Kırmızı Deniz Yosunlarından Proteinler Sürdürülebilir Olarak Nasıl Elde Edilir?
DTU, Ulusal Gıda Enstitüsü’nden Prof. Charlotte Jacobsen, kırmızı deniz yosunlarından sürdürülebilir bir şekilde proteinlerin nasıl elde edileceğini açıklıyor.
Ayrıca gıda, yem ve kozmetik endüstrilerinde antioksidan ve emülgatör olarak, potansiyel kullanımını sağlamak amacıyla peptitler üretmek için deniz yosunu proteinlerinin nasıl kullanıldığını anlatıyor.
Mayıs 2020’de, Avrupa Birliği European Green Anlaşması’nın bir parçası olan Farm to Fork (Çiftlikten Sofraya) Stratejisi’ni kabul etti. Bu strateji, AB gıda sisteminin çevresel ve iklimsel ayak izini azaltmak için temiz bir gidişat sergilemektedir. Hedeflerden biri, strateji ”Çiftlikten sofraya rekabetçi sürdürülebilirliğe doğru küresel bir dönüşüme liderlik etmesi ve yeni fırsatlardan yararlanması” anlayışını benimsemelidir. Bu amaca ulaşmak için sürdürülebilir gıda üretimi konusunda araştırma yapmak gerekir.
Bu gazetenin son sayısında araştırma grubumun katkıda bulunduğu BBI JU projesi WaSeaBi 2’de, deniz ürünleri üretiminden elde edilen yan ürünlerin kullanımı üzerinde araştırma yürütmeyi anlattım. Bu makalede Danimarka Yeşil Kalkınma Programı (GUDP) tarafından finanse edilen VALSEA projesinde, kırmızı deniz yosunlarından (protein ve hidrokolloidler) bileşenlerin çoklu ekstraksiyonu hakkında grubun araştırmasının bazı örneklerini sunacağım. Ayrıca emülsifiye edici (birbiri içinde çözülmeyen sıvıların karışmasına yardımcı maddeler) ve antioksidan özelliklere sahip peptitler elde etmek için deniz yosunu proteinlerinin hidrolizine yol göstermek adına biyoinformatik (moleküler biyoloji ve bilişim teknolojiyi aynı bünyede barındıran disiplin) ve proteomiklerin (büyük ölçekli protein çalışmaları) kullanımını da ele alacağım. Bu araştırma hala devam etmektedir ve patates nişastası üretiminden protein açısından zengin yan ürünlere ve tek hücreli üretimden proteinlere odaklanan PROVIDE projesinde yürütülmektedir.
Proteinler ve Karajenanların Kaynaklarından Biri: Kırmızı Deniz Yosunu
Desen verici ve stabilize edici özelliklerinden dolayı sayısızca gıda ve farmasötik uygulamalar için özütlenen hidrokolloidlerden olan agar ve karajenan gibi, birçok kırmızı deniz yosunu yüksek miktarda polisakkarit içerir. Kırmızı deniz yosunu da (kuru ağırlık başın %4-50 ca.) protein içerir. Ama kırmızı deniz yosunundan protein üretimi ticari olarak şu anda mevcut değildir. Şu anda karajenan üretimi için kullanılan deniz yosunu türlerinde bulunan tüm protenin sadece yarısı elde edilebilseydi bu, bir yılda tahmini 20.000 ton hayvansal olmayan protein miktarı ile sonuçlanacaktır.
Kırmızı Deniz Yosunundan Protein ve Karajenanın Çoklu Ekstraksiyonu
VALSEA projesinde, Euchema denticulatum (spinosum) ve Furcellaria lumbricalis adlı iki farklı kırmızı deniz yosunu türünden protein ve karajenan özütlemek için çoklu ekstraksiyon prosesleri geliştirdik. Spinosum için, proteinler iki aşamalı proseslerde ekstrakte edildi. Önce hücre duvarı enzimler tarafından yıkıldı ve sonra proteinler alkali (bazik) şartlar altında özütlendi. Ardından proteinler, pH ları düşürülerek çökeltildi ve santrifüjlenme ile geri kazanıldı.
Fotoğraf : PROVIDE projesinin kavramı. Projedeki ortaklar Technical University of Denmark, Alborg University, Lihme Protein Solutions, KMC, AVK, CP Kelco, Unibio’dur. PROVIDE Innovation Fund Denmark (Danimarka İnovasyon Fonu) tarafından finanse edilmektedir.
Alternatif olarak proteinler, membran filtrasyonu ile ekstraksiyondan sonra geri kazanılabilir. Farklı karbonhidrat ve protein parçalayıcı enzimler test edildi. Viscozyme kullanıldığında en iyi ekstraksiyon verimi %49 olarak gözlendi. Protein kalitesi (amino asit profili), sığır eti ve peynir altı suyu ile yakındır. Ekstraksiyon, protein ekstraksiyonundan sonraki tortudan ekstrakte edilebilen karajenanın kalitesini korumak için oda sıcaklığında gerçekleştirildi (bkz. fotoğraf). Bu karajenanın, geleneksel ekstraksiyon yöntemi ile elde edilen karajenandan daha iyi ya da ona yakın kalitede olduğunu kanıtladık. Dahası karajenan ekstraksiyonundan önce protein ekstrakte edildiğinde, karajenandan daha yüksek bir verim elde etmek mümkündü.
