Proteinli ortamda geliştirilen su kefir danesi konsorsiyomunun metagenomik analizi ve su kefiri içeceklerinin geliştirilmesi
Metagenomic analysis of water kefir grain consortium activated in protein medium and development of water kefir beverages
Yazar: YİĞİT KAYA
Danışman: DOÇ. DR. TUĞBA KÖK TAŞ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Metagenomik = Metagenomics ; Probiyotikler = Probiotics ; Su kefiri = Water kefir

Özet:
Su kefiri, meyvemsi, asidik, hafif tatlı ve fermente aromaya sahip olan bir içecektir. Su kefiri geleneksel olarak su kefiri daneleri kullanılarak üretilmektedir. Su kefiri danesi içerisinde başta yararlı laktik asit bakterileri olmak üzere çeşitli mikroorganizmalar bulunmaktadır. Su kefiri içeceği ülkemizde gıda endüstrisinde henüz satışı bulunmayan, üretim teknolojisi ve sağlık üzerine etkileri hızla çalışılan bir alan olmuştur. Su kefir danesinin mikrobiyal topluluğunun belirlenmesinde metagenomik analizlerden yeni nesil dizileme analizi ile ilgili araştırmalar çok sınırlıdır ve yenidir.
Bu araştırmanın amacı su kefir danelerini proteinli ve normal ortamında fermente ederek su kefir danelerinin biyokütle artışını, mikrobiyal konsorsiyumunu, mikrobiyolojik içeriği belirlemektir. Ayrıca su kefiri tüketimine alternatif içecekler olarak proteinli dört farklı içecek ve kontrol grubunda dört farklı içecek -her iki grup için zencefil, reyhan ve limon kullanılarak- toplamda sekiz farklı içecek geliştirilmektir. Çalışmada fermentasyonda kullanılacak ortamın su kefiri danesi mikrobiyomu üzerinde etkisi metagenomik analizi ile belirlenmiştir. Geliştirilen içeceklerde 14 günlük depolama süresince fizikokimyasal (titrasyon asitliği analizi, pH, suda çözünür kuru madde tayini, protein analizi), mikrobiyolojik analizler (laktik asit bakteri sayımı, asetik asit bakteri sayımı, maya küf sayımı M17 bakteri sayımı ve koliform bakteri sayımı), şeker kompozisyonunun belirlenmesi, duyusal analiz ve istatiksel analizlerin değerlendirilmesi ile içecekler arasında değişimler tespit edilmiş ve yorumlanmıştır.
Araştırmamızda proteinli ortamda gelişen dane ağırlığının kontrol danesine göre %400 arttırdığı belirlenmiştir. Proteinli ortamda aktifleştirilen su kefir danesi konsorsiyumunda farklılıklar oluşturduğu belirlenmiştir. Proteinli ortam uygulamasının normal ortamda aktifleştirilen su kefir danelerinin tür sayılarında önemli azalma sağladığı belirlenmiştir. Su kefiri danesinin biyokütle ağırlığının fazla olması ise protein kullanan mikroorganizmaların ekzopolisakkarit üretme yetenekleri olduğu şeklinde yorumlanmıştır. pH ve titrasyon asitliği değerleri her iki örnek içinde benzerlik göstermiştir. Mikrobiyolojik analiz sonuçlarında 20 gün süresince proteinsiz ortamda aktifleştirilen su kefir danesi (CSD) örneğinde laktik asit bakteri içeriğinde farklılık görülmemiş, proteinli ortamda aktifleştirilen su kefir danesi (PSD) örneğinde laktik asit bakteri ve kok içeriğinde 3 log kob/mL değişim belirlenmiştir. Proteinli ortamın asetik asit, laktik asit bakterileri ve maya üzerine etkisi olduğu düşünülmektedir.
Farklı içerikli içeceklerin analiz sonuçlarında genel olarak proteinle zenginleştirilmiş içeceklerin toplam laktik asit bakteri içeriğinin ve kok içeriğinin kontrol grubuna göre daha fazla olduğu (~2 log) tespit edilmiştir. Zencefilin antimikrobiyal etkisi olmasına rağmen her iki grup içecekte en yüksek laktik asit bakteri içeriği ve kok içeriği zencefil içeren içeceklerde tespit edilmiştir. 
