آنزیم ها در صنایع غذایی (کاربرد + تولید + قوانین)

کاربرد آنزیم ها در صنایع غذایی چیست؟ تولید آنزیم های صنعتی به چه صورت است؟ قوانین و مقررات استفاده از آنزیم ها در صنایع غذایی چیست؟ سلام به شما دوست عزیز علم فودی. ممنون که علم فود رو برای آشنایی با کاربرد آنزیم ها در صنایع غذایی و تولید آنزیم های صنعتی انتخاب کردید. تا پایان این مطلب با علم فود همراه باشید.

 

آنزیم چیست؟

آنزیم ها ترکیبات پروتئینی هستند که به عنوان کاتالیزورهای حیاتی میتوانند باعث ایجاد برخی از تغییرات مطلوب یا نامطلوب فیزیکی و شیمیایی شوند. آنزیم ها حداکثر تا دمای 40 درجه و شرایط پی اچ مناسب قادر به فعالیت هستند. کاربرد آنزیم ها در صنایع غذایی اهمیت زیادی دارد و در فرایندهای مختلف میتوان از آنها بهره برد.

 

اهمیت آنزیم ها در صنایع غذایی

آنزیم ها به دلیل نقش های خود در فراوری و فساد در صنعت غذا بسیار مهم هستند. آنزیم ها در صنایع غذایی میتوانند نقش های زیر ایفا کنند:

• افزایش سرعت واکنش ها
• کاهش ویسکوزیته
• بهبود عمل استخراج
• انجام تغییرات زیستی
• بهبود جداسازی
• افزایش عملکرد
• ایجاد یا بهبود طعم
• سنت مواد شیمیایی

 

کاربرد آنزیم ها در صنایع غذایی

در ادامه انواع آنزیم هادر صنایع غذایی را بررسی میکنیم:

آنزیم آلفاآمیلاز

یکی از انواع آنزیم ها در صنایع غذایی، آنزیم آلفاآمیلاز است. آلفا آمیلازها در میان خانواده آنزیم ها بسیار مهم هستند و از اهمیت زیادی در صنعت برخوردارند و همچنین توانایی هیدرولیز نشاسته و ساکاریدهای مرتبط را به دکسترین و پلی مرهای کوچکتر با واحد سازنده گلوکز دارند. برای مثال یکی از راه های کاهش سرعت بیاتی محصولات قنادی مانند دونات افزودن آنزیم آلفاآمیلاز است. زیرا این آنزیم میتواند علاوه بر کاهش سرعت بیاتی و درجه سفتی فراورده های صنایع پخت، بافت، طعم، بو و رنگ و ویژگی های کیفی محصول تولیدی را بهبود دهد.

در طول پخت، آلفا آمیلازها برای تبدیل نشاسته به دکسترین‌های کوچک‌تر به خمیر اضافه می‌شوند که متعاقباً توسط مخمر تخمیر می‌شوند. طعم، رنگ پوسته و کیفیت برشته شدن نان را بهبود می بخشد. آلفا – آمیلازها همچنین در ساخت دکسترین های شاخه دار با جرم مولکولی بالا استفاده می شوند.

 

 

آنزیم لیپاز

یکی از انواع آنزیم ها در صنایع غذایی، آنزیم لیپاز است. لیپازها گروهی از آنزیم های هیدرولازی هستند که باندهای استری تری گلیسیریدهای زنجیره بلند را به گلیسرول و اسید چرب هیدرولیز میکنند. برخی گیاهان، حیوانات و میكروارگانیسم ها تولید كننده آنزیم لیپاز می باشند. امروزه لیپاز ها از دو منبع قارچی یا باكتریایی به دست می آیند. چرا كه لیپاز های میكروبی پایدارتر بوده و برای فعالیت صنعتی مناسبتراند.

همیشه لیپازهای باکتریایی از جمله لیپازهایی هستند که به سهولت تولید و هزینه های نسبتا پایین فرایند تولید و پایداری آنها در حلال های آلی در صنعت دارای بیشترین کاربرد است. لیپاز ها از جمله مهمترین گروه بیوكاتالیست ها محسوب می شوند. لیپاز، تری گلیسریدهایی را كه دارای اسیدهای چرب با زنجیرهای كوتاه و غیر اشباع هستند، در اولویت قرار می دهد.

