آنزیم ها همواره همراه با مواد بیولوژیکی مانند مواد غذایی هستند. در نتیجه یکی از عناصر مهم در فراوری مواد غذایی می باشند. در بین فرایند های مختلف مواد غذایی که در گذشته های دور مورد استفاده قرار می گرفتند تنها آنهایی موفقیت آمیز بودند که از آنزیم ها بهره می گرفتند. در ظاهر با مشاهده استفاده های موفقیت آمیز در آنزیم ها به وسیله افراد غیر متخصص می توان تصور کرد که این کار نیاز به تخصص موارد به عنوان مثال در غنا (Ghana) آفریقای غربی اب جوی محلی پیتو (Local pito) در اغلب موارد به وسیله آب جوسازان بی سواد از ذرت خوشه ای یا سور قوم (Sorghum) جوانه زده تیه می شوئد تولید کننده پیتو نمی داند که آنزیم ها عامل تولید محصول او هستند را و یا سایر تولید کنندگان پیتو در حال استفاده از یک علم می باشند. از دیدگاه یک متخصص آگاه بیوشیمی فرایند زمانی نمایان می شود که به تفسیل تفسیر گردد. انتشار کتاب های مختلف و اختصاص فصول مختلف از کتاب های گوناگون[1] و همچنین انتشار مقالات متعدد[2] در زمینه نقش انزیم ها در فراوری مواد غذایی نشانه اهمیت و و مداومت مساله می باشد. فرایند های بیوشیمیایی مختلف مانند تخمیر انعقاد شیر ترد شدن گوشت نتیجه فعالیت همین کاتالیزور های حیاتی (Biocatalysts) هستند که قبلاً و به غلط تصور می شد که فقط پروتئینی
می باشند. در بر خی از کاربرد های آنزیم های تجاری کمک گرفته می شود فن آوری های (technology) آنزیمی موج.ود در مقایسه با فرایند های سنتی انزیم هایی با کیفیت مطلوب تر در دسترس قرار می دهند. استفاده از این آنزیم ها باعث اصلاح فرایند ها شده[3] هزینه را نیز کاهش می دهد[4] و حتی امکان تولید فراورده های جدید را نیز ممکن می سازد[5] گرچه در موارد زیادی از کاربر دهای انزیمی انزیم ها همراه با بافته های زنده هستند در این موارد خوانندگان علاقه مند به منابع جلب دیگری مانند انزیم شناسی مواد غذایی[6] و آنزیم ها در فراوری مواد غذایی[7] ارجاع داده می شوند. هدف این بخش ارائه اطلاعات استفاده از آنزیم های تجازی در فراوری و فن اوری مواد غذایی به متخصصان و فن آوری اجرایی است.
مبانی آنزیم شناسی :
- نامگذاری آنزیم :
نام گذاری آنزیم ها سالهاست که صورت گرفته است. در دنیای علم نام های پیشنهاد شده به وسیله استحادیه بین المللی کمیته شیمی حیاتی در مورد نام گذاری و طبقه بندی آنزیم ها[8] مورد استفاده قرار می گیرد. کمیته مذکور آنزیم ها را به شش گروه اصلی بر اساس نوع واکنش ای که انجام می دهند طبقه بندی می نماید.
شش گروه اصلی مذکور عبارتند از : 1) اکسید و ردوکتازها[9] 2) ترانسفرازها[10] 3) هیدرولازها[11] 4) لیازها[12] 5) ایزومراز ها[13] 6) لیگازها[14]
در این مجموعه نام گذاری هر آنزیم به وسیله پیشوند EC و تعدادی شمرده که به دنبال حروف مذکور قرار می گیرند و نقطه مکت پس از عر شماره مشخص می گردد. اولین شماره پس از حروف مذکور مربوط به گروه آنزیم هاست که در فوق به ان ها اشاره شد. سایر شماره ها به ترتیب زیر گروه و زیر گروه درجه بندی آنزیم ها را بر اساس طبیعت واکنشی که همراهی می کنند.
