Ekmekçilik sektöründe gıda katkısı olarak kullanılmak üzere lakkaz enziminin pilot ölçekte üretim optimizasyonu ve saflaştırılması
Pilot-scale production, optimization and purification of laccase enzyme for use as a food additive in bakery industry
Yazar: BERKER ÇETİNTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. SAİT SARGIN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Ekmek = Bread ; Lakkaz = Laccase ; Optimizasyon = Optimization ; Saflaştırma = Purification ; Çam ağacı = Pine

Özet:
Bu çalışmada ekmekçilik sektöründe gıda katkısı olarak kullanılmak üzere lakkaz enziminin tepsili katı kültür biyoreaktöründe üretim optimizasyonu ve saflaştırma işlemleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca torba biyoreaktörlerde de seri üretimler yapılmıştır. Trametes versicolor, FPRL 28A INI Egham, Surrey fungusu ve orman atığı olarak bilinen çam iğnesi substratıyla gerçekleştirilen üretimler sonrası elde edilen ham enzim ekstraktı amonyum sülfat çöktürmesi, ultrafiltrasyon ve anyon değişim kromotografisi işlemlerine tabi tutulmuştur. Tepsili biyoreaktörde üretim optimizasyonu işleminde havalandırma, zaman ve substrat kalınlığı parametrelerinin aktiviteye olan etkisi belirlenmiştir. Optimum koşullarda (havalandırma: 5L/dk, zaman: 9 gün, substrat kalınlığı: 1cm) yapılan üretimlerde elde edilen lakkaz aktivitesi 90.277 U/g (0.018 U/ml ekstrakt) olduğu görülmüştür. Tepsili biyoreaktör optimizasyonu işlemi sonucunda elde edilen enzim aktivitesini arttırmak amacıyla fermantasyon ortamına %10'luk gallik asit ve %50 (ağırlık/ağırlık) malt çimi eklemesi yapılmış ve fermantasyon sonrasında elde edilen aktivite 0.185 U/ml, spesifik aktivite değeri ise 3.7 U/mg olarak belirlenmiştir. Alt akım işlemleri sonucunda aktivite değeri 0,75 U/ml'ye spesifik aktivite değeri ise 36.434 U/mg değerine ulaşmıştır. Enzim, %30.486 verimle 9.85 kat saflaştırılmıştır. 0.6 U/ml aktiviteli 50 ml saflaştırılmış lakkaz enzimiyle yapılan ekmek üretiminde kontrol grubuna göre %17'lik hacimsel artış görülerek lakkaz enziminin ekmek üretiminde olumlu bir etkisi olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this study, optimization and purification processes of laccase enzyme were carried out in a tray bioreactor to be used as a food additive in the bakery industry. The substrate was pine needle known as forest waste. In addition, mass productions were made in bag bioreactors. The crude enzyme extract obtained after production with Trametes versicolor, FPRL 28A INI Egham, Surrey fungus and was subjected to ammonium sulfate precipitation, ultrafiltration and anion exchange chromatography processes. In the optimization process in the tray bioreactor, the effects of aeration, time and substrate thickness parameters on the activity were determined. It was observed that the laccase activity obtained in the productions made under optimum conditions (aeration: 5L/min, time: 9 days, substrate thickness: 1cm) was 90,277 U/g (0.018 U/ml extract). In order to increase the enzyme activity obtained in tray bioreactor optimization process, 10% gallic acid and 50% (w/w) malt grass were added to the fermentation medium, and the activity achieved after fermentation was 0.185 U/ml extract and the specific activity value was 3.7 U/mg. As a result of downstream processes, the activity value reached 0.75 U/ml and the specific activity value reached 36,434 U/mg. The enzyme was purified 9.85-fold in a yield of 30.486%. In the production of regular bread,50 ml of purified laccase enzyme with an activity of 0.6 U/ml, a 17% volumetric increase was observed compared to the control group, and it was observed that the laccase enzyme had a positive effect on bread production.