بخشی از مقاله
مروري برنقش آنزیم ها درصنعت آب میوه
چکیده
استفاده از آنزیم ها در صنعت آب میوه باعث افزایش محصول و تولید انواع گوناگون آب میوه شده اسـت. »پکتینـاز« افزودنـی است که باعث تجزیه »مواد پکتیکی« موجود در دیواره سلول هاي گیاهی است و تاثیر این ترکیبات را بر خصوصـیات نهـایی محصول از جمله »رنگ«، »میزان کدري« و »غلظت« کاهش می دهد. هم چنین، از موارد دیگر استفاده گوناگون آنزیم هـا، به کارگیري آنزیم هایی است که در صنعت آب میوه بسیار مورد توجه هستند و قادرند تلخی آب مرکبات را برطـرف کننـد یـا رنگدانه ها را استخراج کنند .
کلمات کلیدي: آمیلاز، نقش آنزیم ها، صنعت آب میوه، پکتیناز
-1مقدمه
در همه سلولها واکنشها بیوقفه در حال روي دادن هستند.در سلولهاي زنده مـواد کاتـالیز کننـدهاي وجـود دارد کـه بـا کاتلیزورهاي غیرآلی متفاوت هستند. تفاوت آنها در این است که کاتالیزورهاي آلی مواد پیچیدهتري دارند. آنـزیمهـا بـه دلیـل اختصاصی بودن و داشتن پتانسیل کاتالیزوري در تعدادي از فرایندهاي صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند. هرچند، آنـزیم تنهـا در صورتی ارزش تجاري کسب میکند که براي آن تقاضا وجود داشته باشد یا در صورتی که ویژگـیهـایی داشـته باشـد کـه نیازهاي تکنولوژیکی و اقتصادي فرایندهاي صنعتی را رفع کند.استفاده از آنـزیم در فـرآوري مـواد غـذایی یکـی از بزرگتـرین اثرات بر این بخش است . هیدرولازها و اکسیدوردوکتازها پرطرفدارترین گروه آنزیمی در صنایع غذایی و در توسـعه و افـزایش ویژگیهاي حسی (عطر، طعم و رنگ) و افزایش عملکرد هستند.صنعت آبمیوه یکی از بزرگترین صـنایع مبتنـی بـر کشـاورزي دنیاست. در دهه 1980، آمریکا بزرگترین وارد کننده آبمیوه و سبزیجات بود. هم اکنون سـهم ایـن کشـور حـدود %23 اسـت. یعنی 28 میلیارد لیتر که پس از آن آلمان و هلند در جایگـاه دوم سـوم قـرار دارنـد. %56 کـل آبمیـوه دنیـا آب پرتقـال اسـت پکتینازها یکی از اولین آنزیمهایی بودند که به طور تجاري در فرآوري آبمیـوه مـورد اسـتفاده قـرار گرفتنـد. اسـتفاده از آن در صنعت آبمیوه به ویژه در شفاف کردن، عصاره گیري، پایدار کردن رنگ آبمیـوه در طـول ذخیـره بـه عوامـل مختلـف مربـوط میشود. علاوه بر پکتینازها، تحقیق در مورد سایر آنزیمها در صـنایع غـذایی نیـز ادامـه یافـت مثـل لیمونینـاز و نارینجینـاز . بسیاري از نوشیدنیهاي دیگر مثل چاي، قهوه، نیز میتوانند با فعالیت آنزیمها ویـا میکروارگانیسـمهـا تولیـد شـوند.بـه دلیـل
افزایش پژوهش ها در زمینه استفاده از آنزیمها در صنایع غذایی، این مقاله مروري بـر مطالعـاتی کـه پیرامـون بخـش آبمیـوه هستند انجام می دهد. صنعت آبمیوه یکی از بزرگترین مصرف کنندههاي آنزیم ها است [1].
