رفتن به مطلب

كاربردهاي بيوتكنولوژي در صنايع غذايي


محمــد

ارسال های توصیه شده

نويسنده: محمد اسماعيل كفايتي

 

كاربردهاي بيوتكنولوژي در صنايع غذايي

 

مطالعات صورت گرفته نشان داده است كه جمعيت جهان تا اواسط قرن حاضر، دو برابر خواهد شد و اين در حالي است كه اكنون نيمي از كودكان جهان از غذاي كافي محروم هستند. همچنين فشار از طرف مصرف‌كنندگان، خصوصاً در كشورهاي صنعتي، باعث شده است كه توليد محصولات غذايي بطرف استفاده‌ از مواد افزودني "طبيعي" و بكارگيري روش‌هاي فرآوري نزديكتر به روش‌هاي طبيعي، جهت پيدا كند. نكات، به همراه ساير مزايايي كه وجود داشته‌اند، روش‌هاي بيوتكنولوژي در صنايع غذايي را گسترش داده‌اند. با توجه به گسترش صنايع غذايي در كشور ما، آشنايي مختصر با كاربردهاي بيوتكنولوژي در صنايع غذايي مفيد به نظر مي‌رسد:

1.jpgتعريف بيوتكنولوژي غذايي

 

توليد محصولات نهايي غذايي با استفاده از بيوتكنولوژي

 

توليد مواد افزودني غذايي با استفاده از بيوتكنولوژي

 

اصلاح مستقيم مواد غذايي يا مواد افزودني به غذا

 

توليد مواد كمك فراوري

 

كاربردهاي تجزيه‌اي

 

تصفيه پسماند

 

تعريف بيوتكنولوژي غذايي در ارتباط با صنايع غذايي مي‌توان بيوتكنولوژي را به‌صورت زير تعريف كرد:

 

"استفاده از سلولهاي زنده يا قسمتي از آنها، به منظور توليد يا اصلاح محصولات غذايي يا مواد افزودني به غذا"

 

از يك ديدگاه ديگر مي‌توان كاربرد بيوتكنولوژي در صنايع غذايي را به دو بخش كاربرد بيوتكنولوژي سنتي و كاربرد بيوتكنولوژي مدرن تقسيم كرد:

 

12.jpg- دركاربرد "بيوتكنولوژي سنتي" در صنايع غذايي، از فناوري تخميري (ريزساوارزه‌ها يا ميكروارگانيزم‌ها) جهت تغيير مواد خام غذايي به محصولات غذايي تخميري شامل پنير، ماست، خمير نان و غيره استفاده مي‌گردد. استفاده از ريزسازواره‌ها و آنزيمها در اين فرآيندها باعث ايجاد تغييرات در طعم، عطر و بافت مواد خام غذايي يا افزايش قابليت نگهداري آنها مي‌گردد.

 

2- در بكارگيري "بيوتكنولوژي نوين" در صنايع غذايي، از ژنتيك مولكولي و آنزيم‌شناسي كاربردي بهمراه فناوري تخميري، جهت بهبود خواص مواد افزودني غذايي استفاده مي‌گردد. در قسمت‌هاي بعدي اين نوشتار، برخي از كاربردهاي بيوتكنولوژي در صنايع غذايي به طور اجمال و در چند زمينه بيان مي‌شوند.

 

توليد محصولات نهايي غذايي با استفاده از بيوتكنولوژي

 

بيوتكنولوژي مي‌تواند جهت تغيير مواد خام غذايي مانند شير، گوشت، سبزيجات و غلات به محصولات با طعم و عطر مطلوب و قابليت نگهداري بيشتر استفاده ‌شود. توليد اين نوع محصولات در جهان، سابقة بسيار طولاني دارد و هم‌اكنون اين محصولات در مقياس صنعتي در سطح دنيا توليد مي‌گردند. بر اساس گزارشات موجود، حدود يك سوم رژيم غذايي در اروپا از غذاهايي تشكيل مي‌شود كه تخمير شده‌اند؛ در حاليكه اين رقم در ساير نقاط دنيا بين 20 تا 30 درصد مي‌باشد. از مثال‌هاي اين محصولات مي‌توان به محصولات لبني تخميري مانند ماست و پنير، سوسيس تخميرشدة خشك و نيمه‌خشك، سبزيجات تخميرشده مانند كلم (sauerkraut)و زيتون تخميرشده، نان، قارچ خوراكي، مشروبات الكلي و انواع غذاهاي تخميري آسياي شرقي مانند سس سويا، ميسو، سوفو و تمپه اشاره نمود. برخي از اين محصولات از قبيل فرآورده‌هاي لبني تخميري، نان و قارچ خوراكي، در ايران نيز در مقياس صنعتي توليد مي‌گردند. همچنين اخيراً در رابطه با توليد محصولات ديگر مثل زيتون تخمير شده و سس سويا، پروژه‌هاي تحقيقاتي در ايران انجام گرفته است.

