عملکرد آنزیم های میکروبی در صنایع غذایی

Microbial Enzymes in Food Industry

امروزه با رشد خیره کننده جمعیت در جهان، میلیون‌ها انسان نیاز به مواد غذایی و آشامیدنی دارند. خوشبختانه بیوتکنولوژی راه حل‌های قابل توجهی برای مشکلات غذایی به عنوان سلاح قدرتمند بشریت در عصر مدرن به ارمغان می‌آورد. در حال حاضر، ما قادر به تولید مواد خوراکی ارزان‌تر و با ارزش غذایی بالاتری هستیم که به لطف استفاده از آنزیم‌ها میسر می‌باشد. در این بلاگ به صورت مختصر به بررسی این موضوع می پردازیم.

طبق پژوهش­های انجام شده تا اکنون می­توان دریافت که میکروارگانیسم‌ها به دلیل دارا بودن مزایایی مانند رشد سریع، دستیابی آسان و تنظیم ژنتیکی برای تهیه محصول مورد نظر معمولاً به عنوان منبع تولید آنزیم ترجیح داده می‌شوند.

طبق تحقیقات انجام شده دریافتیم  فرآوری مواد غذایی از طریق استفاده از عوامل بیولوژیکی از لحاظ تاریخی رویکردی کاملاً ثابت شده است. نخستین کاربرد آنزیم ها با تولید آبجو، پخت نان و تهیه پنیر به 6000 سال قبل از میلاد باز می‌گردد، در حالی که اولین اکسیداسیون میکروبی هدفمند از 2000 سال قبل از میلاد، با تولید سرکه آغاز شده است. با پیشرفت تکنولوژی، آنزیم های جدید با طیف گسترده‌ای از کاربردها و ویژگی‌ها توسعه یافته‌اند و سطوح کاربردی جدید هنوز هم مورد بررسی قرار می‌گیرد. در ادامه­ ی پژوهش به بررسی انواع آنزیم های میکروبی خواهیم پرداخت.

آنزیم های میکروبی

میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها، مخمرها و قارچ‌ها و آنزیم های آن‌ها به طور گسترده در چندین ماده غذایی برای بهبود طعم و بافت مورد استفاده قرار می‌گیرند و مزایای اقتصادی زیادی به صنایع ارائه می‌دهند.آنزیم های میکروبی به دلیل مزایای متعددی از جمله تولید آسان، سازگار و مقرون به صرفه بودن، نسبت به آنزیم هایی با منبع گیاهی یا حیوانی ارجحیت دارند. میکروارگانیسم‌ها از زمان‌های بسیار قدیم در تخمیر مواد غذایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و فرآیندهای تخمیر هنوز هم در آماده‌سازی بسیاری از مواد غذایی کاربرد دارد. آنزیم های میکروبی نقش عمده‌ای در صنایع غذایی دارند زیرا از آنزیم های گیاهی و حیوانی پایدارتر هستند. آن‌ها می‌توانند از طریق تکنیک‌های تخمیر به شیوه‌ای مقرون به صرفه با نیاز به زمان و مکان کمتری تولید شوند و به دلیل پایداری بالا، اصلاح و بهینه‌سازی فرآیند می‌تواند به راحتی انجام شود که در عصر حاضر نکته­ ی بسیار قابل توجه­ ای می­باشد.

بررسی چند نمونه از آنزیم های میکروبی

آنزیم آلفا-آمیلاز:

آلفا-آمیلازها آنزیم های تجزیه کننده نشاسته‌ هستند که قادر به هیدرولیز کردن پیوندهای گلیکوزیدی آلفا-1 و 4 پلی ساکاریدها هستند، که منجر به تولید دکسترین‌های زنجیره کوتاه می‌شود. این آنزیم ها به طور گسترده در همه موجودات زنده توزیع شده‌اند. بیشتر آلفا-آمیلازها متالوآنزیم هستند و برای فعالیت، پایداری و همچنین یکپارچگی به یون‌های کلسیم نیاز دارند.

برای تولید اتانول، نشاسته توسط آلفا-آمیلاز به قندهای قابل تخمیر تبدیل می‌شود. کاربردهای دیگر آلفا-آمیلازها شامل شفاف‌سازی آب‌میوه است که با حضور سلولازها و پکتینازها برای بهبود عملکرد و کارایی این فرآیند انجام می‌شود.

آنزیم گلوکوآمیلاز:

گلوكوآمیلازها آنزیم هایی با عمل خارجی هستند كه هیدرولیز پلی ساکارید نشاسته را از انتهای غیرکاهشی کاتالیز می‌کنند و بتا گلوکز را آزاد می‌کنند. آن‌ها آنزیم های ساکاریدساز (قندساز) نیز نامیده می‌شوند و به طور گسترده در همه موجودات زنده توزیع می‌شوند. اکثر گلوکوآمیلازها در دمای پایین پایدار هستند. در دماهای بالاتر، به دلیل تغییر ساختار، توان فعالیت خود را از دست می‌دهند. گلوكوآميلازها کاربردهای وسیعی دارند مثلاً در صنايع غذايي از جمله براي توليد شربت‌هاي با گلوكز و فروكتوز بالا، استفاده می‌شوند. آن‌ها در صنعت پخت و پز برای بهبود کیفیت آرد، کاهش بیات شدن خمیر و همچنین به منظور بهبود رنگ نان و کیفیت محصولات پخته شده با فیبر بالا کاربرد دارند. گلوکوآمیلازها، نشاسته موجود در آرد را به مالتوز و قندهای تخمیر شده تبدیل می‌کنند.

