مقاله کاربرد آنزیمها در صنایع و فرآوری روغنهای خوراکی

بخشی از مقاله

کاربرد آنزیمها در صنایع و فرآوری روغنهای خوراکی

چکیده

کاربرد صنعتی آنزیمها در فراوری روغن و چربی همچنان محدود است. انتظار میرود این وضعیت در سال های نزدیک به دلیل علاقهی رو به رشد در استفاده از فرایند های ملایمتر و نیز دسترسی به آنزیمهای جدید تغییر یابد. این آنزیم ها هم با استخراج از بافت های حیوانی و گیاهی و هم با کشت میکروارگانیسم ها به دست تهیه میشوند. از کاربردهای آنزیمها در فرآوری روغنهای خوراکی میتوان به استخراج روغن، هیدرولیز چربیها و سنتز لیپیدهای ساختاریافته، تولید مونو و دیآسیل گلیسرول، لستین بهبویافته، استریفیکاسیون، غنیسازی تری گلیسریدها و صمغزدایی اشاره نمود. تاکنون لیپازها فراوانترین آنزیمها در فراوری روغن میباشند. بهبود ترکیب اسید چرب و خصوصیات تغذیهای، فیزیکوشیمیایی و عملکردی روغنها و چربیها با کاتالیزوری لیپاز مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از روش های استخراج به کمک آنزیم میتوان به راندمان های بالای استخراج برای ترکیباتی از جمله پلیساکارید ها، روغن ها، پیگمان های طبیعی، طعم ها و ترکیبات دارویی دست یافت. اینتراستریفیکاسیون آنزیمی چربی طبیعیتری با خصوصیات ذوبی مناسبی تولید میکند و مواد مغذی روغن را حفظ میکند. در مقایسه با روش شیمیایی از لحاظ اقتصادی کارایی بالایی دارد و هیچ گونه اسید چرب ترانسی تولید نمیشود در سالهای اخیر برای بهبود ساختار طبیعی لستین، لیپازها و فسفولیپازها بیوکاتالیستهایی هستند که غالبا3 مورد استفاده قرار گرفتهاند. در این مقاله به معرفی برخی آنزیمهای مورد استفاده و کاربردهای احتمالی آنها در صنایع فرآوری و تصفیهی روغنها میپردازیم.

واژههای کلیدی: "لیپاز"، " فسفولیپاز "، "استخراج "، " استریفیکاسیون "

مقدمه

تاکنون لیپازها فراوانترین آنزیمها در فراوری روغن میباشند. لیپازها 3 EC)،1،1،3، آسیل گلیسرول لیپاز) آنزیم هایی هستند که هیدرولیز چربی ها و روغن ها را با آزادسازی اسیدهای چرب، دیگلیسرید ها، مونوگلیسرید ها و گلیسرول کاتالیز میکنند. این آنزیم ها به طور گستردهای در گیاهان، حیوانات و میکروب ها توزیع شدهاند که نقش فیزیولوژیکی متابولیسم لیپید ها را بر عهده دارند .(Kapoor et al., 2012) میتوان از توانایی طبیعی آنها در هیدرولیز روغنها و چربیها به منظور غنیسازی محصولات روغن و چربی با یک اسید چرب معین استفاده نمود. همچنین میتوان از لیپازها به منظور نوآرایی اسید های چرب و تولید چربی ها و روغن ها با سایر خصوصیات فیزیکی استفاده نمود.