مشخص می نمایند نوع دیکری از نام گذاری نیز ار سوی شورای بین المللی[15] توصیه شده است که در آن از اسامی غیر علمی (عامیانه) استفاده می شود. در نام گذاری اخیر هر آنزیم را با افزودن پسوند آز[16] به آخر نام بستره آن مشخص می شود نام گذاری نوع سومی نیز معمولی است که در آن پسوند این[17] به نام منبع یا منشاء آنزیم اضافه
می گردد یک مثال معروف در این مورد آنزیم پا پائین[18] است که از گیاه پایا[19] استخراج می گردد. اسامی طبقه بندی انزیم ها تا حدودی پیچیده و هنگام کاربری و نوشتن خیلی طولانی هستند از این دو فن آوری و یا متخصصان اجرایی به طور مصلحتی از نام های غییر علمی (عامیانه) استفاده می نمایند در این بخش از خلاصه نام های غیر علمی (عامیانه) آنزیم ها استفاده می کنیم. همچنین آنزیم ها به صورت ساده ای به گروه های کلی بر اساس واکنش کلی آنها طبقه بندی شده اند (مثال : کربوهیدازها پروتع آزها و غیره) در جاهایی که احتمال اشتباه وجود دارد هم نام عامیانه و هم نام ططبقه بندی ذکر شده است.
- عوامل تنظیم کننده واکنش های آنزیمی :
عوامل مختلفی روی فعالیت آنزین ها و در نتیجه روی ضریب نرخ[20] واکنش های انزیمی تاثیر می گذارند. برخی از این عوامل که پس از شناسایی کامل مورد بهره برداری متخصصان و فن اوران قرار می گیرند عبارت اند از : 1) غلظت قابل استفاده بودن بستره 2) غلظت انزیم 3) درجه حرارت 4) PH واکنش 5) مدت مجاورت آنزیم و بستره 6) وجود یا عدم وجود عوامل بازدارنده[21] و یا مواد فعال کننده[22].
به طور معمول وقتی غلظت بستره پایین است واکنش های آنزیمی روند درجه صفر[23] خواهند داشت در کاریرد های غذایی تراکم یا غلطت آنزیم ها در سطح پایینی است در حالی که غلطت بستره در مقایسه با آن خیلی بالا است از این رو ضریب نرخ واکنش اکثر چنین فرایند های آنزیمی تابع روند درجه یک[24] است : dP/dT = k (S-P)
در رابطه فوق dP/dT عبارت است از ضریب نرخ تشکیل فرآورده P و (S-P) غلظت بستره در زمان معین بنابراین ضریب نرخ واکنش به مقدار بستره ی وجود بستگی دارد. یکی از موارد مهم استفاده از غلظت بستره بهره گیری از آن در اصطلاح پایداری آنزیم هاست. آنزیم ها با سرعت بیشتری در محلول های رقیق دچار واسرشتی[25] می گردند. در غلظت های بالایی از بستره : سطوح فعال[26] آنزین اشباع شده و در نتیجه پایداری آنها تقویت می گردد. قابل استفاده بودن بستره در بررسی های آنزیمی علمی بسیار مهم است. در ضمن وجود بستره به صورت قابل استقاده و با غلظت بالا بدین معنی نخواهد بود که حتماً واکنش صورت خواهد گرفت. وقتی آنزین و بستره جدا از یکدیگر در محیط وجود دارند واکنش انجام نخواهد شد. بستره باید در تماس با آنزیم قرار گیرد تا فعالیت انزیم آغاز گردد. یک مثال ملموس در کاربرد های غذایی در این زمینه هیدرولیز تری اسیل گلیسرول[27] بالیپازهاست. در این مورد آنزیم آب پسند[28] است در حالی بستره چربی پسند[29] می باشد در نتیجه استفاده از یک امولسیون کننده[30] به طور قابل ملاحظه ای ضریب نرخ هیدرولیز[31] را با ایجاد تماس بین آنزیم و بستره افزایش می دهد غلظت انزیم همواره به طور نسبی پایین است. در اکثر کاربرد های غذایی ضریب نرخ واکنش متناسب با غلظت آنزیم می باشد مگر اینکه شرایط طوری اماده شده باشد تا واکنش در غلظت های پایینی از بستره صورت گیرد.
دما به دو طریق روی آنزیم ها اثر می گذارد : 1) تسریع یا کند کردن واکنش با افزایش درجه حرارت 2) واسرشت کردن آنزیم در حرارت های بالای نقطه بحرانی[32].