 

تودة ميكروبي و پروتئين تك‌ياخته به‌عنوان غذا

 

 

3.jpgتوده ميكروبي نيز بعنوان يك ماده غذايي غني از پروتئين، مورد استفاده قرار گرفته است. به‌عنوان مثال، آلماني‌ها طي جنگ جهاني دوم، براي جبران كمبود پروتئين، مخمرها را در مقياس صنعتي كشت داده و بعنوان منبع غذايي در خوراك انسان مورد استفاده قرار دادند. همچنين از دهة شصت ميلادي توليد محصولاتي به نام پروتئين تك‌ياخته (SCP)، ابتدا از مواد هيدروكربني و بعدها از مواد كربوهيدراتي ارزان‌قيمت در مقياس صنعتي آغاز شد. اين محصولات، بعنوان افزودني پروتئيني در خوراك دام و

 

مثالي از توليد پروتئين تك ياخته (scp):

 

 

به‌عنوان مثال، شركت ICI در انگلستان از كشت باكتري Methylophilus methylotrophous بر روي متانول در يك فرمانتور پيوسته به حجم 1500 متر مكعب، براي توليد سالانه 500 تا 600 هزار تن پودر خشك شده SCP در سال استفاده كرد. حجم زياد فرمانتور و نياز به راه‌اندازي آن بصورت پيوسته تحت شرايط استريل (aseptic) باعث شد كه نياز به ابداع تكنيك‌هاي جديد مهندسي براي توليد اين محصول در مقياس صنعتي بوجود آيد.

 

با وجودي‌كه توليد اين محصول از نظر فني با موفقيت روبرو شد، ولي بخاطر برخي مشكلات از جمله هزينه‌هاي توليد بالا و كاهش قيمت‌هاي محصولات رقيب (يعني كنجالة سويا)، اين پروژه و پروژه‌هاي مشابه در كشورهاي غربي از نظر اقتصادي موفقيت‌آميز نبودند. به‌عنوان مثال، شركت ICI، توليد محصول SCP خود را در اواسط دهه 80 ميلادي متوقف كرد. قابل ذكر است كه توليد اين محصول در كشورهاي بلوك شرق نظير اتحاد جماهير شوروي با موفقيت اقتصادي خيلي زيادي روبرو شد؛ زيرا توليد اين محصول باعث عدم وابستگي به كنجالة سوياي وارداتي از كشورهاي غربي مي‌شد.

 

مثال ديگري از توليد پروتئين تك‌ياخته (scp):

 

 

 

پروژة شركت نفتي فيليپس از جمله پروژه‌هايي است كه در آن توليد SCP از موفقيت اقتصادي بالاتري برخوردار مي‌باشد. در اين پروژه از يك سيستم با دانسيته سلولي بالا و بر اساس كشت مخمر Torulaبر روي اتانول، ساكاروز و ملاس (به‌عنوان منبع كربن) و آمونياك (به‌عنوان منبع ازت) براي توليد SCP استفاده گرديد‌ه است. در اين فرآيند، مايع تخميري خروجي از فرمانتور داراي غلظت سلولي 160 گرم وزن خشك در ليتر بود و لذا امكان خشك‌كردن مستقيم اين مايع توسط خشك‌كن‌هاي پاششي وجود داشت. علت موفقيت اقتصادي اين پروژه، بالابودن بازده فرايند و هزينه پايين‌تر بازيابي محصول بوده ‌است.

