Gıda işleme sürecinde ortaya çıkan domates çekirdeği atığından protein, protein hidrolizatı ve peptitlerin eldesi, karakterizasyonu ve biyoaktivitelerinin belirlenmesi
The obtaining of protein, protein hydrolyzate and peptides from tomato seed waste generated during food processing, characterization and determination of their bioactivities
Yazar: CANAN KARTAL
Danışman: PROF. DR. SEMİH ÖTLEŞ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Mevcut çalışmada, gıda atıklarının yol açtığı çevresel zararlar ve bu zararın yanı sıra ortaya çıkan ciddi ekonomik kayıplar göz önüne alınarak, domates işleme sanayisinde önemli bir atık olan domates çekirdeğine odaklanılmış ve domates çekirdeğinin gıda kaynaklı protein ve protein hidrolizatı/biyoaktif peptit eldesi için sahip olduğu potansiyel araştırılmıştır.
Bu hedef doğrultusunda öncelikle domates çekirdeğinden protein eldesi için ultrasonikasyon destekli ekstraksiyon yöntemi kullanılmış ve ekstraksiyon işlemi Cevap Yüzey Yöntemi ile optimize edilmiştir.
İkinci aşamada, domates çekirdek proteininin enzimatik hidrolizi için enzim seçiminde in silico yaklaşımdan faydalanılmış ve in silico analiz sonucu seçilen pepsin enzimi ile hidroliz işlemi gerçekleştirilmiştir.
Üçüncü aşamada, elde edilen protein ve protein hidrolizatının, fizikokimyasal özellikleri, antioksidan, antihipertansif ve antidiyabetik özellikleri araştırılmıştır. Domates çekirdek proteininin antioksidan ve ACE inhibitör aktivitesine sahip olduğu fakat DPP-IV inhibitör aktivitesinin bulunmadığı belirlenirken, protein hidrolizatında bu üç biyoakitivite de tespit edilmiş ve hidroliz işleminin başlangıç proteinine göre antioksidan, ACE inhibitör ve DPP-IV inhibitör aktiviteyi arttırdığı belirlenmiştir. Ayrıca, hidroliz öncesi uygulanan ön işlemlerin (ısısal ve ultrasonikasyon) elde edilen hidrolizatın yapısına ve biyoaktivitesine olan etkisi bu aşamada ayrı bir alt hedef olarak araştırılmıştır. Uygulanan ön işlemlerin hidrolizat yapısını değiştirdiği ve hidrolizatın sahip olduğu antioksidan, ACE inhibitör ve DPP-IV inhibitör aktivitesi üzerinde negatif bir etkisi olduğu belirlenmiştir.
Dördüncü aşamada, elde edilen protein hidrolizatının saflaştırılması ve fraksiyonlarına ayrılması amacıyla sırasıyla ultrafiltrasyon ve jel filtrasyon kromatografisi teknikleri arka arkaya uygulanmış ve ayrılan hidrolizat fraksiyonlarının moleküler ağırlık dağılımları (SDS-PAGE), antioksidan, ACE inhibitör ve DPP-IV inhibitör aktiviteleri belirlenmiştir. Ultrafiltrasyon sonucu protein hidrolizatının 10 kDa'dan küçük moleküler büyüklüğüne sahip fazının (<10 kDa) daha yüksek biyoaktiviteye sahip olduğu tespit edilmiş ve bu faz jel filtrasyon kromatografisi ile 15 fraksiyona ayrılmıştır.
Beşinci aşamada, jel filtrasyon kromatografisi ile elde edilen 15 peptit fraksiyonu içinden yüksek antioksidan, ACE inhibitör ve DPP-IV inhibitör aktivitesi gösteren fraksiyon, içerdiği peptitlerin amino asit dizilimlerinin belirlenmesi amacıyla LC-QTOF-MS ile analiz edilmiştir. Analiz sonucunda potansiyel antioksidan, ACE inhibitör ve DPP-IV inhibitör aktivitesine sahip olabilecek 24 peptit belirlenmiştir.
Çalışmanın sonucunda, meyve sebze işleme sektöründe önemli bir gıda atığı olan domates çekirdeğinin, bitkisel bir protein ve biyoaktif peptit kaynağı olarak kullanılabileceği ve günümüzde önemi giderek artan bitkisel protein kaynakları için bir alternatif oluşturabileceği kanaatine varılmıştır.

Abstract:
In the present study, considering the environmental damage caused by food waste and the serious economic losses that arise as well as this damage, we focused on the tomato seed, which is an important waste in the tomato processing industry and the potential of tomato seed to obtain food-derived protein and protein hydrolyzate/bioactive peptide was investigated.
In line with this goal, firstly, ultrasonication assisted extraction method was used to obtain protein from tomato seed and the extraction process was optimized by Response Surface Method.
In the second step, the in silico approach was used in the selection of enzymes for the enzymatic hydrolysis of tomato seed protein and the hydrolysis process was performed with the pepsin enzyme selected as a result of in silico analysis.
In the third stage, the physicochemical properties, antioxidant, antihypertensive and antidiabetic properties of the obtained protein and protein hydrolyzate were investigated. While it was determined that tomato seed protein has antioxidant and ACE inhibitory activity but not DPP-IV inhibitory activity, these three bioactivities were determined in protein hydrolyzate and it was determined that the hydrolysis process increased antioxidant, ACE inhibitor and DPP-IV inhibitory activity compared to the parent protein. In addition, the effect of pre-treatments (thermal and ultrasonication) applied before hydrolysis on the structure and bioactivity of the obtained hydrolyzate was investigated as a separate sub-target at this stage. It was determined that the pre-treatments applied changed the hydrolyzate structure and had a negative effect on the antioxidant, ACE inhibitor and DPP-IV inhibitory activity of the hydrolyzate.
In the fourth step, ultrafiltration and gel filtration chromatography techniques were applied consecutively in order to purify the obtained protein hydrolyzate and separate it into its fractions, and the molecular weight distributions (SDS-PAGE), antioxidant, ACE inhibitor and DPP-IV inhibitory activities of the separated hydrolyzate fractions were determined. As a result of ultrafiltration, it was determined that the phase of the protein hydrolyzate with a molecular size less than 10 kDa (<10 kDa) had higher bioactivity and this phase was separated into 15 fractions by gel filtration chromatography.
In the fifth step, the fraction content showing high antioxidant, ACE inhibitor and DPP-IV inhibitory activity among the 15 peptide fractions obtained by gel filtration chromatography was analyzed by LC-QTOF-MS to determine the amino acid sequences of the peptides. As a result of the analysis, 24 peptides that may have potential antioxidant, ACE inhibitor and DPP-IV inhibitory activity were determined.
As a result of the study, it was concluded that tomato seed, which is an important food waste in the fruit and vegetable processing sector, can be used as a vegetable protein and bioactive peptide source and can be an alternative for vegetable protein sources, which are increasingly important today.