بخشی از مقاله
مروری بر اثر فرایند اولتراسوند بر آنزیم پراکسیداز و دکستراناز در صنایع غذایی
چکیده
فراصوت ابزار جدیدی در تکنولوژی فرآیند مواد غذایی است که با هدف مهار و یا جلوگیری از اتلاف مواد مغـذی و ارتقـاء کیفیت محصول و نیز کاهش خطرات میکربی آن طراحی میگردد. یکی از کاربردهای اصلی امـواج اولتراسـوند، در فعالسـازی و غیرفعالسازی آنزیمی در صنعت غذا میباشد. اولتراسوند با شکستن دیواره سلولی و تسهیل خروج مواد، سبب افزایش انتقال مواد به سمت آنزیمها شده و فعال شدن آنزیمها را در پی دارد. از طرف دیگر اولتراسوند از طریق بروز پدیده کاویتاسـیون مـیتوانـد عاملی برای بازدارندگی آنزیمها باشد. در این مطالعه مروری به بررسی اثر اولتراسوند بر آنزیم پراکسیداز و دکستراناز میپردازیم.
کلمات کلیدی: آنزیم پراکسیداز، اولتراسوند، آنزیم دکستراژناز، کاویتاسیون
مقدمه
اساس فناوری اولتراسوند امواج مکـانیکی در فرکـانس بـالاتر از آسـتانه شـنوایی انسـان 16) کیلـوهرتز) اسـت. اثـرات اولتراسوند بر روی سیستمهای مایع عمدتا مربوط به پدیده کاویتاسیون میباشد. اولتراسوند از طریق امواج ناشـی از فشـرده سازی مولکولهای محیط، منجر به ایجاد حبابهای ریزی در داخل محیط مورد تیمار میشـود کـه بعـد از شکسـتن حبـاب، انفجار و تجمع انرژی در نقاط گرم، تولید حرارت شدید 5000 کلوین و فشار 1000 اتمسفر کـرده و امـواج، انـرژی برشـی، حرارت و فشار بسیار زیادی تولید میکند (جنارو و همکاران، .(1999 استفاده از امواج فراصوت با شدت کـافی باعـث مـرگ سلولهای زنده گیاهی و جانوری و از بین رفتن میکربها و آنزیمها میشود. ضمن این که به دلیل استفاده از حرارت پـایین از هدر رفت مواد مغذی و تولید مواد مضر برای سلامتی در اثـر حـرارت بـالا جلـوگیری مـیکنـد. بـا ایـن وجـود در طـول کاویتاسون، رادیکالهای هیدروکسیل تولید میشود و رادیکال تولید شده میتواند به راحتی با ترکیبـات غـذایی اکسـیدپذیر واکنش دهد. تشکیل رادیکال به عنوان یک نقطه ضعف برای حفظ ترکیبات غذایی زیست فعال ماننـد فنـول اسـت. امـروزه غیرفعال کردن آنزیمها به وسیله امواج فراصوت به تنهایی یا به همراه تیمارهای دیگـر در صـنعت غـذا بـه صـورت گسـترده استفاده میشود (ماسن، .(1992
آنزیم پراکسیداز
یکی از آنزیمهایی که در بسیاری از فرآوردههای غذایی به خصوص فرآوردههای گیاهی حضور دارد، آنزیم پراکسیداز میباشد. آنزیم پراکسیداز براساس ویژگیهای ساختاری و کاتالیکی به سه گروه تقسیم میشود: پراکسیداز حیوانی، کاتالاز و پراکسیداز گیاهی. پرکسیداز گیاهی خود بر اساس تفاوت در ساختمان اولیه و منشأ زیستی به سه گروه تقسیم میشود: گروه اول که شامل سیتوکرومCپراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز است که به ترتیب از میکروارگانیسمها و گیاهان جدا می-شود. گروه دوم منگنز و لیگنین پراکسیداز میباشد که در قارچها دیده میشود و گروه سوم که آنزیمهای گیاهی هستند که خارج از سلول پنهان و یا به داخل واکوئلها منتقل شدهاند که مهمترین و مقاومترین آنزیم پراکسیداز میباشد(هیراگا و همکاران، .