 

استفاده از پروتئين ميكروبي (QUORN) در خوراك انسان:

 

 

 

4.jpgبه دليل بالابودن درصد اسيدهاي هسته‌اي در SCP، مصرف آن به عنوان خوراك انسان مضر است. شركت انگليسي RHM با همكاري شركت ICI در اواسط دهة 80 ميلادي، پروتئين ميكروبي تحت نام تجارتي Quorn توليد كرد كه ساختاري شبيه به گوشت داشته و توسط رشد كپكي به نامFusarium graminerarum بر روي مواد نشاسته‌اي توليد مي‌گردد. اين محصول بخاطر استفاده از كپك (كه بطور طبيعي حاوي اسيد هسته‌اي كمتري نسبت به باكتري‌ها مي‌باشد) و بخاطر اضافه كردن يك عمليات براي كاهش RNA در فرآيند توليد صنعتي، داراي محتوي هسته‌اي خيلي

 

 

 

 

 

پايين مي‌باشد و لذا استفاده از آن در خوراك انسان در انگلستان مجاز تشخيص داده شد. توليد اوليه اين محصول در سال 1985، حدود 1000 تن در سال بود و از موفقيت اقتصادي برخوردار شد زيرا به جاي كنجالة سويا با سويا و گوشت رقابت مي‌كرد.

 

توليد مواد افزودني غذايي با استفاده از بيوتكنولوژي

 

مواد افزودني غذايي مانند اسيد سيتريك، اسيد گلوتاميك و نوكلئوتيدهاي مورد استفاده براي بهبود طعم غذا نيز به روش تخمير توليد مي‌شوند، استفاده از اين روش، سابقه‌اي طولاني دارد. اما رويكرد به سمت جايگزيني اجزاي طبيعي، فرصت‌هايي را جهت استفاده گسترده‌تر از محصولات تخميري بعنوان طعم‌دهنده فراهم كرده است. به‌عنوان مثال، حدود بيست سال پيش، يك تركيب به نام furanone در آب گوشت شناسايي شد كه اين تركيب، نقش خيلي مهمي در طعم گوشت بازي مي‌كند و تا مدتي پيش به‌صورت شيميايي از گزيلوز سنتز مي‌شد. اخيراً يك مادة پيش‌ساز طبيعي شناسايي شده كه مي‌توان آنرا توسط تخمير گلوكز توليد كرده و با يك تيمار حرارتي مخصوص به furanone موردنظر تبديل كرد.

 

شناسايي تركيبات طعم‌دهندة اصلي، امكان توسعة روش‌هاي ميكروبي جهت سنتز اين تركيبات را فراهم كرده است. به‌عنوان مثال مي‌توان به توليد گاما-دكالاكتون كه يك جزء اصلي در طعم هلو مي‌باشد، اشاره كرد.

 

5.JPGمثالي ديگر از توليد مواد طعم‌دهنده با استفاده از ريزسازواره‌ها، يك طعم‌دهندة طبيعي كم‌نمك به نام BIOSOL است كه طي دو مرحله با استفاده از مخمر غيرفعال شده توليد مي‌گردد. در مرحلة اول، مخلوطي از آنزيم‌ها با خواص تجزيه‌كنندگي پروتئين، چربي و ديواره سلولي استفاده مي‌شود. در مرحله دوم، از باكتري Lactobacillus delbrueki جهت انجام عمليات تخمير استفاده مي‌گردد. پروتئين طي اين دو مرحله به اسيدهاي آمينه و پپتيد‌ها، RNA به يك طعم­دهندة طبيعي (guanosine-5-monophosphate) و پلي‌ساكاريدها به اسيد لاكتيك و ساكسينيك تبديل مي‌گردند. هضم آنزيمي و تخمير را مي‌توان بصورت همزمان انجام داده و مايع تخميري حاصله را پس از جداسازي مواد غير‌محلول به روش پاششي خشك كرد.

 

از جمله مثال‌هاي ديگر در زمينه توليد مواد افزودني به روش بيوتكنولوژي مي‌توان به: توليد شيرين‌كننده‌هاي مغذي مثل شربت گلوكز، شربت با درصد بالاي فروكتوز (HFCS) و شيرين‌كننده‌هاي رژيمي مثل aspartame (از تركيب متيل استر ال‌فنيل آلانين و ال‌اسيد اسپارتيك)، تاوماتين(thaumatin) و گزايليتول (از طريق تبديل آنزيمي گزايلن پليمرهاي الياف ذرت به گزايلوز و سپس تخمير گزايلوز) و همچنين پلي‌ساكاريد‌هاي ميكروبي مانند صمغ گزانتان (به‌عنوان قوام‌دهنده و عامل ايجاد ژل) اشاره كرد.

