Konu: Tek Hücre Proteinleri

TEK HÜCRE PROTEİNLERİ
Dünyada önemli bir konu “Protein Açlığı”dır. Bunu önlemek amacıyla birçok çözüm yolu üretmeye çalışılmış ve sonuç itibariyle,
• İnsanlar tarafından sindirilemeyen bazı maddeleri sindirilebilir duruma getirip beslenmede kullanmak,
• Bazı mikroorganizmaları bol olarak üretip doğrudan doğruya bu "biomass"ı besin maddesi olarak kullanmak,
olarak iki yol bulunmuştur.
Mikroorganizmalardan besin maddesi üretimine başvurulmasının temel nedeniyse,
hücrelerinin önemli oranda protein, aminoasit, karbonhidrat, vitamin vb. içermeleridir. Eski zamanlardan bu yana mikroorganizmalardan hep yararlanılmıştır. Ancak bunlar mikroorganizmaların faaliyetleriyle ekmek, şarap vb. üretiminde kullanmak şeklinde olmuş, besin ve protein kaynağı olarak kullanma fikriyse yakın zamanlarda gelişmiştir. Mikroorganizmalardan besinsel amaçlı üretilen bu proteinlere ise ilk zamanlar “Mikrop Proteini” denmişse de bu ismin beğenilmemesi nedeniyle daha sonraları 1967 ve 1973'de Amerika'da yapılan toplantılarda mikrobiyal biomass "Single Cell Protein" (Tek hücre proteini) adını almıştır. Tüm proteinlerin tek hücreden kaynaklanmaları nedeniyle tek hücre proteini terimi kullanımı kısa sürede yaygınlaşmıştır. “Mikrobiyal Besin”, “Yem Mayası” gibi isimler de kullanılabildiği gibi ticarette “Toprina”, “Nar Protein” vb. patent isimler kullanılmaktadır.
Tek hücre proteinleri, bol protein içerikleriyle beraber esansiyel aminoasitler bakımından oldukça zengin oluşlarıyla, bitkisel proteinlere göre de üstünlük göstermektedirler. Ucuz üretilişleri, kolay ve hızlı çoğaltılabilir oluşları yine tek hücre proteinlerini önemli kılan özelliklerdir. Üretimleri için geniş arazilere ihtiyaç duyulmayışı, çevre ve iklim koşullarından etkilenmeyişleri, kontrol edilebilen koşullarda fermentörler içinde sürekli kültür halinde ya da açık havuzlarda üretilebilir olmaları, üretimlerinin kolay oluşunu destekler nitelikte özelliklerdir. Dünyada bol olarak bulunan çok çeşitli endüstri atıkları ve "artık" maddeler, tek hücreli canlıların üretilmesi için kullanılabilir. Böylece bu uygulamayla çevre sorunlarının çözümlenmesine de yardımcı olunacaktır.

Tek Hücre Protein Kaynağı Mikroorganizmalar
Tek hücre proteini eldesinde kullanılan ve denen tek hücreli canlılar şu gruplar halinde özetlenebilir;
Algler,
Bakteriler,
Mantarlar,
Mayalar

Algler

Mikroskobik tatlı su algleri basit besiyerlerinde hızla çoğalmaları , fotosentez yetenekleri ve yüksek protein içerikleri bakımından dikkat çekmektedir. Tatlı sularda, sentetik besiyerinde kolay ürerler. Üreme koşullarına bağlı olarak içerdikleri maddelerin oranı değişmekle beraber yaklaşık olarak %16-70 oranında protein içerirler. Yüksek protein içerikleri ise insan ve hayvan besini olarak kullanılmalarının nedenidir. Bazı sindirim sistemi bozukluklarından dolayı besin olarak kullanışları sınırlı olmakla beraber çeşitli besin maddelerine belirli oranlarda ilave edilerek tolere edilebilmektedir.
Alg hücrelerinin buharda ısıtılarak, öğütülerek ya da üre ile işleme tabi tutularak parçalanması durumunda hücre içindeki protein serbest duruma geçebilir ve sindirilme oranı yükselebilir .
Yapılan hesaplara göre dünya okyanuslarının yıllık toplam mikro alg üretimi 550x10^9 ton kadardır ki bu miktarın tüm dünya nüfusuna eşit olarak bölünmesi durumunda kişi başına 100 ton'dan fazla düşebilir. Buna göre de 10^15 litre su içinde üretilebilecek alg miktarı, tüm dünyanın gereksinimi olan proteinleri karşılayabilir.

Mantarlar

Tek hücre proteini için kullanılan, B grubu vitaminleri açısından oldukça zengin olan küflerin protein içerikleri de %30-60 oranında değişir. Elde edilişlerinin zahmetli ve pahalı oluşu nedeniyle besin kaynağı olarak kullanılması önceleri düşünülmemişse de son yıllarda bu konuda önemli çalışmalar yapılmıştır.
Üretilişlerinin olumsuz olmasının yanı sıra içerdikleri protein oranının yüksek olması, maya ve bakterilerden daha düşük oranlarda nükleik asit içermeleri, miselyumlarının varlığı nedeniyle proteinin fermantasyon sıvılarından kolaylıkla ayrılabilmesi gibi özellikleri nedeniyle protein üretiminde önem kazanmışlardır.
Küflerden elde edilen proteinin fiziksel özellikleri tüketici tarafından rahat kabul edici niteliktedir ve bunlar geleneksel olarak çeşitli yörelerde kullanılmaktadır.