-2استفاده از آنزیمها
آنزیمها ساختمان سوم یا چهارم پروتئین ها هستند و از زنجیرههاي بلند آمینواسیدي با پیوندهاي پپتیدي تشکیل شدند.آنهـا میتوانند تحت شرایط دما و pH ملایم واکنش دهند و در میکروارگانیسمها، جـانوران و گیاهـان حضـور دارنـد. در حقیقـت آنزیمها در حوزههاي مختلفی کاربرد دارند: پزشکی، مواد غذایی، مواد شیمیایی، چوب و کاغذ و ...
در بخش صنعتی کشاورزي، استفاده از آنزیمها سبب بهینه شدن فرآیندها، کاهش هزینه انرژي مربوط به فرایند، بهبـود ایمنـی غذایی و کیفیت مواد غذایی، توسعه محصولات جدید براي تعدادي از محصولات کشاورزي میشود.
آنزیمها به طور کلی در صنایع غذایی به عنوان اجزاي فرآوري غذا استفاده میشوند. اگرچه ممکـن اسـت در محصـول نهـایی باقی بمانند اما عملکردي ندارند. در نتیجه به عنوان افزودنیهاي خـوراکی مثـل عوامـل غلـیظ کننـده، شـیرین کننـده، آنتـی اکسیدان و غیره محسوب نمیشوند . هم اکنون حدود 4000 آنزیم شناخته شـدند و از بـین آنهـا حـدود 200 آنـزیم بـه طـور تجاري استفاده میشوند که اغلب آنها منشا میکروبی دارند.
ویژگی اصلی استفاده از سلولهاي میکروبی به عنوان منبع آنزیم، غلظت بالاي آنزیمی است که میتواند از طریـق ژنتیکـی
و تنظیم کشت گیاه، غربال سریع و آسان میکروارگانیسمهاي تولید کننده، سیکلهاي کوتاه تخمیر، هزینه پایین ابـزار تخمیـر
و تنوع آنزیمهایی که یک واکنش را کاتالیز میکنند به دست آید و به وسیله آن امکان انعطاف پـذیري شـرایط اسـتفاده مهیـا شود
حضور آنزیمها در مواد غذایی رایج است در حالی که اکسی ردوکتازها و هیدرولازها مهمترین آنها هسـتند. در گـروه اکسـی ردوکتازها، آنزیم مورد توجه صنایع غذایی، فنولازهـا، پراکسـیدازها، کاتالازهـا و لیپواکسـیژنازها هسـتند. در میـان آنهـا تنهـا فنولازها مصارف شناخته شدهاي براي صنعت آبمیوه دارند فنولازها به عنوان پلی فنـول اکسـیداز نیـز شـناخته شـدهانـد. ایـن ترکیبات آنزیمهاي درون سلولی هستند که در گیاهان، جانوران و قارچها وجـود دارنـد. اهمیـت آن بـراي صـنایع غـذایی بـه
محصولات با منشا گیاهی مربوط میشود چرا که این آنزیم سبب تیره شدن میوهها و سبزیجات میشود. [2] آمیلازها با کاربردهایی که در صنایعی مثل تولید نان، غلات براي کودکان، غذاي حیوانات و صنایع شیمیایی دارند از لحـاظ
بیوتکنولوژي اهمیت دارند از سال 1970 به بعد صنعت آبمیوه آغاز به فرآوري میوههاي خوراکی در مقـادیر بسـیار زیـاد کـرد؛ این میوهها وقتی که نارس بودند چیده شده و براي مدت نسبتا طولانی در دماي پایین نگه داشته شدند. پالپ میوه تحت ایـن شرایط حاوي مقدار کافی نشاسته است که سبب کدري یا حتی ژلاتینه شدن در طول فرآیند مـیشـود. ایـن امـر فرآینـدهاي تولیدي را دچار مشکل میکند.