Karajenan gibi bir polisakkarit olan ve Furcelleran (kırmızı alg çeşidi) üretiminde kullanılan F. Lumbricalis için aynı ekstraksiyon yöntemi denendi. Bu tür başka bir hücre duvarı yapısına ve spinosumdan daha yüksek protein içeriğine sahipti. Çok kapsamlı farklı ticari enzimler değerlendirildi ama bunların hiçbiri enzim içermeyen ekstraksiyona kıyasla protein ekstraksiyon verimliliğini arttırmadı. Bu nedenle potasyum hidroksit kullanılarak, proteinin kimyasal ekstraksiyonu bazlı bir ekstraksiyon kavramı geliştirildi. Protein ekstraksiyonundan sonra kalan tortudan yüksek kaliteli Furcelleran elde edilebileceği bir kez daha kanıtlandı. VALSEA’da kanıtlanmış çoklu ekstraksiyon yaklaşımı, deniz yosunundan elde edilen yan ürünlerin atığını önemli ölçüde azaltabilir ve yeni bir yüksek kalitede hayvansal olmayan protein kaynağına önderlik edebilir. Üstelik kırmızı deniz yosunu potansiyel olarak ekstrakte edilebilen antioksidanlar ve pigmentler gibi diğer yüksek değerli bileşimler içerir, ama bunun için daha fazla araştırma gerekir.
Emülgatör ve Antioksidan Olarak Peptitler
Et ve soya proteinleri gibi farklı hammadde kaynaklarından elde edilen peptitlerin emülsifiye edici ve/veya antioksidan özelliklere sahip olabileceği iyi bilinmektedir. Emülgatörler; mayonez, sos gibi gıda emülsiyonlarının ve losyon gibi kozmetik emülsiyonlarının üretiminde kullanılır. Hatta ekmek yapımında da kullanılır. Emülgatörler, emülsiyonların fiziksel stabilitesini arttırmaya yardımcı olur. Antioksidanlar ekşimeyi, bozulmayı (yağ oksidasyonu) engellemek için gıda, yem ve kozmetik ürünlerine eklenir.
Kırmızı Deniz Yosunu Peptitleri – Emülsifiye Edici ve Antioksidan Özellikleri
Emülsifiye edici ve antioksidan özellikleriyle peptitlerin tanımlanması, genellikle çok maliyet ve zaman gerektiren – hidroliz, izolasyon, tanımlama ve son olarak işlemin doğrulanması – aşamalara sahiptir. PROVIDE projesinde patatesten elde edilen proteinler üzerinde ilk olarak test edilen farklı ve daha verimli bir yaklaşım geliştirdik (Fotoğraf ). Böylelikle verimli proteinlerin tanımlanması için kantitatif proteomikler kullandık, ardından birtakım yüksek düzeyde işlevsel emülgatör peptitlerini tanımlamak için Github kullanarak biyoinformatik öngörüler yaptık. Son zamanlarda spinosumdaki emülsifiye edici ve antioksidan peptitleri tanımlamak için benzer bir yaklaşım kullandık.
Antioksidan özellikler bu vasıta ile tahmin edildi. Ayrıca spinosum proteinindeki bütünleşmiş peptitlerin miktarını da belirledik. Tanımlanan deniz yosunu peptitlerinin emülsifiye edici aktivitesini doğrulamak için, altı günlük depolama sırasında suda %5 oranında balık yağı bulunan emülsiyonların, ara yüzey gerilimi ve fiziksel stabilitesi üzerindeki etkilerini değerlendirdik. İyi bir emülgatör, ara yüzey gerilimini azaltıp fiziksel stabilitenin yüksek olmasını sağlar. Antioksidan özellikleri doğrulamak için, bir in-vitro (laboratuvar ortamında) deneyde, serbest radikalleri süpürme (temizleme) yeteneklerini değerlendirdik. İyi bir antioksidan, yüksek bir radikal süpürme aktivitesine sahiptir.
Basit su-yağ emülsiyonlarında ve mayonezde lipit oksidasyonunu önlemek için seçili peptitlerin yeteneğini de değerlendirdik. Doğrulama çalışmaları, spinosuma gömülü peptitlere benzer bir amino asit dizilimine sahip sentetik peptitler ile gerçekleştirildi. Emülsifiye edici özelliklere sahip olarak tanımlanan 12 peptit arasından 8’i en azın altı gün fiziksel olarak stabil emülsiyonlar üretebildi. Bu peptitlerden ikisi, sütten üretilen en az ticari kazein ürünü kadar iyi performans gösterdi. Antioksidan özelliklerin doğrulama sonuçları, basit su-yağ emülsiyonlarında nötral ve asidik pH şartlarında ve mayonezde, antioksidan etki sergileyen birkaç deniz yosunu peptitleri ile ümit vericiydi. Sonuç olarak karajenan üretiminden meydana gelen atıkları azaltmak ve aynı zamanda gıda,yem ve kozmetik endüstrileri için işlevsel bileşenlere dönüştürülebilen yüksek değerde bir protein üretmek mümkündür. Esas zor olan, bu yaklaşımın şu anki üretim sistemlerini yeniden tasarlamak için azımsanmayacak yatırımlar gerektirmesidir.
Kaynak: openaccessgovernment.org