آنزیم لاکتاز (بتا-گالاکتوزیداز):

هیدرولیز لاکتوز یک فرایند مهم بیوتکنولوژی در صنایع غذایی است. آنزیم بتا-گالاکتوزیداز هیدرولیز لاکتوز را کاتالیز می‌کند و متعلق به خانواده هیدرولازها است. بتا-گالاکتوزیداز را می‌توان از سیستم‌های بیولوژیکی متعددی از جمله گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم‌ها به دست آورد. تولید بتا-گالاکتوزیداز از میکروارگانیسم‌هایی مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها و مخمرها به دلیل عملکرد بالاتر و هزینه نسبتاً کم تولید آنزیم، ارجحیت دارد.

آنزیم لیپاز:

لیپازها آنزیم هایی هستند که هیدرولیز تری‌گلیسیریدهای بلند زنجیر را کاتالیز می‌کنند. آن‌ها به طور طبیعی در معده و لوزالمعده انسان و سایر گونه‌های جانوری وجود دارند و لیپیدها و چربی‌ها را هضم می‌کنند. لیپازهای میکروبی توسط باکتری‌ها، قارچ‌ها و مخمرها تولید می‌شوند. لیپازهای تجاری بطور عمده برای تولید عطر و طعم در محصولات لبنی و فرآوری سایر مواد غذایی حاوی چربی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آنزیم سلولاز:

آنزیم هایی هستند که بر روی سلولز پلیمری عمل می‌کنند و پیوند بتا 1 – 4 را به منظور آزادسازی واحدهای گلوکز هیدرولیز می‌کنند. آن‌ها به طور گسترده برای صنایع مختلف مانند نساجی، کاغذ، مواد شوینده و صنایع غذایی نیز استفاده می‌شوند. همچنین می‌توانند چسبندگی شهد و پوره را از میوه‌هایی مانند زردآلو، انبه، آلو، پاپایا، گلابی و هلو کاهش دهند و برای استخراج فلاونوئیدها از گل و دانه استفاده می‌شوند. از مهم‌ترین مزایای استفاده از این آنزیم ها بهبود رنگ، شفاف‌سازی و در نهایت پایداری و کیفیت نوشیدنی مورد استفاده قرار می­گیرد.

آنزیم کاتالاز:

كاتالاز اغلب با استفاده از گلوكز اكسیداز برای حفظ مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاتالاز در صنعت شیر برای از بین‌بردن پراکسید از شیر، از بین بردن گلوکز از سفیده تخم‌مرغ در صنعت پخت و پز و در بسته‌بندی مواد غذایی به منظور جلوگیری از اکسیداسیون و کنترل نفوذپذیری مواد غذایی استفاده می‌شود، این آنزیم کاربرد کمی نیز در تولید پنیر دارد.

آنزیم آسپارژیناز:

از بین آنزیـم های مختلف مشتق شده از میکروب‌ها، آسپارژینازها دسته اصلی آنزیـم های دارویی، غذایی و صنعتی با اهمیت هستند که بطور گسترده توسط انسان مورد استفاده قرار می‌گیرند. همانطور که از نام آسپارژیناز پیداست ، تجزیه آسپارژین به اسید مشتق را کاتالیز می‌کند و میتواند به عنوان آنزیـم کاهش‌دهنده آسپارژین که یک نوع اسید آمینه­ ی غیرضروری برای بدن است در نظر گرفته شود که منجر به مرگ سلول­های سرطانی می­شود.

نتیجه گیری

با بررسی موارد مطرح شده می­توان دریافت:

استفاده از آنزیم ها در صنایع غذایی، در بهبود خواص مواد غذایی و تسهیل فرایند تولید، تاثیر به سزایی دارد. این مواد پروتئین هایی هستند که باعث تسریع واکنش ها می شوند و با استفاده از آنها میتوان در هزینه ها صرفه جویی کرد.کاربرد آنزیم های میکروبی در صنایع غذایی بیشتر از آنزیم های گیاهی و حیوانی است زیرا این آنزیم ها مقاوم تر هستند و با هزینه کمتر و در زمان کمتری قابل دستیابی اند. امروزه این نوع مواد، صنایع مختلف غذایی را قادر می‌سازند تا کیفیت و پایداری محصولات را بهبود بخشیده و بازده تولید را افزایش دهند. اصلی‌ترین کاربرد آنزیم ها در صنایع غذایی برای کمک به استخراج مواد به کار می‌رود که منجر به بهبود شاخص‌هایی مانند عملکرد، غلظت، پایداری و بازیابی موثر خواهد شد. تقاضای رو به رشد برای توسعه و تامین غذای پایدار، سبب پیشرفت‌هایی در زمینه آنزیم‌های میکروبی شده است. برای استفاده از خواص مفید آنزیم ها باید آنزیم های جدید، فرمولاسیون و شرایط تولید آنها و همچنین واکنش های جدید را پیوسته بررسی کرد.

منابع

Microbial Enzymes with Special Characteristics for Biotechnological Applications/doi:10.3390/biom3030597

Applications of Microbial Enzymes in food industry/doi: 10.17113/ftb.56.01.18.5491