آنزیم
آنزیمها مولکولهایی آلی از جنس پروتئین هستند و اساسا از دو بخش تشکیل شدهاند: بخش پروتئینی به نام آپوآنزیم و بخش غیر پروتئینی به نام کوفاکتور. هر آنزیم تحت شرایط خاص pH، دما، غلظت و فعالیت آبی به طور موثر عمل میکند. صنعت غذایی به دنبال آنزیمهایی است که بهرهوری را افزایش و اتلاف انرژی و ماده را کاهش دهد. آنزیم نوعی پروتئین فعال کاتالیزوری است. راندمان کاتالیزوری آنزیمها بیشتر از کاتالیزورهای معدنی است. به جز ویژگیهای کلی کاتالیزور شیمیایی، آنزیم دارای مزایایی مانند راندمان کاتالیزوری بالا، انتخاب پذیری بالا، دارا بودن کاربرد اختصاصی، عدم نیاز به دمای بالا و انرژی زیاد برای ارائه کارکرد مطلوب میباشد.
کاربرد آنزیمها در صنایع مختلف
آنزیمها برای سنتز کایرال و برای کنترل و سرعت بخشیدن به واکنشها به منظور تولید یک محصول نهایی ارزشمند استفاده میشوند. همچنین به طور فزایندهای در تولید سوختهای زیستی و زیست پلیمرها استفاده میشوند. آنزیمها کاتالیزورهای زیستی هستند که نقش کلیدی در صنایع غذایی دارند و واکنشهای شیمیایی مطلوب و نامطلوب را ایجاد میکنند. واکنشهای مطلوب به شکل ارادی و توسط نیروی متخصص در طی فرآوری انجام میشود اما واکنشهای نامطلوب معمولا به شکل خود به خود طی فراوری رخ میدهند. آنزیمها به طور کلی کارکرد متنوعی در صنایع غذایی همچون مهار میکروارگانیسمهای نامطلوب (آنزیم نگهدارنده)، ایجاد عطر و رایحه، بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی، کاهش کریستالیزاسیون آب نبات، نرم کردن بافت گوشت و بهبود خواص آنتی اکسیدانی دارند.
فرآوری آرد
آنزیمهای این گروه خالص و طبیعی هستند (از میکروارگانیسمهای زنده تولید میشوند) و نقش موثری در صنعت آرد ایفا میکنند؛ کیفیت پخت، ارزش تغذیهای، بافت و ماندگاری در انبار اقلام مختلف آرد را بهبود میبخشند. علاوه بر فیتاز، همی سلولاز و گلوتامین آمینوترانسفراز آنزیمهایی هستند که در صنعت آرد برای بهبود کیفیت آرد گندم استفاده میشوند، آنزیمهای زیر به عنوان کاتالیزور در فرایند پردازش و بهبود آرد کاربرد گسترده دارند:
- آمیلاز
آمیلاز در صنعت نانوایی کارکردهای مانند بهبود حجم نان، تسریع تخمیر، بهبود بافت، طعم، خاصیت ارتجاعی و رنگ نان، ایجاد پایداری در نان و افزایش مدت زمان ماندگاری نان را نشان میدهد. - پروتئاز
با تضعیف گلوتن خمیر را نرم میکند که درنهایت منجر به بهبود ویسکوالاستیسیته، کشش و صافی خمیر میشود. زمان مخلوط شدن خمیر را کاهش میدهد و ویژگیهای مکانیکی نان و کیفیت پخت را بهبود میبخشد. شکل دادن به محصول را ساده میکند و طعم را بهبود میدهد. - لیپاز
لیپازدر صنعت پخت و نان کارکردهای همچون به تعویق انداختن بیاتی نشاسته، تسریع تخمیر خمیر، افزایش حجم نان، بهبود کیفیت و ماندگاری، کاهش لکههای روی خمیر، جلوگیری از به هم چسبیدن رشتههای فرنگی (نودلها) در آب جوش، بهبود مقاومت کششی و مقاومت شکست محصولات پخت و نان را ارائه میدهد.
فرآوری لبنیات
کاتالاز و لاکتاز، آنزیمهای اساسی مورد استفاده در فرآوری لبنیات هستند.
- کاتالاز
دارای فعالیت آنزیمی بالایی برای دفع پراکسید هیدروژن مازاد در لبنیات است. همچنین برای از بین بردن پاتوژنها در کنار H2O2 استفاده میشود. - لاکتاز
در فرآوری شیر کم قند کاربرد دارد و مقدار لاکتوز را کاهش میدهد. شیری که با لاکتوز کم میتواند طعم شیر و مزایای سلامتی را بهبود بخشد. در شیر تخمیر شده، استفاده از لاکتاز میتواند واکنش تخمیر شیر را تسریع کند و ماندگاری شیر را افزایش دهد. لاکتاز استفاده شده در شیر تغلیظ شده نه تنها از تبلور لاکتوز در حین تغلیظ جلوگیری میکند، بلکه باعث خوش طعم شدن محصول، کاهش مقدار ساکارز و مهار رشد باکتریها میشود. استفاده از لاکتاز در ماست منجمد باعث بهبود طعم خوشایند ماست میشود و نقطه انجماد را کاهش میدهد و خاصیت ضد یخ زدایی را افزایش میدهد. استفاده از لاکتاز در شیرخشک میتواند کیفیت شیرخشک را بهبود بخشد، کارامل غنی و سایه کاراملی آن پس از هیدرولیز در فرآوری شیر شکلاتی کاربرد دارد.
