Enzymatic hydrolysis of wheat starch

Abstract

oz BUĞDAY NİŞASTASININ ENZİMİK HİDROLİZİ Sakintuna, Billur Yüksek Lisans, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. N. Suzan Kıncal Ortak Tez Yöneticisi: Asst. Prof. Dr. Tunay Dik Haziran 2001, 142 sayfa Glikoz şurubu üretiminde mısır ana hammadde olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada Türkiye'de daha fazla olan buğday nişastasının enzimik hidrolizi inclenmiştir. Taze üretilen (FWS) ve piyasadan satın alınan (PİY) buğday nişastasının üç farklı a-amilaz ile sıvılaşma prosesi davranışı ve iki farklı glikoamilaz ile de şekerleşme prosesi incelenmiştir. Hidroliz ürünlerinin indirgen uç konsantrasyonu spektrofotometrik yöntemle, ürün profilleri ise HPLC kullanılarak tayin edilmiştir.Taze hazırlanan buğday nişastası, FWS, ticari nişasta, PİY'e kıyasla üç farklı amilaz ile, Orbamil-T vı(Bacillus licheniformis), Orbamil-BHT (Bacillus stearothermophilus) ve Sigma amilaz (Bacillus licheniformis), daha hızlı hidroliz olmuştur. Nişasta konsantrasyonun etkisini incelemek maksadı ile, FWS buğday nişastası hidrolizi, farklı konsantrasyonlarda % 20-34, 15-120 dakika aralığında, 97 °C'de Orbamil-T ve Orbamil-BHT enzimleri kullanılarak kesikli sistemde çalışılmıştır. En yüksek dönüşüm % 27 nişasta konsantrasyonu ile elde edilmiştir. Orbamil-T enzimi Orbamil-BHT enzimine nazaran daha iyi hidroliz sonucu vermiştir. Ticari Orbamil-T enzimi, saf Sigma amilaz kadar iyi sonuç vermiştir. Orbamil-T enzimi ile yapılan hidroliz çalışmaları sonucunda tüm zaman aralıklarında maltotrioz, ve maltopentoz'un baskın ürünler olduğu bulunmuştur. Orbamil-T ve Sigma amilaz hemen hemen aynı ürün profilini vermiştir. Orbamil-BHT enzimi ile ise ağırlıklı olarak maltoz ve maltoheksoz'un oluştuğu saptanmıştır. Sıcaklığın, FWS buğday nişastasının hidrolizi üzerindeki etkisini incelemek için Orbamil-T ve Orbamil-BHT ile farklı sıcaklıklarda, %27 nişasta konsantrasyonu kullanılarak, 40, 60, 80 ve 97 °C'de çalışılmıştır. Her iki enzim için de en yüksek dönüşümün 60 °C de olduğu, 80 ve 97 °C de ise ürün çeşitliliğinin arttığı gözlenmiştir. %27 nişasta konsantrasyonu kullanılarak, 110 °C'de, farklı serpantin boylan (1-6 metre) ve akış hızlarını (12,5-62,5 ml/dak.) değiştirmek sureti ile elde edilen 0,7 - 6,6 dakika kalış zamanlarında, akışlı sistemde de buğday nişastasının hidrolizi incelenmiştir. Akışlı sistemde, 0.5% enzim konsantrasyonu kullanılarak akış sağlanmıştır. Serpantin boylarım ve akış hızlarını değiştirerek aynı kalış vıısürelerinde, yüksek akış hızlarındaki yüksek ısı transferi katsayılarından dolayı, farklı sıcaklık profilleri görülmüştür. Sıcaklık arttıkça yüksek hidroliz derecelerine ulaşılmıştır. Farklı nişasta ve enzim türlerinin hidroliz üzerindeki etkilerinin hem akışlı hemde kesikli sistemde benzer olduğu gözlenmiştir. Akışlı sistemin tekrarlanabilirliği kesikli sisteme nazaran daha iyi sonuç vermiştir. Sıvılaştırma prosesini takiben, şekerleştirme prosesi, Orba ve Sigma'dan temin edilen iki farklı glikoamilaz (Aspergillus niger) ile 60 °C'de 72 saat, kesikli sistemde yapılmıştır. Sigma glikoamilazın, ORBA glikoamilaza nazaran daha hızlı hidroliz ettiği gözlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Buğday nişastası, Sıvılaştırma, Şekerleştirme, a- Amilaz, Glikoamilaz, HPLC VUl

ABSTRACT ENZYMATIC HYDROLYSIS OF WHEAT STARCH Sakintuna, Billur M. Sc, Department of Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. N. Suzan Kmcal Co-Supervisor: Asst. Prof. Dr. Tunay Dik June 2001, 142 pages Corn is the major raw material for the manufacture of glucose syrup. However in this study, enzymatic hydrolysis of wheat starch, which is more abundant in Turkey, was investigated. The liquefaction behavior of commercial, PİY, and freshly prepared, FWS, wheat starch under the action of three different a-amylases and saccharification behavior, with two different glucoamylases was studied. The end-products, hydroysates, were analysed for Reducing End values by spectrophometric method and product profiles by HPLC. mFresh wheat starch, FWS, hydrolysed faster than commercial wheat starch, PİY, with three a-amylases; Orbamil-T (Bacillus licheniformis), Orbamil-BHT {Bacillus stearothermophilus) and Sigma Amylase {Bacillus licheniformis). In order to investigate the effect of starch concentration, different starch concentrations of FWS, 20-34% (w/w), were studied for 15-120 minutes at 97 °C with Orbamil-T and Orbamil-BHT in batch system. 27% starch concentration provided the highest conversion. Orbamil-T hydrolysed starch to a greater extent than Orbamil-BHT. Commercial enzyme, Orbamil-T is as good as pure Sigma- Amylase. The main products of Orbamil-T were maltose and maltopentose for all time intervals. Orbamil-T and Sigma a-amylase gave quite similar product profiles. Maltose and maltohexose were dominant products for Orbamil-BHT. The influence of temperature on hydrolysis of FWS, were analysed with Orbamil-T and Orbamil-BHT, using 27% starch concentration, at four different temperatures 40, 60, 80 and 97 °C. It was seen that the highest conversion was obtained at 60 °C and the variation of products was increased at 80 and 97 °C for both enzymes. Hydrolysis of wheat starch in flow system was also studied at 27% starch concentration at 110 °C with different retention times, 0.7-6.6 minute, which were obtained by changing the coil lengths (1-6 m) and flow rates (12.5-62.5 ml/min). 0.5% / dm enzyme concentration was required to obtain flow in coil. By changing coil lengths and flow rates, different temperature profiles were occurred, resulting from the higher heat transfer coefficient at higher flow rates. As IVtemperature increases, extent of hydrolysis increases. Effects of starch and enzyme type on hydrolysis, were similar for both batch and flow systems. Reproducibility in flow system was better than batch system. Following liquefaction process, saccharification studies were carried out using two glucoamylases (Aspergillus niger), obtained from ORBA and SIGMA in batch system at 60 °C for 72 hr. SIGMA glucoamylase resulted in faster hydrolysis than ORBA glucoamylase. Key Words: Wheat starch, Liquefaction, Saccharification, a-Amylase, Glucoamylase, HPLC