Farklı biyoteknolojik yöntemler ile gamma-aminobutirik asit (GABA) üretimi
Gamma-aminobutyric acid (GABA) production by different biotechnological methods
Yazar: CEREN ÖZER
Danışman: PROF. DR. HATİCE KALKAN YILDIRIM
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
GABA (ƴ-aminobütirik asit) potansiyel bir biyoaktif bileşen ve merkezi sinir sisteminde başlıca inhibitör nörotransmiter olarak rol oynayan protein olmayan dört karbonlu amino asittir. Fizyolojik ve biyolojik faaliyetleri sebebiyle GABA, insan sağlığı üzerinde önemli etkilere sahiptir. Bakteri, küf ve maya gibi birçok mikroorganizma grubu GABA üretebilmesine rağmen, son yıllarda bunların arasından GABA üretebilen laktik asit bakterileri (LAB) araştırmaların odağı haline gelmiştir. LAB'ın spesifik fizyolojik aktivitelere sahip olması, genellikle güvenilir olarak kabul edilmesi ve gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılması sebebiyle GABA üretiminin laktik asit fermantasyonu sonucunda üretimi güvenli, çevre dostu ve ekonomik açıdan önem arz etmektedir. Bu bilgiler doğrultusunda, yapılan çalışmada lahana turşusu (LT), sauerkraut (SK) ve kimchi (KM) gibi lahana-bazlı fermente ürünlerin doğal mikroflorasından izole edilen LAB'ın GABA üretme yeteneğinin tespit edilmesi ve kontrollü fermantasyon koşullarında GABA üretiminin test edilmesi amaçlanmıştır.
GABA üretme yeteneği ve GAD (glutamat dekarboksilaz) enzim aktivitesi test edilen 72 adet izolat arasında, SK örneklerinden 6 adet ve KM örneklerinden 5 adet LAB suşu elde edilmiştir. Bu özel suşların tanımlanması sonucunda, izolatların Lactococcus ve Leuconostoc grubundaki bakteri türlerine ait olduğu belirlenmiştir. GABA üretme yeteneğine sahip bu izolatların, starter kültür olarak kontrollü fermantasyon koşullarında SK ve KM üretimleri gerçekleştirilmiştir. SK örnekleri arasında en yüksek GABA üretimi Lc. lactis ssp. lactis 1 SK1-C29 suşunun inoküle edildiği SK örneğinde (15184.0±687.0 mg GABA/kg); KM örneklerinde ise en yüksek miktar Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM1-C102 suşunun inoküle edildiği KM örneğinde (1442.0±204.7 mg GABA/kg) örneğinde belirlenmiştir. Örneklerin toplam fenolik madde içerikleri değerlendirildiğinde, en yüksek fenolilk madde içeriği SK örneği için spontan fermantasyonda (676.56±37.0 mg GAE/100 g yaş kütle) ve KM'de ise Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM3-C117 suşunun inoküle edildiği örnekte (836.11±4.09 mg GAE/100 g yaş kütle) belirlenmiştir. Örneklerin antioksidan aktiviteleri incelendiğinde, SK ve KM örneklerinde sırasıyla Lc. lactis ssp. lactis 1 SK1-C36 (9.34±0.72 mg/ml) ve Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM2-C98 (13.38±1.77 mg/ml) suşlarının kullanıldığı fermantasyonlar yüksek aktioksidan aktivite göstermiştir. SK örneklerinde Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 SK3-C61 suşu ve KM örneklerinde ise Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM3-C117 suşu fermantasyon ortamına daha hızlı adapte olarak fermantasyonu daha yüksek asitlikte ve daha kısa sürede gerçekleştirmiştir. %3.0 ve %2.5 NaCI konsantrasyonunda üretimi gerçekleştirilen SK ve KM örneklerinde test edilen suşların gelişme gösterdiği ortaya konmuştur.
Bu bilgiler ışığında, Lc. lactis ssp. lactis 1 SK1-C29 ve Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM1-C102 kültürleri kullanılarak yüksek GABA içerikli ve yüksek kalitede SK ve KM elde etmenin mümkün olduğu ortaya çıkmıştır.

Abstract:
GABA (ƴ-aminobutyric acid) is a four-carbon non-protein amino acid and potential bioactive compound that acts as the major inhibitory neurotransmitter in the central nervous system. GABA has significant effects on human health due to its physiological and biological functions. Although many microorganisms could produce GABA including bacteria, fungi and yeasts, GABA-producing lactic acid bacteria (LAB) have been focus of researches in recent years. Production of GABA by lactic acid fermentation is safe, natural and eco-friendly since LAB possess special physiological activities and are generally regarded as safe and extensively used in food industry. Thus, in the present study were aimed to determine GABA-producing ability of LAB isolated from natural microflora of cabbage-based fermented products such as pickled cabbage (PC), sauerkraut (SK) and kimchi (KM) and to prove production of GABA at controlled fermentation conditions.
By evaluating of GABA-producing ability and GAD enzyme activities, 6 of LAB strains from SK and 5 of LAB strains from KM were acquired among 72 of total LAB isolates. Afterwards, isolates were confirmed as belonging to bacterial species of Lactococcus ve Leuconostoc with identification of their strains. In following stage, production process of SK and KM were performed by inoculating of GABA-producing strains as starter cultures at controlled fermentation conditions. Hence, Lc. lactis ssp. lactis 1 SK1-C29-inoculated SK (15184.0±687.0 mg GABA/kg) sample showed the highest production of among the SK samples, whereas Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM1-C102-inoculated KM (1442.0±204.7 mg GABA/kg) sample showed the highest production of GABA among the KM samples. By the evaluating of total phenolic content, the highest content of SK sample was detected in spontaneous SK fermentation (676.56±37.0 mg GAE/100 g fresh weight). KM sample inoculated with Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM3-C117 (836.11±4.09 mg GAE/100 g fresh weight) showed highest content of phenolic content among the KM samples. SK produced by Lc. lactis ssp. lactis 1 SK1-C36 (9.34±0.72 mg/ml) inoculation and KM obtained by Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM2-C98 (13.38±1.77 mg/ml) presented the highest antioxidant activity among each sample group. Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 SK3-C61 and Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM3-C117 used as starters in SK and KM production led to shorter fermentation period with higher acidity related to rapid adaptation performance during fermentation. It was also demonstrated that strains could grow in SK and KM samples produced with %3.0 and %2.5 NaCI concentrations.
In light of this information, it was confirmed that a high quality SK and KM could be produced by pure culture of Lc. lactis ssp. lactis 1 SK1-C29 and Leu. mesenteroides ssp. mesenteroides 1 KM1-C102 with increased GABA content.