کاربرد آنزیم ها در صنایع غذایی

[helma.b 3345]

استفاده از آنزیم آمیلاز در صنایع نشاسته :

 

 

مهمترین پلی‌ساكاریدی كه در صنایع غذایی استفاده می‌شود، نشاسته است. تولید آنزیمی گلوكز با استفاده از آنزیم آمیلاز بدست آمده از باسیلوس سوبتیلیس و آمیلوگلوكزیداز حاصل از آسپرژیلوس، جایگزین روش‌های قدیمی هیدرولیز اسیدی شده است. سرعت عمل، عدم آلودگی و امكان تولید دكستروز در مقیاس صنعتی از مزایای عمدة روش آنزیمی، می‌باشد. البته با پیشرفت فناوری DNA نوتركیب، امكان تولید آنزیم‌های میكروبی پایدار در دمای بالا جهت هیدرولیز آنزیمی و بالطبع تولید صنعتی و گستردة گلوكز فراهم شده است.

 

همچنین با استفاده از آنزیم آلفاآمیلاز می‌توان نشاسته را به شربت‌هایی با معادل دكستروز (DE) پایین تبدیل كرد. اگر علاوه بر این آنزیم از آنزیم‌های گلوكوآمیلاز و گلوكزایزومراز نیز استفاده گردد، ‌می‌توان محصولی با شیرینی معادل ساكارز به نام HFCS تولید كرد. تولید HFCS، یكی از بهترین مثال‌های بكارگیری آنزیم در یك فرایند تجارتی می‌باشد. گزارش شده است كه معرفی این محصول در ایالات متحده امریكا باعث صرفه‌جویی معادل 1.3 میلیارد دلار در واردات شكر در سال 1980 شد. تولید این محصول بدلایل سیاسی و اقتصادی در اروپا موفقیت‌آمیز نبوده ‌است.

 

فروكتوز نیز یك ماده شیرین‌كننده می‌باشد كه در بسیاری از محصولات غذایی عمدتاً به عنوان جایگزین ساكارز (شكر معمولی) مورد استفاده قرار می‌گیرد. یكی از دلایل افزایش محبوبیت فروكتوز در كارخانه­های ساخت مواد غذایی، در دسترس بودن مقدار زیاد نشاستة غلات است كه با روش آنزیمی، در مقیاس صنعتی به فروكتوز تبدیل می‌شود. یك منبع ارزانتر و جایگزین فروكتوز ممكن است فروكتان باشد كه كربوهیدرات ذخیره‌ای در بسیاری از گیاهان است. فروكتان­ها، پلیمرهای مولتی فروكتوز (پلی‌فروكتوز) هستند كه می‌توانند به‌صورت آنزیمی یا شیمیایی هیدرولیز شوند تا فروكتوز بدست آید.

 

فروكتان‌های گیاهی، شیرین هستند؛ اما آنزیم‌هایی كه بتوانند زنجیره‌های گلیكوزیدی آن‌ها را از بین ببرند در دستگاه گوارش انسان وجود ندارند. در نتیجه، فروكتان‌ها اجزای غذایی كم‌كالری هستند. از این خاصیت برای تولید شیرین‌كننده‌های كم‌كالری طبیعی در صنایع غذایی- بهداشتی به خصوص در ژاپن استفاده می‌شود كه آن را به صورت آنزیمی در بیوراكتورها تولید می‌كنند. در میان باسیل‌ها، پسودوموناس و استرپتوكوك با كمك آنزیم‌های خارج سلولی، شكر را به فروكتان‌های باكتریایی كه غالباً لوان (Levan) نامیده می‌شوند، تبدیل می‌كنند.

 

در گیاهان تنباكویی كه حاوی ژن تغییر یافتة "Sac B" یا Bacillus subtilis levansucrase هستند، یك فروكتان پایدار، شبیه نوع میكروبی‌ تولید می‌شود.

 

از روش‌های اصلاح آنزیمی پلیمرهای نشاسته، جهت بهبود خواص هیدروكلوئیدی آنها جهت تولید جایگزین‌های چربی، نشاستة مقاوم، امولسیفایرها و عوامل ایجاد ژل و همچنین جهت تولید نشاسته‌های با منافذ ریز برای استفاده در سیستم‌های رهایش كنترل شده نیز استفاده شده است.

