Derin ötektik çözücüler ile fındık küspesinden protein ekstraksiyonu ve fındık proteinlerinin karakterizasyonu

Küresel nüfus artışı, iklim değişikliği ve doğal kaynakların hızla tükenmesi, dünyada sürdürülebilir ve işlevsel protein kaynaklarına yönelik yeni arayışları zorunlu kılmaktadır. Hayvansal protein kaynakları; yüksek sera gazı emisyonu, yoğun su ve arazi kullanımı gibi çevresel etkilerinin yanı sıra etik ve sağlıkla ilgili endişeler nedeniyle eleştirilmektedir. Bu durum, bitki bazlı ve çevre dostu protein kaynaklarına olan ilgiyi artırmış; özellikle tarım ve gıda sanayisinin yan ürünleri gibi yeterince değerlendirilmeyen agro-endüstriyel atıkların besin değeri ve fonksiyonel özellikleri açısından yeniden değerlendirilmesini gündeme getirmiştir. Türkiye'nin dünya lideri olduğu fındık üretiminde, yağ çıkarıldıktan sonra geriye kalan küspe, kuru maddede yaklaşık %54'e varan protein içeriğiyle zengin ve yüksek potansiyele sahip bir yan üründür. Ancak geleneksel alkali ekstraksiyon yöntemleri, bu yan ürünün gıda endüstrisinde işlevsel olarak kullanılmasını kısıtlamaktadır. Alkali çözücülerle yapılan ekstraksiyon işlemleri her ne kadar yüksek protein verimi sağlasa da protein yapısında denatürasyona yol açarak fonksiyonel özellikleri azaltmakta ve çevreye zarar verebilmektedir. Bu nedenle, yeşil kimya ilkelerine uygun, çevresel etkileri minimum düzeyde olan yeni çözücülere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında, fındık küspesinden protein ekstraksiyonu amacıyla üç farklı Doğal Derin Ötektik Çözücü (NADES) sistemi hazırlanmıştır. Bu çözücüler kolin klorür (ChCl) tabanında gliserol (DES-GLY), sorbitol (DES-SOR) ve glukozdan (DES-GLU) oluşturulmuştur. Ekstraksiyon işlemleri hem ultrases destekli hem de desteksiz olarak gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar pH 8,0, 9,0 ve 10,0'da uygulanan geleneksel alkali ekstraksiyon yöntemleriyle karşılaştırılmıştır. Sabit katı/sıvı oranı (1:20, a/h) kullanılarak yapılan bu işlemler sonucunda elde edilen protein izolatları; protein verimi, çözünürlük, emülsifiye ve köpürme özellikleri, partikül boyutu, zeta potansiyeli, yapısal analizler (FTIR, SDS-PAGE, içsel floresan emisyonu) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntülemeleriyle kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, alkali ekstraksiyon yöntemleri DES ekstraksiyondan daha yüksek protein ve ekstraksiyon verimi göstermiştir. Örneğin; pH 10'da yapılan alkali ekstraksiyon yöntemi (ALK10) yaklaşık 260 mg/g protein ve %63 ekstraksiyon verimliliği sağlamıştır. Buna karşılık, DES-GLY ve DES-SOR sistemleri daha düşük protein (~200–220 mg/g) ve ekstraksiyon verimliliği (%50–55) göstermiştir. DES sistemlerinde bu durumun, uygun yöntemlerle proteinlerin çöktürülmesi ve süreç optimizasyonu ile giderilebileceği düşünülmektedir. DES sistemleriyle ekstrakte edilen fındık proteinlerinin çözünürlüğü (%70–76), alkali ekstrakte edilen proteinlere kıyasla (%58–63) daha yüksek bulunmuştur. Ayrıca DES-GLY ve DES-SOR örnekleri, emülsiyon kapasitesi açısından öne çıkmıştır. DES-GLY örneğinde emülsiyon aktivite indeksi (EAI) 15 m²/g'ye kadar yükselirken, DES-SOR örneğinde emülsiyon stabilitesi yaklaşık 60 dakika korunmuştur. Ancak köpük kapasitesi açısından alkali sistemler (%37–50), DES sistemlerine (%10–25) göre daha yüksek değerler göstermiştir. FTIR ve içsel floresan emisyon analizleri, alkali ekstraksiyon işlemi sırasında protein yapısında açılma ve sekonder yapı değişikliklerinin meydana geldiğini göstermektedir. SDS-PAGE analizlerinde ise DES ve alkali yöntemlerle ekstrakte edilen proteinlerin indirgen koşullar altında elde edilen bant desenleri ve bant yoğunlukları arasında belirgin bir fark gözlenmemiştir. SEM görüntülerinde, alkali ekstraksiyonla elde edilen proteinlerin daha kompakt ve düzgün yüzey yapısına sahip olduğu; DES ile ekstrakte edilen proteinlerin ise gözenekli ve düzensiz morfolojiler sergilediği görülmüştür. Zeta potansiyel analizleri ise alkali örneklerde (−45 ila −47 mV) daha yüksek yüzey yükü değerleri ölçülürken, DES örneklerinde bu değerlerin −29 ila −35 mV aralığında olduğu belirlenmiştir. Bu tez çalışması, NADES sistemlerinin bitkisel protein ekstraksiyonunda sürdürülebilir ve işlevsel bir alternatif sunduğunu ortaya koymaktadır. Alkali ekstraksiyon yöntemi yüksek verim ve çözünürlük sağlarken, NADES sistemleri emülsifiye edici özellikleri, yapısal esnekliği ve çevre dostu profili ile öne çıkmaktadır. Gliserol ve sorbitol bazlı NADES sistemleri, protein-protein etkileşimlerini zayıflatarak yüzey aktivitesini artırmakta ve gıda uygulamaları için avantajlı yapılar oluşturmaktadır. Ayrıca ultrases destekli ekstraksiyonun, NADES sistemlerinin etkinliğini artırdığı ve kütle transferini hızlandırdığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma fındık küspesi gibi agro-endüstriyel atıkların değerli protein kaynakları olarak geri kazanılabileceğini ortaya koymakta ve NADES tabanlı ekstraksiyon sistemlerinin gıda endüstrisinde sürdürülebilir, temiz etiketli ve işlevsel ürün geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini göstermektedir. Gelecekte, NADES sistemlerinin çözünürlük ve biyoyararlılık açısından moleküler düzeyde optimize edilmesi ve sindirilebilirlik analizleriyle desteklenmesi önerilmektedir