Balık atıklarından protein hidrolizatlarının üretilmesi ve özelliklerinin belirlenmesi
Production of protein hydrolysates from fish wastes and determination of their properties
Yazar: ŞEFİK TEKLE
Danışman: PROF. DR. OSMAN SAĞDIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Balıklar = Fishes ; Fonksiyonel özellikler = Functional properties ; Jelatin = Gelatin ; Peptid hidrolazlar = Peptide hydrolases ; Sitotoksisite = Cytotoxicity

Özet:
Balık atıklarının değerli ürünlere dönüştürülmesi, kirliliği ve endüstriyel maliyeti azaltma ve dolayısıyla ekonomik kalkınma sağlama konusunda yüksek bir potansiyele sahiptir. Balık derisi, hidrolize biyoaktif peptid kaynağı da olmak üzere en yaygın jelatin kaynaklarından biridir. Bu tez çalışmasında alabalık (Oncorhynchus mykiss), çipura (Sparus aurata) ve levrek (Dicentrarchus labrax) deri jelatinleri, farklı molekül ağırlığına sahip peptid fraksiyonlarını elde etmek, biyoaktif ve fonksiyonel özelliklerini tespit etmek amacıyla flavourzyme® enzimiyle hidroliz edilmiştir. Elde edilen hidrolizatlardan sıralı ultrafiltrasyon ile ≤5 kDa, 5-10 kDa ve ≥10 kDa olmak üzere üç farklı peptid fraksiyonu elde edilmiştir. Elde edilen jelatin ve peptid fraksiyonlarının fizikokimyasal (SDS-PAGE, FTIR, zeta potansiyel), biyoaktif (antioksidan ve antikanser) ve fonksiyonel (emülsiyon ve köpük oluşturma, yağ bağlama ve yüzey hidrofobikliği) özellikleri belirlenmiştir. Hidroliz derecesi alabalık, çipura ve levrek için sırasıyla %1,99, %3,70 ve %3,63 olarak tespit edilmiştir. Peptid fraksiyonları arasında zeta potansiyel değeri en yüksek olanları düşük molekül ağırlığına sahip AF1, ÇF1 ve LF1 peptid fraksiyonlarıdır. Tüm peptid fraksiyonları antioksidan aktivite (DPPH, FRAP ve ABTS) sergilemiştir. En yüksek DPPH aktivitesi %67,33±10,43 oranıyla ÇF1 (≤5 kDa) peptid fraksiyonuna ait olup, özellikle ≤5 kDa'nun altındaki peptidler, jelatinlere ve diğer peptid fraksiyonlarına kıyasla daha yüksek DPPH aktivitesi göstermiştir. En yüksek FRAP kapasitesi 59,02±0,31mmol Fe+2 /g ve 32,40±0,16 mmol trolox/g değerleriyle AF2 (5-10 kDa) peptid fraksiyonuna aittir. FRAP kapasitesi değerlerinde genel olarak molekül ağırlığı düştükçe aktivite artmakta ancak çipura fraksiyonlarında bu sonuçların tersi bir korelasyon mevcuttur. ABTS aktivitesinde ise en iyi IC50 değeri 1,17±0,24 mg/mL ile LF1(≤5 kDa) peptid fraksiyonundan elde edilmiştir. Ayrıca AF1 (≤5 kDa) peptid fraksiyonu, 20 mg/mL konsantrasyonda diğer peptid fraksiyonlarına kıyasla en yüksek in vitro sitotoksik etkiyi (%27,07±1,41) göstermiştir. In vitro sitotoksik etkide molekül ağırlığı düştükçe ve konsantrasyon arttıkça inhibisyon oranı da artmaktadır. Fonksiyonel özelliklerden emülsiyon kapasitesinde (EAI) en yüksek değer 389,46±15,92 m2/g ile levrek jelatinine, emülsiyon stabilitesinde (ESI) ise 56,00±1,23 dk. ile çipura jelatinine aittir. Jelatinler ve molekül ağırlığı yüksek peptidlerin EAI ve ESI değerleri daha yüksek olarak tespit edilmiştir. Diğer fonksiyonel özelliklerden köpük oluşturma kapasitesinde ve stabilitesinde en yüksek değer alabalık jelatinine ait olup sırasıyla %40,34±4,29 ve %31,33±1,52 olarak elde edilmiştir. Ayrıca ÇF3 (≥10 kDa) peptid fraksiyonu, iyi bir yağ bağlama kapasitesi (11,48±0,83 mL/g) sergilemiştir. Yüzey hidrofobikliğinde ise en yüksek değer 1081,9±43,84 ile çipura jelatinine aittir. Enzimatik hidroliz, balık jelatinlerinin emülsiyon ve köpük oluşturma kapasitesini ve yüzey hidrofobikliğini azaltırken yağ bağlama kapasitesini arttırmaktadır. Sonuç olarak, balık atıklarından enzimatik hidroliz ile farklı moleküler ağırlıklara sahip peptidler üretilmiş ve ultrafiltrasyon membran ile saflaştırılmıştır. Elde edilen düşük moleküler ağırlıklı peptidler, fonksiyonel gıda bileşeni olarak, yüksek moleküler ağırlıklı olanlar ise gıda endüstrisinde teknolojik özellikleri geliştirmek için kullanma fırsatı sunmaktadır. Dolayısıyla balık jelatin ve hidrolizatlarının hem fonksiyonel gıda ajanı olarak hem de gıda teknolojisi için önemli bir alternatif sunduğu görülmektedir.

