Ultrasonik ortamda buğday nişastasının α-amilaz enzimi ile hidrolizi

Abstract

ÖZET Nişasta önemli bir biyopolimer olup; gıda, tekstil gibi bir çok endüstri alanında kullanılmaktadır. Nişasta moleküllerini daha küçük boyutta moleküllere dönüştürmek ve tatlandırıcı elde etmek için yaygın olarak enzimler kullanılmaktadır. a-Amilaz enzimi, nişasta moleküllerinin hidroliz reaksiyonunu katalizleyen bir enzimdir. Bu nedenle, nişasta hidroliz prosesinin veriminin yüksek olması için a-amilaz enziminin stabüitesini koruması gerekir. Ultrasonikasyon işlemi, reaksiyonları hızlandırmak ve dönüşüm oranım arttırmak için kullanılmaktadır. Bu çalışmada, ultrasonikasyon işlemi uygulanarak buğday nişastası Bacillus species ve Bacillus licheniformis kaynaklı a-amilaz enzimleri ile hidroliz işlemine tabi tutulmuştur. Biyokatalitik bir reaksiyon olan bu hidroliz işlemi, ceketli cam bir reaktörde gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon sonunda, nişasta hidroliz derecesi ile enzim aktivitesinin, sonikasyon parametreleri (akustik güç ve frekans aralığı) ve sıcaklık ile değişimi incelenmiştir. Analizler spektrofotometeik yöntemle yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, 40°C'de 20 W ve 100 W'lik akustik güçlerde frekans aralığının %10'dan %80'e arttırılmasıyla enzim aktivitesi ve hidroliz derecesinde önemli bir değişiklik gözlemlenmemiştir. 40°C sıcaklıkta ultrasonikasyon işleminin uygulanması ile reaksiyon sonu enzim aktivitesi Bacillus species kaynaklı a-amilaz enzimi için 20 W ve 100 W'hk akustik güçlerde %7, Bacillus licheniformis kaynaklı a-amilaz enzimi için 20 W'da %7 ve 100 Wda %10 oranında azalmıştır. 50°C'de yapılan deneylerde ise, 20 W ve 100 W'hk akustik güçlerde frekans aralığının %10'dan %80'e arttırılmasıyla enzim aktivitesinde Bacillus species kaynaklı a-amilaz enzimi için %16 ve Bacillus licheniformis kaynaklı a-amilaz enzimi için %10'luk bir azalma görülmüştür. Yapılan modelleme sonucunda, deneysel verilerin sıfırıncı mertebe inaktivasyon modeline uyduğu saptanmıştır. Ayrıca, 50°C sıcaklıktaki hidroliz derecesinin 40°C'dekine göre Bacillus species kaynaklı a-amilaz enzimi için yaklaşık 3.4 kat ve Bacillus licheniformis kaynaklı a-amilaz enzimi için ise yaklaşık 2.4 kat arttığı tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler: Buğday nişastası, enzimatik hidroliz, ultrasonikasyon, akustik güç, frekans aralığı x

ABSTRACT Starch is an important polymer, and it is used in many industrial areas such as food, textile and etc. Enzymes are used widely in order to convert starch molecules into smaller molecules and to procude sweetners. a-Amylase enzyme catalyzes the hydrolysis reaction of starch molecules. For this reason, the stability of a-amylase enzyme must be prevented during the hydrolysis process to obtain higher yield. Ultrasonication is used in order to accelerate the reactions and increase the conversion ratio. In the present study, wheat starch was hydrolysed with a-amylase enzymes produced from Bacillus species ve Bacillus Hcheniformis by using a sonifier. The hydrolysis process was carried out in a jacketed reactor made from glass. At the end of the reaction, the degree of starch hydrolysis (%) and residual enzyme activity (%) were investigated versus sonication parameters (acustic power and duty cycle) and temperature. Analyses were performed using spectrophotometric method. According to the the experiments carried out at temperature 40°C, increasing the duty cycle ratio from 10 % to 80 % at 20 W and 100 W acustic powers, no significant change was observed for the values of hydrolysis degree and enzyme activity. By applying ultrasonication treatment at 40°C, the decreases obtained for the enzyme activity were; 7 % for a-amylase enzyme produced from Bacillus species at 20 W and 100 W acustic powers, and 7 % and 10 % for a-amylase enzyme produced from Bacillus Hcheniformis at 20 W and 100 W, respectively. At 50°C, increasing the duty cycle from 10 % to 80 % at 20 W and 100 W acustic powers, decreases obtained for the enzyme activity were; 16 % for a-amylase enzyme produced from Bacillus species and 10 % for a-amylase enzyme produced from Bacillus Hcheniformis. As a result of the modelling, it was determined that experimental data fitted to the zero order inactivation model. It was also found that hydrolysis degrees at 50°C, approximately 3.4 times higher value was obtained for a-amylase enzyme produced from Bacillus species and approximately 2.4 times higher value was obtained for a-amylase enzyme produced from Bacillus Hcheniformis compared to the the values at 40°C. Keywords: Wheat starch, enzymatic hydrolysis, ultrasonication, acoustic power, duty cycle XI