Fungal katalaz-fenol oksidazın üretim ve kurutma koşullarının optimizasyonu
Optimization of the production and drying conditions of fungal catalase-phenol oxidase
Yazar: SUZAN TURHAN
Danışman: PROF. DR. DİDEM SUTAY ; PROF. DR. YALÇIN COŞKUNER
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation ; Polifenol oksidaz = Polyphenol oxidase ; Scytalidium thermophilum = Scytalidium thermophilum

Özet:
Bu çalışmada, Scytalidium thermophilum (Mycothermus thermophilus) katalaz-fenol 
oksidazının (KATFO) üretim (fermantasyon) ve enkapsülasyon/dondurarak kurutma
koşulları tepki yüzey metodolojisi (TYM) ve Box-Behnken deney tasarımı (BBD) ile 
istatistiksel olarak optimize edilmiştir. KATFO üretimi için optimum fermantasyon 
koşulu 40°C sıcaklık, 20 g/L glikoz konsantrasyonu ve %3 (a/h) melas konsantrasyonu
olarak belirlenmiştir. Kültür ortamına H2O2 eklenmesi etkili bulunmamıştır. Optimum 
koşulda KATFO aktivitesi 692,4 U/mL olarak tespit edilmiştir. Bu sonuç, başlangıç 
koşulunda elde edilen 221,8 U/mL seviyesindeki aktivitenin 3,1 katı olup, 
fermantasyon sürecinin optimizasyonun KATFO üretim verimi üzerindeki etkisini net 
olarak ortaya koymuştur.
KATFO'nun enkapsülasyon/dondurarak kurutma sürecinin optimizasyonu sonucunda 
en uygun koşul maltodekstrin (MD) konsantrasyonu için 1 g MD/g kuru madde enzim, 
mannitol konsantrasyonu için 1 g mannitol/g kuru madde enzim ve homojenizasyon 
hızı için 12000 rpm olarak belirlenmiştir. Belirlenen optimum noktada yapılan 
enkapsülasyonun toz KATFO'nun kalite parametreleri ve raf ömrü üzerine etkileri 
karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Toplam 13 hafta (91 gün) boyunca soğukta (+4°C) 
yapılan depolama sonunda enkapsüle edilmemiş toz KATFO'nun aktivitesinin sadece 
%7,6 seviyesinde korunduğu, buna karşılık enkapsüle edilmiş KATFO'nun 
aktivitesinin %89,4 seviyesinde korunduğu belirlenmiştir. Depolamanın ilk 4 haftası 
sonunda ham (sıvı) KATFO'nun aktivitesini tamamen kaybettiği tespit edilmiştir. 
Ayrıca, enkapsülasyon sayesinde toz KATFO'nun yığın yoğunluk, darbeli yoğunluk, 
gerçek yoğunluk ve gözeneklilik değerlerinin stabil kaldığı, akabilirlik, yapışkanlık,
su aktivitesi, nem, renk ve higroskopisite özelliklerinin ise iyileştiği belirlenmiştir. 
Tüm bunlara karşın, toz KATFO'nun çözünürlük performansının enkapsülasyondan 
olumsuz etkilediği tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar enkapsülasyonun dondurarak 
kurutulan KATFO için depolama süresince öncelikli kalite parametresi olan enzim 
aktivitesinin korunması için ve bazı fiziksel özelliklerinin iyileştirilmesi için önemini 
göstermiştir.

Abstract:
In this study, the production (fermentation) and encapsulation/freeze drying conditions 
of Scytalidium thermophilum (Mycothermus thermophilus) catalase-phenol oxidase 
(CATPO) were statistically optimized with response surface methodology (RSM) and 
Box-Behnken experimental design (BBD). The optimum fermentation condition of
CATPO production was determined as 40°C temperature, 20 g/L glucose 
concentration and 3% (w/v) molasses concentration. Addition of H2O2 to the culture 
medium was not found to be effective. CATPO activity at optimum condition was 
determined as 692.4 U/mL. This result is 3.1-fold of the activity of 221.8 U/mL 
obtained under the initial condition, and the effect of optimization of the fermentation 
process on CATPO production efficiency is clearly demonstrated.
As a result of the optimization of the encapsulation/freeze drying process of CATPO, 
the optimum condition was determined as 1 g maltodextrin (MD)/g dry matter enzyme 
for MD concentration, 1 g mannitol/g dry matter enzyme for mannitol concentration 
and 12000 rpm for homogenization speed. The effects of encapsulation under the 
optimum condition on the quality parameters and shelf life of powder CATPO were 
examined comparatively. It was determined that only 7.6% of the activity of 
unencapsulated powder CATPO was preserved at the end of cold (+4°C) storage for a 
total of 13 weeks (91 days), whereas 89.4% of the activity of encapsulated CATPO 
was preserved. It was observed that crude (liquid) CATPO completely lost its activity 
at the end of the first 4 weeks of storage. In addition, it was determined that, owing to 
encapsulation, the bulk density, impact density, real density and porosity values of 
powder CATPO remained stable, and its flowability, stickiness, water activity, 
moisture, color and hygroscopicity properties improved. Despite all this, it has been 
predicted that the solubility performance of powder CATPO is negatively affected by 
encapsulation. The results obtained revealed the importance of encapsulation in 
preserving enzyme activity, which is the primary quality parameter during storage, and 
and improving some physical properties of freeze-dryed CATPO.