سرعت اکثر واکنش های شیمیایی با افزایش درجه حرارت افزایش می یابد. علت این پدیده افزایش انرژی سینتیک عوامل واکنش کننده است. آنزیم ها نیز تا رسیدن به درجه حرارت بحرانی به همین ترتیب عمل می کنند ولی به محض رسیدن اما به درجه حرارت بحرانی ضریب نرخ واکنش کاهش می یابد. در نتیجه درجه حرارت واکنش های آنزیمی و دارای اهمیت علمی است. در حرارت هاب لالاتر ضریب نرخ واکنش و واسرشتی آنزیمی به طور مساوی بالا خواهند بود. در اکثر موارد عملاً یک درجه حرارت بهینه قر ارداری انتخاب می گردد. از دما همچنین به منظور حفظ آنزیم ها در برابر سایر عوامل استفاده می شود. به عنوان مثال کاهش در جه حرارت واکنش ممکن است باعث گسترش محدود PH فعالیت یک آنزیم و در نتیجه متعادل نمودن آن برای واکنش ویژه ای گردد.
PH اثر عمیقی روی فعالیت آنزیم ها دارد. برخی از آنزیم ها دارای PH بهینه گسترده اس هستند در حالی که PH مذکور در مورد بر خی دیگر استفاده محدود است. پایداری و ثبات یک آنزیم نیز تحت تاثیر PH محیط می باشد. تعغییرات موضعی PH نیز می تواند اثر نامطلوبی روی واکنش های آنزیمی داشته باشد. در مخازن تولید نیز افزودن آنزیم ها زمانی مناسب است که PH محیط در حد مطلوب و یا نزدیک به ان است. همچنین نقاط افزودن اسیدها و قلیاها به محیط واکنش باید دور از محل افزودن آنزیم باشد.
زمان نیز به طور اجتناب ناپذیری جزو اساس واکنش های آنزیمی است. زیرا واکنش انزیم با بستره خود نیاز به زمان دارد. در واکنش های آنزیمی درجه اول[33] سرعت واکنش تا زمان به علت کاهش بستره در محیط کاهش می یابد. در نتیجه واکنش ها آنزیمی به منظور کامل شدن به زمان طولانی نیاز دارند.
ترکیبات شیمیایی موسوم به از دارند اثرات نامطلوبی روی واکنش های آنزیمی دارند این ترکیبات ممکن است عناصر فلزی مانند مس اهن و یا کلسیم باشند و یا از خود بستری آنزین ممکن است عناصر فلزی مانند مس اهن و یا کلسیم باشند و یا از خود بستره ی انزیم ناشی گردندو نمونه ای از ترکیبات باز دارند همراه بستره باز دارنده تربیسین[34] است که در سویا وجود دارد. باز دارنده ها ممکن است بر اساس چگونگی عملشان، رقابتی[35] غیر رقابتی[36] ضد رقابتی[37] نوع اختلاطی[38] ویژه[39] و یا غیز ویژه[40] باشند. برخی از ترکیبات ممکن است با اصلاح پایداری انزیم و یا تشدید فعالیت آن نقش فعال کننده را ایفا نمایند. بررسی تفصیلی روند (سینیتک) فعالیت باز دارنده ها و فعال کننده های آنز یمی خارج از بحث این بخش است. خوانندگان شایق به دریافت این نوع اطلاعات به کتابهای شیمی حیاتی و آنزیمی شناسی ازجاع داده می شوند.
- آزمایش عهای آنزیمی :
روش های مورد استفاده به منظور تعیین فعالیت آنزیم ها چه در انزیم شناسی و چه در استفاده از آنها بسیار مهم هستند. در این زمینه نشریات مختلفی به بازار عرضه شده است[41]. غلظت مولکولی اکثر نمونه های آنزیمی نا شناخته هستند. از این رو مقدار آنزیم موجود در نمونه ها را بر مبنای فعالیت آنها بیان می کنند. در اکثر موارد تیه کنندگان آنزیم اطلاعاتی در زمینه فعالیت فراورده های خود ارائه می کنند که اساس آنها شرایط ارزیابی استاندارد است. فعالیت انزیم ها را در اکثر موارد به واحد بین المللی (IU)[42] بیان می کنند که عبارت است از مقدار آنزیمی که باعث به وجود آمدن یک هزار مولکول گرم (میلی مول) محصول در دقیقه شرایط مشخص یا تعریف شده ای
می گردد. شرایط مشخص یا تعریف شده مذکور امکان می دهد تا آزمایش در PH های مختلف حرارت های متفاوت و غیره تکمیل گردد زیرا عوامل مذکور روی فعالیت انزیم ها تاثیر دارند.
