Bazı hayvansal kaynaklardan sülfatlanmış glikozaminoglikan eldesi ve işlem parametrelerinin optimizasyonu
Extraction of sulphated glycosaminoglycan from animal sources and optimization of the process parameters
Yazar: ÇİSE KARAMAN
Danışman: DOÇ. DR. SEHER KUMCUOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Enzimatik sentez = Enzymatic synthesis ; Glikozaminoglikanlar = Glycosaminoglycans ; Optimizasyon = Optimization ; Sternum = Sternum ; Tendonlar = Tendons

Özet:
Glikozaminoglikan (GAG) dallanmamış bir tür heteropolisakkarittir. Bu doğal makromolekül hayvanların kıkırdağından ekstrakte edilebilmektedir. Kıkırdak dokusunun yüksek bir bölümünü oluşturan kondroitin-4-sülfat sülfatlanmış bir glikozaminoglikan olarak bilinmektedir.  Genellikle artrit tedavisini önlemek ve desteklemek için fonksiyonel gıda takviyesi olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı, tavuk sternumu ve dana tendonundan enzimatik hidroliz ile sülfatlanmış glikozaminoglikan elde etmek ve Yanıt Yüzey Yöntemi kullanarak istatistiksel deney tasarımı ile optimum hidroliz koşulunu belirlemektir. Bu tez çalışmasında, enzim miktarı, pH değeri, ekstraksiyon sıcaklığı ve süresi olarak seçilen dört parametrenin GAG verimi üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla Merkezi Kompozit Tasarım ile oluşturulan bir deneme tasarımı uygulanmıştır. En kısa sürede ve en az miktarda enzim kullanılarak en yüksek GAG verimine ulaşılması hedeflenmiştir. Tavuk sternumundan GAG ekstraksiyon işlemi için en optimum proses koşulları %0.6 enzim miktarı, 6.99 pH değeri, 62.96°C ekstraksiyon sıcaklığı ve 10.79 saat ekstraksiyon süresi olarak bulunmuştur. Bu koşullar altında, ekstraksiyon verim değerinin %26.07 olması öngörülmüştür. Dana tendonundan ekstraksiyon işlemi için ise optimum e koşullar %0.8 enzim miktarı, 7.02 pH değeri, 63.20°C ekstraksiyon sıcaklığı ve 10.89 saat ekstraksiyon süresi olarak bulunmuştur. Bu koşullar altında ekstraksiyon verim değeri %1.72 olarak tahmin edilmiştir. Öngörülen ekstraksiyon verim değerleri deneysel olarak doğrulanmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında, optimum koşullarda üretilen sülfatlanmış GAG'ların bazı özelliklerinin karakterizasyonu amacıyla SEM analizi, FTIR analizi, toplam amino asit analizi, renk analizi, ısıl analiz, molekül ağırlık tayini ve reolojik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Tavuk sternumu ve dana tendonundan elde edilen GAG örneklerinin FTIR spektrumunda yer alan karakteristik piklerin kondroitin-4-sülfat standardı spektrumu ile benzerlik gösterdiği tespit edilmiştir. SEM analizi sonucunda kondrositlerin ve kollajen fibrillerin GAG yapısına entegre olduğu görülmüştür. GAG örneklerinin renk değerlerinin kondroitin-4-sülfat standardı ile kıyaslanabilir düzeyde olduğu tespit edilmiştir. Kondroitin-4-sülfatın molekül ağırlığı 2078 Da olarak belirlenirken tavuk sternumundan ve dana tendonundan elde edilen GAG örneğine ait polimerlerin ortalama molekül ağırlığı sırasıyla 2597 Da ve 5391,5 Da olarak bulunmuştur. GAG örnekleri kullanarak hazırlanan çözeltilerin akış davranışı Newton modeli ile açıklanmıştır. Tavuk sternumundan ve dana tendonundan elde edilen GAG örneklerinin ağırlıkça toplam aminoasit içeriği sırasıyla %23.90 ve %37.74 olarak elde edilmiştir. Analiz sonuçları enzimatik ekstraksiyon yoluyla tavuk sternumu ve dana tendonundan sülfatlanmış GAG'ın başarılı bir şekilde elde edildiğini göstermiştir.

Abstract:
Glycosaminoglycan (GAG) is known one kind of unbranced heteropolysaccharide. The natural macromolecule can be extracted from the cartilage of animals. Chondroitin-4-sulfate is known as a sulfated glycosaminoglycan, which is the highest proportion of cartilage tissue. It is generally using as a supplement of functional food for preventing and supporting treatment of arthritis.  The aim of this study is to obtain sulfated glycosaminoglycan from chicken sternum and bovine tendon by enzymatic hydrolysis and optimize a suitable hydrolysis condition by statistical experimental design using Response Surface Method. In this thesis, in order to determine the effects of the selected four parameters as enzyme amount, pH value, extraction temperature and time on GAG yield, a trial design created with Central Composite Design was applied. It was aimed to reach the highest GAG% efficiency in the shortest time and by using the least amount of enzyme. The most suitable process conditions for the GAG extraction process from chicken sternum were found to be 0.6% enzyme amount, 6.99 pH value, 62.96°C extraction temperature and 10.79 hours extraction time. Under these conditions, the extraction yield value was predicted to be 26.07%. The most suitable process conditions for the GAG extraction process from bovine tendon were found to be 0.8% enzyme amount, 7.02 pH value, 63.20°C extraction temperature and 10.89 hours extraction time. Under these conditions, the extraction yield value was predicted to be 1.72%. The predicted exraction yield values were confirmed experimentally. In the second stage of the study, some properties of sulphated GAGs produced under optimized process conditions were determined by performing SEM analysis, FTIR analysis, total amino acid analysis, color analysis, thermal analysis molecular weight determination and rheological measurements on sulphated GAG to charactarize. It was determined that the characteristic peaks in the FTIR spectrum of GAG samples obtained from chicken sternum and calf tendon were similar to the spectrum of the chondroitin-4-sulphate standard. As a result of SEM analysis, it was observed that chondrocytes and collagen fibrils were integrated into the GAG structure. It was determined that the color values of the GAG samples were comparable to the chondroitin-4-sulphate standard. While the molecular weight of chondroitin-4-sulfate was determined as 2078 Da, the average molecular weight of the polymers of the GAG sample obtained from chicken sternum and calf tendon were found to be 2597 Da and 5391.5 Da, respectively. The flow behavior of solutions prepared using GAG samples were explained with Newton model. Total amino acid content by weight of GAG samples obtained from chicken sternum and calf tendon was obtained as 23.90% and 37.74%, respectively. The results of the analysis showed that sulfated glycosaminoglycan was successfully obtained from chicken sternum and bovine tendon by enzymatic extraction.