بخشی از مقاله
چکیده:
در طی سال های اخیر افزایش تقاضا برای ترکیبات طبیعی جدید منجر به توسعه ترکیبات زیست فعال گیاهی شده است. لذا در زمینه کشف ترکیبات زیست فعال جدید تحقیقات بسیاری صورت گرفته است که منجر به دانش فنی تولید ترکیبات زیست فعال از منابع گیاهی شده است. نقش بسیاری از این ترکیبات در جلوگیری از بیماری های مختلفی مانند سرطان قلبی عروقی فشار خون دیابت و غیره به خوبی شناخته شده است. بنابراین کاربرد های صنعتی ترکیبات زیست فعال با منشا گیاهی نظیر فرمولاسیون غذاهای عملگر غذاداروها صنایع داروسازی و مواد آرایشی بهداشتی از گستره روز افزونی برخوردار است.
نظر به این که در استخراج این ترکیبات از منابع گیاهی وجود موانع فیزیکی و شیمیایی در بافت ها و سلول گیاهی باعث کاهش راندمان استخراج می شوند تحقیقات در خصوص تشدید آز ادسازی این ترکیبات از دیواره سلولی به روش های نوین از طریق شکستن سلول نفوذ پذیری و استخراج از طریق دیواره سلولی با بهره گیری از سیستم های آنزیمی منجر به بهبود فرایند و راندمان استخراج گردیده است. این مقاله مروری بر کاربرد آنزیم ها در افزایش راندمان استخرا ج ترکیبات زیست فعال گیاهی به ویژه با رویکرد اهداف استفاده در صنایع غذایی و غذاداروها می باشد.
مقدمه
برای استخراج ترکیبات زیست فعالی که به دیواره سلولی متصل شده اند و با روش های استخراج معمولی با حلال های آبی به آسانی استخراج نمی شوند روش های هضم آنزیمی پیشنهاد می شود. در مقایسه با روش های استخراج با حلال، هضم آنزیمی دیواره سلولی راندمان بالاتری را نشان داده و باعث تشدید فعالیت بیولوژیکی می شود. مطالعات اخیر در زمینه ترکیبات زیست فعال از منابع طبیعی نشان داده اند که گیاهان دارای ترکیبات زیست فعال جدید با خواص بیولوژیکی هستند.
استخراج، یک مرحله مهم و شروع جداسازی ترکیبات زیست فعال مختلف از مواد گیاهی است اما کارایی استخراج ترکیبات زیست فعال از دیواره سلولی گیاهان به علت حضور پلی ساکارید های پیچیده دیوار سلولی مثل آلژینات ها و کاراجینان مشکل است. محتوای بالای پلی ساکاریدهای متعدد موجود در دیواره سلولی ، دسترسی به ترکیبات زیست فعال را مشکل می کند. به طور کلی دیواره های سلولی از بیو پلیمر های بزرگ و پیچیده ای مثل، سلولز، همی سلولز، لیگنین، پکتین تشکیل شده اند.
سلولز فراوان ترین کربوهیدرات در طبیعت است و تجزیه آن بسیار مشکل است اما دیواره سلولی گیاهان آبزی بسیار پیچیده تر و هتروژن تر4 از گیاهان خشکی است لذا تجزیه آنزیمی پلیمرهای دیواره سلولی در طی سالهای اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است و یک فرایند جایگزین مناسب برای روش های استخراج شیمیایی و مکانیکی است. این روش بیوتکنولوژی ، به طور گسترده برای بهبود راندمان استخراج ترکیبات زیست فعال از گیاهان خشکی استفاده می شود.
استفاده موفق از این تکنیک برای بازیافت پلی فنل ها از هسته مرکبات، پوست انگور، سیب، سیب نارس، کشمش سیاه، برگ های جینکو بالوبا5 گزارش شده است. علاوه بر این، کاربرد تکنیک استخراج به کمک آنزیم - - - - $ روی جلبک ها نیز گزارش شده است - دوئی کاساگی . - 2004 در این تحقیق کاربرد آنزیم ها در افزایش راندمان استخراج ترکیبات زیست فعال گیاهی به ویژه با رویکرد اهداف استفاده در صنایع غذایی و غذاداروها مورد بررسی قرار می گیرد.
انتخاب آنزیم مناسب و اپتیمم سازی شرایط استخراج
آنزیم ها در بسیاری از کاربرد های تجاری نقش مهمی را ایفا می کنند. بنابراین هیدرولیز آنزیمی مواد به چندین فاکتور فیزیکوشیمیایی بستگی دارد. آنها کاتالیزورهای بیولوژیکی هستند و انتخاب آنزیم هیدرولیزی مناسب یا مخلوط اپتیمال6 آنزیم ها برای رسیدن به نتیجه مطلوب حیاتی است. برای هضم اتصالات پلیمرهای خاص موجود در بافت های سالم گیاهی ابتدا باید آنزیم مناسب انتخاب شود. پس از انتخاب آنزیم مناسب برای رسیدن به ماکزیمم بازیافت ترکیبات زیست فعال آنزیم مناسب شرایط عملیاتی متعددی می تواند به کار گرفته شود.
چندین فاکتور وجود دارند که مستقیما در اثر آنزیم ها در تجزیه پلیمر های دیواره سلولی و آزاد سازی ترکیبات زیست فعال مؤثرند. بنابراین فاکتورهای مؤثر برای پیدا کردن شرایط واکنشی اپتیمم می توانند تعدیل شوند لذا مراحل اپتیمم سازی در فرایند استخراج به کمک آنزیم بحرانی است. در نظر گرفتن ترکیب دما و زمان تیمار آنزیمی قبل از استخراج یکی از مهمترین فاکتور هایی است که باید مورد توجه قرار گیرد. در مورد واکنش های آنزیمی، بسیاری از آنزیم ها در حرارت بالا اثر معکوس دارند به خصوص برای استخراج پلی فنل هابه علت ناپایداری آنها، درجه حرارت نمی تواند از حد مشخص بیشتر شود.
