بخشی از مقاله
چکیده
لاکاز آنزیمی است که از منابع باکتریایی، قارچی و گیاهی به دست میآید که به دلیل استفادهی بالقوهی آن در صنایع مختلف به طور وسیع مورد مطالعه قرار گرفته است. لاکاز یک نوع پلی فنول اکسیداز محتوی مس است که پلی فنلها، فنلهای استخلاف شده با متوکسی، دی آمینها و گسترهی قابل ملاحظهای از دیگر ترکیبات را اکسید میکند.
لاکاز میتواند در درمانهای زیستی، فرآوری نوشیدنیها، ژلاسیون پکتین چغندر قند، و به عنوان حسگر زیستی برای بهبود پارامترهای حسی غذا استفاده شود. در گذشته پکتین چغندرقند در صنعت غذا استفاده بسیار محدودی داشت، اما اکنون مشخص شده که میتوان آن را بدلیل خواص عملگرایی خاص، از راه در هم تنیدن اکسیداتیو اسیدهای فرولیک موجود در ساختار شیمیایی آن، ظرف مدت کوتاهی در دمای اتاق ژل کرد. لاکاز یا پراکسیداز میتوانند ژلاسیون اکسیداتیو را انجام دهند. در حالیکه پراکسیداز به اضافه کردن پراکسید هیدروژن به محیط نیاز دارد، لاکاز قادر به استفاده از اکسیژن موجود در نمونه است.
کلمات کلیدی: لاکاز، ژلاسیون، پکتین چغندر قند
مقدمه
لاکاز1 آنزیمی است که به دلیل استفاده ی بالقوهی آن در صنایع مختلف از جمله نساجی، کاغذ و پالپ، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. لاکاز میتواند در درمانهای زیستی، فرآوری نوشیدنیها - شراب، آب میوه وآبجو - ، تولید اسید آسکوربیک، ژلاسیون پکتین چغندر قند2، و به عنوان حسگر زیستی برای بهبود پارامترهای حسی غذا استفاده شود. لاکاز میتواند بازده و کیفیت محصولات غذایی را بدون صرف هزینه ی زیاد افزایش دهد.
استفاده از آنزیمها در صنعت غذا شناخته شده است. آنزیم ها کاتالیزورهای زیستی خاصی هستند که قادر به واکنش تحت شرایط ملایم دما و ph هستند. این آنزیم ها از منابع باکتریایی، قارچی و گیاهی هستند. آنزیمها به عنوان ترکیبات غذایی غیرسمی و طبیعی محسوب شده و بیشتر از مواد شیمیایی با هدف فرآیند غذایی توسط مصرف کنندگان ترجیح داده میشوند. استفاده از آنزیمها ممکن است منجر به بالا بردن و تقویت فرآیند صنعت-کشاورزی، کاهش هزینههای انرژی مرتبط با فرآوری، بهبود کیفیت تغذیهای غذا و ایمنی، تولید محصولات جدید و کاربردهای دیگر برای محصولات کشاورزی گوناگون شود.
لاکاز یک نوع پلی فنول اکسیداز محتوی مس است که پلی فنلها، فنلهای استخلاف شده با متوکسی، دی آمینها و گسترهی قابل ملاحظهای از دیگر ترکیبات را اکسید میکند اما تیروزین را اکسید نمیکند. این آنزیم از منابع باکتریایی، قارچی و گیاهی به دست میآید Minussi - و همکاران، - 2002 و نوعی گلیکو پروتین با وزن ملکولی 130-50 کیلودالتون است که قسمت کربوهیدراتی ملکول، پایداری آن را تامین کرده و آن را از پروتئولیز و غیرفعالشدن توسط رادیکالها محفاظت میکند Morozova - و همکاران،. - 2007
در مقایسه با پروتئینها، ژلاسیون پلی ساکاریدهای ژل ساز در غلظت پایینتری اتفاق میافتد. ساختار شیمیایی کربوهیدراتها، وزن ملکولی آنها، درجه شاخهداریشان و گروه های عاملی همگی در متعادل کردن نیروهایی که شبکه پلیساکارید را درکنار هم نگاه میدارد، سهیم هستند. پلیساکاریدهای مختلف، سازوکار تشکیل ژلاسیون متفاوتی دارند Augustin - وHemar ، . - 2009 پکتین از مشتقات کربوهیدراتها بوده و پلی ساکارید پیچیده با وزن مولکولی بالاست و از منابع گیاهی و عمدتا پوست مرکبات و تفاله سیب استخراج میشود.