سرعت هیدرولیز به میزان رطوبت یا فعالیت آب بستگی دارد. یکی از کاربردهای آنزیم لیپاز در کنار سایر آنزیم ها و امولسیفایرهای غذایی، در بهبود کیفیت نان است. با تولید چربی در نتیجه هیدرولیز تری گلیسریدها مغز نان ها نرم تر می شود چرا كه مغز نان هایی كه حاوی چربی هستند، از نان های بدون چربی نرمتر می باشند. تصور می شود كه این تركیبات در اطراف و سطح خارجی گرانول های نشاسته قرار گرفته و از اتصال گرانولها در حین پخت نان جلوگیری می كنند و باعث افزایش نرمی نان می شوند و از انتقال آب به شبكه پروتئینی گلوتن جلوگیری كرده و از این طریق از كریستالیزاسیون نشاسته جلوگیری می كنند.

 

آنزیم سلولاز

یکی از انواع آنزیم ها در صنایع غذایی، آنزیم سلولاز است. سلولز فراوانترین ترکیب آلی طبیعی موجود در تمام بافت میوه جات است. ترکیب های چند آنزیمی سلولاز به طور تجاری برای تبدیل سلولز به گلوکز استفاده میشوند. سلولاز تجاری از آسپرژیلوس نیجر یا میکروارگانیسم های دیگری مانند تریکودرماویرید به وسیلهٔ تخمیر کنترل شده تولید می شود.

آنزیم سلولاز یک آنزیم خاص نیست بلکه یک سیستم آنزیمی است. بسیاری از میکروارگانیسمها قادر به تولید سلولاز هستند. اما تنها تعداد کمی از آنها مقادیر قابل توجهی از این آنزیم را تولید میکنند. گزارشاتی در مورد باکتریها و آکتینومیست های تولید کننده این آنزیم وجود دارد اما قارچها به عنوان بزرگترین گروه ترشح کننده این آنزیم شناخته می شوند.

کاربردهای تجاری سلولاز در فراوری میوه ها محدود است و موارد مصرف آن شامل موارد زیر است:

• تولید آب میوه و کمک به استخراج و شفاف سازی آب میوه 
• استخراج مواد طعمی از پالپ مرکبات 
• سلولاز با تجزیه ترکیبات سلولزی گیاهان موجب تولید آب میوه های اصلاح شده که دارای خواص جریانی بهتری هستند، میشود.
• کاربرد آن در تولید قهوه باعث میشود که صمغ موجود در قهوه تجزیه شود و از ژل شدن نیز جلوگیری می کند.
• سلولازهای خام برای تیمار فاضلاب های حاصل از عملیات فراوری میوه ها نیز به کار میرود. .
• کمک به استخراج روغن از دانه های روغنی
• استخراج نشاسته از منابع نشاسته ای
• استخراج اسانسه ای روغنی و مواد طعم دهنده از میوه ها و سبزی ها
• تولید مربا و غذای کودک
• افزایش قدرت جذب آب محصولات خشک شده
• جداسازی سبوس از غلات

آنزیم لاکتاز

آنزیم لاکتاز یکی دیگر از انواع آنزیم ها در صنایع غذایی هستند. لاکتوز یا قند شیر یک دی ساکارید است که در شیر پستانداران یافت می شود. لاکتوز به خودی خود شیرین نیست، حلالیت کمی دارد و نمی تواند مستقیماً از روده جذب شود. لاکتاز، لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تقسیم می کند که قدرت شیرین کنندگی آنها در حدود 0-8 نسبت به ساکارز است. آنها 3 تا 4 برابر بیشتر از لاکتوز محلول هستند و به راحتی از روده جذب می شوند.

لاکتاز (که بتا-گالاکتوزیداز نیز نامیده می شود) در روده پستانداران جوان (فعالیت لاکتاز به طور معمول پس از دوره از شیر گرفتن از بین می رود) و همچنین در میکروارگانیسم های خاص یافت می شود. آماده‌سازی لاکتاز خالص از گونه‌ها و قارچ‌های اشریشیا کلی، ساکارومایسس (یا Kluyveromyces بر اساس نام‌گذاری اخیر) مشتق شده‌اند. اولین مورد، E. coli لاکتوز، فقط در شیمی تجزیه کاربرد دارد.

