گلوکز اکسیداز
نگهداری مواد غذایی و حفظ ثبات رنگ، طعم و عطر موضوعی حیاتی در صنایع غذایی است. جدای از فساد میکروبی، شایعترین عامل فساد مواد غذایی وجود اکسیژن است. وجود اکسیژن در حین نگهداری یا فرآوری مواد غذایی تأثیری منفی بر تازگی بسیاری از مواد غذایی به ویژه محصولات تازه دارد. اکسیژن، تعییرات زیر را در ظاهر، بافت و طعم به وجود میآورد:
- ایجاد بوی آلدئیدها و کتونها در غذاهای چرب مانند بادام زمینی، شیرخشک و غذاهای سرخ شده
- کدر کردن سس
- ایجاد فساد در گوشت
- تیره کردن سیبزمینی پوست کنده
- ایجاد فساد در پنیر
به طور خلاصه، اکسیژن اثرات نامطلوبی بر پردازش و نگهداری مواد غذایی دارد. حذف اکسیژن، یک ضرورت برای نگهداری مواد غذایی است، اما بسیاری از روشهای حذف اکسیژن موثر نیستند. آنتی اکسیدانهایی که در بازار به فروش میرسند دستهای از مواد شیمیایی و سنتزی هستند که اثرات سمی قابل توجهی بر روی کبد، طحال، ریهها و سایر اندام های بدن انسان دارند.
نقش آنزیمها در صنایع غذایی
آنزیمها به عنوان کاتالیزورهای زیستی در چندین کاربرد فرآوری مواد غذایی برای هیدرولیز مولکولهای بزرگ به مولکولهای سادهتر استفاده میشوند. علاوه بر این، از آنزیمها برای تولید و تغییر مولکولها برای بهبود کیفیت ارگانولپتیکی محصولات غذایی استفاده میشود.
اکسیدازها
اکسیدازها آنزیمهایی هستند که اکسیداسیون پیوندهای C-N و C-O را کاتالیز میکنند و اکسیژن مولکولی را به پراکسید هیدروژن کاهش میدهند. ترکیبات زیر سوبستراهای اصلی برای آنزیمهای اکسیداز هستند:
- اسیدهای آمینه (در نهایت به ایمین اکسید میشوند)
- آمینها (در نهایت به ایمین اکسید میشوند)
- الکلها (در نهایت به الکلها یا کتونها اکسید میشوند)
اکسیدازها غالباً سنتز متقارن را کاتالیز میکنند؛ از این رو هم برای تقارن زدایی بسترهای پروکایرال و هم برای جداسازی زیرلایههای راسمیک استفاده میشوند.
گلوکز اکسیداز
آنزیم گلوکز اکسیداز یک آنتی اکسیدان ایده آل و مخصوص حذف اکسیژن از ماتریس ماده غذایی یا نوشیدنی است. میتواند از اکسید شدن بیشتر مواد غذایی که قبلاً اکسید شده و یا از اکسیداسیون قبل از وقوع جلوگیری کند. گلوکز اکسیداز زیر مجموعهای از آنزیم های اکسیدوردوکتاز است که پراکسید هیدروژن (H2O2) آزاد میکند.
آنزیم گلوکز اکسیداز و توسعه صنایع غذایی
آنزیم گلوکز اکسیداز تاثیر بسزایی در کاهش اکسیژن و حفظ تازگی مواد غذایی دارد. همچنین در فرمولاسیون بسته بندی به طور موثری رشد میکروبی را مهار میکند. در مقایسه با روشهای سنتی یا شیمیایی مانند افزودن Vc یا سولفیتها برای جلوگیری از قهوهای شدن و اکسیداسیون، نگهداری آنزیمی با گلوکز اکسیداز مزایای زیر را ارائه میدهد:
- برای انسان بی ضرر است.
- به مقدار کمی نیاز دارد و بنابراین صرفه اقتصادی دارد.
- برای استفاده در مقیاس بزرگ مناسب است.
- به حفظ محیط زیست کمک میکند.
کاربردهای اکسیداز در صنایع غذایی
آنزیم گلوکز اکسیداز بدون کاتالاز میتواند به دلیل تولید پراکسید هیدروژن و دارا بودن خواص آنتی اکسیدانی، اثر ضد میکروبی ایجاد کند. فعالیت بازدارندگی گلوکز اکسیداز به وضوح در غلظتهای بالاتر آنزیم و سوبسترا افزایش مییابد. از سولفیدریل اکسیداز برای حذف گروههای سولفیدریل استفاده میشود. گروههای سولفیدریل طی پاستوریزه کردن شیر تولید میشوند و طعم بد در شیر فوق پاستوریزه ایجاد میکنند.
