Gracilaria türü kırmızı yosunlardan agar-agar üretiminin optimize edilmesi ve sektörel kullanımının araştırılması
Optimization of agar-agar production from Gracilaria (red algae) species collected from Turkish shores and investigation of its utilization in different sectors
Yazar: İREM PAK
Danışman: DOÇ. DR. KUBİLAY YILDIRIM
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Su Ürünleri = Aquatic Products
Dizin: Agar = Agar ; Dondurarak kurutma = Freeze drying ; Donma-çözülme = Freezing-thawing ; Elektroforez-agar jel = Electrophoresis-agar gel ; Kırmızı yosun = Red algae ; Püskürtmeli kurutma = Spray drying

Özet:
Fikokolloid olarak tanımlanan agar, ısıtıldığında eriyen ve soğutulduğunda önemli derecede histerezis gösteren termo-tersinir jeller oluşturur. Düşük jel mukavemetinden dolayı gıda sınıfı agar yapmak için Gracilaria tercih edilirken, jel gücü yüksek olan Gelidium ise bakteriyolojik ve farmasötik sınıf agarlar ve agaroz yapmak için kullanılmaktadır. Gelidium küçük ve yavaş büyüyen bir cins olması nedeniyle ekimi zor ve oldukça maliyetlidir. Ayrıca ülkemizdeki Gelidium yayılımı agar üretimini karşılayacak miktarda değildir. Gracilaria cinsleri ise özellikle Marmara Denizi'nde geniş bir yayılıma sahip olup, elde edilmesi kolay bir malzeme haline gelmiştir. Çalışma kapsamında ülkemiz kıyılarından toplanan Gracilaria yosunlarından agar üretim süreçlerinin optimize edilmesi amaçlanmıştır. Bu optimizasyon sırasında çeşitli kurutma tekniklerinin (Dondur-çöz, liyofilizatör, spray-dryer) etkinlikleri test edilmiş, bu yöntemler ile elde edilen agarın gıda, mikrobiyolojik ve biyoteknolojik uygulamalarda kullanım potansiyeli belirlenmiştir. Çalışmada toplanan Gracilaria örneklerine ön alkali muamelesi (%3NaOH) ve %1 çamaşır suyu uygulaması ile %9,5 verimlilikte, jel gücü yüksek (1024 ± 36 g/cm2) agarın elde edilebileceği görülmüştür. Dondur-çöz yöntemine kıyasla, liyofilizatör yöntemi ile elde edilen agarın veriminin maksimum seviyeye çıktığı ancak spray-dryer yöntemi ile düştüğü tespit edilmiştir. Bu farklı kurutma yöntemleri ile elde edilen agarların jel gücünün de dondur-çöz yöntemi ile elde edilen agara kıyasla düştüğü tespit edilmiştir. Ancak homojen beyaz renkli ve partikül boyutu en küçük agarın spray-dryer yöntemi ile elde edilebileceğini, bu kurutma uygulaması ile agar üretiminde önemli ölçüde enerji verimliliği sağlanabileceği belirlenmiştir. Çalışmada elde edilen Gracilaria agarlarının gıda alanında kullanım potansiyeli araştırılmıştır. Yapılan ağır metal analizleri limitlerin altında bulunmuş, ticari agara kıyasla viskozite, sertlik, elastikiyet gibi parametrelerin de başarılı olduğu bulunmuştur. Gracilaria agarlarında bakterilerin ve bitkilerin büyütülmesinde herhangi bir teşvik edici ya da inhibe edici etki görülmemiş, bakteri ve bitkilerin her iki agarın oluşturduğu zemin üzerinde ticari kontrol ile aynı oranda büyüdüğü gösterilmiştir. Gracilaria agarlarından elde edilen agaroz kullanılarak DNA moleküllerinin ticari kontrol ile aynı oranda ayrıştırılabileceği gösterilmiştir. Çalışma ile Gracilaria türünden jel gücü yüksek agar elde edilip, ilk defa Gracilaria agarının biyoteknolojik kullanımı kanıtlanmıştır. Ayrıca farklı kurutma tekniklerinin agar üretiminde ilk defa araştırıldığı çalışmada spray-dryer yönteminin verim ve jel gücündeki kayba rağmen kullanılabilirliği ilk defa gösterilmiştir.

Abstract:
Agar, defined as phycocolloid, forms thermo-reversible gels that melt when heated and exhibit significant hysteresis when cooled. Gracilaria is preferred to make food-grade agar due to its low gel strength, while Gelidium with high gel strength is used to make bacteriological and pharmaceutical-grade agars and agarose. Gelidium, small, slow-growing plants, is difficult and costly to cultivate. There is no natural spread of Gelidium to meet the agar production in our country. Gracilaria species has gained a wide natural distribution especially in the Sea of Marmara and has become an easy material to obtain. Within the scope of the study, it was aimed to optimize the agar production processes from Gracilaria algae collected from the coasts of our country. During this optimization, the efficiency of various drying techniques (freeze-thaw, lyophilizer, spray-dryer) were tested, and the food, microbiological and biotechnological use potential of the agar obtained by these methods was determined. It has been observed that agar with high gel strength (1024 ± 36 g/cm2) can be obtained with 9.5% efficiency with pre-alkali treatment (3 NaOH) and 1% bleach application on Gracilaria samples collected in the study. Compared to the freeze-thaw method, it was determined that the yield of agar obtained by the lyophilizer method increased to the maximum level, but decreased with the spray-dryer method. It was determined that the gel strength of the agars obtained by these different drying methods decreased compared to the agar obtained by the freeze-thaw method. However, it has been determined that homogeneous white colored agar with the smallest particle size can be obtained by the spray-dryer method, and a significant energy efficiency can be achieved in agar production with this drying application. The potential for use in food field of Gracilaria agars obtained in the study was investigated. Heavy metal analyzes were found below the limits, and parameters such as viscosity, hardness, and elasticity were found to be successful compared to commercial agar. No stimulating or inhibitory effect was observed on the growth of bacteria and plants on Gracilaria agars, and it was shown that bacteria and plants grew on the ground formed by both agars at the same rate as commercial control. It has been shown that DNA molecules can be separated at the same rate as commercial control using agarose obtained from Gracilaria agars. With this study, agar with high gel strength was obtained from Gracilaria species and biotechnological use of Gracilaria agar was proven for the first time. In addition, in the study where different drying techniques were investigated for the first time in agar production, the usability of the spray-dryer method was shown for the first time despite the loss in yield and gel strength.