Mayalar

Mayalar öncelerden beri hayvan yemi olarak kullanılmaktadır. Ancak bundaki asıl amaç B vitamininden yararlanmak olup yem içine katılan maya oranı oldukça azdır. Sonraki yıllarda bileşiminde %50’den fazla protein içerdiği keşfedilen mayaların yalnız hayvanlar için değil, insanlar içinde önemli bir protein kaynağı olduğu anlaşılmış ve protein kaynağı olarak kullanılmasına yönelik çalışmalar artmıştır.
Mayaların üretiminde melas, patates nişastası, şeker, koagüle olmuş sütün sıvı kısmı, meyve posaları, sülfit sarısı, bira ve kağıt endüstrisinin atık maddeleri, gazyağı, saf hidrokarbonlar, peynir altı suyu, odun şekeri mayası ve petrol ürünleri substrat olarak kullanılmıştır (1).
THP kaynağı olarak da başlıca kullanılan mayalar : S. cerevisiae, S. fragilis, S. pasteurianus, Torulapsis utilis, Brettanomyces 'ler, Candida tropicalis, C. utilis, C. lipolytica, C. maltosa ve C. intermedia ‘dır. Buna karşın ekonomisi en iyi olan Torula mayası, Torulapsis veya Candida utilis olarak bilinen mayadır. Torula cinsi mayaların içerdiği protein miktarı süttozunun yaklaşık iki mislidir. Yağ ve karbonhidrat oranı ise daha düşüktür. B12 vitamini dışında içerdiği tüm vitaminlerin oranı ise daha fazladır. Ayrıca Torula cinsi mayalardan elde edilen proteinin aminoasit içeriği düşük metiyonin oranı dışında referans proteinin oranı ile uyum gösterir (1).
Mayalar besin olarak kullanılmadan önce kurutulur. Kurutulmuş maya ölmüştür. Kurutmanın besin değeri üzerinde herhangi bir sakıncası olmadığı gibi maya proteinin yapısında meydana gelen değişiklikler insan organizması tarafından daha kolay değerlendirilmesi ve daha kolay absorbe edilebilmesini sağlar.
Kuru maya insanın günlük besin maddelerine vitamin miktarını artırmak maksadıyla da doğrudan doğruya katılabilir. Çünkü maya vitaminleri bakımından insanın günlük besin maddelerine nazaran daha zengindir. Ancak vitamin zenginliğinin yanı sıra protein, mineral madde, yağ ve glutatiyon gibi fizyolojik önemi olan diğer maddelerce zenginleştirmek ve bu surette o besin maddesinin değerini artırmak maksadıyla da katılır.
Kuru maya, fazla miktarda B grubu vitaminleri, protein, mineral tuzları vb. besin maddeleri ihtiva ettiğinden dolayı sanatoryumlarda, evlerde, kantinlerde ve lokantalarda mayanın kullanılması tavsiye edilmektedir.
Kuru maya dışında maya ekstraktı da beslenme bakımından büyük öneme sahiptir. Maya ekstraktı, yoğun hale getirilmiş maya muhteviyatıdır. Bugün piyasada satılmakta olan maya ekstraktlarının bileşimleri birbirinden çok farklıdır. Çünkü kullanılan hammaddeler farklıdır. Önceleri tamamen bira mayası kullanılırken bugün kağıt endüstrisi atıklarında yetiştirilen mayalardan bu ekstrakt elde edilmektedir (1).
İnsanların maya proteininden günde 15 gr. dan fazla yemesi halinde hafif sindirim bozuklukları görüldüğünün bildirilmesine karşın, diğer bazı araştırıcılar gönüllülerde yaptıkları denemeler sonucunda günde 3 kez 85 gr. maya proteinin hiçbir fizyolojik bozukluğa yol açmadığını saptamışlardır (1).

Bakteriler
Bakterilerin çoğu çeşitli substratlar üzerinde kolayca ve düşük maliyetle üretilebilirler. Ayrıca içerdikleri türlerin çoğunun patojen olmayışı, diğer mikroorganizmalar tarafından metabolize edilemeyen çeşitli substratları karbon ve enerji kaynağı olarak kullanmaları ve diğer mikroorganizmalara oranla daha hızlı çoğalmaları bakımından önem taşırlar. Bazı türleri kuru ağırlığın yaklaşık %70’i kadar protein içerirken bazı türler de kükürtlü aminoasit içerikleriyle dikkat çekerler. Proteinleri tüm temel aminoasitleri içermesi açısından çok önemli olmakla beraber mayalar gibi bakterilerin de yüksek oranda nükleik asit içeriyor olmaları önemli sakıncalarındandır.
Tek hücre proteinin üretimi için denenen bazı bakteriler şöyle gruplandırılabilir:
• Topraktaki azotu bağlayabilenler (Örneğin Azotobacter'ler)
• Havadaki N2 'yi kullanabilenler (Aeromonas'lar ,Rhizobium'lar, Colstridium'lar)
• Metanı kullanabilenler (Methanomonas'lar , Pseudomonas'lar)
• Metanol'de üreyebilenler (Methylomonas'lar)
• Alkanlar üzerinde üreyebilenler (Acinetobacter'ler)
• Petrol parafini üzerinde üreyebilenler (Pseudomonas'lar) (1).