کاتال[43] نام واحد گیری در مورد فعالیت آنزیم هاست که به وسیله اتحادیه بین المللی کمیسیون شیمی حیاتی در زمینه آنزیم ها توصیه شده است[44]. یک کاتال مقداری از یک آنزیم است که قادر به تبدیل یک ملکول از بستره در یک ثانیه می باشد. بدین ترتیب یک .واحد بین المللی معادل 16.67 کاتال است. تا آنکه این واحد بین المللی قابل تطبیق است ولی به ندرت فعالیت آنزیم ها به کاتال بیان در برخی کشورها آنزیم ها را جزو مواد افزودنی مواد غذایی طبقه بندی می کنند و در نتیجه برای استفاده از آن ها در مواد غذایی مقرراتی وضع می نمایند. اکثر موسسات تنظیم کننده مقررات مانند اداره غذا و داروی ایالت متحده امریکا (FDA)[45] از روش های ویژه ای به منظور اندازه گیری فعالیت نمونه های انزیمی استفاده می کنند به عنوان مثال FDA از روش توصیه شده در مجموعه مقررات شیمیایی مواد غذایی[46] به وسیله انجمن غذا و تغذیه[47] شورای پژوهش های ملی[48] فرهنگستان ملی علوم[49] در واشنگتن[50] استفاده می نماید. این روش ها برای آنزیم های مختلف تایید شده به منظور استفاده در مواد غذایی کاملاً اختصاصی هستند روشهای مذکور هم به وسیله کارگذاران ملی و هم بین المللی مواد غذایی[51] : مورد استفاده قرار می گیرند. به منظور اطلاع بیشتر از جزئیات مطالعه منبع مذکور توصیه می شود.
روشهای ذکر شده در مجموعه مقررات شیمیایی مواد غذایی در مورد تعدادی زیادی از آنزیم های مورد استفاده در فراوری مواد غذایی قابل استفاده می باشند ولی در عین حال برای مصارف جدید بر خی از انزیم ها قابل استفاده نیستند. به عنوان مثال ازمایش لیپاز مجموعه مقررات شیمیایی مواد غذایی بر پایه هیدرولیز زوغن زیتون تحت شرایط استانداردی تنظیم شده است. این ازمایش در مورد لیپازهای مورد استفاده برای هیدرولیز تری اسیل گلیسرول قابل استفاده می باشد.
ولی اگر آنزیم به منظور تولید تری اسیل گلیسرول و یا جابجا کردن عوامل استری[52] در یک روغن مورد استفاده قرار می گیرد روش مجموعه مقررات شیمیایی مواد غذایی
نمی تواند به منظور پیگیری واکنش جوابگو باشد.
انتخاب آنزیم ها به منظور استفاده در مواد غذایی :
برای انتخاب یک آنزیم به منظور استفاده از آن در مواد غذایی عوامل زیادی را باید در نظر گرفت.
مهم ترین آنها عبارت اند از :
- منبع شکل و وضعیت قانونی : مجاز بودن آنزیم و منبع آن به منظور کاربرد مورد نظر مهم می باشد.
- امکان تهیه با کیفیت ثابت : تضمین امکان تهیه با کیفیت قابل قبول و به طور مداوم از طرف تولید کننده قابل توجه است.
- سهولت کاربرد : انزیم های تثبیت شده یا محلول[53] : برخی از آنزیم ها به صورت محلول برخی دیگر به صورت =ودر و یا سیستم تثبیت شده عرضه می گردند. در اکثر کاربرد های غذایی انزیم به صورت مایع یا پودر محلول بسته به طبیعت کاربرد مورد استفاده قرار می گیرند. در عین حال بسیاری از انزیم هایی که در سطح جهانی به بازار عرضه می شوند. به شکل تثبیت شده می باشند و تثبیت آنزیم ها اولین بار حدود C7 سال پیش گزارش گردید[54]. با وجود این اکثر پیشرفت های موجود در زمینه فن آوری آن در دو دهه اخیر حاصل گردیدند
مقدمه
فصل اول: آنزیم شناسی
مبانی آنزیم شناسی
انتخاب آنزیم ها به منظور استفاده در مواد غذایی
کاربردهای غذایی
قوانین و مقررات استفاده از انزیم ها در مواد غذایی
چگونگی کار با آنزیم ها
فصل دوم : آنزیمها در آرد و نانوایی
نقش آنزیم ها در صنعت آرد
مقدار آنزیم های آرد
مهمترین آنزیم های موجود در آرد
آنزیم ها در صنعت نانوایی
استفاده از آنزیم ها در صنایع نانوایی
آنزیم های تجزیه کننده نشاسته
آزمون فالینگ نامبر برای تعیین میزان فعالیت آنزیمی آرد
پروتئینازها
پنتوزانازها
ملاحظات کلی
منابع
دانلود تحقیق آنزیمهای حائز اهمیت در آرد