از بین ساکارومایسس لاکتازها، لاکتاز مشتق شده از مخمر لبنی S. lactis در حال حاضر پرمصرف ترین فرآورده لاکتاز تجاری است. شرایط بهینه فرآیند برای این لاکتاز (35-40 درجه سانتی گراد، pH 6.6-6.8) نزدیک به دمای طبیعی و pH شیر است. S. lactis لاکتاز، با این حال، همچنین در دماهای پایین تر، تا حدود 4 درجه سانتیگراد، فعالیت قابل توجهی را نشان می دهد.

این ویژگی به ویژه برای کاربرد عملی مهم است زیرا رشد باکتری های فساد در این دما بسیار کند است. لاکتاز در یک سطح تجاری برای توسعه محصولات عاری از لاکتوز برای افراد دارای عدم تحمل لاکتوز استفاده می شود. همچنین برای تولید ماست منجمد، برای تولید محصولات خامه ای و با طعم بهتر استفاده می شود.

لاکتازها در سه زمینه کاربرد دارند:

• شیر: به عنوان یک “پیش هضم کننده” برای افراد مبتلا به مشکلات عدم تحمل شیر
• برای تهیه پنیر و ماست
• آب پنیر یا لاکتوز: برای تولید شیرین کننده ها و شربت های آب پنیر هیدرولیز شده

آنزیم پکتیناز

آنزیم پکتیناز یکی دیگر از انواع آنزیم ها در صنایع غذایی هستند. پکتیناز با واکنش های استری زدایی و پلیمریزاسیون مشخص می شود. پکتیناز کاربردهای متعددی دارد و به عنوان یک آنزیم پایدار پذیرفته شده است. استفاده از آنزیم های پکتیناز گسترده است و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند اما بیشترین کاربرد آن در صنایع غذایی است. حتی در حالت طبیعی، پکتیناز موجود در میوه ها روند رسیدن را سرعت می بخشد. آنزیم پکتیناز یکی از بهترین کاتالیزورها است و کاربردهای متعددی در صنایع غذایی دارد.

با این حال، پکتیناز به عنوان یک آنزیم واحد در صنایع غذایی استفاده نمی شود و همراه با سایر آنزیم ها مانند آمیلاز کاربرد دارد. این ترکیب به عنوان یک عامل تصفیه کننده استفاده می شود. بیشترین کاربرد پکتیناز در فرآوری آب سیب است. پس از تولید، آب سیب اغلب به ماده گیاهی کدر تبدیل می شود. استفاده از پکتیناز به تولید آبمیوه شفاف تر کمک می کند. جدای از این، استفاده از پکتیناز برای نرم کردن میوه ها و تخمیر قهوه و چای نیز متداول می شود.

تکنولوژی تولید آنزیم ها در صنایع غذایی

امروزه بیشتر آنزیم ها در صنایع غذایی و سایر صنایع از تخمیر غوطه وری با استفاده از باکتریها، مخمرها و کپک ها تولید میشوند. در بیشتر موارد تخمیر به صورت بچ فراوری میشود و محیط های کشت دارای منابع کربنی مانند گلوکز، ملاس و نشاسته هیدرولیز هستند که باکتریها مخمرها و کپک ها قادرند در آنها رشد کنند. ترکیبات دیگر محیط کشت شامل منابع نیتروژنی برای تولید آنزیم های پروتئینی و نمک های معدنی و عصاره مخمر هستند.

تخمیر معمولاً ۲ تا ۳ روز طول میکشد به همراه هوادهی که اکسیژن مورد نیاز برای رشد را تأمین می کند. بیشتر تراواشات (آنزیم ها) خارج سلولی هستند. غده های حیوانی و همچنین بافت های گیاهی نیز آنزیم تولید میکنند. ولی امروزه به مقدار کمی از آنها استفاده می شود. آنزیم های میکروبی در مقایسه با آنزیم های گیاهی و حیوانی دارای مزیتهایی شامل خلوص، هزینه کم، آسان هستند. آنزیم های میکروبی قابلیت اصلاح با توجه به نیازهای واکنش را دارند. 