در صنعت از فسفولیپاز (E.C. 3.1.1.4) به منظور حذف فسفولیپیدها طی تصفیهی روغن (صمغزدایی) استفاده نمود. از لیپوکسیژناز (E.C. 1.13.11.12) میتواند اکسیداسیون اسید چرب چندغیراشباع را کاتالیز کند. بهبود ترکیب اسید چرب و خصوصیات تغذیهای، فیزیکوشیمیایی و عملکردی روغنها و چربی-ها با کاتالیزوری لیپاز مورد توجه قرار گرفته است. لیپازها میتوانند واکنشهای مختلفی را از جمله هیدرولیز، استریفیکاسیون و ترانس استریفیکاسیون را با سوبستراهای متنوعی کاتالیز کنند. با استفاده از ترانس استریفیکاسیون آنزیمی، میتوان یک گروه آسیل را در یک موقعیت ویژهی تری گلیسرید قرار داد. به طور متضاد، ترانس استریفیکاسیون شیمیایی به دلیل ماهیت تصادفی واکنش، خاصیت اختصاصی نسبت به موقعیت ندارد. بنابراین صنایع به دنبال لیپازهای

جدیدی با خصوصیات منحصر به فرد و فعالیتهای بالا هستند که این آنزیمها از میکروارگانیسم های نوشناخته ایزوله میشوند. از بین این لیپازها، لیپازهایی که در سرما فعال هستند، به دلیل پایداری محصول و صرفهجویی در انرژی به ویژه در تولید SL که به شرایط ملایم نیاز دارد، بسیار مورد توجه است ( Kim .(et al ., 2010

 استخراج روغن

با استفاده از روش های استخراج به کمک آنزیم میتوان به راندمان های بالای استخراج برای ترکیباتی از جمله پلیساکارید ها، روغن ها، پیگمان های طبیعی، طعم ها و ترکیبات دارویی دست یافت. آنزیم هایی که اغلب برای استخراج روغن مورد استفاده قرار میگیرند شامل سلولاز، آلفا آمیلاز و پکتیناز هستند. استفاده از آنزیم در فرایند های استخراج روغن، روغن زیتون، کنجالهی پامچال و روغن گل گاو زبان با محتوای آنتی اکسیدانی بالا تولید میکنند. استفاده از آنزیم (پکتیناز ها و بتاگلوکانازها) راندمان تولید روغن را تا %15 بهبود بخشید که معادل افزایش حدود 2 کیلوگرم روغن زیتون به ازای هر 100 کیلو گرم زیتون بود. کیفیت روغن های به دست آمده از تیمار آنزیمی نسبت به روغن های حاصل از استخراج با هگزان خوب بود. بنابراین فشردن سرد همراه با آنزیم (EACP) به دلیل خصوصیات غیرسمی بودن و غیر اشتعالپذیری، جایگزین مناسبی برای استخراج روغن های دانه ها محسوب میشود. در جدول 1 فهرستی از روغن هایی که به روش استخراج آنزیمی تهیه شدهاند، آورده شده است .(Puri et al., 2012)

جدول .1 روغن هایی که به روش استخراج آنزیمی تهیه شدهاند.

نوع محصول منبع آنزیم مورد استفاده
روغن دانهی انگور سلولاز، پروتئاز، زایلاز و پکتیناز
روغن فرار پوست ماندارین آنزیم های تجزیه کنندهی زایلان

 هیدرولیز چربی ها و سنتز لیپیدهای ساختاریافته1

مهمترین موضوع در صنعت روغن و در تولید اسیدهای چرب و مشتقات آنها هیدرولیز چربی ها و روغن ها است. این محصولات در صابونها، دترجنتها، داروسازی و کاربرد های غذایی به کار میروند. ساختار و ترکیب اسید چرب تریگلیسریدها بر جذب و توزیع اسیدهای چرب در ارگانیسم تأثیر میگذارد. برای اهداف تغذیهای، مطلوب آن است که تریگلیسریدهای STAG) structuredها)حاوی اسیدهای چرب زنجیر متوسط در موقعیتهای 1 و 3 گلیسرول و اسیدهای چرب بلند زنجیر چندغیراشباع در موقعیت 2 تولید شوند. تریگلیسریدهای نوع دوم با EPA و DHA در موقعیت 2 آسانتر جذب میشوند و برای بدن بیشتر در دسترس هستند. به علاوه طی جذب هیدرولیز STAG ها سریعتر از هیدرولیز تریگلیسریدها در روغنهای اولیه است. همچنین STAGها ممکن است از هایپرتریگلیسریدمیا و چاقی نشأت گرفته از رژیم غذایی پرچربی ممانعت کند.

