntem kullanılmıştır. Her bir yöntemde alkalaz ve pepsin enzimleri ayrı ayrı olarak ve değişen konsantrasyonlarda kullanılmıştır. Bu şekilde belli koşullarda ekstraksiyon ve hidroliz işlemleri ile gerçekleştirilerek balık atıklarından asit çözünür kolajen (AÇK) ve HKP elde edilmiştir. Böylelikle kullanılmadan atılan balık atıkları değerlendirilmiş ve bu kısımlardan fonksiyonel etkili bileşikler elde edilmiştir. 
Palamut atıklarından ortalama %10,50 AÇK, çipura atıklarından ise ortalama %14,51 AÇK elde edilmiştir. Moleküler ağırlık analizlerinde AÇK numunelerinin 130 kDa ile 250 kDa aralığında yer aldığı ve AÇK numunelerinin moleküler ağırlıklarının hidroliz işlemi ile 10 kDa ağırlığının altına düşürülebileceği tespit edilmiştir. Meydana gelen hidrolize peptitlerin moleküler ağırlıklarının genel olarak 10 kDa ile 55 kDa aralığında dağılım gösterdiği tespit edilmiştir. 
Antioksidan analizlerinin sonuçlarına göre AÇK numunelerinin radikal süpürücü aktivitelerinin (RSA) sınırlı olduğu tespit edilmiştir. Fakat AÇK numunelerinin hidrolizi ile ortaya çıkan HKP numunelerinde RSA'nın arttığı tespit edilmiştir. Hidrolizatlardaki antioksidatif etkinin artışı ise önemli düzeyde meydana gelmiş olup AÇK numunesine kıyasla çipura HKP numunelerinde %594,181 oranına kadar artış gerçekleşmiştir. HKP numunelerindeki en yüksek ortalama RSA değerleri incelendiğinde; en fazla antioksidan kapasitenin enzimatik yöntemde alkalaz enzimi ile çipura balık atıklarında ABTS radikali ile ortaya çıkarılabileceği tespit edilmiştir.
Palamut ve çipura atıklarından elde edilen HKP numunelerinin çözünürlük değerleri, AÇK numuneleri ile kıyaslandığında önemli oranda artış meydana getirmiştir. En yüksek çözünürlük özelliği gösteren HKP numunesi, %98,351 oranı ile palamut atıklarından %1,5 alkalaz enzimi ile elde edilen hidrolizat olmuştur.
HKP numunelerinde 25,498 m2/g düzeyine kadar değişen Emülsiyon Aktivite İndeksi (EAİ) değerlerinin elde edildiği tespit edilmiştir. Enzimatik yöntemde Emülsiyon Stabilite İndeksi (ESİ) değerlerinin ise 56 dakikaya kadar çıkabildiği belirlenmiştir.
Enzimatik yöntemde %88,571 düzeyine kadar, asidik yöntemde ise %98,113 düzeyine kadar hidrolizatlardan Köpük Genişlemesi (KG) özelliği elde edilmiştir. En yüksek KG değerinin, asidik yöntemle çipura atıklarından %1 pepsin enzimi ile elde edildiği tespit edilmiştir. Köpük Stabilitesi (KS) değerlerinin ise %28,571'e varan oranlarda meydana geldiği ve en yüksek KS değerinin, çipura balığı atıklarından %0,5 pepsin enzimi ile elde edildiği tespit edilmiştir.
Bu doktora tezi ile elde edilen kolajen bazlı hidrolize peptitlerin, fonksiyonel gıda bileşenleri olarak çeşitli gıda ürünlerinde kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu çalışmanın, atık yönetimi için yenilikçi çözümler arayan endüstriler için önemli çıkarımlar sunacağına; somut sağlık ve ticari faydalar sağlayan katma değerli ürünlerin geliştirilmesine dair bilgiler sağlayacağına inanılmaktadır.

Abstract:
The aim of the thesis is to evaluate the fish waste products emerged in fish processing plants and conduct a comprehensive research on the production of hydrolyzed collagen from these wastes, the extraction of bioactive compounds and the determination of some characteristic properties of hydrolyzed peptides.
Within the scope of this doctoral thesis, fish waste consisting of the skull and internal organs of bonito and sea bream fish were used as source material. When the literature data for bonito fish is evaluated, to the best of our knowledge, there is no study on obtaining hydrolyzed collagen peptides (HCPs) from the sum of the skull and internal organ wastes of the material. Although there is a study (Erol et al. 2017) using alcalase enzyme in the head region of sea bream; the path to be followed in this thesis differed in many aspects such as type of waste material, enzyme concentrations, the way of prepared solution for enzyme addition, hydrolysis conditions and hydrolysis time.
In terms of the order of the applied processes, two different methods were used: the enzymatic method and the acidic method. In each method, alcalase and pepsin enzymes were used separately and in varying concentrations. In this way, acid soluble collagen (ASC) and HCPs were obtained from fish waste by extraction and hydrolysis processes under certain conditions. Thus, fish wastes that were discarded without being used were evaluated and functional effective compounds were obtained from these parts.
An average of 10,50% ASC was obtained from bonito waste and an average of 14,51% AÇK was obtained from sea bream waste. In molecular weight analyses, it was determined that the ASC samples were between 130 kDa and 250 kDa and that the molecular weight of the ASC samples could be reduced below 10 kDa by hydrolysis. It has been determined that the molecular weights of the resulting hydrolyzed peptides generally range between 10 kDa and 55 kDa.
According to the results of antioxidant analyses, it was determined that the radical scavenging activities (RSA) of ASC samples were limited. However, it was determined that RSA increased in HCP samples obtained by hydrolysis of ASC samples. The increase in the antioxidative effect in hydrolysates was significant, with an increase of up to 594,181% in sea bream HCP samples compared to the ASC sample. When the highest average RSA values in HCP samples are examined; it has been determined that the highest antioxidant capacity can be revealed in sea bream fish waste by the alcalase enzyme in the enzymatic method.
The solubility values of HCP samples obtained from bonito and sea bream waste increased significantly compared to ASC samples. The HCP sample showing the highest solubility was the hydrolyzate obtained from bonito waste with 1,5% alcalase enzyme, with a rate of 98,351%. 
Emulsion Activity Index (EAI) values up to 25,498 m2/g were obtained in HCP samples. It has been determined that in the enzymatic method, Emulsion Stability Index (ESI) values can increase up to 56 minutes.
Foam Expansion (FE) property was obtained from hydrolysates up to 88,571% in the enzymatic method and up to 98,113% in the acidic method. It was determined that the highest FE value was obtained with 1% pepsin enzyme from sea bream waste using the acidic method. Foam Stability (FS) values were up to 28,571% and the highest FS value was obtained with 0,5% pepsin enzyme from sea bream fish waste.
Collagen-based hydrolyzed peptides explained in this doctoral thesis can be used in various food products as functional food ingredients. We believe that this study will provide important implications for industries seeking innovative solutions for waste management. It is believed that it will provide insights into the development of value-added products that provide tangible health and commercial benefits.