آنزیم پروتئاز
پروتئازها متعلق به گروهی از آنزیمهای پروتئولیتیک هستند که پیوندهای پپتیدی پروتئینها را هیدرولیز میکنند. این آنزیمها تقریباً در تمام گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسمها به طور گسترده توزیع شدهاند. هضم جزئی توسط پروتئازها، توالیهای پپتیدی را تولید میکند که دارای خواص بیولوژیکی و مواد غذایی کاربردی مهم هستند. پروتئازها یکی از مهمترین گروههای آنزیمهای صنعتی را تشکیل میدهند که تقریباً 60 درصد از کل بازار آنزیمها را در اختیار دارند. تنوع گسترده پروتئازها، با توجه به عملکرد و کاربردشان، به طور گسترده در صنایع شوینده، مواد غذایی، دارویی و چرم مورد استفاده قرار گرفتهاند.
نحوه تولید پروتئاز
فرآیندهای تخمیر تجاری برای تولید پروتئازهای میکروبی از حدود دهه 1950 توسعه داده شدند. برخی از سویههای رایج تولید کننده پروتئاز از جمله گونههای آسپرژیلوس، ریزوپوس و باسیلوس، همان گونههایی هستند که در تخمیرهای سنتی مواد غذایی یافت میشدند. در دستور پختهای قدیمی، پروتئازها در تجزیه پروتئینها و ایجاد طعمهای متمایز نقش موثری ایفا میکردند. سویههای با پتانسیل تولید انبوه از طریق غربالگری گسترده جداسازی میشوند. پیشرفتهای مهندسی ژنتیک، از جمله توانایی بیان پروتئینهای نوترکیب در ارگانیسمهای میزبان و توانایی دستکاری و بهبود رونویسی، ترجمه، ترشح و سایر فرآیندها به افزایش تولید پروتئاز کمک کرده است. مهندسی پروتئینها برای اصلاح خواصی مانند سینتیک، عمکرد اختصاصی، پایداری و بهبود یا گسترش کاربردهای پروتئاز استفاده میشود.
انواع پروتئاز
پروتئازها در همه منابع، یعنی باکتریها، قارچها، ویروسها، گیاهان، حیوانات و انسانها به دلیل نقشهای فیزیولوژیکی مهمشان شناسایی شدهاند. بر اساس محل اثر بر روی سوبستراهای پروتئینی، آنها به طور گسترده به عنوان اندو پپتیدازها یا اگزوپپتیدازها طبقه بندی میشوند.
- اگزوپپتیدازها
اگزوپپتیداز، پپتیدازی است که برش پیوند پپتیدی پایانی یا ماقبل آخر را کاتالیز میکند. این فرآیند یک اسید آمینه واحد، دی پپتید یا یک تری پپتید را از زنجیره پپتیدی آزاد میکند. بسته به اینکه اسید آمینه از آمینو یا پایانه کربوکسی (پایانهN یا پایانهC) آزاد می شود، اگزوپپتیداز به عنوان آمینوپپتیداز یا کربوکسی پپتیداز طبقه بندی میشود. برخی از نمونههای اگزوپپتیدازها عبارتند از: کربوکسی پپتیداز A، کربوکسی پپتیدازB، آمینوپپتیداز، پرولیناز، پرولیداز.
- اندوپپتیدازها
اندوپپتیداز یا اندوپروتئیناز پپتیدازهای پروتئولیتیکی هستند که پیوندهای پپتیدی اسیدهای آمینه غیر پایانی (یعنی درون مولکول) را میشکنند، برخلاف اگزوپپتیدازها که پیوندهای پپتیدی را از قطعات انتهایی اسیدهای آمینه پایانی میشکنند. به همین دلیل، اندوپپتیدازها نمیتوانند پپتیدها را به مونومر تجزیه کنند، در حالی که اگزوپپتیدازها میتوانند پروتئینها را به مونومر تجزیه کنند. یک مورد خاص از اندوپپتیداز، الیگوپپتیداز است که سوبستراهای آن به جای پروتئین، اولیگوپپتید هستند. نمونه هایی از اندوپپتیدازها عبارتند از: تریپسین، کیموتریپسین، الاستاز، پپسین ، گلوتامیل اندوپپتیداز، نپریلیسین.
کاربرد پروتئازها در صنایع غذایی
پروتئازها به دلیل خصوصیات بیوشیمیایی مانند دما، pH، فعالیت و پایداری از اهمیت بالایی در صنایع غذایی برخوردار هستند. هزینه تولید، سهولت توسعه، بازارها و صرفه جویی در کاربردها از مزایای بیشتر آن است. پروتئازها به طور منظم برای مقاصدی مانند پنیرسازی، پخت، هیدرولیز سویا و نرم کردن گوشت استفاده میشوند.
- صنایع لبنی
کاربرد مهم پروتئازها در صنایع لبنی در ساخت پنیر است. آنزیمهای منعقد کننده شیر به چهار دسته اصلی تقسیم میشوند: مایه پنیرهای حیوانی، منعقد کنندههای میکروبی شیر، مایه پنیر گیاهی و کیموسین دستکاری شده ژنتیکی. پروتئازهای منعقد کننده شیر حیوانی و میکروبی متعلق به گروهی از پروتئازهای آسپارتات اسیدی هستند. در ساخت پنیر، نقش اساسی پروتئازها هیدرولیز پیوند پپتیدی خاص برای تولید پارا کازئین و ماکرو پپتیدها است.
- صنعت پخت و نان
هنگامی که پروتئازها در خمیر آرد مخلوط میشوند، زمان اختلاط را کاهش میدهند و یک نان با بافت و رنگ پوسته بهتر تولید میکنند. پروتئینازهای باکتریایی عمدتاً از B. subtilis مشتق میشوند. این آنزیمهای پودری بسیار پایدار هستند و تا 1 سال، تا 95 درصد فعال میمانند. پروتئازها برای تجزیه و کاهش محتوای گلوتن در محصولات نانوایی کاربرد دارند.
- تولید سس سویا
سس سویا، نوعی چاشنی است که از تخمیر میکروبی سویا و گندم در آب نمک تهیه میشود. در مقیاس صنعتی، آنزیمهای پروتئولیتیک و آمیلاز برای هضم دانههای سویا در آب نمک استفاده میشود. این به طور قابل توجهی زمان تخمیر در آب نمک را کاهش میدهد.
- نرم کردن گوشت
کیفیت ارگانولپتیکی گوشت از اهمیت بالایی در بازار پسندی برخوردار است. پروتئازهای اگزوژنوس مانند کلاژناز از کلستریدیوم هیستولیتیکوم، پروتئاز آسپارتیک از A. oryzae، پروتئاز ترموفیل از سویه باسیلوس و کالدولیزین از سویه Thermus به صورت تجاری برای بهبود لطافت گوشت استفاده میشوند.
- تولید صنعتی آسپارتام
آسپارتام که یک عنصر مهم در فرمولاسیون بیش از 5000 کالای مصرفی و نوشیدنی در سراسر جهان است. سنتز آنزیمی این شیرین کننده در صنعت میتواند توسط آنزیم آسپارتام انجام شود.
