همه چیز درباره آنزیم های آرد و نان

آنزیم ها پروتئین‌های بزرگی هستند که به‌عنوان کاتالیزور برای تسریع واکنش‌ها در آرد و نان عمل می‌کنند، بدون اینکه خودشان تغییر کنند. آنها توسط گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم ها تولید می شوند اما خود موجودات زنده نیستند. افزودنی ها بسیار فعال هستند، بنابراین فقط مقادیر کمی از آنها مورد نیاز است، و بسیار اختصاصی هستند، یک بهبود دهنده منفرد معمولاً تنها یک واکنش را کاتالیز می کند.

هر افزودنی PH و محدوده دمایی خاص خود را دارد و پیشرفت واکنش آن به شرایط و زمان و غلظت بستگی دارد. آنزیم ها به دلیل ترکیباتی که روی آنها کار می کنند (کربوهیدرات ها، پروتئازها، لیپازها) و انواع واکنش هایی که کاتالیز می کنند (هیدرولازها، اکسیدازها) نام گذاری می شوند. بیشتر بهبود دهنده‌های های تجاری از میکروارگانیسم ها تولید می شوند، بنابراین فونگال یا باکتریال نشانه جنس و گونه آنها است.

در سیستم های نانوایی، بهبود دهنده‌ها به عنوان نرم کننده خمیر،تقویت کننده های خمیر و افزایش مقاومت به تخمیر و عوامل ضد بیاتی کاربرد دارند. این امر نانواها را قادر می سازد تا مواد افزودنی نامطلوب را حذف کرده و محصولاتی با لیبل “عاری از مواد شیمیایی” تولید کنند.

انواع آنزیم ها

• آمیلازها نشاسته موجود در آرد را به دکسترین و قند تجزیه می کنند. آلفا آمیلاز و بتا آمیلاز به طور طبیعی در گندم وجود دارند، اما سطح طبیعی آلفا آمیلاز معمولاً برای تهیه نان بهینه بسیار کم و متغیر است.
• آمیلاز قارچی نیز برای استاندارد کردن فعالیت آلفا آمیلاز نان استفاده می شود. آمیلاز قارچی معمولا در حالت دهنده های خمیر برای بهبود فنر فر استفاده می شود.سایر آمیلازها دردمای بالاتر پایدارهستند و در مراحل اولیه پخت و بر روی نشاسته ژلاتینه شده اثر می کنند. آمیلازهای مالتوژنیک، باکتریایی و پایدار در برابر حرارت، عمدتاً در محصولات به عنوان عامل ضد بیاتی استفاده می‌شوند، و نشاسته را به شکل مقاوم در برابر سفت شدن تبدیل می کنند.
• گلوکوآمیلاز دکسترین های تولید شده توسط آمیلازها را به قند گلوکز تجزیه می کند. تخمیر گلوکز برای مخمر آسانتر از مالتوز است و می توان از آن برای جایگزینی جزئی سایر قندهای موجود دررسپی استفاده کرد.
• همی سلولاز ، پنتوزاناز و زایلاناز فیبر نامحلول موجود در گندم، چاودار را تجزیه می کند. این بهبود دهنده‌ها، برای بهبود قابلیت ماشینکاری و حجم نان، استفاده می شوند. همچنین در تولید ویفر مقدار آب مورد نیاز برای اختلاط را کاهش می دهند. پروتئاز پروتئین گلوتن موجود در آرد گندم را تجزیه می کند. برای تولید انواع بیسکوئیت سبب بهبود پهن شدن خمیر و ماشین‌کاری می شوند.
• لیپوکسیژناز ، چربی های موجود را اکسید کرده و پراکسیدها را تشکیل می دهد. پراکسیدها رنگدانه‌های آردی را سفید می‌کنند که منجر به رنگ سفیدتر می‌شود.
• گلوکز اکسیداز اسید اسکوربیک را به دهیدرو-آسکوربیک اسید اکسید می کند. اسید دهیدروآسکوربیک پروتئین گلوتن را با ایجاد پیوندهایی که استحکام آن را افزایش می دهد، اصلاح می کند.
• لیپاز و به خصوص فسفولیپاز، چربی آرد را تجزیه می کند و امولسیفایرهایی تولید می کند که خمیر را تقویت کرده و بافت نان را نرم و یکدست می کند.
• ترانس گلوتامیناز بین مولکول های گلوتن پیوند ایجاد می کند و خمیر را تقویت می کند.

آنزیم آلفا آمیلاز قارچی

عملکرد اصلی آمیلازهای قارچی و میکروبی استانداردسازی آرد و افزایش ماندگاری (ضد بیاتی) است.