İçeceklerin 14 gün boyunca belirli günlerde kimyasal analizleri yapılmış (pH, titrasyon asitliği, suda çözünür kuru madde ve protein) sonuç olarak pH ve suda çözünür kuru madde her iki grupta benzerlik göstermiştir. Ancak titrasyon (%LA) asitliği proteinle zenginleştirilmiş içeceklerde kontrol grubuna göre daha yüksektir. Proteinli ortamda mikroorganizma aktivitesinin daha fazla olduğu düşünülmektedir. 
Duyusal analiz değerlendirmesi olarak lezzet parametresi puanlaması yapılmıştır. Her iki grupta da beğenilen sade ve zencefil aromalı içecekler olmuştur.
Sonuç olarak; su kefir danesinin uygulanan protein ortamının etkisi metagenomik analiz ile belirlenmiş ve dane mikroorganizma içeriğinde farklılıklar sağlamıştır. Vegan ve süt proteini alerjisi olan bireyler için yararlı bakteriler içeren su kefiri içecekleri üzerine farklı alternatifler geliştirilmiştir. Bu alanda endüstriyel üretimde su kefirine limon ve zencefil baharatı kullanılması olumlu değerlendirilmiştir.

Abstract:
Water kefir is a fruity, acidic, slightly sweet and fermented beverage. Water kefir is traditionally produced using water kefir grains. There are various microorganisms, especially beneficial lactic acid bacteria, in the water kefir grain. Water kefir drink has become an area that is not yet available in the food industry in our country, and its effects on production technology and health are rapidly studied. Research on next-generation sequencing analysis from metagenomic analyzes to determine the microbial community of water kefir grain is very limited and new.
The aim of this research is to determine the biomass increase, microbial consortium and microbiological content of water kefir grains by fermenting water kefir grains in protein and normal environment. In addition, as alternative drinks to water kefir consumption, four different drinks with protein and four different drinks in the control group - using ginger, basil and lemon for both groups - in total eight different drinks are to be developed. In the study, the effect of the medium to be used in fermentation on the microbiome of water kefir grain was determined by metagenomic analysis. Physicochemical (titration acidity analysis, pH, water-soluble dry matter determination, protein analysis), microbiological (lactic acid bacterium count, M17 bacteria count, acetic acid bacteria count, yeast mold count, coliform count) analyzes of the developed beverages during 20 days of storage Changes between beverages were determined and interpreted by the evaluation of sensory analysis and statistical analysis.
In our study, it was determined that the grains grown in the protein environment increased 400% compared to the other control grains. pH and titration acidity values were similar in both samples. It was determined that water kefir grains consortium activated in protein medium created differences. It has been determined that the application of protein medium provides a significant decrease in the number of species of water kefir grains activated in the normal environment. The high biomass weight of the water kefir grain was interpreted as the ability of protein-using microorganisms to produce exopolysaccharides. In the results of microbiological analysis, there was no difference in the content of lactic acid bacteria in the CSD sample for 20 days, and a change of 3 log cfu/mL was determined in the content of lactic acid bacteria and coke in the PSD sample. It is thought that the protein medium has an effect on acetic lactic acid bacteria and yeast.
In the analysis results of beverages with different contents, it was determined that the total lactic acid bacteria content of the beverages enriched with protein was generally higher (~2 log) than the control group. Although turmeric has an antimicrobial effect, the highest lactic acid bacteria content in both groups of beverages was determined in the turmeric drinks.
Chemical analyzes of the drinks were made on certain days for 14 days (pH, titration acidity, water-soluble solids and protein), as a result, pH and water-soluble dry matter were similar in both groups, but titration acidity was higher in protein-enriched beverages than in the control group. Microorganism activity is thought to be higher in protein media.
Chemical analyzes of the drinks were made on certain days for 14 days (pH, titration acidity, water-soluble dry matter and protein), and as a result, pH and water-soluble dry matter were similar in both groups. However, titration (%LA) acidity is higher in protein-enriched beverages than in the control group. Microorganism activity is thought to be higher in protein media.