(2001 آنزیم پراکسیداز به عنوان آنزیمی با کارکردهای متفاوت شناخته شده است که در واکوئل، تونوپلاست، پلاسمالما و درون و بیرون دیواره سلولی وجود دارد. این آنزیم نقش هورمونهای تنظیم گیاه را بر عهده دارد که در تولید اتیلن، تنظیم رسیدگی و پژمردگی و تجزیه کلروفیل دخالت دارد. همچنین با شکستن حلقههای ایندول اسید استیک موجب رسیدن و پیر شدن میوهها و سبزیها و تولید لیگنین میشود. آنزیم پراکسیداز در مکانیسم دفاعی گیاهان نیز نقش دارد. تعدادی از ایزوآنزیمهای پراکسیداز با ایجاد عفونتهای پاتوژنی و آسیبدیدگیها در گیاه تحریک میشوند. از آنجا که آنزیم پراکسیداز برخلاف پراکسید هیدرژن، نسبت به سوبستراهای دهنده هیدرژن چندان اختصاصی عمل نمیکند، قادر خواهد بود دامنه وسیعی از ترکیبات فنلی مانند گایکول، پیروگالول، اسید کلروژنیک، کاتچین و کاتکول را اکسید کند و به همین دلیل دامنه ترکیبات تشکیل شده حاصل بسیار گسترده است (اگیولا اگووا و همکاران، .(2008 عمل اکسایش توسط این آنزیم منجر به بدطعم شدن، تخریب رنگ و از دست رفتن ارزشهای تغذیهای مواد خام و فراوری شده میشود. تأثیر
این آنزیم بر مواد غذایی شامل واکنشهای قهوهای شدن1، تخریب رنگدانهها و اثر بر بافت میباشد (هانگ و همکاران، .(2013 ریچارد و همکاران (1989) دریافتند که اثر اکسایشی این آنزیم در حضور آنزیم پلیفنلاکسیداز افزایش مییابد. یه طوریکه آنزیم پلیفنلاکسیداز باعث اکسایش استرهای هیدروکسی سینامیک اسید (اسید کلروژنیک اسید) و فلاونها می-شود که در این واکنشها مقداری پراکسید هیدرژن تولید میگردد و آنزیم پراکسیداز از این ترکیبات برای اکسایش بیشتر ترکیبات فنلی استفاده میکند. هنگامیکه فعالیت آنزیم پلیفنلاکسیداز بعد از عمل اکسایش محدود میشود، حضور آنزیم پراکسیداز منجر به مصرف بیشتر ترکیبات فنلی و اکسایش بیشتر آنها میگردد.
آنزیم پراکسیداز با مقاومت حرارتی بسیار بالا به عنوان شاخصی برای نابودی آنزیمهای دیگر استفاده میشود. برای نابودی کامل آنزیم پراکسیداز از دماهای بالا و زمان طولانی باید استفاده کرد که در کنار نابودی آنزیم، از دست رفتن ویتامینها، مواد معدنی و رنگدانهها، تغییر طعم و کاهش ارزش تغذیهای مواد غذایی اجتناب ناپذیر است (رینرو همکاران، .(2008 با استفاده از فرآیندهای غیر حرارتی در فراوری مواد غذایی میتوان از اثرات منفی تیمارهای حرارتی در مواد غذایی جلوگیری کرد. نتایج حاصل از تأثیر فرآیندهای غیر حرارتی میدانهای پالسی الکتریکی، فشار بالا و دی اکسید کربن فشار بالا بر آنزیم پراکسیداز مواد غذایی مختلف نشان داد که این فرآیندها به تنهایی قادر به غیر فعال کردن کامل آنزیم پراکسیداز نیستند ( زانگ و همکاران، .(2007 لذا استفاده ترکیبی از فرآیندهای غیر حرارتی با تیمارهای حرارتی میتواند روش مناسبی برای غیرفعالکردن آنزیم پراکسیداز باشد که علاوه بر نابودی آنزیم پراکسیداز، کاهش ارزش تغذیهای فرواوردههایی غذایی را به دنبال ندارد.
