Biyopolimerler, bir canlı tarafından üretilebilen veya biyolojik olarak parçalanabilen polimerler olarak tanımlanmaktadır. Ekzopolisakkaritler (EPS), adından anlaşılacağı üzere, hücre dışına salgılanan polisakkarit (karbonhidrat) yapıdaki biyopolimerlerdir. Canlıların ancak bir kısmı ekzopolisakkarit üretebilme kabiliyetine sahiptir.
Ekzopolisakkaritler, mikroorganizma hücresinin içerisinde üretilip dışarısına salgılanan yapışkanımsı “bir yün yumağı” gibi hayal edilebilir.
Salgılanan bu yapı, mikroorganizmayı kurumaya karşı korunma, yüksek basınca dayanma, diğer mikroorganizmaların saldırılarından korunma, antibiyotik veya toksinlerden korunma ve birbirlerini tanıma gibi farklı kabiliyetleri mikroorganizmaya kazandırır.
Genel olarak, bu biyopolimerler üretici mikroorganizma tarafından bir enerji kaynağı olarak kullanılmazlar, ancak zorlu çevre koşullarına sahip bir ekosistemde mikrobiyal hücre bütünlüğünün etkin bir şekilde korunmasını sağlar.
Bu açıdan bakıldığında, bir mikroorganizmada EPS salgılama özelliğinin bulunması o mikroorganizmaya oldukça üstün meziyetler kazandırmaktadır.
(Bu resim, doktora çalışmam kapsamında geleneksel olarak üretilen tereyağı örneklerinden izole edip tanımladığım bir Lactobacillus rhamnosus suşunun sıvı besiyeri ortamındaki gelişimine ait. Genel olarak, EPS üretmeyen bir suşun kolonisi, bulanıklıkla birlikte dipte tortu şeklinde görünür. EPS üretenlerin ise dipte hafif pamukçuk gibi görünmesi beklenebilir. Ancak bu suşun EPS üretimi miktar olarak o kadar fazla idi ki, sıvı besiyerinde ciddi boyutta bulumtusu bir koloni oluşturdu.)
Ekzopolisakkaritleri insanlar açısından oldukça cezbedici yapan iki neden bulunmaktadır. Bunların ilki, bazı mikroorganizmalar tarafından salgılanan EPS’lerin insan sağlığı açısından son derece faydalı olabileceklerinin fark edilmesidir.
İkincisi ise, EPS’lerin, içinde bulundukları gıdanın yapısal özelliklerini yükseltmesidir.
Günümüzde, ekzopolisakkaritler gıda, ilaç ve kozmetik sanayinde kullanılmaktadır ve gün geçtikçe kullanımları daha da yaygınlaşmaktadır.
Araştırmalarda günümüzde gelinen nokta itibari ile ekzopolisakkaritlerin insan sağlığı açısından antioksidan, antibakteriyel, kolesterol düşürücü, immünoregülatör fonksiyon, antikarsinojen, antitümör, antikoagülan, antiviral özelliklerinin oldukları keşfedilmiştir.
Ekzopolisakkaritler ayrıca biyofilm oluşturmada ve bakterinin bir yüzeye tutunabilmesinde rol oynamaktadır. Bu şekilde bakterinin bir ortamda kolonize olması kolaylaşmaktadır. EPS’nin bu etkisi, bakterinin probiyotik özelliğine katkıda bulunabilmektedir. Yani, EPS üretebilen probiyotik bakteri, bağırsaklardan daha kolay geçebilmekte ve daha kolay tutunup daha kolay gelişebilmektedir.Çalışmalar, EPS’in aynı zamanda prebiyotik etki de gösterebildiği bildirilmektedir.
Gıda teknolojisi açısından ise, içinde bulundukları gıdanın jelleşme, kıvam arttırma, emülsifiye etme ve su bağlama gibi farklı karakteristiklerini arttırma özelliklerine sahiptirler.
Dolayısıyla, içerisinde EPS üreten bir mikroorganizma bulunan fermente gıdanın yapısal özellikleri, EPS sayesinde herhangi bir gıda katkı maddesi ilave etmeden yükselebilmektedir. Bu durum yoğurtta çok belirgindir.
Eğer yoğurtta EPS üreten mikroorganizma bulunuyorsa, o yoğurt kaymak kıvamında olmaktadır ve su salması azalmaktadır. Bu açıdan, yoğurtta EPS varlığı gözlemsel olarak teşhis edilebilir.
