سلولاز
آنزیمهای سلولاز بخش قابل توجهی از بازار جهانی آنزیم را تشکیل میدهند. Trichoderma reesei قارچ اصلی برای تولید سلولاز صنعتی است. ژنوم آن 10 سلولاز و 16 همی سلولاز را کد میکند. سلولازها، آنزیمهای القایی هستند و تنظیم تولید سلولاز به خوبی با مکانیسم فعال سازی و سرکوب کنترل میشود. سلولازها آنزیم های بسیار مهمی از نظر صنعتی و طبیعی هستند؛ زیرا با تجزیه سلولز نامحلول به قندهای محلول، نقش مهمی در چرخه کربن دارند. سلولازها متنوعترین دسته آنزیمها هستند که هیدرولیز یک سوبسترا را کاتالیز میکنند. سلولازها آنزیمهایی را تشکیل میدهند که پیوندهای گلیکوزیدی میکروفیبریلهای سلولز را میشکنند و اولیگوساکاریدها، سلوبیوز و گلوکز را آزاد میکنند.
کارکردهای سلولاز
- سه نوع سلولاز وجود دارد: اندوگلوکانازها، اگزوسلولازها و اندوگلوکانازها. هر سه حالتهای عمل مختلف و ساختار متفاوتی دارند.
- سلولاز انحلال دیوارههای سلولی و گیاه تجزیه سلولز و همی سلولز را سرعت میبخشد. همچنین میتواند پلیساکاریدها، پروتئینها و لیپیدهای ماکرومولکولی غیرقابل هضم را حل کند. سلولاز به مواد مولکولی کوچکی تجزیه میشود که برای هضم و جذب در دستگاه گوارش حیوانات مفید است.
- سلولاز میتواند ترشح آنزیمهای درون زا را فعال، کمبود آنزیمهای درون زا را جبران و آنزیمهای درون زا را تنظیم کند. همچنین فرآیند طبیعی هضم و جذب در حیوانات را تسهیل میکند و در پیشگیری از بیماری و کمک به رشد نقش دارد.
- همی سلولز و پکتین تا حدی در آب حل میشوند و محلولی ویسکوز تولید و مانعی برای آنزیمهای درونزا ایجاد میکنند. افزودن سلولاز میتواند ویسکوزیته را کاهش دهد و میزان ترشح آنزیمهای درونزا را افزایش دهد؛ به این ترتیب سطح تماس بین آنزیمها و مواد مغذی افزایش و هضم خوراک بهبود مییابد.
- سلولازها برای هیدرولیز سلولز را به شرایط ملایمتری در مقایسه با اسید معدنی یا آلی دارند.
- کمپلکس سلولاز، خود از پروتئاز، آمیلاز، پکتیناز و سلولاز تشکیل شده است. در این سیستم پیچیده چند آنزیمی، محصول یک آنزیم میتواند به بستر آنزیم دیگر تبدیل شود. به عبارت دیگر، سلولاز علاوه بر تجزیه مستقیم سلولز و تجزیه آن به ترکیباتی که به راحتی توسط حیوانات هضم و جذب میشوند، میتواند در ترکیب با سایر آنزیم ها نیز برای بهبود تجزیه و هضم مواد مغذی خوراک توسط گاوهای شیری موثر عمل کند.
- سلولاز همچنین یکپارچگی پرزهای روده کوچک را حفظ میکند و میزان جذب مواد مغذی را بهبود میدهد.
کاربردهای سلولاز
سلولازها در استخراج اجزای چای سبز، پروتئین سویا، اسانسها، محصولات معطر و نشاسته سیب زمینی استفاده میشوند. همچنین طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه در بیوتکنولوژی دارند. در چندین کاربرد، آنها با مکمل همی سلولازها، پکتینازها، لیگنینازها و آنزیم های مرتبط استفاده میشوند. علاوه بر انرژی زیستی لیگنوسلولزی، برخی از مهمترین کاربردهای سلولازها در مواد غذایی، نوشیدنی، خوراک دام، نساجی و خشکشویی، صنایع خمیر و کاغذ و همچنین در کشاورزی و بسیاری موارد دیگر است:
آنزیم گوارشی
انسان توانایی هضم فیبر سلولز را ندارد، بنابراین یک آنزیم گوارشی "Digestin" که حاوی سلولاز است، به شکل تجاری تولید شده است.