 

برخي از ريزسازواره‌ها قادر به تجمع مقادير زيادي تري‌گليسيريد در داخل خود مي‌باشند. از اين نوع ريزسازواره‌ها جهت توليد محصولي به نام روغن تك‌سلولي(Single cell oil) استفاده شده ‌است. به‌عنوان مثال در ژاپن مخمرهايي با موفقيت كشت داده شده‌اند كه تا 80 درصد وزن خشك آنها از تري‌گليسريدهاي ذخيره‌اي تشكيل شده است. براي توليد اين محصولات ابتدا از خوراك‌هاي هيدروكربوري استفاده مي‌شد، ولي اخيراً در اين ارتباط خوراك‌هاي كربوهيدراتي مورد توجه قرار گرفته‌اند.

 

اصلاح مستقيم مواد غذايي و مواد افزودني به غذا

 

روش‌هاي مهندسي پروتئين

 

مواد خام غذايي را مي‌توان يا مستقيماً و يا بعد از اصلاح ميكربي يا آنزيمي استفاده كرد. مواد خام غذايي اصلي داراي خاصيت كاركردي (functionality) در محصولات غذايي مثل امولسيون‌سازي، پيوند با آب، ايجاد ژل، پايداري كف در نوشابه‌ها، دسرها و محصولات گوشتي (كه عبارتند از پروتئين‌ها، چربي‌ها و كربوهيدرات‌ها) مي‌باشند. رابطة دقيق بين ساختمان اين مواد و خواص كاركردي كه در غذا ايجاد مي‌كنند، هنوز بطور كامل شناخته نشده است؛ ولي نتايج تحقيقات گستردة سال‌هاي اخير مي‌تواند در جهت انتخاب نوع اصلاح اين مواد خام استفاده شود.

 

6.jpgبه‌عنوان مثال، يك رابطة مستقيم بين ساختار پروتئين‌ها (يعني اندازه مولكول پروتئيني و تركيب اسيدهاي آمينه آن) و خواص كاركردي آنها بدست آمده است. مي‌توان با تغيير مناسب در اندازه و تركيب اسيدهاي آمينه در يك پروتئين، به خواص كاركردي مورد نياز براي يك كاربرد بخصوص دست يافت. اندازة پروتئين‌ها را مي‌توان توسط آبكافت اسيدي يا آنزيمي كاهش داد. اما ايجاد تغييرات در تركيب اسيدهاي آمينه يك پروتئين، مشكل‌تر است. براي ايجاد تغييرات در تركيب اسيدهاي آمينه يك پروتئين، از روش‌هايي تحت عنوان مهندسي پروتئين استفاده مي‌شود كه از طريق تغيير در كدهاي ژنتيكي با استفاده از روش‌هاي مهندسي ژنتيك، ترتيب اسيدهاي آمينة پروتئين عوض مي‌شود.

 

7.JPGاز روش‌هاي مهندسي پروتئين، براي افزايش پايداري پروتئين‌هاي آنزيمي كه در مقياس صنعتي نقش كاتاليزور را دارند نيز استفاده شده است. به‌عنوان مثال، گلوكز ايزومراز، آنزيمي است كه در فرآيند توليد HFCS از اهميت فراوان برخوردار است. اين آنزيم در بيوراكتورهاي صنعتي توسط يك واكنش شيميايي بين گلوكز (سوبسترات واكنش) و گروه‌هاي آمين ثانويه ليزين موجود در ساختار آنزيم، غيرفعال مي‌گردد. محققين در شركت Gist-Brocadeروشي را جهت اصلاح ژن گلوكز ايزومراز ايجاد كردند كه در آن قسمتي از مولكول آنزيم (جزء ليزين) كه گلوكز به آن حمله مي‌كند، به گروه‌هايي (جزء آرژينين) كه مورد حملة گلوكز واقع نشده ولي قادر هستند كه ساختار آنزيم را حفظ كنند تبديل مي‌شود. با استفاده از اين روش، زمان استفادة مفيد از آنزيم گلوكز ايزومراز در شرايط صنعتي به‌طور قابل ملاحظه‌اي افزايش يافته و اين موضوع باعث افزايش ظرفيت توليد و كاهش هزينه‌هاي عملياتي مي‌شود.