EPS varlığında, yoğurdun kıvamı kaymak gibidir ve kaşığın altında bir uzama görülür. Bu haliyle düşünüldüğünde, EPS varlığında yoğurt hem daha güzel görünümde olmakta hem de sağlığa faydası son derece artmaktadır.
Elbette, fermente gıda üretiminde kullanılabilecek EPS üreten mikroorganizma türünün gıdada kullanımının güvenli olması gerekmektedir. Gıdalarda kullanılabilecek mikroorganizmalar açısından laktik asit bakterileri ve bifidobakteriler öne çıkmaktadır.
Çoğu LAB, özellikle Fructilactobacillus, Lacticaseibacillus, Lactiplantibacillus, Lactobacillus, Lactococcus, Latilactobacillus, Lentilactobacillus, Leuconostoc, Limosilactobacillus, Pediococcus, Streptococcus ve Weissella türü bakteriler EPS sentezleme yeteneğine sahiptir.
Ancak bu, bir cinsin tüm türlerinin EPS üretebildiği anlamına gelmez. Tür bazında dahi, EPS üretebilme kabiliyeti değişkenlik gösterebilmektedir. Örneğin, bir Streptococcus thermophilus suşu EPS üretebilirken, bir başka Streptococcus thermophilus suşu EPS üretemeyebilmektedir.
Bununla birlikte, şu ana kadar hiçbir Weissella türü, ABD Gıda ve İlaç İdaresi tarafından “genel olarak güvenli” (GRAS) olarak kabul edilmemiştir. Aynı şekilde, Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi tarafından, Avrupa’da yaygın olsalar bile, Weissella cinsi bakterilere Nitelikli Güvenlik Karnesi (QPS) statüsü verilmemiştir.
Bu bağlamda, benim de dahil olduğum bir grup bilim insanı, yöresel fermente gıdalarda EPS üretebilen laktik asit bakterileri aramaktadır. Bu bakterilerin ve ürettikleri EPS’lerin özelliklerini araştırarak gıdalarda kullanım olanakları aranmaktadır.
Bu şekilde, üstün özelliklere sahip suşların keşfedilerek starter kültür olarak kullanılması ve fermente gıdaların katkı ilave etmeksizin özelliklerinin geliştirilmesi ve sağlığa faydasının arttırılması hedeflenmektedir.
Ekzopolisakkaritlerin Yapısı ve Sınıflandırılması
Daha önce, ekzopolisakkaritlerin adlarından da anlaşılacağı üzere karbonhidrat yapıda oldukları belirtilmişti. Ancak, ekzopolisakkarit denilince akla tekdüze standart bir yapı gelmemelidir.
EPS’in yapısı, hangi bakteri suşu tarafından üretildiğine göre değişmektedir. Bir bakterinin salgılayacağı EPS’in yapısı onun DNA’sında kodludur.
EPS yapısı, mikroorganizmanın içerisinde bulunduğu besin ortamına göre de değişebilmektedir. Bir bakteri, farklı besin ortamlarında farklı yapıda EPS üretebilmektedir. Aynı şekilde, salgılanan EPS miktarı da türden türe ve bulunduğu ortam koşuluna göre büyük farklılıklar gösterebilmektedir.
Doğal olarak, farklı yapıdaki EPS’lerin, gerek gıdanın yapısına gerekse de sağlığa faydası farklıdır.
Ekzopolisakkaritler, galaktoz, glikoz, mannoz, ramnoz, riboz, ksiloz, fruktoz, fukoz, arabinoz, galakturonik asit, glukuronik asit, glukozamin ve galaktozamin gibi şekerlerin ve şeker türevlerinin değişen oranlarını içerebilmektedir.
Yapısında yalnızca tek çeşit monosakkarit bulunan ekzopolisakkaritlere homopolisakkaritler (HoPS), farklı monosakkaritlerden oluşanlara ise heteropolisakkaritler (HePS) denilmektedir.
Bununla birlikte, HoPS ve HePS sadece yapılarını oluşturan monomerlerine göre değil, zincir uzunlukları, dallanma dereceleri ve şeker bağlantılarına göre de farklılık göstermektedir.
HoPS genellikle glukan veya fruktan oluşturan glikoz veya fruktoz birimlerinden oluşur. Bunların en yaygınları α-glukanlardır. Fruktanların iki genel alt grubu, levan tipi ve inülin tipi polisakkaritlerdir.
