Su kefirinden izole edilen laktik asit bakterilerinin ürettiği ekzopolisakkaritlerin karakterizasyonu
Characterization of exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria isolated from water kefir
Yazar: KADER KORKMAZ EDİŞ
Danışman: PROF. DR. ENES DERTLİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Laktik asit bakterileri (LAB), gıda, ilaç ve tarım endüstrilerinde geniş bir uygulama alanına sahip olan, sağlık üzerinde olumlu etkileriyle bilinen mikroorganizmalardır. Bu bakteriler, laktik asit fermentasyonu yoluyla gıda maddelerinin korunmasını sağlarlar, bu da onları geleneksel gıda ürünlerinin üretiminde vazgeçilmez kılar. LAB'lerin önemi sadece gıda koruma özelliklerinde değil, aynı zamanda ekzopolisakkaritler (EPS) üretebilme yetenekleri ile değerlendirilmeleri söz konusudur. EPS'ler, mikrobiyal kökenli polimerler olup, gıda sanayisinde doğal katkı maddeleri olarak kullanılma, viskoziteyi artırma, jel oluşturma ve emülsiyon stabilizasyonu gibi özelliklere sahiptir. Bu bileşenlerin üretimi, LAB'ler fonksiyonel gıdaların ve probiyotik ürünlerin geliştirilmesinde kilit bir rol oynar. Bu kapsamda yapılan tez çalışması, LAB tarafından üretilen EPS'lerin yapısal ve fonksiyonel özelliklerini incelemekte ve bu bileşiklerin gıda sanayisi ile biyoteknoloji uygulamalarındaki potansiyel kullanımlarını değerlendirmektedir. Araştırmamız, özellikle su kefiri tanelerinden izole edilen Liquorilactobacillus hordei SK6 ve Liquorilactobacillus mali SK26 suşlarının homopolimerik glukan türü EPS üretim kapasitelerine odaklanmıştır. Her iki LAB suşunda da, HPLC analiziyle belirlenen homopolimerik glukan tipi EPS üretmiştir ve glukan SK6 ile SK26'nın üretim seviyeleri sırasıyla 8,89 g/L ve 7,2 g/L olarak tespit edilmiştir. Glukan SK6 ve SK26'nın yapısal karakterizasyonu, 1H ve 13C NMR analiziyle her iki glukanın da çekirdek yapı olarak (1 → 6)-bağlı α-d-glukoz üniteleri içeren ve dallanma noktaları olarak (1 → 3)-bağlı α-d-glukoz üniteleri içeren dekstranlar olduğunu göstermiştir. Dekstran SK6 ve SK26 yapılarında (1 → 3)-bağlı α-d-glukoz ünitelerinin seviyesi sırasıyla %5,3 ve %2,7 olarak tespit edilmiştir. Her iki dekstran daha sonra FTIR analiziyle karakterize edilmiş ve XRD analizi, dekstranların amorf doğasını ortaya koymuştur, ancak dekstran SK6 mikro düzenlenmiş ve zayıf kristalin yapılar göstermiştir. Termal karakterizasyon için TGA ve DSC analizi uygulanmış ve dekstran SK6'nın bozulma sıcaklığı 298,5°C iken, dekstran SK26 için bu bozulma sıcaklığı 282,1°C olarak belirlenmiştir. Her iki dekstranın morfolojik özellikleri AFM ve SEM analiziyle gözlemlenmiş ve dekstran SK6 ve SK26'nın morfolojik özellikleri arasında belirgin farklar tespit edilmiştir. Bu bulgular, su kefiri izolatlarının EPS yapılarını açığa çıkarmak ve son dekstran yapılarının teknolojik ve fonksiyonel rolleri için önemini ortaya koymak açısından daha detaylı çalışmalara ışık tutacağı öngörülmektedir.

Abstract:
Lactic acid bacteria (LAB) are microorganisms recognized for their health benefits and diverse applications in the food, pharmaceutical, and agricultural industries. They play a crucial role in food preservation through lactic acid fermentation, which is essential in the production of traditional food products. Beyond food preservation, LAB are significant for their ability to produce exopolysaccharides (EPS), microbial-derived polymers used as natural additives in the food industry to increase viscosity, form gels, and stabilize emulsions. These components are vital in developing functional foods and probiotic products. This thesis investigates the structural and functional properties of EPS produced by LAB and explores their potential uses in the food industry and biotechnological applications. The research focuses on the production capacities of homopolymeric glucan-type EPS isolated from water kefir grains by the strains Liquorilactobacillus hordei SK6 and Liquorilactobacillus mali SK26. Both strains were found to produce homopolymeric glucan-type EPS, with production levels of 8,89 g/L  for glucan SK6 and 7,2 g/L for glucan SK26, as determined by HPLC analysis. Structural characterization through 1H and 13C NMR analysis revealed that both glucans have core structures of (1 → 6)-linked α-d-glucose units and branching points of (1 → 3)-linked α-d-glucose units, identifying them as dextrans. The levels of (1 → 3)-linked α-d-glucose units were 5,3% in dextran SK6 and 2,7% in dextran SK26. Further characterization by FTIR and XRD analysis showed that both dextrans are amorphous, though dextran SK6 exhibited some microstructured and weakly crystalline features. Thermal characterization through TGA and DSC analysis indicated a decomposition temperature of 298,5°C for dextran SK6 and 282,1°C for dextran SK26. Morphological analysis using AFM and SEM revealed significant differences between the two dextrans. These findings provide a basis for further detailed studies on the EPS structures of water kefir isolates and underscore the technological and functional roles of the resulting dextran structures.