Elektroeğrilmiş Pva/Kitosan nanofiberlerin sentezi ve karakterizasyonu: enzimatik karbohidrat dönüşüm reaksiyonları amacıyla kullanılması
Synthesis and characterization of elektrospun Pva/Chitosan nanofiber: Usage for enzymatic carbohydrate conversion reactions
Yazar: GÖKMEN ARABACI
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA TEKE
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Bu çalışma, üç kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım, elektroeğirme yöntemi ile PVA/Kitosan nanofiberleri sentezi, sentez parametrelerinin optimizasyonu(% PVA derişimi, % Kitosan derişimi, iğne ile toplayıcı arası uzaklık, polimer enjeksiyon hızı, uygulanacak voltaj), üretilen nanofiberlerin SEM, TGA, FTIR gibi yöntemlerle karakterizasyonundan oluşmaktadır. İkinci kısım ise üretilen elektroeğirilmiş PVA/Kitosan nanofiberlerin enzimatik karbohidrat reaksiyonlarında kullanılabilirliğinin araştırılmasıdır. Enzimatik karbohidrat reaksiyonları için glukozu izomeri olan fruktoza çeviren Glukoz izomeraz ve laktozu monomerleri glukoz ve galaktoza parçalayan β-Galaktozidaz enzimleri seçildi.  Bu amaçla, PVA/Kitosan nanofiberler, Glukoz izomeraz ve β-Galaktozidaz enzimlerinin immobilizasyonunda taşıyıcı olarak kullanılarak, enzim immobilizasyonunun optimizasyonu (enzim miktarı, nanofiber miktarı, adsorpsiyon süresi ve glutaraldehit miktarı) ve enzimatik özelliklerin (optimum sıcaklık, optimum pH, termal kararlılık, pH kararlılığı, tekrar kullanılabilirlik) karakterizasyonu gerçekleştirildi. Özellikle termal kararlılık, pH kararlılığı ve tekrar kullanılabilirlik gibi endüstriyel açıdan önemli olan enzimatik özelliklerde önemli derecede gelişme gözlendi. Son kısımda ise, hazırlanan enzim sistemlerinin karbohidrat dönüşüm reaksiyonlarındaki performansı incelenmiştir.

İmmobilize  β-Galaktozidaz enziminin aşırı asidik ve bazik bölgelerde kararlılığı önemli ölçüde geliştirildi. pH 4'de %57, pH 9'da % 82 oranında aktivitesini korudu. Yine termal kararlılığı önemli ölçüde geliştirildi. 45oC'de %99, 55oC'de %80 oranında aktivitesini korumuştur. İmmobilize β-Galaktozidaz için tekrar kullanım açısından iyi sonuçlar elde edildi. 15. döngüde %53 oranında aktivitesini korumuştur.
İmmobilize Glukoz izomeraz enziminin aşırı asidik ve bazik bölgelerde kararlılığı önemli ölçüde geliştirildi. pH 4'de %55, pH 10'da % 61 oranında aktivitesini korudu. Yine termal kararlılığı önemli ölçüde geliştirildi. 50oC'de %97, 60oC'de %90, 65oC'de %99 oranında aktivitesini korumuştur. Tekrar kullanım açısından iyi sonuçlar elde edilmiştir. 14. tekrarda %40 oranında aktivitesini korumuştur.
β-Galaktozidaz immobilize PVA/Kitosan nanofiberlerin süt örneğinde meydana getirdiği şeker dönüşüm verimi (laktoz yıkımı) %24.24 ve Glukoz izomeraz immobilize PVA/Kitosan nanofiberlerin süt örneğinde meydana getirdiği şeker dönüşüm verimi (glukozun fruktoza dönüşümü) ise %63.64 olarak bulunmuştur.

Abstract:
This study consists of three parts. The first part consists of the synthesis of PVA / chitosan nanofibers, optimization of synthesis parameters by electrospinning method and characterization of produced nanofibers by methods such as SEM, TGA, FTIR. The second part is the investigation of the usability of electrospun PVA / chitosan nanofibers for enzymatic carbohydrate reactions. For enzymatic carbohydrate reactions, Glucose isomerase that converts glucose into its isomerase fructose and β-Galactosidase enzymes which breaks down lactose monomers into glucose and galactose. For this purpose, the characterization of the enzymatic properties (optimum temperature, optimum pH, thermal stability, pH stability, reusability) and optimization of enzyme immobilization (amount of enzyme, amount of nanofiber, adsorption time and amount of glutaraldehyde) were performed by using PVA / chitosan nanofibers as a carrier for the immobilization of Glucose isomerase and β-Galactosidase enzymes. Significant improvement was observed in important industrially enzymatic properties like as particular thermal stability, pH stability and re-usability. In the last part, the performance of prepared enzyme systems in carbohydrate conversion reactions is investigated.


The stability of the immobilized β-Galactosidase enzyme in extremely acidic and basic regions has been significantly improved. The immobilized enzyme maintained its activity at 57% at pH 4 and 82% at pH 9. Thermal stability of the immobilized enzyme significantly improved. The immobilized enzyme maintained its activity at 99% at 45oC and 80% at 55oC. Good results were obtained for immobilized β-Galactosidase in terms of reusability. The immobilized β-galactosidase remained active at a rate of 53% in the 15th cycle.

The stability of the immobilized Glucose isomerase enzyme in extremely acidic and basic regions has been significantly improved. The immobilized enzyme maintained its activity at 55% at pH 4 and 61% at pH 10. Thermal stability of the immobilized enzyme significantly improved. The immobilized enzyme maintained its activity at 97% at 50oC, 90% at 60oC, %99 at 65oC. Good results were obtained for immobilized Glucose isomerase in terms of reusability. The immobilized Glucose isomerase remained active at a rate of 40% in the 14th cycle. 
The β-galactosidase-immobilized PVA / Chitosan nanofibers yielded a sugar conversion yield (lactose degradation) of 24.24%. Sugar conversion efficiency of glucose isomerase immobilized PVA / Chitosan nanofibers in milk sample was found as 63.64%(conversion of glucose to fructose).