- تولید مونوآسیل گلیسرول

Pawongrat و همکاران تولید مونوآسیل گلیسرول غنی از اسیدهای چرب چندغیراشباع به ویژه EPA و DHA را با گلیسرولیز روغن ماهی با استفاده از لیپاز AK سودوموناس فلورسانس تثبیت شده بر Accurel EP-100ههبررسی نمودند. شرایط بهینه برای تولید مونوآسیل گلیسرول %10 روغن ماهی تن در حلال، نسبت مولی گلیسرول به روغن ماهی 3:1، %4 آب در گلیسرول، لیپاز تثبیت شده %30 وزنی بر اساس وزن روغن ماهی و بوتیل متیل اتر مناسبترین حلال بود.

 تولید دیآسیل گلیسرید

هیدرولیز جزئی تری گلیسریدها فرایند مناسبی برای تولید دیآسیل گلیسرید (DAG) است که به عنوان روغن های کاربردی و جایگزین نسبی برای تری گلیسریدها در رژیم غذایی محسوب میشود . دیآسیل گلیسرید ها معمولا3 با روش آنزیمی، از طریق استریفیه کردن و گلیسرولیز تولید میشوند. در استریفیکاسیون با لیپاز، دیآسیل گلیسریدها به طریق استریفیه کردن اسید چرب با گلیسرول و همزمان با حذف آب سنتز میشوند. اما گلیسرولیز شامل ترانس- استریفیکاسیون بخش آسیل تری گلیسرید ها تا مونو آسیل گلیسرول های تشکیل شده طی واکنش میباشد. به دلیل فعالیت کم لیپاز در فاز غیرآبی و ویسکوزیتهی بالای گلیسرول طی استریفیکاسیون و گلیسرولیز، راندمان دیگلیسرید ها نسبتا3 پایین است و محصول جانبی مونوآسیل گلیسریدی فراوان تر است . بنابراین هیدرولیز نسبی تریآسیل گلیسریدها به منظور تولید آنزیمی دیگلیسرید ها به روش آنزیمی به دلیل میزان مناسب feedstock اولیه (روغن های گیاهی و چربی های حیوانی) و واکنشگر ارزان (آب) بیشتر از استریفیکاسیون و گلیسرولیز مورد توجه است .(Wang et al., 2010)