 

استفاده از آنزيم ليپاز در بهبود كيفيت روغن‌ها و چربي‌ها

 

 

كيفيت‌هاي تغذيه‌اي و خواص بافتي روغن‌ها و چربي‌ها، به تركيب اسيدهاي چرب آنها بستگي دارد. به‌عنوان مثال، اگر تنها اسيد چرب سازنده يك روغن يا چربي، اسيد استئاريك (اسيد چرب اشباع) باشد، اين چربي در دماي اطاق و دماي بدن جامد خواهد بود. ولي اگر اسيدهاي چرب اشباع به اين روغن و چربي اضافه گردند، دماي ذوب آن كاهش پيدا خواهد كرد.

 

ط8.jpgول زنجيرة اسيدهاي چرب نيز بر روي دماي ذوب يك روغن و يا چربي تاثير گذار است و بايد تركيب اسيدهاي چرب در تري‌گليسيريدهاي آن را تغيير داد. براي اينكار مي‌توان از آنزيم‌هاي ليپاز استفاده كرد. مزيت بكارگيري آنزيم‌هاي ليپاز، اختصاصي عمل‌كردن آنها مي‌باشد. به‌عنوان يك مثال از بكارگيري آنزيم‌هاي ليپاز براي تغيير خواص روغن‌ها كه در سطح تجارتي استفاده شده است، مي‌توان به فرآيندي جهت توليد يك آنزيم ليپاز توسط كپك Mucor meihiجهت تبديل جزء مياني روغن پالم به يك روغن با ارزش مورد استفاده در قنادي اشاره كرد.

 

استفاده از آنزيم آميلاز در صنايع نشاسته

 

 

مهمترين پلي‌ساكاريدي كه در صنايع غذايي استفاده مي‌شود، نشاسته است. توليد آنزيمي گلوكز با استفاده از آنزيم آميلاز بدست آمده از باسيلوس سوبتيليس و آميلوگلوكزيداز حاصل از آسپرژيلوس، جايگزين روش‌هاي قديمي هيدروليز اسيدي شده است. سرعت عمل، عدم آلودگي و امكان توليد دكستروز در مقياس صنعتي از مزاياي عمدة روش آنزيمي، مي‌باشد. البته با پيشرفت فناوري DNA نوتركيب، امكان توليد آنزيم‌هاي ميكروبي پايدار در دماي بالا جهت هيدروليز آنزيمي و بالطبع توليد صنعتي و گستردة گلوكز فراهم شده است.

 

همچنين با استفاده از آنزيم آلفاآميلاز مي‌توان نشاسته را به شربت‌هايي با معادل دكستروز (DE) پايين تبديل كرد. اگر علاوه بر اين آنزيم از آنزيم‌هاي گلوكوآميلاز و گلوكزايزومراز نيز استفاده گردد، ‌مي‌توان محصولي با شيريني معادل ساكارز به نام HFCS توليد كرد. توليد HFCS، يكي از بهترين مثال‌هاي بكارگيري آنزيم در يك فرايند تجارتي مي‌باشد. گزارش شده است كه معرفي اين محصول در ايالات متحده امريكا باعث صرفه‌جويي معادل 1.3 ميليارد دلار در واردات شكر در سال 1980 شد. توليد اين محصول بدلايل سياسي و اقتصادي در اروپا موفقيت‌آميز نبوده ‌است.

 

فروكتوز نيز يك ماده شيرين‌كننده مي‌باشد كه در بسياري از محصولات غذايي عمدتاً به عنوان جايگزين ساكارز (شكر معمولي) مورد استفاده قرار مي‌گيرد. يكي از دلايل افزايش محبوبيت فروكتوز در كارخانه­هاي ساخت مواد غذايي، در دسترس بودن مقدار زياد نشاستة غلات است كه با روش آنزيمي، در مقياس صنعتي به فروكتوز تبديل مي‌شود. يك منبع ارزانتر و جايگزين فروكتوز ممكن است فروكتان باشد كه كربوهيدرات ذخيره‌اي در بسياري از گياهان است. فروكتان­ها، پليمرهاي مولتي فروكتوز (پلي‌فروكتوز) هستند كه مي‌توانند به‌صورت آنزيمي يا شيميايي هيدروليز شوند تا فروكتوز بدست آيد.