نساجی و شوینده
سلولازها در فرآوری مرطوب نساجی و تکمیل منسوجات مبتنی بر سلولز برای بهبود کیفیت نهایی محصولات استفاده میشوند. همچنین طور گسترده در صنایع شوینده و مدیریت ضایعات استفاده میشوند.
نوشیدنی
سلولازها و پلی ساکاریدهای میکروبی نقش مهمی در فرآیندهای تخمیر برای تولید نوشیدنی مانند ماءالشعیر دارند. استفاده از سلولازها هم کیفیت و هم عملکرد محصولات تخمیری را بهبود میبخشد. چرا که سلولازها با هیدرولیز گلوکان به کاهش ویسکوزیته محلول نوشیدنی کمک میکنند. در صنعت نوشیدنی، سلولازها، همی سلولازها و پکتینازها مورد استفاده قرار میگیرند زیرا استفاده از آنها باعث بهبود استخراج رنگ، خیساندن پوست، شفافیت، فیلترپذیری و در نهایت بهبود کیفیت محصول میشود. در صنعت نوشیدنی (مالت سازی جو) معمولا از سلولازهای مشتق شده از T. reesei استفاده میشود.
قند
پایداری حرارتی سلولازها یک نکته کلیدی برای کاربردهای مستقیم آن در صنایع قند است، جایی که دمای بالا برای استخراج کارآمد سلولز مورد نیاز است.
خوراک دام
سلولازها و همی سلولازها به خوراک دام برای بهبود ارزش خوراک اضافه میشوند. استفاده از این آنزیمها سه فایده مهم دارد:
- عوامل ضد تغذیهای دانههای خوراک را حذف میکنند.
- کیفیت خوراک را افزایش میدهند.
- آنزیمهای گوارشی مکمل مانند پروتئازها، آمیلازها، گلوکانازها و بسیاری دیگر را فراهم میکنند
محصولات زراعی
در زمینه کشاورزی، استفاده از مخلوط سلولازها، همی سلولازها و پکتینازها چند کارکرد عمده دارد:
- کنترل بیماریها و آفات مختلف محصولات زراعی
- تقویت رشد گیاه و تسهیل جوانه زنی بذر
- بهبود عملکرد محصول گیاهی
مواد غذایی گیاهی
آنزیم سلولاز نقش مهمی در بیوتکنولوژی مواد غذایی، به خصوص در ترکیب با پکتیناز و زایلاناز دارد. مجموعه این سه آنزیم ظاهر و ماتریس آبمیوه را بهبود میدهند، زمان پردازش را کاهش میدهند و عملکرد فرایند استخراج را بهبود میبخشند. بافت غذاهای گیاهی، مانند مارچوبه یا نخود توسط سلولازها برای جویدن، پخت و هضم قابل قبولتر میشود. کاربردهای دیگر سلولاز عبارتند از:
- استخراج آگار-آگار از جلبک دریایی
- تصفیه برنج برای دم کردن
- تولید پوره سبزیجات عاری از فیبر،
- ساخت سرکه میوه از تفاله مرکبات
- تصفیه ضایعات گیاهی جامد از صنایع غذایی کشاورزی
تولید سلولاز
سلولازها به طور تجاری توسط چندین باکتری و قارچ تولید میشوند: شامل گونههای هوازی مانند سودوموناس و آکتینومیتس، بیهوازی اختیاری مانند باسیلوس و سلولوموناس و بیهوازی سخت مانند کلستریدیوم میشود. اما بیشترین اقبال صنعت به سویههای قارچی متعلق به Trichoderma، Aspergillus، Schizophylium Genece و قارچهای رشتهای است؛ زیرا میتوانند بر روی بسترهای جامد خام رشد کنند. میکروارگانیسم Trichoderma reesei کارآمدترین تولیدکننده سلولاز است که تا به امروز شناخته شده است. بنابراین کشت در حالت جامد، روش ارجح تولید سلولازها است.