بهبود دهنده قارچی (آمیلاز قارچی) برای استانداردسازی آرد ترجیح داده می شود زیرا نسبت به آمیلازهای میکروبی حساس تر به حرارت است .غیرفعال شدن بهبود دهنده قارچی در دمای 65 درجه سانتیگراد رخ می دهد. بنابراین، قبل از ژلاتینه شدن قابل توجه نشاسته، دناتوره می شود، در حالی که بهبود دهنده میکروبی تا دمای 80 درجه سانتی گراد پایدار است. هدف استانداردسازی آرد صرفاً ارائه فعالیت آمیلولیتیک کافی برای بهینه‌سازی تولید گاز مخمر در طول تخمیر است و بهبود دهنده قارچی با اثر بر روی نشاسته آسیب دیده آمیلوز و آمیلوپکتین را کاتالیز می کنند . آنها بر روی پیوندهایa-1,4 گلیکوزیدی پلیمرهای نشاسته عمل می کند و الیگوساکاریدها و دکسترین تولید می کند.

هیدرولیز نشاسته آسیب دیده و انتشار آب در طول تخمیر نیز بر خواص رئولوژیکی خمیر ، به ویژه در طول تخمیر و مراحل اولیه پخت تأثیر می گذارد. این اثر سبب ایجاد حجم بیشتر در نان نهایی می شود.در نهایت، مخمر از تمام گلوکز تولید شده توسط آمیلازها استفاده نمی کند و فراوانی قندهای کاهنده باعث افزایش قهوه ای شدن پوسته و واکنش میلارد در زمان پخت نان می شود.

به طور کلی بهبود دهنده قارچی در pH متوسط و دمای متوسط فقط روی نشاسته آسیب دیده عمل می کند. تجزیه نشاسته (ساخت دکسترین) به گلوکز را آغاز می کند و سرعت فعالیت مخمر را افزایش می دهد و نهایتا با ایجاد حجم مطلوب نان و افزایش رنگ و ضخامت پوسته و بهبود بافت و نرمی مغز آن می‌شود. اثر مطلوب این نوع بهبود دهنده در بهینه سازی فعالیت آمیلازی آرد را می توان توسط دستگاه آمیلوگراف اندازه گیری نمود.

در مواردی که فعالیت بهبود دهنده آرد کم باشد نان حجم ، شکل ظاهری مطلوب و ماندگاری و تازگی مورد نظر نانوا یا مصرف کننده نهایی را تامین نمی‌کند. در چنین مواقعی که عدد ماکزیمم نشان داده شده در دستگاه آمیلوگراف 1000 واحد آمیلوگراف یا بیشتر از آن باشد با افزودن اصلاح کننده آلفا آمیلاز قارچی می توان این میزان را به اعداد مطلوب تر کمتر از 800 واحد آمیلوگراف رسانیده و فعالیت بهبود دهنده آرد را بهینه نمود.

پروتئازها

دسته وسیعی از بهبود دهنده ها هستند که پیوندهای پپتیدی پروتئین ها را هیدرولیز می کنند. این بهبود دهنده‌ها روی پیوند پپتید انتهایی اگزوپپتیدازها یا با پیوند پپتیدی اندوپپتیدازها عمل می کنند. بهبود دهنده‌های قارچی و میکروبی، معمولاً اندوپپتیدازها، در طول اختلاط و تخمیر بیشترین فعالیت را دارند. آنها به عنوان بهبود دهنده خمیر برای کاهش قوام (یعنی ضعیف شدن) و زمان اختلاط خمیر استفاده می شوند، به این معنی که پروتئازها بلافاصله در مرحله اختلاط خمیر فعال می شوند.

استفاده از این بهبود دهنده‌ها باعث افزایش قالب پذیری خمیر از طریق تغییر در رئولوژی خمیر به دلیل ضعیف شدن شبکه گلوتن، تخریب جزئی پروتئین ها، نرم شدن و ریلکس شدن خمیر، کاهش خاصیت ارتجاعی خمیر، کاهش جمع شدگی خمیر در هنگام پخت و تسریع واکنش میلارد می شود.

در نانهای تولید شده با آرد حاوی گلوتن بسیار سخت، استفاده از این نوع اصلاح کننده‌ها برای تعدیل شبکه گلوتنی ، سبب حجم بهتر نان می شود. از سیستئین نیز برای تغییر خواص شبکه گلوتن در تهیه نان استفاده شده می شود. در استفاده از اصلاح کننده پروتئاز برای نانهای با تخمیر طولانی باید دقت نمود زیرا اثر طولانی مدت این افزودنی بر روی سوبسترای آن یعنی گلوتن در زمان تخمیر طولانی باعث از بین رفتن شبکه گلوتنی می شود.

