Bazı ekmek çeşitlerindeki biyoaktif peptitlerin in silico ve in vitro sindirim yaklaşımları ile belirlenmesi  ve biyoaktivitelerinin araştırılması
Investigation of bioactive peptides in different kinds of bread using in silico and in vitro digestion approach and determination of their bioactivities
Yazar: PELİN SULTAN PERÇİN
Danışman: PROF. DR. SİBEL KARAKAYA
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Sanayileşme ile toplumlarda meydana gelen köklü değişiklikler beslenme alışkanlıklarını doğrudan etkilemiştir.  Beslenme alışkanlıklarındaki değişime bağlı olarak ortaya çıkan  obezite, hipertansiyon, kanser gibi kronik hastalıklardaki  artış tüketicilerde  besleyici ve fonksiyonel gıdalara olan ilgiyi artırmıştır. Son yıllarda siyez buğdayı gibi antik tahılların ve çiya, kinoa, karabuğday gibi yalancı tahılların kullanılmasıyla yeni formülasyonların geliştirildiği alanlardan birisi ekmek ve fırın ürünleri sektörüdür.   Buna paralel olarak Türkiye'de toplumun tüketimine sunulan ekmek çeşitliliğindeki artış ve   farklı tahılların   kullanılması dikkat çekmektedir. Bu noktadan hareketle  yüksek lisans tezi kapsamında, tüketimi yaygın olan beyaz ekmek ile tam buğday ekmeği, tam buğday ve çiyalı ekmek, çok tahıllı ekmek, çok tahıllı, kinoalı ve siyez buğdaylı ekmek ve çavdarlı karabuğdaylı ekmek çeşitlerinde kullanılan tahıl ve yalancı tahıllara in silico sindirim uygulanarak açığa çıkacak olası biyoaktif peptitlerin belirlenmesi, sonrasında  ekmeklere in vitro sindirim uygulanmasıyla açığa çıkacak biyoaktif peptitlerin  ADE inhibisyon aktivitelerinin saptanması hedeflenmiştir. Ekmeklerde kullanılan tahıl ve yalancı tahıl çeşitlerine ait depo proteinler veri tabanları aracılığıyla elde edilip in silico gastrointestinal sindirime tabi tutulmuş ve açığa çıkan peptitlerin biyoaktivite, alerjenite ve toksisiteleri araştırılmıştır. Çalışmanın laboratuvar kısmında ise in vitro gastrointestinal sindirim uygulanan beyaz ekmek, tam buğday ekmeği, tam buğday ve çiyalı ekmek, çok tahıllı ekmek, çok tahıllı, siyez buğdaylı ve kinoalı ekmek ve çavdarlı karabuğdaylı ekmek çeşitlerinin sindirim öncesi ve sonrası protein profillerindeki değişim incelenmiştir. Sindirim sonucu elde edilen peptit karışımında moleküler ağırlığı 3 kDa altında olan fraksiyonun ADE inhibisyon aktiviteleri araştırılmıştır. İn silico sindirimi gerçekleştirilen tahıl ve yalancı tahıl çeşitlerinde bulunan depo proteinlerin tümünde ortak olarak DPP IV inhibitörü peptitler, ADE inhibitörü peptitler ve antioksidan etki gösteren peptitler belirlenmiştir. Yüksek frekansta biyoaktif peptit yoğunluğuna sahip bu proteinler arasında biyoaktivite potansiyeli en yüksek olan çeşitlerin karabuğday, kinoa ve yulaf olduğu saptanmıştır. Tahıl ve yalancı tahılların in silico sindirimi sonrasında    alerjen peptitlerin açığa çıktığı ve alerjen  potansiyeli en yüksek olanların ekmeklik buğday, siyez buğdayı ve çavdar olduğu tespit edilmiştir.  Bu çeşitler ve ek olarak  mısır proteinlerinde in silico sindirim sonucu toksik etki gösteren peptitler açığa çıkmıştır. İn vitro gastrointestinal sindirim öncesi ve sonrasında protein profili incelenen ekmeklerde in vitro sindirim sonrasında peptitlerin  açığa çıktığı net bir şekilde görülmüştür. Ekmeğin ana bileşeni buğday unundan gelen yüksek moleküler ağırlıklı glutenin proteininin sindirime karşı dirençli olduğu belirlenmiştir. ADE inhibisyon etkisi incelenen ekmek çeşitleri arasında en yüksek sonucu tam buğdaylı ve çiyalı ekmek (IC50 0.144+0.039 mg/mL protein) vermiştir. Ancak pozitif kontrol olarak kullanılan ADE inhibitörü kaptoprile (0.9 µg/mL) göre bu etki oldukça düşük bulunmuştur. Sonuç olarak, Türk halkı tarafından sofraların vazgeçilmezi olan ekmeğin in vitro gastrointestinal simdirimi sonucu yüksek tansiyonla ilişkilendirilen ADE enzimini inhibe etme özelliği olan  biyoaktif peptitlere sahip olduğu saptanmıştır. Sonuç olarak günümüzde ekmek tüketiminin azaltılması veya diyetten tamamen çıkarılmasına ilişkin yaratılan algıya karşın sağlıklı ve dengeli bir beslenme  modelinde, porsiyon kontrolünü  göz önünde bulundurarak ekmek tüketiminin sağlanmasının  özellikle hipertansiyonun kontrolünde olumlu katkısı olacağı söylenebilir.