فرآوری گوشت و فرآوردههای گوشتی
آنزیمها در صنایع غذایی از قبیل صنعت گوشت اساساً برای بهبود کیفیت محصول (بو، طعم و رنگ) و بهبود ارزش افزوده فرآوردههای جانبی استفاده میشوند.
- پاپائین کلسیم
فرآوردههای گوشتی تقویت شده با بهبود دهنده پاپائین کلسیم دارای رنگ خاکی مایل به قرمز، طعم تازه و عالی هستند. این آنزیم ضعفهایی از جمله طعم زننده و غیر عادی، بافت نامطلوب، رنگ مایل به خاکستری و راندمان کم را تقلیل میدهد.
- بروملین
استفاده از مقادیر خاصی از بروملین به همراه فسفاتها و کلرید کلسیم در گوشت گوسفندی پخته شده میتواند طعم را به طرز باورنکردنی بهبود دهد. سوسیس بره تهیه شده با این آنزیم، دارای بافت لطیف، خاصیت ارتجاعی و طعمی بینظیر است. - ترانس گلوتامیناز
ترانس گلوتامیناز میتواند پیوندهای کووالانسی لیزین بین ذرات پروتئین را کاتالیز کند تا ژلهای پروتئینی قدرتمندی ایجاد شود. این ژلها سختی و خاصیت ارتجاعی آشکاری به اقلام گوشتی میبخشند. حاصل عمل آنزیمها، هیدرولیز غالب پروتئینهای موجود در گوشت به اسیدهای آمینه است. آنزیم ترانس گلوتامیناز در نهایت باعث خوشمزهتر و خوشرنگتر شدن ماده غذایی میشود و جذب آن را تسهیل میکند.
فرآوری میوه، سبزیجات و نوشیدنی
آنزیمهایی که برای فرآوری میوه و سبزیجات به کار میروند عمدتاً ژلاتین، سلولاز و آمیلاز هستند و به تنهایی یا به صورت ترکیبی استفاده میشوند. این آنزیمها اغلب برای پوست کندن میوهها، شفاف سازی آب میوه، کاهش غلظت آب میوه، افزایش پایداری و ماندگاری میوهها و سبزیجات به کار میروند.
- تاناز
آنزیمها به طور کلی در پردازش چای استفاده میشوند. تاناز میتواند از کدر شدن چای جلوگیری کند و کیفیت چای را بهبود بخشد. در حال حاضر، از آن در فرآوری چای سیاه، چای سبز و چای اولانگ استفاده میشود.
- سلولاز و پکتیناز
سلولاز و پکتیناز میتوانند توده سلولی چای را از هم جدا کنند و همچنین باعث میشوند عناصر پویای چای به طور موثرتری تجزیه شوند؛ که به این ترتیب سرعت آماده شدن چای فوری، شفافیت چای و عطر چای را بهبود میدهند.
- پروتئاز
پروتئاز میتواند سرعت استخراج، شفافیت چای و طعم چای را بهبود دهد.
آنزیمهای نگهدارنده
در فرایند ذخیره سازی و انبار مواد غذایی، به دلیل فعالیت اکسیداسیون باکتریها، مواد غذایی ممکن است در معرض فساد قرار بگیرند. در نتیجه خسارتهای مالی فروانی متوجه صنعت غذایی خواهد شد.کار آنزیمهای نگهدارنده غیر فعال کردن یا مهار کردن بخشها، میکروارگانیسمها و عواملی است که باعث فساد یا کاهش طول عمر مواد غذایی میشوند. تکنیکهای کم تحرک سازی آنزیمی برای به حداقل رساندن شرایط نامطلوبی که آنزیمها طی مراحل فرآوری مواد غذایی با آن مواجه هستند، در صنایع بسته بندی و صنایع غذایی به منظور بهبود ماندگاری محصول کاربرد دارد. آنزیمی مانند لیزوزیم یک نگهدارنده زیستی بسیار موثر است که با تخریب دیواره سلولی باکتریها، باعث از بین رفتن ساختار باکتریها میشود. در نتیجه ماندگاری ماده غذایی افزایش پیدا خواهد کرد.
آنزیم نگهدارنده مناسب برای مصارف صنعتی
آنزیمها طیف وسیعی از مواد پروتئینی هستند و دارای خواص منحصر به فرد و قیمتهای متنوع هستند. واحدهای صنعتی فعال در صنایع غذایی برای خرید آنزیم بهتر است به ویژگیهای آنزیم همچون خلوص، خواص آنتیاکسیدانی، دمای فعالیت، وزن مولکولی، خواص کاتالیزوری، نوع اختصاصی بودن (نگهدارنده، بهبود دهنده و ...)، PH فعالیت، میزان حل پذیری در آب، گلیسرول رقیق، کلرید سدیم و الکل رقیق، برگشت پذیری یا برگشت ناپذیری واکنش آنزیم توجه داشته باشند.