در ادامه به برخی کاربردهای گلوکز اکسیداز در محصولات غذایی و نوشیدنی اشاره شده است:
- بهبود رنگ و طعم (جلوگیری از تغیرات نامطلوب رنگ)
- افزایش ماندگاری مواد غذایی، نوشیدنی و لبنی با حذف گلوکز
- سفید کردن شیر
- بهبود حجم نان
- حذف گلوکز از پودر خشک تخم مرغ، کاهش احتمال فساد و افزایش ماندگاری تخم مرغ
- حذف اکسیژن از آب میوهها و نوشیدنیهای مختلف
- جلوگیری از فساد ماهی و فیله ماهی (تعویق ایجاد بوی آزار دهنده)
کاربرد گلوکز اکسیداز در فرایندهای زیستی
گلوکز اکسیداز، همراه با کاتالاز، در کیتهای تست گلوکز (به ویژه در حسگرهای زیستی) برای تشخیص و اندازهگیری حضور گلوکز در محلولهای صنعتی و بیولوژیکی (مانند نمونههای خون و ادرار) استفاده میشود. از این رو، گلوکز اکسیداز آنزیمی ارزشمند در صنعت، تشخیص پزشکی، بیوتکنولوژی و پردازش زیستی است.
نقش آنزیم گلوکز اکسیداز در حذف اکسیژن از ماءالشعیر
افزودن مقدار مناسب آنزیم گلوکز اکسیداز در فرآیند تولید ماءالشعیر میتواند اکسیژن محلول را حذف کند و از اکسید شدن ماءالشعیر جلوگیری کند. همچنین آنزیم گلوکز اکسیداز، بر سایر مواد موجود در فرمولاسیون ماءالشعیر تأثیر نمیگذارد. بنابراین، آنزیم گلوکز اکسیداز تأثیر قابل توجهی در جلوگیری از کهنگی ماءالشعیر، حفظ طعم ماءالشعیر و افزایش ماندگاری دارد. علاوه بر این، میتواند به طور موثری از خوردگی اکسیداتیو دیوارههای داخلی قوطیها جلوگیری کند.
کاربرد گلوکز اکسیداز درصنایع نساجی
در صنعت نساجی، سفید کردن (بلیچینگ) بیولوژیکی گلوکز اکسیداز مزایای زیادی نسبت به فرآیندهای شیمیایی سنتی دارد:
- ایمنتر است.
- کارآمدتر است.
- مقرون به صرفهتر است.
- کاهش اثرات زیست محیطی به دنبال دارد.
بلیچینگ بیولوژیکی با گلوکز اکسیداز را میتوان در دماها و سطوح pH پایینتر انجام داد که منجر به کاهش هزینههای انرژی و اقتصادی میشود. گلوکز اکسیداز، پراکسید هیدروژن (H2O2) و اسید گلوکونیک تولید میکند که میتواند یونهای فلزی را کیلیت کند و به فرآیند سفید کردن کمک کند. گلوکز اکسیداز نه تنها زمان واکنشها را کاهش میدهد، بلکه کارایی حذف رنگ، کیفیت محصول و یکپارچگی فرآیند را نیز بهبود میبخشد. حضور H2O2 در فرایند بلیچینگ پنبه به دلیل رخداد واکنشهای رادیکال به ویژه در حضور یونهای فلزی باعث تخریب الیاف میشود. با این حال، گلوکز اکسیداز، H2O2 را در محیطی با pH 4.5-7 و دمای پایینتر تولید میکند. در این دما و pH، آنزیم گلوکز اکسیداز فعال است و از الیاف در برابر اثرات مخرب محافظت میکند. علاوه بر این، گلوکز اکسیداز تأثیر مثبتی بر تصفیه پساب در منسوجات نشان داده است. گلوکز اکسیداز در ترکیب با گلوکز و سولفات منگنز (MnSO4)، عملکرد رنگزدایی مطمئنتری را نسبت به زمانی که به تنهایی استفاده میشود نشان میدهد.
گلوکز اکسیداز و سوخت زیستی
گلوکز اکسیداز آنزیمی است که پتانسیل زیادی در بهبود فرایند تولید سوخت زیستی نشان داده است. سلولهای سوخت زیستی به دلیل توانایی آنها در تبدیل انرژی شیمیایی گلوکز به الکتریسیته، منابع انرژی جایگزین در نظر گرفته میشوند. یکی از مزایای عمده استفاده از گلوکز اکسیداز، پایداری و فعالیت بیولوژیکی نسبتاً بالای آن است که آن را به گزینهای مقرون به صرفه تبدیل میکند. علاوه بر این، گلوکز اکسیداز از گلوکز به عنوان بستر خود استفاده میکند، که به راحتی در دسترس و فراوان است و منبع انرژی ایمن و پاکی را فراهم میکند. بنابراین، گلوکز منبع سوخت ایده آل برای GOX ها است.