Abstract:
The conversion of fish wastes into valuable products has a high potential to reduce pollution and industrial cost, and thus provide economic development. Fish skin is one of the most common sources of gelatin, including a source of hydrolyzed bioactive peptides. In this thesis study, trout (Oncorhynchus mykiss), sea bream (Sparus aurata) and sea bass (Dicentrarchus labrax) skin gelatins were hydrolyzed with flavourzyme® enzyme to obtain peptide fractions with different molecular weights and to determine their bioactive and functional properties. Three different peptide fractions, ≤5 kDa, 5-10 kDa and ≥10 kDa, were obtained from the obtained hydrolysates by sequential ultrafiltration. Physicochemical (SDS-PAGE, FTIR, zeta potential), bioactive (antioxidant and anticancer) and functional (emulsion and foaming, oil binding and surface hydrophobicity) properties of the obtained gelatin and peptide fractions were determined. The degree of hydrolysis was determined as 1,99%, 3,70% and 3,63% for trout, sea bream and sea bass, respectively. Among the peptide fractions, the ones with the highest zeta potential are the low molecular weight AF1, CF1 and LF1 peptide fractions. All peptide fractions exhibited antioxidant activity (DPPH, FRAP and ABTS). The highest DPPH activity belonged to the CF1 (≤5 kDa) peptide fraction with a rate of 67,33%±10,43%, especially peptides below ≤5 kDa showed higher DPPH activity compared to gelatins and other peptide fractions. The highest FRAP capacity belongs to the AF2 (5-10 kDa) peptide fraction with values of 59,02±0,31mmol Fe+2 /g and 32,40±0,16 mmol trolox/g. In FRAP capacity values, in general, as the molecular weight decreases, the activity increases, but there is an inverse correlation of these results in sea bream fractions. In ABTS activity, the best IC50 value was obtained from the LF1 (≤5 kDa) peptide fraction with 1,17±0,24 mg/mL. In addition, the AF1 (≤5 kDa) peptide fraction showed the highest in vitro cytotoxic effect (27,07±1,41%) compared to other peptide fractions at 20 mg/mL concentration. In the in vitro cytotoxic effect, the inhibition rate increases as the molecular weight decreases and the concentration increases. Among the functional properties, the highest value in emulsion capacity (EAI) belongs to sea bass gelatin with 389,46±15,92 m2/g, and in emulsion stability (ESI) it belongs to sea bream gelatin with 56,00±1,23 min. EAI and ESI values of gelatins and peptides with high molecular weight were found to be higher. Among the other functional properties, the highest value in foaming capacity and stability belonged to trout gelatin, and it was obtained as 40,34%±4,29% and 31,33%±1,52%, respectively. In addition, the CF3 (≥10 kDa) peptide fraction exhibited an excellent oil binding capacity (11,48±0,83 mL/g). In surface hydrophobicity, the highest value belongs to sea bream gelatin with 1081,9±43,84. Enzymatic hydrolysis increases the oil-binding capacity while decreasing the emulsion and foaming capacity and surface hydrophobicity of fish gelatins. As a result, peptides with different molecular weights were produced from fish wastes by enzymatic hydrolysis and purified by ultrafiltration membrane. Obtained low molecular weight peptides as functional food components, high molecular weight ones offer the opportunity to use in the food industry to improve technological properties. Therefore, it is seen that fish gelatin and its hydrolysates offer an important alternative both as functional food agents and for food technology.