 

فروكتان‌هاي گياهي، شيرين هستند؛ اما آنزيم‌هايي كه بتوانند زنجيره‌هاي گليكوزيدي آن‌ها را از بين ببرند در دستگاه گوارش انسان وجود ندارند. در نتيجه، فروكتان‌ها اجزاي غذايي كم‌كالري هستند. از اين خاصيت براي توليد شيرين‌كننده‌هاي كم‌كالري طبيعي در صنايع غذايي- بهداشتي به خصوص در ژاپن استفاده مي‌شود كه آن را به صورت آنزيمي در بيوراكتورها توليد مي‌كنند. در ميان باسيل‌ها، پسودوموناس و استرپتوكوك با كمك آنزيم‌هاي خارج سلولي، شكر را به فروكتان‌هاي باكتريايي كه غالباً لوان (Levan) ناميده مي‌شوند، تبديل مي‌كنند.

 

10.jpgدر گياهان تنباكويي كه حاوي ژن تغيير يافتة "Sac B" يا Bacillus subtilis levansucrase هستند، يك فروكتان پايدار، شبيه نوع ميكروبي‌ توليد مي‌شود.

 

از روش‌هاي اصلاح آنزيمي پليمرهاي نشاسته، جهت بهبود خواص هيدروكلوئيدي آنها جهت توليد جايگزين‌هاي چربي، نشاستة مقاوم، امولسيفايرها و عوامل ايجاد ژل و همچنين جهت توليد نشاسته‌هاي با منافذ ريز براي استفاده در سيستم‌هاي رهايش كنترل شده نيز استفاده شده است.

 

حذف آب از محيط‌هاي كشت آنزيمي استفاده از آنزيم‌ها

 

 

يكي از مشكلات اصلاح آنزيمي پلي‌ساكاريدها، نياز به خارج كردن آب پس از عمليات اصلاح آنزيمي است كه باعث مي‌شود كه اين عمليات توجيه اقتصادي نداشته باشد. براي مواجهه با اين مشكل، فرآيندهاي انجام عمليات اصلاح آنزيمي در محيط‌هاي نيمه‌جامد ايجاد شده است. به‌عنوان مثال، مي‌توان به فرآيند اصلاح آنزيمي صمغ guar توسط آنزيم آلفاگالاكتوسيداز جهت توليد محصولي با خواص شبيه به صمغ locust bean در محيطي حاوي وزن مساوي آرد guarو آب اشاره كرد.

 

حذف آب از محيط‌هاي كشت آنزيمي باعث متحول‌شدن استفاده از آنزيم‌ها در صنايع غذايي شده است. اين امكان، برعكس كردن عمل آنزيم‌هاي هيدروليزي را فراهم مي‌كند. به عبارتي در اين شرايط و در عدم حضور انرژي متابوليكي مي‌توان آنزيم‌هاي هيدروليزي را وادار ساخت كه همان بيومولكول‌هايي را سنتز كنند كه در حضور آب تجزيه مي‌كنند. همچنين ميزان اختصاصي عمل‌كردن آنزيم‌هاي هيدروليزي در عدم حضور آب كاهش مي‌يابد؛ بطوريكه اين آنزيم‌ها قادر به تسريع واكنش هيدروليز بر روي سوبسترا‌هاي غيرمتعارف مي‌گردند. به‌عنوان مثال از مادة سابتيليزين (Subtilisin) كه نقش طبيعي آن هيدروليز پروتئين‌ها مي‌باشد، مي‌توان در محيط حاوي حلالهاي آلي جهت كاتاليز واكنش آسيلاسيون قندها براي توليد فعال‌كننده‌هاي سطحي (بعنوان امولسيفاير در مصارف غذايي) استفاده كرد.

 

نياز به حذف كامل حلال‌ها از واكنش‌هاي سازگار با غذا منجر به يك كشف بسيار جالب شده‌است: آنزيم‌ها حتي مي‌توانند تحت شرايطي كه حلال وجود ندارد، فقط با استفاده از سوبسترا و محصول به‌عنوان محيط واكنش، عمل كنند. استرهاي كربوهيدرات و پلي‌گليسرول (امولسيفايرها)، استرهاي كايرالي (طعم دهنده) و اليگوپيتيدها، ليپيدهاي ضروري و پليمرهاي ساختاري از تركيبات مرتبط با مواد غذايي هستند كه بطور موفقيت‌آميزي با استفاده از آنزيم‌ها در اين شرايط توليد شده‌اند.