پکتینازها یکی از اولین آنزیمهایی بودند که در دهه 1930، در فرآوري آبمیوه به طور تجاري استفاده شدند و استفاده از آنهـا به ویژه در صنایعی مثل صنایع غذایی، نوشابه به طرز قابل ملاحظهاي افزایش یافته است. هم اکنون این آنزیمهـا حـدود %20 بازار جهانی آنزیم را تشکیل میدهند و به طور طبیعی توسط گیاهان، قارچها، مخمر و باکتريها تولید میشوند. این آنـزیمهـا سبب تجزیه پکتینها میشوند. پکتینها پلی ساکاریدهاي ساختاري هستند که در دیواره سلولی سلولهاي گیـاهی قـرار دارد؛ این ترکیبات امروزه در صنعت آبمیوه نقشی کلیدي دارند.
پکتینازها بر اساس ضوابط زیر به سه گروه طبقه بندي میشوند: هیـدرولازها، پیونـدهاي گلیکوزیـدي و سوبسـتراها، پکتیـک اسید یا پکتین سه نوع اصلی پکتینازها هستند.
علاوه بر پکتینازها، سایر آنزیمها مثل همی سلولازها و سلولازها با هدف بهینه سـازي فـرآوري ایـن محصـولات در تولیـد آبمیوه استفاده میشوند.این آنزیمها مخلوطی از پکتینازها، همی سلولازها و سلولزها هستند که بر هیـدرولیز پکتـین محلـول و بر اجزاي دیواره سلولی تاثیر می گذارند، و ویسکوزیته و حفظ بافت را کاهش میدهند. با توجه به اساسـنامه شـوراي اتحادیـه اروپا استفاده همی سلولازها و سلولازها در صنعت آبمیوه ممنوع شده است. سـایر آنـزیمهـاي مـورد توجـه در تولیـد آبمیـوه، نارینجیناز و لیمونیناز ها هستند که بر ترکیباتی اثر می گذارند که سبب تلخی آب مرکبات میشوند.[2]
تقریبا همه آنزیمهاي پکتینی تجاري از قارچ تهیه میشـوند بـه خصـوص قـارچ .Aspergillus niger از دهـه 1970، محققان بسیاري در حال مطالعه سایر منابع میکروبی پکتیناز با پارامترهاي متفاوت هستند انواع مختلفی از پکتینازها بـا دمـا و pH مشخص امکان گسترش و استفاده از این آنزیمها را فراهم کردند.
نارینجیناز آنزیمی پیچیده است که از آلفا-رامنولیپید و فلاونوئید بتا گلیکـوزي رامنولیپیـداز تشـکیل شـده اسـت. نارینجینـاز میتواند با کشت یا با تخمیر جامد توسط تعدادي از بـاکتريهـا مثـل Aspergillus niger، Aspergillus oryzae، Aspergillus usamii، Cochiobolus miyabeanus، Penicilium decumbens، Phanopsis citri، Rhizotonia solani و Rhizopus nigricans تولیـد شـود. نارینجینـاز تجـاري از A. niger بـه دسـت میآید؛ دامنه بهینه pH آن براي فعالیت رامنولیپیداز بین 3 تا هفت و براي فعالیت بتا گلیکوزیداز بـین چهـار تـا شـش تغییـر میکند.[3]
طعم تلخ عمدتا به تشکیل لیمونین نسبت داده میشود. این ترکیب یکی از مشتقات تري ترپن ترکیبـی اسـت کـه شـدیدا اکسید شده و به لیمونوئیدها تعلق دارد.میکروارگانیسمها براي تبـدیل تلخـی آب مرکبـات بـه محصـولات بـدون تلخـی، بـه آنزیمهایی از سلولهاي باکتریایی نیاز دارد که بتوانند لیمونین را متابولیزه کنند.