غیر فعال کردن آنزیم پراکسیداز با استفاده از امواج فراصوت2
مطالعات محدودی درباره غیرفعال کردن آنزیم پراکسیداز توسط امواج فراصوت به تنهایی یا به همراه حرارت انجام شده است. جنارو و همکاران (1999) اثر ترکیبی امواج فراصوت با قدرت بالا و حرارت را بر آنزیم پراکسیداز ترب کوهی سوسپانسه شده در آب مطالعه کردند. این آزمایش در دمای 80 درجه سانتیگراد و با استفاده از امواج فراصوت قوی 20، 40 و 60 کیلوهرتز انجام شد . قدرت امواج فراصوت در دامنه 0 تا 120 وات متفاوت بود. میزان سوسپانیون 40 و 80 میلی لیتر در این آزمایش استفاده شد. شکل 1 اثر امواج فراصوت بر کاهش میزان زمان مرگ اعشاری(D) 3 را نشان میدهد. با افزایش قدرت امواج فراصوت D80 به میزان ثابت کاهش یافت.
شکل -1 منحنی تغییرات D80 در برابر تغییرات قدرت امواج التراسوند در سوسپانسیون 80 میلی لیتر
میزان D80 با افزایش قدرت امواج فراصوت از 65دقیقه به مقادیر تقریباً ثابت 18، 22 و 28 دقیقه به ترتیب در فرکانسهای 20، 40 و 60 کیلوهرتز در سوسپانسیون 80 میلی لیتر کاهش یافت. نتایج نشان داد که کارایی غیرفعالکردن آنزیم پراکسیداز با افزایش قدرت امواج فراصوت به شدت کاهش یافت. علت این پدیده را چنین میتوان بیان کرد که با افزایش قدرت امواج اولتراسونیک تشکیل حباب در محلول تحت تیمار کاهش مییابد و یا در حد ثابتی باقی میماند در نتیجه عمل حفرهزایی که لازمه اثر فرآیند فراصوت است، تحت تأثر قرار میگیرد و کارایی فرآیند اولتراسوند در غیرفعال-کردن آنزیم کاهش مییابد. بنابراین استفاده از امواج فراصوت با قدرت بسیار بالا در غیرفعال کردن آنزیم پراکسیداز مفید نمیباشد.
مسکروزا و همکاران ( 2006) اثر گرما و تیمار ترکیبی گرما- امواج فراصوت4 را بر آنزیم پراکسیداز علف چشمه5 در دامنه دمایی 40 تا 92/5 درجه سانتیگراد بررسی کردند. در دامنه دمایی 40 تا 80 درجه سانتیگراد اثر تیمار ترکیبی بر فعالیت آنزیم پراکسیداز مخالف اثر تیمار حرارتی رایج در بلانچینگ مواد غذایی بود و فعالیت آنزیم پراکسیداز افزایش یافت. علت این پدیده را میتوان ایجاد تغییرات ساختاری مثبت در آنزیم در اثر امواج فراصوت که به انجام برهم کنشهای بیشتر با سوبسترا و در نتیجه افزایش فعالیت آنزیم منجر میشود، بیان کرد. برای دماهای بالاتر از 80 درجه سانتیگراد تیمار ترکیبی اثر سینرژیستی بر آنزیم پراکسیداز داشت. چون فعالیت آنزیم پراکسیداز توسط تیمار ترکیبی گرما-امواج فراصوت با سرعت بیشتری نسبت به تیمار حرارتی رایج کاهش یافت. کاهش فعالیت آنزیم به خاطر تغییرات ایجاد شده در ساختمان سوم پروتئین آنزیم از جمله تأثیر در ساختار سه بعدی نقطه فعال آنزیم بود. با تغییر در ساختار نقطه فعال آنزیم برهم کنشهای آنزیم و سوبسترا تحت تأثیر قرار میگیرد و فعالیت آنزیم کاهش مییابد. بنابراین با توجه به این که فرآیند ترکیبی گرما- امواج فراصوت اثرات مضر فرآیندهای گرمایی رایج برای نابودی آنزیم پراکسیداز را ندارد، لذا میتواند جایگزین مناسبی برای فرآیندهای حرارتی باشد (نابیدول اسلام و همکاران،.(2014