اخیرا3 روش نوین تهیهی آنزیم با فعالیت با نام تجاری لسیتیناز اولترا انجام شده است و به صورت تجاری نیز موجود است. طبق اطلاعات به دست آمده از تأمینکنندهی آن با پیوستگی ژن های لیپاز از Thermomyces lanuginosa و ژن های فسفولیپاز Fusarium oxysporum مخلوط محصول تهیه شد. این آنزیم جدید پایداری آنزیم لیپاز T. lanuginose و فعالیت آنزیم F. oxysporum را ترکیب میکند. لسیتیناز اولترا هیدرولاز کربوکسیلیک استر است که در مقابل هم فسفولیپیدها و هم تری گلیسریدها فعالیت میکند. کاربردهای اصلی تجاری آن شامل صمغزدایی از روغن های گیاهی و بهبود خصوصیات امولسیونکنندگی لسیتین است . همچنین این آنزیم روغنهای گیاهی را که معمولا 3 با صمغهای موجود در محلولهای آنزیمی دیگر خارج میشوند، آزاد می-کند و در نتیجه موجب افزایش راندمان استخراج و سودآوری میشود. این فرایند آنزیمی تنها به مخازن تیمار ساده و یک سپراتور و زمان انکوبهی سه ساعته نیاز دارد و پس از آن روغن به راحتی جدا میشود. صمغ باقیمانده نیز به لیزولستین که فراوردهای باارزش است، تبدیل میشود .(novozymes.com) 0XQ R و همکاران سنتز STAG ها را در دو مرحله نشان دادند: (1 ) تهیهی -2 مونوگلیسرولها با روش الکلیز روغن ماهی (روغنهای کبد کاد و تن) با اتانول و کاتالیزری لیپاز ویژهی 1 و 3 و (2) تولیدSTAG های با ساختار CA-PUFA-CA از طریق استریفیکاسیون -2 مونوگلیسرولها با کاپریلیک اسید ( CA, (8:0 با لیپاز ویژهی 1 و .3 بالاترین بازدهی -2 مونوگلیسریدها (%63 )در حالت غیر مداوم و در 1 IOT گرم لیپاز h g oil-1 × (در IOTهای بالاتر-2 مونوگلیسریدها به گلیسرول تجزیه میشدند. ) به دست آمد . این سیستم به اندازهی 100 برابر حجم اولیه افزایش مقیاس یافت و در همان IOT بازده مشابهی (%65) به دست آمد. -2 مونوگلیسریدهای مخلوط نهایی واکنش الکلیز با استخراج با حلال با استفاده از حلالهای با سمیت پایین (اتانول و هگزان) از استرهای اتیلی جدا شدند؛ بازده بازیابی -2 مونوگلیسریدها بیش از %90بود و خلوص تقریبا%87-90 3 بود.

Rodriguezهو همکاران سنتز تریگلیسریدهای ساختاریافته را با فرایندی چهار مرحلهای بررسی نمودند: (1) الکلیز روغن کبد ماهی کاد با الکلهای مختلف با کاتالیزوری لیپازهای Novozym 435 هاز هCandida antartica هوهDF هاز هRhizopus oryzae هو تشکیل -2همونوآسیل گلیسرولها، (2) تخلیص -2 مونوآسیل گلیسرولها، (3) تشکیل STAG ها با استریفیکاسیون -2همونوآسیل گلیسرولها با کاپریلیک اسید و کاتالیز شده با لیپاز DF و (4) تخلیص این STAGها. الکلیز روغن کبد ماهی و اتانول %96 کاتالیز شده با Novozym 435 با افزایش 100 برابری واکنشگر افزایش مقیاس یافت و شدت تیمار ثابت نگه داشته شد .(IOT = 3 g lipase h/g oil) در این شرایط راندمان -2همونوآسیل گلیسرول حدود %67 بود؛ این -2همونوآسیل گلیسرولها حاوی %36/6 DHA بودند. -2همونوآسیل گلیسرولها از محصولات واکنش الکلیز به روش استخراج با حلال جدا و تخلیص شدند. راندمان تولید 2 -همونوآسیل گلیسرول و تخلیص محصولات هدف به ترتیب حدود %96/4 و %83/9 بود. این -2همونوآسیل گلیسرولها مانند روش مورد استفاده در مطالعهی قبل تحت شرایط بهینه به STAGها تبدیل شد. پس از سنتز و تخلیص، STAG %93های به دست آمده حاوی DHA %38 در موقعیت sn- 2 و %60 کاپریلیک اسید در موقعیت های 3،sn- 1 بودند؛ به عبارت دیگر تریآسیل گلیسرول عمده STAGها با ساختار CA-DHA-CA بودند .(Rodriguez et al., 2012)

 استریفیکاسیون

به دلیل اثرات تغذیهای 1، -3 دیگلیسرید ها استریفیکاسیون آنزیمی برای تولید دی گلیسیرید مورد توجه قرار گرفته است. محصولات صنعتی حاوی مقادیر بالای دیگلیسرید در بازار ژاپن به عنوان روغن مخصوص پخت و پز رونق پیدا کردهاند. استفاده از 1، -3 دیگلیسرید ها در روغن پخت و پز منجر به کاهش