لیمونوئات دهیدروژناز آنزیمی است که میتواند در تعدادي از گونههـاي میکروارگانیسـمهـا وجـود داشـته باشـد و از تشـکیل لیمــونین جلــوگیري مــیکنــد. لیمونوئــات دهیــدروژناز را مــیتــوان از گونــههــاي Arthrobacter globiformis، Pseudomonas sp جدا کرد و درولی مونوئات را که یکی از مشتقات غیر تلخ است و نمیتواند به لیمونین تبدیل شـود را میتوان از Rhodococcus fascians جدا کرد.[3]
-3استفاده از آنزیم در صنعت آبمیوه
آبمیوهها مهمترین محصول برخی از میوهها هستند؛ آنها به دلیل طعم و ویژگیهاي تغذیـهاي کـه دارنـد از سـوي مصـرف کنندگان به خوبی پذیرفته شدهاند. با توجه به ویژگیهاي فیزیکی و شیمیایی هر میوه، آب آن میوه درجـه متفـاوتی از کـدري طبیعی را دارد. کدورت آبمیوه به دلیل حضور مواد غیرمحلولی مثل قطعات سلولی است که منشا آن از بافت پالپی ویـا اجـزاي است که به طور کامل حل نشدهاند. این مواد غیرمحلول که مسئول طعم، عطر و رنگ بسیاري از آبمیوههـا هسـتند، در انـدازه متغیرند و از قطعات پالپی کوچک تا بزرگ تشکیل شدهاند. استفاده از آنزیمها میتوانـد عملکـرد را افـزایش داده و بـه شـفاف کردن طیف گستردهاي از آبمیوهها مثل سیب، گلابی، پرتقال و هلو کمک کند. آنزیمهایی که پکتین یا دیـوارههـاي سـلولی را تجزیه میکنند، این امکان را فراهم میکنند که آبمیوه بیشتري از هر تـن میـوه اسـتخراج شـود. در برخـی از مـوارد، افـزودن کمپلکس آنزیمی میتواند سبب بهبود عملکرد آبمیوه و استخراج بهتر رنگ به همراه بالا بودن محصول نهایی شود .
بالا بودن عملکرد آبمیوه هدف مهمی در تولید آبمیوه است. بسیاري از فرآیندهاي مدرن تولید آب میوه و سبزیجات آنزیمهـا را به عنوان عوامل مهم فرآوري جهت دستیابی به عملکرد و شفافیت بیشتر به کار میگیرند.[4] در اواسط دهه 1930، هنگامی که صنعت میوه شروع به تولید آبمیوه کرد، راندمان پایین بـوده و صـنعت جهـت فیلتـر کـردن
آبمیوه و دستیابی به شفافیت پایدار متحمل مشکلات زیادي میشد. این مشکلات با تحقیق به وسـیله پکتینازهـا، سـلولازها و میکروارگانیسمهایی که همی سلولاز تولید میکنند، حل شدند .
استفاده از آنزیمهاي خیساننده راندمان استخراج را افزایش داده و فرآوري را بـدون هزینـه اضـافی بهبـود مـیبخشـد. ایـن آنزیمها پس از قطع شدن مواد خام جهت خیساندن پالپ به صورت میوه مایع شده کامل یا جزئی استفاده مـیشـوند. بـه ایـن وسیله زمان فرآوري کاهش و استخراج اجزاي میوه بهبود یافت. پکتینازها بلافاصـله پـس از اسـتخراج بـراي شـفاف کـردن و کاهش ویسکوزیته جهت تسهیل فیلتراسیون و تغلیظ اضافه میشوند. مایع شدن کامل یا ناقص در اروپا ممنوع است نویسندگان در پژوهشی گزارش دادند که در میوههایی مثل توت فرنگی، گیلاس، تمشک و آلـو، آبمیـوه درون سـاختار سـلول باقی میماند و باید آزاد شود. آنزیمها هنگام افزوده شدن به میوه، باعث افزایش شکسته شدن ساختار سلول شـده و ترکیبـات پکتین را حل میکند بدین وسیله امکان جاري شدن آبمیوه افزایش می یابد. تولید این آبمیوهها به پکتین زدایـی آنزیمـی نیـاز دارد چون آب این میوهها حاوي پکتین بالایی است که به صورت کلوئیدي حل میشود و بـه ایـن وسـیله