Bakterilerde yeteri oranda protein bulunmasına karşı metabolizmayı olumsuz yönde etkileyen etmenler, nükleik asit içermesi ve fermantasyon sonucunda ürünün ortamdan ayrılmasındaki güçlüklerdir. Bu nedenle THP elde edilmesinde bakteriler henüz laboratuvar araştırmaları dışında kullanılmamaktadır (1).

Tek hücre proteini üretiminde kullanılacak mikroorganizmalarda aranan bazı özellikler;
Teknik Bakımdan:
• Hızlı üreme,
• Besiyerinin basit oluşu,
• Kontaminasyondan arı oluşu,
• Üremenin süspansiyon halinde oluşu,
• Kültürden kolay ayrılması,
• Atılabilir artıklar oluşturması,
• Enerji kaynaklarının etkili kullanımı,
• Genetik değişime yetenekli oluşu (1).
Fizyolojik Bakımdan:
• Son ürünün toksik olmayışı
• Lezzetli oluşu
• Yüksek oranda sindirilebilmesi,
• Yüksek derecede besleyici olması,
• Protein, yağ içeriğinin yüksek kalitede oluşu (1).

Tek Hücre Proteinlerinin diğer proteinlerle kıyaslandığı birkaç araştırma ve sonuçları;

Bir araştırmada balık unu ile protein miktarı ve kalitesi bakımından balık unu yerine geçebilecek özellikte bulunan, etil alkol vasatında üretilen tek hücre proteininin (eprin) karşılaştırılması yapılmıştır.
Araştırmadan elde edilen verilere göre, değişik dozlarda eprin katılan deneme gruplarını oluşturan farelerle, balık unu ile beslenen kontrol grubundaki fareler arasında, incelenen bütün kriterler bakımından önemli derecede bir farklılık olmadığı saptanmış, etil alkol vasatında üretilen eprinin protein kaynağı olarak balık unu ile aynı derecede etkili olduğu; ancak bazı farelerde görülen fakat eprinin dozuna bağlı olarak değişmeyen çeşitli kuyruk ve bacak deformasyonlarının yemle ilgili olmadığı, buna rağmen özellikle bu konuda yapılan başka araştırmalar olmadığından tartışmanın yapılmaması nedeniyle, ürünün piyasaya sürülmesinden önce, bu araştırmada incelenmeyen, genetik veya teratogenik yönüyle de araştırılmasının yararlı olacağı sonucuna varılmıştır (2).
Bir diğer araştırma da ise protein miktarı ve kalitesi itibariyle balık unu yerine geçebilecek özellikte olan, sıvı parafin vasatında geliştirilmiş, tek hücre proteininin (paprin) etkilerini saptanmıştır.
Yeni bir protein kaynağı olarak incelemeye alınan sıvı parafin vasatında geliştirilmiş tek hücre proteinlerinden paprinin, üç generasyon boyunca farelerde farklı düzeylerde balık unu yerine kullanılarak yapılan besleme araştırması sonuçlarına göre; farelerden eritrosit, lökosit, hemoglobin, hematokrit değerleri gibi bazı kan parametrelerine ve histapatolojik ve karsinojenik inceleme sonuçlarına ait değerler ile yemin canlı ağırlık artısı, yem tüketimi, döl verimi ile gelişme üzerindeki etkilerini gösteren elde edilen değerler bakımından gruplar arasında yapılan istatistik değerlendirmede bazı kriterlerin önemli derecede farklılık gösterdiği gözlenmiştir (P<0.05). Bu sonuçlara göre yeni yem kaynağı olan paprinin üremede, sütten kesilme ve cinsi olgunluk ağırlıklarında, gelişme ve tüy yapısında tüy renginde saptanan anormalliklerin muhtemel olumsuz etkilerinin vurgulanması amacıyla; genetik, teratogenik ve özellikle genital sisteme, büyüme ve seks hormonlarına, sperm analizine, surrenal, tiroid, hipofiz ve hipotalamusun incelenmesine, kromozom ve DNA analizlerine bağlı araştırmaların yapılmasının gerekli olduğu sonucuna varılmıştır.
Bunların yanı sıra atık maddelerin değerlendirilmesi ve bazı endüstri atıklarından tek hücre proteini elde edilmesi üzerine yapılmış birçok araştırma vardır.