LAB tarafından üretilen EPS’lerin çoğu HePS’dir. Tekrar eden birimler genellikle D-glukoz, D-galaktoz ve L-ramnoz ve bazı durumlarda N-asetilglukozamin, N-asetilgalaktozamin veya glukuronik asittir.
Genel olarak ekzopolisakkaritler şu şekilde sınıflandırılmaktadır;
1.) Homopolisakkaritler
1.1.) Glukanlar
a)α Glukanlar
a.1.) Dekstran
a.2.) Mutan
a.3.)Reuteran
a.4.) Alternan
b) β Glukanlar
1.2.) Fruktanlar
a) Levanlar
b) inulin benzeri polisakkaritler
2.) Heteropolisakkaritler
2.1.) İçerdiği monosakkarit çeşidine göre
2.2.) Tekrar eden birimlere göre
2.3) Zincir yapısına göre; dallanmış veya düz zincir
2.4.) Modifikasyonuna göre
Ekzopolisakkaritlerin Biyokimyasal Özellikleri ve Biyosentezi
Laktik asit bakterileri tarafından EPS üretiminde yer alan enzimler iki ana gruba ayrılabilir.
Birinci grup, diğer hücre yolları tarafından kullanılan temel şeker nükleotitlerini sentezlemek için gerekli olan proteinleri içerir. Bu proteinler EPS’ye özgü değildir.
Diğer grup, sentez sırasında glikozil donörü olarak monomerik molekülleri veya polimerizasyon ve salgılamadan sorumlu enzimleri kullanan ve tüm süreci düzenleyen glikozil- ve asetil-transferazlar gibi EPS’ye özgü enzimleri içerir. Bununla birlikte, bazı EPS’ye özgü proteinlerin biyolojik işlevi şu anda bilinmemektedir.
EPS’ye özgü enzimler, belirli genler tarafından düzenlenir. Laktik asit bakterilerinde EPS biyosentezini kodlayan genler tipik olarak bir küme halinde düzenlenir ve termofilik suşlarda genellikle kromozomaldir (genofor), ancak mezofilik LAB’de plazmitler üzerinde de yer alabilir. İkinci durumda, EPS üretme yeteneği yüksek kararsızlığa sahip olabilir ve bakteriler seçim baskısı olmadan EPS üretim potansiyellerini kaybedebilir.
Biyokimyasal açıdan, HoPS sentezi nispeten basit bir işlemdir ve sentetik yolda aktif taşıma aşamaları olmadığından, gerekli hücre dışı enzimlerin biyosentezinden başka enerji harcaması yoktur. HePS sentezinin mekanizması daha karmaşık ve enerji yoğun bir süreçtir.
Farklı laktik asit bakterisi suşlarının EPS üretimi, farklı koşullarda 10 mg/L ile 400 mg/L arasında değişir ve eğer gelişim ve üretim için ideal ortam koşulları sağlanırsa bu miktarlardan çok daha fazla miktar da üretilebilmektedir.
Yararlanılan kaynaklar;
- Akgül, H.I. (2020). Tereyağlarından Ekzopolisakkarit (EPS) Üreten Laktik Asit Bakterilerinin İzolasyonu ve Tereyağı Üretiminde Starter Kültür Olarak Kullanılabilirliğinin Araştırılması, Doktora Tezi, Fen Bilimleri Ens., Atatürk Üniversitesi, Erzurum.
- Zhou, Y., Cui, Y., Qu, X., (2019). Exopolysaccharides of lactic acid bacteria: Structure, bioactivity and associations: A review. Carbohydrate polymers, 207, 317-332.
- Welman, A.D., & Maddox, I.S., (2003). Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: perspectives and challenges. Trends in biotechnology, 21(6), 269-274.
- Ruas-Madiedo, P., & De Los Reyes-Gavilán, C. G. (2005). Invited review: methods for the screening, isolation, and characterization of exopolysaccharides produced by lactic acid bacteria. Journal of dairy science, 88(3), 843-856.
- Korcz, E., & Varga, L. (2021). Exopolysaccharides from lactic acid bacteria: Techno-functional application in the food industry. Trends in Food Science & Technology, 110, 375-384.
Bu yazılar da ilgilinizi çekebilir;
Starter Kültürler; Tanım, Sınıflandırma ve Tarihsel Gelişim
Laktik Asit Bakterileri (LAB); Tanım, Sınıflandırma ve Karakteristikler
Be First to Comment