Keçiboynuzu ekstraktının inülinaz enzimi üretiminde karbon kaynağı olarak kullanımı
Use of carob extract as carbon resources in the production of inulinase enzyme
Yazar: MERVE ILGIN
Danışman: DOÇ. DR. İRFAN TURHAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
İnülin, yapısında glukoz ve fruktoz içeren bitki kaynaklı polisakkaritten biridir. Enzimler canlı hücreler tarafından oluşturulan ve kimyasal reaksiyonları spesifik olarak katalizleme yeteneğine sahip protein yapıdaki maddelerdir. İnülinazlar ise inüline spesifik olan ve onu hidrolize eden enzimlerdir. Bazı mikroorganizmalarda bulunan inülinazlar, inülin üzerindeki etki şekline göre endo-inülinaz ve ekzo-inülinaz olarak ayrılmaktadır. Aspergillus niger tarafından üretilen inülinazlar, inülini ekzo tipi hidrolize etmektedir. İnülinazlar gıda endüstrisi ve diğer alanlarda kullanımı ile önemli bir paya sahiptir. Keçiboynuzu meyvesi ülkemizde genellikle Akdeniz kıyı şeridinde doğal alanlarda yetişmektedir. Pek çok endüstri alanında yaygın olarak kullanılmakta olan şeker içeriği yüksek bu meyve biyoteknolojik açıdan substrat olarak kullanıma da oldukça uygundur.  Bu projede, inülinaz enzimi üretiminde alternatif bir karbon kaynağı olarak keçiboynuzu meyvesi ekstraktının kullanım potansiyeli araştırılmıştır. 
Bu çalışmada daha önce inülinaz enzimi üretiminde hiç kullanılmamış olan keçiboynuzu meyvesi ekstraktı karbon kaynağı olarak kullanılmıştır. Keçiboynuzu ekstraktının içerisine ayrı ayrı ve farklı oranlarda eklenen 7 farklı besiyeri bileşeni ile 12 farklı besiyerinin Plackett-Burman ile formülasyonu yapılmış, fermentasyonları gerçekleştirilmiş ve maksimum inülinaz aktivitesi için optimum besiyeri bileşiminin 5°Bx keçiboynuzu ektraktı ve buna %1 maya ekstraktı ilavesi olduğu saptanmıştır. Sonrasında Cevap Yüzey Metodu (CYM) ile optimum fermentasyon çalışma koşulları 250 rpm çalkalama hızı, %2.3 inokülasyon miktarı ve 135 mL medya hacmi olarak belirlenmiştir. CYM ile önerilen fermentasyonlar sonucu maksimum aktivite 1646.05 U/mL olmuştur. Design Expert ile optimize edilen fermentasyon koşullarında gerçekleştirilen doğrulama denemeleri sonucunda maksimum enzim aktivitesi olan 1560.17 U/mL değerine ulaşılmıştır. Fermentasyonla elde edilen enzim preperatı ultrafiltrasyon ile 10, 30, 50 kDa ayırma sınırındaki filtrelerden geçirilerek kısmi saflaştırma işlemi gerçekleştirilmiştir. UF işlemi sonucunda 50 kDa retentat kısmında 6133.72 U/mL inülinaz saptanırken, 30 kDa'da 6278.69 U/mL, 10 kDa'da ise 6343.26 U/mL inülinaz aktivitesi elde edilmiştir. Böylece UF işlemi ile yaklaşık 4.5 kat enzim aktivitesi artışı sağlanmıştır. Sonuçlar keçiboynuzu ekstraktının inülinaz enzimi üretiminde iyi bir karbon kaynağı olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Ayrıca bu tez çalışması ile hammaddeden ürüne kadar bütünlük içeren bir enzim üretim modeli oluşturulmuştur.

Abstract:
Inulin is one of the plant-derived polysaccharides containing glucose and fructose in its structure. Enzymes are protein-based substances that are formed by living cells and have the ability to specifically catalyze chemical reactions. Inulinases are inulin-specific enzymes that hydrolyze inülin. The inulinases found in some microorganisms are classified as endo-inulinase and exo-inulinase according to the breakdown of inulin. Inulinases are produced by Aspergillus niger, are exocrine type of inulin hydrolases. Inulinases have a significant share in the food industry and its use in other areas. Carob fruit grows in Turkey in natural areas of the Mediterranean coastline. The sugar content, of the fruit which is widely used in many industrial fields, is highly suitable for usage as a substrate in biotechnology. In this project, the potential use of carob fruit extract as an alternative carbon source in inulinase enzyme production has been investigated.
In this study, carob bean extract, which was any used in the production of inulinase enzyme, was used as a carbon source. 12 different media were formulated with Plackett-Burman and fermentations were carried out with 7 different variables added separately at different ratios to the carob extract. Optimum nutrient composition determined for maximum inulinase activity was 5° Bx carob extract with 1% yeast extract. Subsequently, optimum fermentation operating conditions with CYM (Response Surface Method) were determined as 250 rpm agitation speed, 2.3% inoculation amount and 135 mL media volume. The maximum activity of the fermentations recommended with CYM was 1646.05 U / mL. As a result of validation experiments performed under the optimized fermentation conditions with Design Expert program, 1560.17 U / mL was the maximum enzyme activity reached. Partial purification with enzyme preparatory ultrafiltration obtained by fermentation was carried out through filters with a separation limit of 10, 30, 50 kDa. As a result of the UF treatment, 6133.72 U / mL inulinase was detected in the 50 kDa retentate, 6278.69 U / mL in 30 kDa and 6343.26 U / mL inulinase activity in 10 kDa. Thus, the enzyme activity was increased about 4.5 times by the UF process. The results have shown that the carob extract can be used as a good carbon source for the production of inulinase enzyme. In addition, was to be reached in this study an enzyme production model integrity from raw material to product.