 

حذف آب از محیط‌های كشت آنزیمی استفاده از آنزیم‌ها :

 

 

یكی از مشكلات اصلاح آنزیمی پلی‌ساكاریدها، نیاز به خارج كردن آب پس از عملیات اصلاح آنزیمی است كه باعث می‌شود كه این عملیات توجیه اقتصادی نداشته باشد. برای مواجهه با این مشكل، فرآیندهای انجام عملیات اصلاح آنزیمی در محیط‌های نیمه‌جامد ایجاد شده است. به‌عنوان مثال، می‌توان به فرآیند اصلاح آنزیمی صمغ guar توسط آنزیم آلفاگالاكتوسیداز جهت تولید محصولی با خواص شبیه به صمغ locust bean در محیطی حاوی وزن مساوی آرد guarو آب اشاره كرد.

 

حذف آب از محیط‌های كشت آنزیمی باعث متحول‌شدن استفاده از آنزیم‌ها در صنایع غذایی شده است. این امكان، برعكس كردن عمل آنزیم‌های هیدرولیزی را فراهم می‌كند. به عبارتی در این شرایط و در عدم حضور انرژی متابولیكی می‌توان آنزیم‌های هیدرولیزی را وادار ساخت كه همان بیومولكول‌هایی را سنتز كنند كه در حضور آب تجزیه می‌كنند. همچنین میزان اختصاصی عمل‌كردن آنزیم‌های هیدرولیزی در عدم حضور آب كاهش می‌یابد؛ بطوریكه این آنزیم‌ها قادر به تسریع واكنش هیدرولیز بر روی سوبسترا‌های غیرمتعارف می‌گردند. به‌عنوان مثال از مادة سابتیلیزین (Subtilisin) كه نقش طبیعی آن هیدرولیز پروتئین‌ها می‌باشد، می‌توان در محیط حاوی حلالهای آلی جهت كاتالیز واكنش آسیلاسیون قندها برای تولید فعال‌كننده‌های سطحی (بعنوان امولسیفایر در مصارف غذایی) استفاده كرد.

 

نیاز به حذف كامل حلال‌ها از واكنش‌های سازگار با غذا منجر به یك كشف بسیار جالب شده‌است: آنزیم‌ها حتی می‌توانند تحت شرایطی كه حلال وجود ندارد، فقط با استفاده از سوبسترا و محصول به‌عنوان محیط واكنش، عمل كنند. استرهای كربوهیدرات و پلی‌گلیسرول (امولسیفایرها)، استرهای كایرالی (طعم دهنده) و الیگوپیتیدها، لیپیدهای ضروری و پلیمرهای ساختاری از تركیبات مرتبط با مواد غذایی هستند كه بطور موفقیت‌آمیزی با استفاده از آنزیم‌ها در این شرایط تولید شده‌اند.

[helma.b 3345]

چند مثال دیگر از اصلاح آنزیمی افزودنی‌های غذایی :

ـ استفاده از آنزیم انورتاز جهت تبدیل ساكارز به قند معلق در محصولاتی نظیر شیرینی‌جات، مرباجات و بستنی.

ـ استفاده از آنزیم آلفاگالاكتوزیداز در صنایع تولید شكر از چغندر قند جهت تبدیل رافینوز موجود در شیره چغندرقند به گالاكتوز و ساكارز. با توجه به اینكه رافینوز اثر بازدارندگی بر روی كریستالیزاسیون ساكارز دارد، اگر این تبدیل صورت نگیرد، در فرآیند بازیابی شكر از ملاس باید قسمتی از ملاس را همیشه دور ریخت. استفاده از فرآیند آنزیمی، امكان بازیابی شكر از كل ملاس را فراهم می‌كند.

 

ـ از آنزیم لاكتاز جهت اصلاح خواص آب پنیر استفاده شده است. لاكتوز در آب، شیرینی و حلالیت كمی دارد و همچنین هضم آن برای بعضی انسانها بخاطر كمبود آنزیم بتا-گالاكتوزیداز در سیستم گوارشی آنها امكانپذیر نمی‌باشد. لاكتوز با استفاده از این آنزیم به گلوكز و گالاكتوز تبدیل می‌شود كه معایب فوق را ندارد. همچنین گزارش شده است كه پیش‌آبكافت لاكتوز در شیر می‌تواند زمان فرآوری برای تولید ماست و پنیر را تا 20 درصد كاهش دهد.

