Bakteriyosin üreticisi laktik asit bakterileri için doğal gelişme ortamı formülasyonu ve fermentasyon koşullarının optimizasyonu
Natural growth medium formulation and optimization of fermentation conditions for bacteriocin producing lactic acid bacteria
Yazar: ASLI POLAT
Danışman: PROF. DR. ÖMER ŞİMŞEK ; DR. ÖĞR. ÜYESİ FURKAN DEMİRGÜL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering
Dizin: Antimikrobiyal aktivite = Antimicrobial activity ; Fermentasyon = Fermentation ; Laktik asit bakterileri = Lactic acid bacteria ; Nisin = Nisin

Özet:
Bu tez çalışmasında, Lactococcus lactis subsp. lactis N8 suşu kullanılarak antimikrobiyal fermantasyon tozlarının üretilmesi için etkili olan fermantasyon koşullarının optimizasyonu amaçlanmıştır. Optimizasyon işlemleri biyoreaktör ortamında gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sıvı fermentler, uygun taşıyıcılara belirli oranlarda yüklenmiş ve püskürtmeli kurutucu ile toz formuna getirilmiştir.
Biyoreaktörde gerçekleştirilen çalışmanın ilk aşamasında, antimikrobiyal aktivite üzerine etkili olan demineralize peynir altı suyu tozu (DPST), soya küspesi ve glikoz şurubu konsantrasyonları yanıt yüzey yöntemi kullanılarak optimize edilmiştir. Fermantasyon koşullarının optimizasyonu için bağımsız değişkenlerin sınır değerleri DPST konsantrasyonu için 50 ile 100 g/L, soya küspesi konsantrasyonu için 20 ile 50 g/L, glikoz şurubu konsantrasyonu içinse 5 ile 50 g/L olarak belirlenmiştir. Merkezi Bileşik Tasarımı (Central Composite Design, CCD) yöntemi kullanılarak belirlenen parametreler ile orta noktanın 6 kez tekrar edildiği toplam 20 denemeden oluşan bir deneme deseni oluşturulmuştur. Fermantasyon ortamından alınan örnekler aracılığıyla fermantasyon süresince ortamda kalan glukoz miktarı, mikrobiyal gelişim ve antimikrobiyal aktivite takip edilmiştir.  
DPST konsantrasyonunun 50 g/L değerinden 100 g/L değerine artırılması ile antimikrobiyal aktivitenin bir miktar yükseldiği ancak daha sonra düştüğü, soya küspesi konsantrasyonunun 20 g/L değerinden 50 g/L değerine artırılması ile antimikrobiyal aktivitenin yükseldiği, glikoz şurubu konsantrasyonunun 5 g/L değerinden 50 g/L değerine artırılması ile antimikrobiyal aktivitenin yükseldiği gözlemlenmiştir. Optimum fermantasyon ortamı konsantrasyonlarının DPST için 100 g/L, soya küspesi için 50 g/L ve glikoz şurubu içinse 50 g/L olduğu belirlenmiştir. Optimum koşullarda gerçekleştirilen validasyon fermentasyonuyla üretilen sıvı fermentin antimikrobiyal aktivitesinin M. luteus'a karşı 9120 IU/mL olduğu tespit edilmiştir. 
Çalışmanın ikinci aşamasında, en yüksek antimikrobiyal aktivite gösteren sıvı ferment %5-10-15-20-30 oranlarında DPST'ye ve %1-3-5-10-15-20-30 maltodekstrine yüklenerek püskürtmeli kurutucu ile kurutulmuştur. En yüksek antimikrobiyal aktiviteye sahip yüklemenin %5 oranında maltodekstrin olduğu tespit edilmiştir. 
Bu çalışma ile DPST, soya küspesi ve glikoz şurubu gibi gıda sanayii atıklarından düşük maliyetli antimikrobiyal özellikte fermentler üretilebileceği gösterilmiş olup, ileri çalışmalarla konsantrasyon dışında diğer fermentasyon parametrelerinin de optimize edilmesiyle elde edilecek antimikrobiyal fermentlerin ticarileşme potansiyelleri bulunmaktadır.

Abstract:
This thesis aims to optimize the fermentation conditions effective for producing antimicrobial fermentation powders using Lactococcus lactis subsp. lactis N8 strain. Optimization processes were carried out in a bioreactor environment. The obtained liquid fermentations were loaded onto suitable carriers in specific proportions and then converted into powder form using a spray dryer.
In the first phase of the study conducted in the bioreactor, the concentrations of demineralized whey powder (DPST), soy flour, and glucose syrup that affect antimicrobial activity were optimized using response surface methodology. The boundary values for the independent variables for optimizing the fermentation conditions were set at 50 to 100 g/L for DPST concentration, 20 to 50 g/L for soy flour concentration, and 5 to 50 g/L for glucose syrup concentration. A design of experiments consisting of a total of 20 trials, including six replications of the center point, was created using the Central Composite Design (CCD) method. During the fermentation process, glucose levels in the fermentation medium, microbial growth, and antimicrobial activity were monitored through samples taken from the fermentation environment.
It was observed that increasing the DPST concentration from 50 g/L to 100 g/L resulted in a slight increase in antimicrobial activity, which then decreased. Increasing the soy flour concentration from 20 g/L to 50 g/L led to an increase in antimicrobial activity, and increasing the glucose syrup concentration from 5 g/L to 50 g/L also resulted in higher antimicrobial activity. The optimum fermentation medium concentrations were determined to be 100 g/L for DPST, 50 g/L for soy flour, and 50 g/L for glucose syrup. The antimicrobial activity of the liquid fermentation produced under optimal conditions was found to be 9120 IU/mL against M. luteus.
In the second phase of the study, the liquid fermentation showing the highest antimicrobial activity was loaded onto DPST in the ratios of 5-10-15-20-30% and onto maltodextrin in the ratios of 1-3-5-10-15-20-30%, then dried using a spray dryer. It was determined that the loading with 5% maltodextrin had the highest antimicrobial activity.
This study demonstrates that antimicrobial fermentations with low cost can be produced from food industry wastes such as DPST, soy flour, and glucose syrup. Further research and optimization of other fermentation parameters, in addition to concentration, may enhance the commercial potential of the antimicrobial fermentations obtained.