گوناگونی در ساختار شیمیایی پکتین، شامل درجه استری شدن گروه های متوکسیل در زنجیره پلیمری گالاکتورونیک اسید، داشتن وزنهای مولکولی متفاوت و ویژگیهای ذاتی آن، از عواملی است که توجه مداوم محققین به این صمغ را سبب شده است. مواد پکتیکی در لاملای میانی دیواره سلولی گیاهان3 قرار دارند و معمولاً به همراه سلولز، نقش ساختمانی در میوه ها و سبزیها دارند - حسین پور و همکاران،. - 1390 مواد پکتینی، پلیمرهای اسید آلفاگالاکتورنیکها با درجه ی استریفیکاسیون4 مختلف هستند که با اتصالات - 1 4 - به هم متصل شده اند.
دو فاکتور طول زنجیر پکتیکی و درجهی استریفیکاسیون پکتین در تعیین خواص پکتینها مخصوصاً تشکیل ژل بسیار مهم است. پکتین به علت توانایی زیاد در تشکیل ژل در محیط اسیدی - قندی به صورت گسترده مورد استفاده قرار میگیرد. مولکولهای پکتین به صورت مارپیچی بوده و پیوندهای هیدروژنی کمتری از پلیمرهای خطی نظیر سلولز دارا هستند - عابدی ولوکلایی و همکاران،.1390 -
محلول پکتین در مقایسه با محلولهای سایر صمغ های گیاهی، از ویسکوزیته ی پایینتری برخوردار است. وجود یون کلسیم و سایر یونهای دو ظرفیتی، ویسکوزیته محلول پکتین دارای درجه استری کم5 را افزایش داده و سبب ایجاد ژل میشود - حسین پور و همکاران،. - 1390 پکتین به دلیل داشتن گروه های آبدوست فراوان، به میزان زیادی آب جذب میکند و یک سیستم کلوئیدی تشکیل میدهد.
به لحاظ تئوری ژل پکتین در حالتی پدید میآید که پلیمر پکتین از نظر وضعیت انحلال، ما بین حالت انحلال کامل و حداقل انحلال - رسوب - باشد. بر اساس تئوری، رشته های مولکولی پکتین در نقاطی توسط اتصالات بین رشته های عمدتاً از نوع باندهای هیدروژنی واکنش های هیدروفوبیک به یکدیگر متصل میشوند که اصطلاحاً گفته میشود در این نواحی کریستالیزاسیون محدود6 یا موضعی7 صورت گرفته است.
این نقاط را نواحی اتصال8 مینامند. در اثر این اتصالات بین رشته ها، شبکهای سه بعدی به وجود میآید که در بین رشته های آن آب، شکر و سایر مواد محلول گرفتار میشوند و ژل حاصل میشود - حسین پور و همکاران،.1390 - آماده سازی پکتین تجاری بر اساس درجه استریقیکاسیون به دو دسته با متوکسیل بالا - HM - و متوکسیل پایین - LM - تقسیم بندی می شود.
اصطلاح مدل جعبه تخم مرغی که در آن گروه های کربوکسیل با بار منفی با کلسیم واکنش میدهند برای پکتین با متوکسیل پایین پیشنهاد شده است که ژل حاصل از آنها بازگشت پذیر حرارتی می باشد Kuuva - و همکاران،. - 2003 پکتینهایی که درجه متیلاسیون آنها بالاست برای تشکیل ژل به میزان زیادی قند نیاز دارند که توسط واکنشهای هیدروفوبیک و باندهای هیدروژنی پایدار میشوند که ژل حاصل از آنها غیر قابل بازگشت حرارتی میباشد. هرچه درجه متیلاسیون پکتین کمتر باشد به قند کمتری نیاز است، به شرط آنکه فلزات دو ظرفیتی خصوصاً کلسیم در محیط موجود باشد - حسین پور و همکاران،.1390 -
تفاله سیب، تفاله چغندر، سر گل آفتابگردان1 و پوست مرکبات مهمترین منابع تولید پکتین هستند. سر گل آفتابگردان و تفاله چغندر قند بیشترین مقدار از این فیبر را دارا هستند . مقدار پکتین در این منابع بین 15 تا 25 درصد است. با این حال در مقیاس تجاری از پوست مرکبات،خصوصاً لیمو و در مراتب بعدی پوست پرتقال و گریپ فروت، و تفاله سیب2 برای تولید پکتین تجاری استفاده میشود، زیرا پکتین چغندرقند قدرت ایجاد ویسکوزیته و تشکیل ژل ضعیفی دارد.
