پکتیناز
پکتیناز مجموعهای از آنزیمهایی است که پکتین را به ترکیبات ساده تری به نام اسیدهای گالاکترونیک تجزیه می کند. میکروبها و گیاهان عمدتاً پکتیناز تولید میکنند و کاربردهای بیوتکنولوژیکی گستردهای در غذا، کشاورزی، صنعت، محیط زیست و پزشکی دارد. آب میوه، قهوه، کاکائو، چای، مربا و ژله همگی با پکتیناز در صنایع غذایی تهیه می شوند. علاوه بر این، پکتیناز، آنزیم مکمل موجود در خوراک دام، جذب مواد مغذی را افزایش می دهد. پکتیناز در بخش کشاورزی برای تصفیه ویروسهای گیاهی، استخراج روغن، فرآیندهای صمغ زدایی و بیولوژیکی الیاف پنبه استفاده شده است. آنها با تسهیل تجزیه پکتین در بخش محیط زیست، نقش مهمی در تصفیه فاضلاب دارند. پکتیناز را میتوان به راحتی در میوهها یافت. به عنوان یک کاتالیزور طبیعی عمل میکند و در رسیدن میوه نقش دارد. پکتیناز در میکروارگانیسمها نیز یافت میشود و این پکتیناز در صنایع بزرگ استفاده میشود. در حال حاضر، از آنجا که میکروبها تمایل به تکثیر دارند، صنایع از طریق میکروب ها در یک فرآیند کنترل شده پکتیناز تولید می کنند. برای تولید پکتیناز از انواع مختلف قارچ، مخمر و باکتری استفاده میشود. پکتیناز تولید شده توسط گیاهان دارای فعالیت بالاتری است و بنابراین در برابر شرایط قلیایی، اسیدی و دماهای بالا تحمل بیشتری دارد. از سوی دیگر، پکتیناز تولید شده توسط میکروبها فعالیت کمتری دارد و نسبت به دماهای بالا و محیطهای اسیدی و قلیایی تحمل کمتری دارد. به همین دلیل است که صنایع ترجیح میدهند چندین میکروب را برای تولید پکتیناز با فعالیت بالاتر ترکیب کنند تا پکتیناز با تحمل pH و محدوده دمایی بالاتر حاصل شود.
انواع پکتیناز
پکتینازها نقش اساسی در رشد سلولی، رسیدن میوه، پیری و بیماریزایی گیاهان دارند که از سویه هایی مانند قارچ، باکتری یا مخمر بدست میآیند. بر اساس pH عمکلرد بهینه، پکتینازها به گروههای قلیایی یا اسیدی تقسیم میشوند. پکتینازهای اسیدی در صنایع فرآوری آب میوه و نوشیدنی برای تجزیه مواد پکتین استفاده میشوند. در حالی که پکتینازهای قلیایی در کاغذسازی، استخراج روغن نباتی، صنعت نساجی، تصفیه فاضلاب و فرآوری چای و قهوه کاربرد دارند. در ادامه انواع مختلف پکتینازها به تفصیل مورد بحث قرار گرفتهاند:
- پروتوپکتینازها
پروتوپکتینازها آنزیمهای هیدرولاز هستند که ساختار پیچیده پروتوپکتین نامحلول در آب را به پکتین کاهش میدهند. فرآیند اشتقاق دیواره سلولی گیاه، ناشی از فعالیت پکتوزیناژ روی پروتوپکتین دیواره سلولی است. استخراج آنزیمی با استفاده از پروتوپکتیناز، جایگزین استخراج اسیدی و با دمای بالای پکتین در صنایع شده است. پروتوپکتیناز، در پروتوپلاست و تولید پروتئین تک سلولی کاربرد دارد. اما در فرآیند تیمار آنزیمی آبمیوه استخراج شده کاربردی ندارد. پروتوپکتینازها به دو دسته طبقه بندی میشوند: پروتوپکتیناز نوع A: به ناحیه داخلی پروتوپکتین متشکل از اسید گالاکتورونیک تا حدی متیله حمله میکند.
پروتوپکتیناز نوع B: به زنجیره جانبی پروتوپکتین حمله میکند.
- پلی مرازها
هیدرولازها با وارد کردن مولکول آب از طریق پل اکسیژن، پیوند گلیکوزیدی ترکیبات پکتیک را میشکنند. با توجه به سوبسترای مورد حمله آنزیمها، هیدرولازها به دو دسته طبقه بندی میشوند:
پلی گالاکتروناز (PGs): PG ها اسید پکتیک را دپلیمر میکنند. آنها قسمت انتهایی زنجیره اسید پکتیک را هدف قرار می دهند. PG ها از سویههای میکروبی به ویژه آسپرژیلوس نیجر استخراج می شوند.
پلی متیل گالاکتروناز (PMGs): PMG ها پکتین را دپلیمر میکنند. آنها به دو دسته endoPMGs و exoPMGs تقسیم میشوند.