طبقه بندی آنزیمها
آنزیمها را میتوان با توجه به واکنش شیمیایی کاتالیز شده در 6 دسته طبقه بندی کرد: اکسیدوردوکتاز، ترانسفراز، هیدرولاز، لیاز، ایزومراز و لیگاز.
- اکسیدوردوکتاز
پراکسیداز (POD)، پلی فنل اکسیداز (PPO)، کاتالاز، لیپوکسیژناز و گلوکز اکسیداز از جمله آنزیمهای اکسیدوردوکتاز هستند. این آنزیمها در اکسیداسیون و احیای سوبستراهای خود مانند الکل دهیدروژناز، لاکتات دهیدروژناز، گزانتین اکسیداز، گلوتاتیون ردوکتاز، گلوکز-6-فسفات دهیدروژناز نقش دارند.
- ترانسفراز
تنها ترانس گلوتامیناز در این دسته قرار میگیرد. این آنزیمها انتقال یک گروه خاص را از یک بستر به بستر دیگر کاتالیز میکنند. به عنوان مثال، آسپارتات آمینو ترانسفراز (AST)، آلانین آمینوترانسفراز (ALT)، هگزوکیناز، فسفوگلوکوموتاز، هگزوز-1-فسفات اوریدیل ترانسفراز، اورنیتین کاربامویل ترانسفراز و غیره.
- هیدرولاز
آمیلاز، اینورتاز، سلولاز، پکتیناز، لاکتاز و لیزوزیم در دسته هیدرولازها جای میگیرند. این آنزیمها باعث هیدرولیز میشوند مانند گلوکز-6-فسفاتاز، پپسین، تریپسین، استرازها، گلیکوزید هیدرولازها و غیره.
- لیاز
پکتین لیاز و پکتات لیاز دو آنزیمی هستند که در زیر مجموعه لیاز قرار میگیرند. اینها آنزیمهایی هستند که حذف مولکولهای کوچک از یک بستر بزرگ را تسهیل میکنند، مانند فوماراز، آرژینوسوکسیناز، هیستیدین دکربوکسیلاز.
- ایزومراز
گلوکز ایزومراز در بین ایزومرازهای موجود در صنایع غذایی جایگاه ویژهای دارد. این آنزیمها در ایزومریزاسیون سوبسترا به عنوان مثال UDP-گلوکز، اپی مراز، ایزومراز شبکیه، راسماز، ایزومراز تریوز فسفات نقش دارند.
عوامل موثر بر پایداری آنزیم
- دما
بیشتر آنزیمها را میتوان در شرایط دمای پایین (0 تا 4 درجه سانتی گراد) استفاده و نگهداری کرد. با این حال، برخی از آنزیمها دارای ثبات ساختاری مرتبط با پیوندهای آبگریز هستند. بسیاری از آنزیمها را میتوان به صورت منجمد در نیتروژن مایع یا 80- درجه سانتی گراد نگهداری کرد.
- PH
اکثر آنزیمها فقط در یک محدوده pH خاص پایدار هستند و خارج از این محدوده با کاهش پایداری مواجه میشوند. با این حال، تعداد کمی از لیزوزیمها با وزن مولکولی کم و ریبونوکلئازها در شرایط pH اسیدی کاملاً پایدار هستند. نوع بافر نیز گاهی اوقات بر پایداری آنزیم تأثیر میگذارد. به عنوان مثال، بافر Tris-HCl ممکن است فعالیت آنزیمهای خاصی را زیر PH 7.5 متوقف کند.
- غلظت آنزیم
اگرچه پایداری آنزیم بسته به ماهیت و خلوص آن متفاوت است، اما به طور کلی پروتئین آنزیم در غلظت بالا پایدار است و در غلظت پایین به راحتی تخریب میشود.
روشهای بهبود پایداری آنزیمها
- سوبسترا، بازدارنده و کوآنزیم اضافه کنید. به عنوان مثال، افزودن اسید ال-گلوتامیک اغلب می تواند N-متیل گلوتامات سنتاز را تثبیت کند، افزودن اسید سیتریک میتواند آکونیتاز را تثبیت کند، افزودن بازدارنده بنزوات سدیم یا FAD مصنوعی می تواند D-آمینو اسیداز را تثبیت کند.
- عامل محافظ SH، مانند گلوتاتیون، دیمرکاپتواتانول و DDT اضافه کنید.
- برخی از یونهای معدنی مانند کاتیون کلسیم میتوانند از آلفا آمیلاز محافظت کنند. کاتیون منگنز میتواند لیزوزیم را تثبیت کند. آنیون کلر میتواند هیالورونیداز و غیره را تثبیت کند.