 

چند مثال ديگر از اصلاح آنزيمي افزودني‌هاي غذايي

 

ـ11.jpg استفاده از آنزيم انورتاز جهت تبديل ساكارز به قند معلق در محصولاتي نظير شيريني‌جات، مرباجات و بستني.

 

ـ استفاده از آنزيم آلفاگالاكتوزيداز در صنايع توليد شكر از چغندر قند جهت تبديل رافينوز موجود در شيره چغندرقند به گالاكتوز و ساكارز. با توجه به اينكه رافينوز اثر بازدارندگي بر روي كريستاليزاسيون ساكارز دارد، اگر اين تبديل صورت نگيرد، در فرآيند بازيابي شكر از ملاس بايد قسمتي از ملاس را هميشه دور ريخت. استفاده از فرآيند آنزيمي، امكان بازيابي شكر از كل ملاس را فراهم مي‌كند.

 

ـ12.jpg از آنزيم لاكتاز جهت اصلاح خواص آب پنير استفاده شده است. لاكتوز در آب، شيريني و حلاليت كمي دارد و همچنين هضم آن براي بعضي انسانها بخاطر كمبود آنزيم بتا-گالاكتوزيداز در سيستم گوارشي آنها امكانپذير نمي‌باشد. لاكتوز با استفاده از اين آنزيم به گلوكز و گالاكتوز تبديل مي‌شود كه معايب فوق را ندارد. همچنين گزارش شده است كه پيش‌آبكافت لاكتوز در شير مي‌تواند زمان فرآوري براي توليد ماست و پنير را تا 20 درصد كاهش دهد.

- از آنزيمهاي ميكروبي مثل پكتيناز، سلولاز، همي‌سلولاز و آميلاز براي شفاف كردن آب ميوه و حذف پكتين و الياف سلولزي استفاده مي‌شود. اين آنزيم‌ها بيشتر از باكتري‌ها و قارچ‌ها استخراج مي‌شوند.

 

توليد مواد كمك فرآوري

 

ريزسازواره‌ها به‌عنوان كشت آغازگر در فرآوري مواد غذايي جهت بهبود و توليد طعم، افزايش قابليت نگهداري مواد غذايي و توليد اسيد و گازها توليد مي‌گردند. به‌عنوان مثال از ريزسازواره‌ها در توليد محصولات لبني، محصولات گوشتي و توليد نان استفاده مي‌گردد. مثال ديگر مواد كمك فرآوري مورد استفاده در صنايع غذايي، آنزيمها مي‌باشند كه بطور گسترده‌اي از آنها در فرآوري انواع مواد غذايي استفاده مي‌شود.

 

كاربردهاي تشخيصي براي تاييد ايمني و سلامت محصولات غذايي

 

13.jpgاز دقت بسيار زيادي كه مولكول‌هاي زيستي در شناسايي برخوردارند، جهت توسعه فناوري‌هايي براي شناسايي حضور ريزسازواره‌هاي بيماري‌زا، سموم و پروتئين‌هاي خارجي در مواد غذايي استفاده مي‌شود. در اين فناوري‌ها از مولكول‌هاي مخصوص حس‌گر استفاده مي‌گردد. به‌عنوان مثال در DNA كروموزمي و RNA باكتري‌ها، ترتيب‌هاي بازي مشخص كوتاهي وجود دارد كه از آنها مي‌توان جهت شناسايي و رديابي آنها استفاده كرد. از اين حس‌گرهاي ژنتيكي مي‌توان جهت شناسايي سريع ريزسازواره‌ها در سطح خانواده، گونه يا زيرگونه استفاده كرد. در حال حاضر، چنين حس‌گرهايي براي ليستريا، سالمونلا، كلستريديوم، يرسينيا، كمپيلوباكتر ساخته شده‌است.