Abstract:
Radical changes in societies with industrialization have directly affected their eating habits. Recently, bread and bakery products sector is one of the areas where new formulations have been developed with the use of ancient cereals such as einkorn wheat and pseudo cereals such as chia, quinoa and buckwheat. In parallel, the increase in the diversity of the types of bread and using different kinds of cereals in bread making has been drawing attention recently.  From this point, within the scope of the master's thesis, the aim was the determination of bioactive peptides that will be released by applying in silico digestion to white bread and other bread varieties, determining the ACE inhibitory activities of the bioactive peptides that will be released by in vitro digestion and comparing the bioactivities obtained after both digestions. Sequences of the storage proteins  belonging to cereal and pseudocereal varieties used in breads were obtained through the databases and bioactivities, allergenicity and toxicities of the released peptides were investigated with the help of in silico tools that enable analysis with a bioinformatics approach. In the next part of the study, the changes in protein profiles of white bread, whole wheat bread, whole wheat and chia bread, multigrain bread, multigrain, einkorn wheat and quinoa bread, and rye buckwheat bread before and after in vitro digestion were investigated. Following in vitro gastrointestinal digestion of the bread samples, the ACE inhibitory activities of the peptides whose molecular weights were below 3 kDa were determined.  The common bioactivities determined after in silico digestion were identified as DPP IV inhibitory, ACE inhibitory and antioxidant activities. Among the proteins with high bioactive peptide frequencies buckwheat, quinoa, and oat proteins displayed the highest bioactivity potentials. Release of allergen peptides following in silico digestion of cereals and pseudocereals were determined and the allergenicity potentials of wheat, einkorn wheat and rye were the highest.  In silico digestion caused the release of toxic peptides from the storage proteins of these cereals and maize. Protein profiles of the breads after in vitro digestion showed the release of peptides after in vitro digestion  except for high molecular weight wheat glutenin which was resistant to the digestive enzymes. Whole wheat and chia bread  (IC50 0.144 + 0.039 mg / mL protein) displayed the highest ACE inhibitory effect. However, compared to ACE inhibitor captopril (0.9 µg / mL) used as a positive control, this effect was considered as very low. In conclusion, it has been determined that the bread, which is a staple food in the dietary habit of Turkish people, has bioactive peptides that can inhibit the ACE enzyme associated with high blood pressure as a result of in vitro gastrointestinal digestion.  As a result, despite the perception created today regarding the reduction of bread consumption or its complete removal from the diet, it can be said that in a healthy and balanced diet, the consumption of bread by considering the portion control will have a positive effect especially in the control of hypertension.