- استرازها
استرازها ویسکوزیته یا کدورت آب میوه را تغییر نمیدهند. در عوض، آنها پکتین را به اسید پکتیک تبدیل میکنند. استراز استخراج شده از گیاهان، در مکانیسم تک زنجیرهای کار میکند؛ آنها روی واحد استری شده مجاور واحد اسید گالاکترونیک غیر استری شده در زنجیره پلیمری عمل میکنند و سپس به صورت خطی پیش میروند. در مقابل، استرازهای میکروبی، گروه استری شده را به طور تصادفی با پیروی از یک مکانیسم چند زنجیرهای حذف میکنند. استرازها را میتوان در دو دسته طبقه بندی کرد:
پکتین متیل استراز (PME): PME گروه متیل را از واحد اسید گالاکترونیک استری شده پکتین حذف میکند.
پکتین استیل استراز (PAE): PAE با حذف گروه استیل از زنجیرههای جانبی پکتین، پکتین را داستیل میکند. عمل PAE با کاهش مانع فضایی گروههای استیل موجود در زنجیرههای جانبی، عملکرد سایر پکتینازها را بهبود میبخشد.
ویژگیهای پکتینازها
- وزن مولکولی بین 30 تا 50 کیلو دالتون
- مزوفیل
- پایداری حرارتی تا بازه 40 تا 60 درجه سانتیگراد
کاربردهای پکتیناز
صمغ موجود در الیاف گیاهی عمدتاً حاوی پکتینها و همی سلولزها است که پردازش الیاف را دشوار میکند. برای پردازش بیشتر، صمغ باید حذف شود. صمغ زدایی به دو روش شیمیایی یا آنزیمی انجام میشود. فرآوری شیمیایی چندان کارآمد نیست، تیمارهای آنزیمی کارآمدتر هستند. آنزیمهای پکتیناز نقش بسیار مهمی در صمغ زدایی گیاهان فیبری دارند. پکتینازها در ترکیب با زایلانازها میتوانند برای صمغ زدایی به روشی سازگار با محیط زیست و زیست تخریب پذیر استفاده شوند. همچنین استفاده از آنزیمها باعث کاهش مصرف انرژی و استفاده از مواد شیمیایی میشود.
- فرآوری آب میوه
آبمیوههای خام استخراج شده به دلیل دارا بودن مواد پکتیک، کدر و متراکم هستند. مصرف کننده، آبمیوهای با ویسکوزیته کم و شفافیت کریستالی با محتوای مغذی بالا را ترجیح میدهد. آنزیم های پکتیناز ترکیبات بیولوژیکی هستند که ترکیبات پکتیک را تجزیه میکنند. پکتینازها (به دلیل غیر سمی بودن و عدم تاثیر بر محیط زیست) بیوکاتالیستهای بیولوژیکی عالی برای شفاف سازی آبمیوه هستند. انواع قارچی پکتیناز به صورت صنعتی توسط گونههای آسپرژیلوس و پنی سیلیوم تولید میشود و تاثیراتی مانند بهبود شفافیت، ظاهر و بافت آبمیوه، کاهش محتوای قند، کاهش میران کدورت، ویسکوزیته و لزج بودن، افزایش نسبت محتوای مغذی محلول، حفظ طعم طبیعی میوه خام (به دلیل وجود شرایط پردازش ملایم) ایجاد میکنند. - کتان و پنبه
باکتریهای کلستریدیوم و باسیلوس و قارچهای آسپرژیلوس و پنی سیلیوم از رایجترین میکروارگانیسمهای تولید کننده پکتیناز مخصوص فرآوری پنبه و کتان هستند. پکتیناز در برشته کردن الیاف کتان استفاده میشود. برشته کردن، فرآیندی تخمیری است که طی آن میکروارگانیسمها پکتینها را تجزیه میکنند و یک فیبر با کیفیت خالص آزاد میکنند. همچنین پکتینازها برای تمیز کردن بیولوژیکی الیاف پنبه استفاده میشوند. الیاف پنبه طبیعی حاوی ناخالصیهایی از مواد غیر سلولزی هستند که میتوان با استفاده از آنزیمهای خاص آنها را حذف کرد. این فرآیند به عنوان لایه برداری زیستی شناخته میشود. فرمولاسیونهای تجاری حاوی پکتیناز، لیپاز، آمیلاز، سلولز و همی سلولاز برای حذف موثر و ایمن آلایندههای غیر سلولزی از پنبه استفاده میشود. این فرآیند همچنین به دلیل زیست تخریب پذیری آنزیمها دارای اثر سازگار با محیط زیست است. - خوراک دام
وجود پکتیناز در فرمولاسیون خوراک دام باعث کاهش ویسکوزیته خوراک میشود و به طور مستقیم توانایی حیوان را برای جذب مواد مغذی افزایش میدهد. این مواد مغذی با فرآیند هیدرولیز از الیاف آزاد میشوند و همچنین دفع مدفوع حیوانات را کاهش میدهند. - استخراج روغنهای خوراکی
آنزیمهای پکتیناز و سایر آنزیمهای تخریب کننده دیواره سلولی برای استخراج روغن از گیاهان استفاده میشوند. استخراج روغن زیتون، رایجترین کاربرد آنها است. آنزیم تجاری مخصوص استخراج روغن زیتون حاوی آنزیمهای سلولاز و همی سلولاز است. هنگامی که زیتونها خرد میشوند، این آنزیمها به آن اضافه می شوند تا استخراج روغن آسانتر شود. روغنهای گیاهی نخل، آفتابگردان، نارگیل، لیمو یا کلزا را میتوان با استفاده از حلالهای آلی مانند هگزان، ترجیحاً با پکتیناز قلیایی استخراج کرد.