 

14.jpgاز آنتي‌بادي‌هاي نوتركيب چنددودماني و تك‌دودماني جهت توسعة روش‌هاي سريع و ساده براي شناسايي ميكرب‌هاي بيماري‌زا با منشاء غذايي مثل سالمونلا، ليستريا و سم‌هاي قارچي (مثل آفلاتوكسين و تريتوتثين)، آفت‌كش‌ها و سم‌هاي طبيعي (مثل گليكوآلكالوئيد سيب‌زميني) استفاده شده است. سم‌هاي توليدي برخي قارچ‌ها در انواع مواد غذايي (بخصوص غلات و ميوه‌هاي مغزدار كه در شرايط نامناسب نگهداري مي‌شوند) را مي‌توان با استفاده از كيت‌هايي مبتني بر آنزيم ELISA شناسايي كرد و ايمني و سلامت محصولات را تضمين نمود. به عنوان مثال، مي‌توان از آزمون‌هاي ELISA براي شناسايي Salmonella در مواد غذايي استفاده نمود و نتيجة آزمايش در عرض يك روز مشخص مي‌شود؛ در حالي كه توسط روش‌هاي مرسوم ميكروبيولوژي تا شش روز طول مي‌كشد.

 

روش‌هاي بيوتكنولوژي براي تاييد غيرتقلبي‌بودن يك محصول غذايي نيز بكار مي‌روند. به‌عنوان مثال براي شناسايي پروتئين‌هاي شير، آنتي‌بادي‌هايي وجود دارد كه مي‌توان از آنها در ساخت كيت‌هاي ELISA استفاده كرد. اين كيت‌ها قادر هستند، استفاده غيرمجاز از شير گاو در توليد پنيرهايي كه ادعا مي‌گردد از شير گوسفند تهيه شده است را تشخيص دهند.

 

تصفيه پسماند يا پيشگيري از ايجاد پسماند

 

منظور از كلمة پسماند، تمام موادي است كه بجز فراورده‌هاي اصلي در يك فرايند توليد مي‌شوند. بنابراين، مواد مختلف اعم از گاز، مايع و جامد در اين تعريف مي‌‌گنجد. از روش‌هاي بيولوژيك هوازي و بي‌هوازي به منظور كاهش آلودگي پساب‌هاي صنايع غذايي استفاده شده ‌است.

 

در گذشته، اقدامات مربوط به مديريت پسماندها، بر تصفية نهايي اينگونه مواد متمركز بوده است و تلاش خود را صرف طراحي سيستم‌هاي تصفية پسماند و نصب دستگاه‌هاي كنترل آلودگي مي‌نمود، تا بتواند از آلودگي محيط زيست ممانعت كند. در روزگار اخير، فلسفة نويني شكل گرفته است كه برپاية پيشگيري از توليد پسماند و كاهش آن استوار است.

 

اين نگرش مثبت از تصفية پسماند يعني پيشگيري از ايجاد پسماند، مزاياي زير را دارد:

 

 

 

15.jpg1- مقدار پسماندها كاهش مي‌يابد.

 

2- ميزان مصرف مواد خام و در نتيجه هزينة آن كاهش مي‌يابد.

 

3- از هزينة تصفية پسماند كاسته مي‌شود.

 

4- احتمال بروز آلودگي كمتر مي‌شود.

 

5- شرايط كار بهبود مي‌يابد.

 

6- بازده فرايندهاي توليد افزوده مي‌شود.

 

بر اين اساس، رويكرد جديد، استفاده از روش‌هاي بيولوژيكي جهت تبديل پساب صنايع غذايي (بعنوان مواد اولية تجديدپذير) به محصولات مفيد (مانند SCP) مي‌باشد.

مآخذ:

 

1- بنكدارپور، بابك، 1381، جزوة آموزشي، "ميكروبيولوژي صنعتي و فرايندهاي تخميري"، دانشگاه صنعتي اميركبير.

 

2- مهندس ولي ا... بابايي پور،1380، "بيوتكنولوژي و صنعت،" پژوهش‌يار (ويژه نامة بيوتكنولوژي)، صفحات 46 تا 57.

 

3- مهبودي، فريدون و صانعي، اشرف السادات، 1376، "بيوتكنولوژي از زمينه­هاي علمي ديروز تا كاربردهاي عملي امروز،" انتشارات معاونت پژوهشي وزارت بهداشت، درمان و آموزش پزشكي.

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...