علت این امر را به وزن مولکولی پایین، درجه استیله شدن بالا و مقدار زیاد شاخه های جانبی پکتین چغندرقند نسبت میدهند. با این حال از پکتین چغندرقند3 به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد آن در فرمولاسیونهای خاص میتوان استفاده کرد. خواص فیزیکوشیمیایی این صمغ پس از منجمد کردن و خروج از انجماد تغییر نمیکند و قدرت جذب آب بالا و ویسکوزیته پایین دارد - حسین پور و همکاران،.1390 -
نتایج و بحث
در گذشته پکتین چغندرقند در صنعت غذا استفاده بسیار محدودی داشت. اما اکنون مشخص شده که میتوان این نوع پکتین را از راه در هم تنیدن4 اکسیداتیو اسیدهای فرولیک5 موجود در ساختار شیمیایی آن ظرف مدت کوتاهی در دمای اتاق ژل کرد. لاکاز یا پراکسیداز6 میتوانند ژلاسیون ژلاسیون اکسیداتیو را انجام دهند. در حالیکه پراکسیداز به اضافه کردن پراکسید هیدروژن به محیط نیاز دارد، لاکاز قادر به استفاده از اکسیژن موجود در نمونه است.
از آنجایکه در بسیاری از کشورها افزودن پراکسید هیدروژن به محصولات غذایی ممنوع است، استفاده از پراکسیداز به عنوان عامل ژل کننده غیر ممکن میباشد. بنابراین افزودن لاکاز به محصولات غذایی واقع گرایانهتر خواهد بود. ژل بدست آمده غیر قابل بازگشت حرارتی است و چون در فرآیند به محصول گرما داده می شود - در حالیکه ساختار ژل میتواند حفظ شود - برای صنعت غذا بسیار قابل توجه است - Norsker و همکاران،.2000 - به دلیل اینکه پیوندهای کووالانسی ایجاد شده توسط لاکاز، در مقابل حرارت پایدار هستند، ثبات و استحکام و الاستیسیته حتی بعد از پخت هم حفظ میشود.
با بررسی ایجاد ژل توسط پکتین چغندرقند از راه در هم تنیدن اکسیداتیو آن، نتایج بدست امده نشان داد که برای کاهش زمان ژلاسیون پکتین و بازده بیشتر، امکان افزودن - آرابینوفورانوزیداز به لاکاز7 برای حذف آرابینوزهای باقی مانده و دسترسی بیشتر گروههای فرولویل برای درهم تنیدن وجود دارد Kuuva - و همکاران،. - 2003 در مطالعهای با ارزیابی ژلاسیون آنزیمی پکتین چغندر قند در محصولات غذایی، خواص تشکیل ژل از سه آنزیم اکسیداتیو 2 - تا لاکاز و یک آنزیم پراکسیداز - در سه محصول غذایی - آب کشمش سیاه، شیر وگوشت خرد شده ی حرارت دیده - با افزودن پکتین چغندر قند بررسی شد.
در گوشت luncheon ژل چسبنده که تکه های گوشت را به همدیگر متصل کرده تشکیل شد. هرچند،در دو محصول غذایی اثرات جانبی ناخواستهای مشاهده شد که علاوه بر در هم تنیدگی آنتوسیانینها در آب کشمش سیاه - رنگ زدایی - و اسید چربهای کوتاه زنجیر در شیر - بوی نامطبوع - را اکسید کردند. هم چنین دریافتند که لاکاز کاراتر از پراکسیداز در گوشت می باشد. این پژوهش نشان داد در محصولات غذایی استفاده از لاکاز، به دلیل عدم نیاز به پراکسید هیدروژن به عنوان عامل ژل ساز، نسبت به پراکسیداز بهتر و مجاز است - Norsker و همکاران، .2000 -
اثر در هم تنیدن پکتین چغندرقند توسط لاکاز بر پایداری امولسیون در پژوهشی بررسی شده و مشخص شد که لاکاز از طریق درهم تنیدگی8 درون مولکولی بین فرولیک اسید9 پکتین چغندر قند، این پیوند را ایجاد کرده و این موضوع از طریق اندازه گیری اسید فرولیک کاهش یافته در L-10SBP تایید شده است. عملگرایی SBP پیوند داده شده به صورت کووالانسی افزایش یافته و پایداری امولسیون آن را نسبت به امولسیون آماده شده با با SBP با توجه به قطر کوچکتر قطرات و اندازه یکنواخت تر آنها به مدت طولانی تر بهبود میدهد.
بطور کلی، لاکاز از طریق ایجاد پیوند درون مولکولی بین اسیدهای فرولیک پکتین، موجب افزایش پایداری امولسیون به دلیل اندازهی یکنواختتر و کوچکتر قطرات فاز پراکنده میشود Jung - و Wicker ، . - 2012 بررسی اثر پایداری امولسیون روغن در آب، توسط کاتالیزور آنزیمی اکسیداتیو بر روی ژلاسیون پکتین چغندر قند11 نشان داد آنزیم کاتالیزوری اکسیداتیو با در هم تنیدگی گروههای فرولویل12 میتواند ژلاسیون پکتین چغندر قند را بهبود بخشد و حضور SBP صرف نظر از روش آماده سازی سیستم امولسیون، پایداری امولسیون را افزایش میدهد.