قوانین و مقررات استفاده از آنزیم ها در صنایع غذایی

استفاده از آنزیم ها در صنایع غذایی مانند دیگر افزودنی ها تابع مقررات قانونی است و درعین حال این مقررات از کشوری تا کشور دیگر متفاوت است؛ اکثر کشورهای توسعه یافته از مقررات تنظیم شده به وسیله کمیته مشترک WHO/FAO در مورد افزودنی های غذایی پیروی میکنند. در بین کشورهای جامعه اقتصادی اروپا در این زمینه هماهنگی وجود ندارد. کمتر از ۵۰ باکتری و قارچ، آنزیم های صنایع غذایی را تولید می کنند. بارزترین آنها گونه های باسیلوس، نظیر باسیلوس سوبتیلیس و باسیلوس لیکنی فورمیس ، مخمر ساکارومایسیس سرویزیه ” و قارچ های رشته ای آسپرژیلوس نایجر و آسپرژیلوس اوریزا هستند. این میکروارگانیسم ها غیر بیماری زا هستند، توکسین تولید نمی کنند و سالم بودن آنها به اثبات رسیده است.

طی سالها گونه های لاکتوباسیلوس و استرپتوکوک های لاکتیک و همچنین برخی از آنزیم های آنها در صنایع لبنی برای تهیه غذاهای تخمیری به کار رفته و سالم شناخته شده اند. اگر یک میکروارگانیسم برای تولید یا تهیه غذا تحت نظارت مؤسسات ذی ربط نباشد، کسب مجوز مصرف آنزیم از آن میکروارگانیسم ممکن است چند سال طول بکشد درخواست جواز مصرف باید شامل اطلاعات زیر باشد:

مشخصات آنزیم و میکروارگانیسم مولد آن

روش های تهیه آنزیم:

1- ترکیب کامل محیط کشت

2- وسایل به کار رفته برای تولید

3- شرایط تخمیر ،هوادهی، همزنی دما، pH

ترکیب آنزیم تهیه شده:

1- آنزیم تنها، مخلوط آنزیمی و با سلول کامل

2- ناخالصی ها نظیر فلزات سنگین، حلال ها و سایر مواد شیمیایی باقی مانده از فرایند تولید (برای مثال، گلوتار آلدئید اتصال دهنده تقاطعی است که اغلب در روش های تثبیت آنزیم به مصرف میرسد).

3- جزئیات روش های آنالیتیک که برای کسب اطلاع از ترکیب مواد و مقدار ناخالصی ها به کار می روند.

داده های سم شناسی درباره آنزیم یا میکروارگانیسم مربوط :

1- میکروارگانیسم نباید بیماری زا باشد.

2- میکروارگانیسم نباید مایکوتوکسین ها یا سایر سموم شیمیایی را تولید کند.

3-میکروارگانیسم نباید مولد آنتی بیوتیک باشد.

چون آنزیم های تهیه شده سوبسترای خوبی برای رشد میکروبها هستند، شرح مشخصات آنزیم هایی که برای آماده کردن غذا مصرف می شوند همواره نیازمند سنجش آلودگی میکروبی است. این امر شامل شمارش تعداد کل باکتری های زنده و انواع خاصی از باکتری ها نظیر باکتری های کلی فرم، اشریشیا کلی برای تشخیص آلودگی های مدفوعی و سالمونلا به علت بیماری زایی آن میباشد.

ظهور آنزیم های نوترکیب در صنایع غذایی میتواند به طور قابل ملاحظه ای مراحل کسب مجوز را تسریع نماید. تکنولوژی DNA نوترکیب انواع محدودی از میکروارگانیسم ها و پلاسمیدها را برای تولید طیف گسترده ای از آنزیمها به کار میگیرد. در نتیجه تشخیص مجدد سلامت میزبان و پلاسمید در هر نوبت صدور مجوز برای یک آنزیم نوترکیب جدید ضرورت دارد.

منابع:

علم فود

گوگل اسکولار