β-galactosıdase enziminin kabak lifi ve pirinç kabuğuna immobilizasyonunun optimizasyonu: Laktoz hidrolizinin incelenmesi
Optimization studies on the immobilization of β-galactosidase enzyme onto loofa sponge and rice husk: Application for lactose hydrolysis
Yazar: FATMA BETÜL AKGÜL TANER
Danışman: PROF. DR. BELMA ÖZBEK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada gıda sektöründe laktozu parçalayarak glukoz ve galaktoz monosakkaritlerinin oluşmasını sağlamak amacıyla kullanılan Klyveromyces marxianus'tan elde edilen ticari β-galactosidase [E.C.1.2.23] enziminin immobilizasyonu gerçekleştirilmiştir. İmmobilizasyon prosesi fiziksel bağlama metodu ve taşıyıcının % 2.5'lik (v/v) glutaraldehit ile muamalesinden sonra fiziksel bağlama metodu olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleştirilmiştir. Taşıyıcı olarak ucuz,  toksik özellik barındırmayan ve doğada oldukça bol miktarda bulunan atıklardan kabak lifi ve pirinç kabuğu kullanılmıştır.
İmmobilizasyon proseslerinden sonra elde edilen dört farklı immobilize β-galactosidase enzim numuneleri için aktivite cinsinden % geri kazanım değerleri, protein cinsinden % geri kazanım değerleri, aktivite cinsinden etkinlik oran değerleri, depolama kararlılıkları ve immobilize β-galactosidase enzim numunelerinin tekrar kullanımları sonrasında % kalan enzim aktivite değerleri hesaplanmıştır. Serbest ve immobilize edilen β-galactosidase enzim numuneleri için optimum pH ve optimum sıcaklık değerleri saptanmış ve Linewear-Burke grafiği kullanılarak enzim numunelerine ait Vmax ve Km değerleri hesaplanmıştır.
50 g/L konsantrasyonunda hazırlanan laktoz çözeltisinde ve 72.8 g/L başlangıç laktoz konsantrasyonuna sahip anne sütünde laktoz hidroliz prosesleri gerçekleştirilmiş ve proses sonunda immobilize β-galactosidase enzimlerine ait % kalan enzim aktivite değerleri, % laktoz hidroliz dereceleri ve kalan laktoz miktarları hesaplanmıştır. İmmobilize β-galactosidase enzimleri ile gerçekleştirilen hidroliz prosesleri sonunda laktoz çözeltisinde bulunan laktozun % 65-75 aralığında, anne sütündeki laktozun ise % 97-100 aralığında hidrolizlendiği görülmüştür.
İmmobilize β-galactosidase enzimlerinin depolama süreleri sonrasında elde edilen relatif enzim aktivite değerleri, hidroliz prosesleri ile elde edilen laktoz konsantrasyonu, hidroliz derecesi ve enzim aktivite değerlerine ait elde edilen deneysel veriler kullanılarak ilgili matematiksel modeller kurulmustur.
Sonuç olarak immobilizasyon prosesinde kullanılan kabak lifi ve pirinç kabuğunun doğada kolay bulunması ve atık olarak değerlendirilmesi, elde edilen immobilize β-galactosidase enzimlerinin tekrar kullanılabilir olması, laktozu hidrolizlemesi gibi avantajları sebebiyle bu çalışmada elde edilen immobilize β-galactosidase enziminin gıda endüstrisinde laktozsuz gıda ürünlerinin üretiminde kullanılabilirliği görülmüştür. Böylece laktoz intoleransına sahip kişilerin tüketebileceği gıda çeşitliliğinin artmasına katkı sağlanabilecektir.

Anahtar Kelimeler: β-galactosidase enzimi, kabak lifi, pirinç kabuğu, enzim immobilizasyonu, laktoz hidrolizi

Abstract:
In the present study, the immobilization of commercial β-galactosidase enzyme [E.C.3.2.1.23] was obtained by utilizing Klyveromyces marxianus which is used to break down lactose in the food sector. The immobilization process was carried out in two different ways: physical bonding method and physical bonding method after activated the careers by 2.5 % (v/v) glutaraldehyde. Loofa sponge and rice husk were used as carriers since they are cheap, abundant in nature as a waste material and have non-toxic properties.
After immobilization processes, % recovery values in terms of protein and activity for four different immobilized enzymes were calculated. Additionally, efficiency rate values in terms of activity, the storage and % enzyme activity values were determined after the re-use of immobilized enzymes.. Optimum pH and temperature values were specified for free and immobilized β-galactosidase enzyme and via Linewear-Burke graph Vmax and Km values were calculated.
The lactose hydrolysis processes were in lactose solution prepared in 50 g/L concentration and in breast milk which has 72.8 g/L lactose concentration by using immobilized β-galactosidase enzymes and the remaining activity ratios (%), hydrolysis degrees (%) and remaining lactose amounts were calculated. Immobilized β-galactosidase enzyme hydrolyzed 65-75 % of lactose in lactose solution and 97-100 % of lactose in breast milk. 
Mathematical modelling studies were carried out for experimental values of relative enzyme activities after storage periods of immobilized β-galactosidase enzymes, lactose concetration, hydrolysis degree, enzyme activation.
To sum up, since loofah sponge and rice husk used in immobilization process are easy to find in nature and can be utilized as waste material and immobilized β-galactosidase enzyme obtained in this study is reusable, the products of this study are suitable to be used in lactose-free food production. In this way, this study can contribute to lactose-free food variation for persons having lactose intolerance.

Keywords: β-galactosidase enzyme, loofah sponge, rice husk, enzyme immobilization, lactose hydrolysis