علاوه بر این pH نیز در واکنش های آنزیمی بسیار مؤثر است. مناسب ترین pH نقطه ای است که آنزیم در آن بیشترین فعالیت را دارد که به pH اپتیمم معروف است. بنابراین برای انجام فعالیت آنزیمی در سطح اپتیمم، درجه حرارت و pH به بهترین نحو باید تنظیم شوند. نسبت سوسبترا7 به آنزیم یا غلظت آنزیم8 نیز یکی از مهمترین متغیرات9 فرایند است. نوع حلال استخراجی استفاده شده و نسبت حلال به مواد نیز از فاکتور های مهمی هستند که باید مورد توجه قرار گیرند.
در حقیقت نوع حلال یکی از مهمترین متغیر های تاثیر گذار در فرایند استخراج است. علاوه بر این اندازه مولکولهای مورد نظر و هم زنی نیز نقش مهمی در فرایند استخراج دارند. - مونیش پوری و همکاران 2011 و وی جی سینگ و همکاران . - 2012 اپتیمم شرایط واکنش، pH و درجه حرارتی که معمولا آنزیم ها استفاده می کنند در جدول1 آمده است.
کاربرد آنزیم ها
کاربرد موفق آنزیم ها برای استخراج رنج وسیعی از فراورده ها مثل استخراج کاروتنوئیدها از گل های گل همیشه بهار 10 یا جعفری و یا پوست گوجه، وانیلین11 از تخمدان سبز وانیل 12، پلی ساکارید ها از استرکولیا13، روغن از دانه انگور14 و پلی فنلی ها نشان می دهد که آنزیم ها می توانند برای استخراج ترکیبات زیست فعال از منابع گیاهی مفید باشند
جدول-1 اپتیمم شرایط واکنش معمول آنزیم ها
تحقیقات زیادی در زمینه استخراج بر پایه آنزیم صورت گرفته است و آنزیم های تجاری نیز در این زمینه موجود می باشند. آنزیم ها به طور خاص برای تیمار مواد گیاهی قبل از روش های سنتی استخراج نیز استفاده شده اند. آنزیم های مختلف مثل سلولازها، پکتینازها و همی سلولاز ها برای تخریب، ساختار دیواره سلولی را هیدرولیز کرده و سپس قابلیت نفوذ دیواره سلولی افزایش می دهند که منجر به بازده استخراج بیشتر زیست فعال ها می شود.
آنزیم ها می توانند از باکتری ها، قارچ ها و اندام های حیوانی یا عصاره های میوه جات و سبزیجات مشتق شوند. در استفاده از آنزیم ها برای مؤثرتر بودن آنها برای استخراج لازم است که خواص تجزیه ای و حالت عمل، شرایط اپتیم عملیاتی و اینکه کدام آنزیم و یا ترکیب آنزیمی برای مواد گیاهی انتخاب شده مناسب است، دانسته شود. آنزیم ها همچنین برای افزایش آزادسازی فلاونوئید از مواد گیاهی با مینیمم حلال و حرارت استفاده شده اند
یک نمونه استفاده از سیستم آنزیمی در فرایند پلی ساکارید پکتیکی، برای تشدید استخراج یک آنتی اکسیدان می باشد. آنزیم در میزان % 0/1 وزنی / وزنی استخراج را از 1/7 به 7/ 4 گرم در کیلوگرم وزن خشک ماده خام افزایش داد. مثال دیگر بهبود بازده استخراج لیکوپن از گوجه است. آنزیم های کمک کننده به استخراج لیکوپن از بافت های گوجه، سلولاز و پکتینازها تحت شرایط اپتیمم بودند که منجر به افزایش قابل توجه - %206 - در راندمان استخراج لیکوپن شد
مثال دیگر سلولز، پکتین و همی سلولز در ضایعات پوست گریپ فروت می توانند به وسیله آنزیم های سلولاز، پکتیناز به قندهای مونومر تجزیه شده که بعداً می توانند به وسیله میکروارگانیسم ها برای تولید اتانل و سایر فراورده های تخمیری استفاده شونداخیراً. سلولاز در مراحل مایع سازی برای بهبود فرآیند قند سازی از تفاله نیشکر برای تولید بیواتانل15 معرفی شده است که سلولاز باعث بهبود قند سازی و افزایش تولید اتانل می شود. اخیراً مشاهده شده است که آنزیم ها می توانند برای تخریب کمپلکس پکتین- سلولز در پوست مرکبات استفاده شوند و تشکیل فلاونوئید - نارینجین - راتشدید کنند
در فراوری مواد غذایی، آنزیم های پکتیکی به طور صنعتی برای استخراج، صاف کردن16 و تغلیظ آب میوه جات، استخراج پکتین، استخراج روغن ها، مواد طعمی و رنگدانه ها از مواد گیاهی به کار گرفته می شوند.آنزیم هایی که غالباً برای استخراج روغن استفاده می شوند، سلولاز، - آمیلاز17 و پکتیناز هستند. تلقیح آنزیم در فرایندهای استخراج روغن محتوای بالایی از ترکیبات آنتی اکسیدانی را در روغن زیتون، روغن شب چراغ18چربی گیری شده و روغن گاو زبان19 تولید می کند.مصرف آنزیم - پکتیناز و -B گلوکاناز - 20 باعث بهبود بازده بیشتر %15 در مقایسه با شاهد شد. کیفیت روغن هایحاصل از تیمار آنزیمی در مقایسه با روغن های استخراج شده با هگزان نسبتاً خوب است.