- از آنزیمهای میكروبی مثل پكتیناز، سلولاز، همی‌سلولاز و آمیلاز برای شفاف كردن آب میوه و حذف پكتین و الیاف سلولزی استفاده می‌شود. این آنزیم‌ها بیشتر از باكتری‌ها و قارچ‌ها استخراج می‌شوند.

 

تولید مواد كمك فرآوری :

 

ریزسازواره‌ها به‌عنوان كشت آغازگر در فرآوری مواد غذایی جهت بهبود و تولید طعم، افزایش قابلیت نگهداری مواد غذایی و تولید اسید و گازها تولید می‌گردند. به‌عنوان مثال از ریزسازواره‌ها در تولید محصولات لبنی، محصولات گوشتی و تولید نان استفاده می‌گردد. مثال دیگر مواد كمك فرآوری مورد استفاده در صنایع غذایی، آنزیمها می‌باشند كه بطور گسترده‌ای از آنها در فرآوری انواع مواد غذایی استفاده می‌شود.

 

كاربردهای تشخیصی برای تایید ایمنی و سلامت محصولات غذایی :

 

از دقت بسیار زیادی كه مولكول‌های زیستی در شناسایی برخوردارند، جهت توسعه فناوری‌هایی برای شناسایی حضور ریزسازواره‌های بیماری‌زا، سموم و پروتئین‌های خارجی در مواد غذایی استفاده می‌شود. در این فناوری‌ها از مولكول‌های مخصوص حس‌گر استفاده می‌گردد. به‌عنوان مثال در DNA كروموزمی و RNA باكتری‌ها، ترتیب‌های بازی مشخص كوتاهی وجود دارد كه از آنها می‌توان جهت شناسایی و ردیابی آنها استفاده كرد. از این حس‌گرهای ژنتیكی می‌توان جهت شناسایی سریع ریزسازواره‌ها در سطح خانواده، گونه یا زیرگونه استفاده كرد. در حال حاضر، چنین حس‌گرهایی برای لیستریا، سالمونلا، كلستریدیوم، یرسینیا، كمپیلوباكتر ساخته شده‌است.

 

از آنتی‌بادی‌های نوتركیب چنددودمانی و تك‌دودمانی جهت توسعة روش‌های سریع و ساده برای شناسایی میكرب‌های بیماری‌زا با منشاء غذایی مثل سالمونلا، لیستریا و سم‌های قارچی (مثل آفلاتوكسین و تریتوتثین)، آفت‌كش‌ها و سم‌های طبیعی (مثل گلیكوآلكالوئید سیب‌زمینی) استفاده شده است. سم‌های تولیدی برخی قارچ‌ها در انواع مواد غذایی (بخصوص غلات و میوه‌های مغزدار كه در شرایط نامناسب نگهداری می‌شوند) را می‌توان با استفاده از كیت‌هایی مبتنی بر آنزیم ELISA شناسایی كرد و ایمنی و سلامت محصولات را تضمین نمود. به عنوان مثال، می‌توان از آزمون‌های ELISA برای شناسایی Salmonella در مواد غذایی استفاده نمود و نتیجة آزمایش در عرض یك روز مشخص می‌شود؛ در حالی كه توسط روش‌های مرسوم میكروبیولوژی تا شش روز طول می‌كشد.

 

روش‌های بیوتكنولوژی برای تایید غیرتقلبی‌بودن یك محصول غذایی نیز بكار می‌روند. به‌عنوان مثال برای شناسایی پروتئین‌های شیر، آنتی‌بادی‌هایی وجود دارد كه می‌توان از آنها در ساخت كیت‌های ELISA استفاده كرد. این كیت‌ها قادر هستند، استفاده غیرمجاز از شیر گاو در تولید پنیرهایی كه ادعا می‌گردد از شیر گوسفند تهیه شده است را تشخیص دهند.

 

 

 

منبع: وبلاگ آقای جلال احسانی (کارشناسی ارشد صنایع غذایی)