در نتیجه، استفاده از بهبود دهنده پروتئاز برای کاربردهای خاص مانند کراکر و ویفر و بیسکوئیت که به دلیل عدم نیاز به شبکه گلوتنی جهت نگهداری گاز در هنگام تخمیر، مناسب تر هستند. لازم به ذکر است که شبکه گلوتن قوی و انعطاف پذیر در فرآوری تجاری نان ها مطلوب است. بنابراین، رایج تر است که از یک عامل کاهنده مانند سیستئین برای اصلاح شبکه گلوتن در آردهای بسیار قوی استفاده شود.

همی سلولازها

یک دسته بهبود دهنده گسترده هستند که روی پلی ساکاریدهای غیر نشاسته ای عمل می کنند. همی سلولازها واکنش‌ها را روی زایلان‌ها، زایلوبیوزها، آرابینوزایلان‌ها و پپتیدهای آرابینوگالاکتان کاتالیز می‌کنند. از بین این پلی ساکاریدها، آرابینوزایلان ها که به میزان 1.5-2 درصد در آرد وجود دارند، از نظر فناوری برای تهیه نان مهم ترین هستند و مورد هدف این آنزیم قرار می گیرند.

زایلاناز یک همی سلولاز با اثر بر روی پیوندهای 1،4-b-Dxylosidic است که آرابینوزایلان ها را تشکیل می دهند. آرابینوکسیلان ها می توانند قابل استخراج با آب یا غیر قابل استخراج با آب باشند. آرابینوکسیلان های غیر قابل استخراج با آب (WUAX) و آرابینوکسیلان های قابل استخراج با آب (WEAX) به دلیل توانایی آنها در اتصال به آب از نظر فناوری مهم هستند. WUAX و WEAX می توانند به ترتیب تا 10 و 5 برابر وزن خود آب جذب کنند.

از دو گروه آرابینوزایلان ها، WUAX برای کیفیت نان مضرتر است زیرا به عنوان بخشی از دیواره سلولی وجود دارند که می توانند با توسعه شبکه گلوتنی تداخل داشته باشند. هیدرولیز این بخش WUAX می تواند باعث توسعه بهتر شبکه گلوتنی، نرمتر شدن خمیر و قابلیت بهتر انبساط و نگهداری گاز شود.

همچنین افزودن اصلاح کننده زایلاناز می تواند خمیر را به شوک و استرس در زمان تولید مقاوم کند. برای تعدیل رطوبت خمیر از زایلاناز با گلوکز اکسیداز به دلیل خشک تر نمودن سطح خمیر و برای قابلیت ماشین کاری بهتر استفاده می شود.اثر اصلاح کننده‌های زایلاناز در نان، حجم بیشتر و بافت ریزتر می باشد. از اصلاح کننده‌های زایلاناز در نان‌های حاصل از آرد چاودار، جو و… به دلیل نرم تر شدن خمیر و بهبود خواص رئولوژی و همچنین حجم بهتر آن، استفاده می شود.

لیپازها ،فسفولیپازها و گالاکتولیپازها

دسته وسیعی از بهبود دهنده ها هستند که هیدرولیز تری گلیسرول ها را به مجموعه ای از محصولات جانبی شامل اسیدهای چرب آزاد ، دی آسیل گلیسرول ها ، مونوآسیل گلیسرول ها و گلیسرول کاتالیز می کنند.

لیپازها به عنوان بهبود دهنده خمیر در نظر گرفته می شوند و مشابه امولسیفایرها عمل می کنند و برهمکنش‌های لیپیدی با گلوتن را تغییر می‌دهد، که می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر خواص رئولوژیکی و ماشینکاری خمیر و محصولات نهایی داشته باشد. محصولات واکنش لیپاز دارای ساختارهایی شبیه به امولسیفایرها هستند.

بنابراین، می‌توانند با پروتئین‌های گلوتن از طریق مکانیسم‌های مختلف اتصال به لیپید برای تأثیرگذاری بر ساختار پروتئین-پروتئین، پروتئین-نشاسته و سایر برهمکنش‌های پروتئین-لیپید تعامل کنند.

با تاثیر مثبت بهبود دهنده لیپاز، پایداری سلول گاز در زمان تخمیر بهبود می یابد زیرا محصولات واکنش فسفولیپاز دارای خواص فعال سطحی مؤثری هستند. خواص رئولوژیکی بهبود یافته و پایداری سلولهای گاز و پایداری خمیر مزایایی را برای نان ، از جمله بهبود حجم و ساختار بافت آن، فراهم می‌کند.

یک مزیت اضافی، سفیدی بافت نان از طریق تولید بافت ریزتر و همگن تر است. در تولید محصولات دارای لیبل عاری از مواد شیمیایی یا حاوی مواد شیمیایی کمتر، می توان نسبت قابل توجهی از امولسیفایرها را با لیپازها جایگزین کرد. همچنین لیپازها به دلیل توانایی جایگزینی امولسیفایرها، عملکرد بیشتری به عنوان عوامل ضد بیاتی دارند. استفاده از اصلاح کننده‌های لیپاز و حذف امولسیفایرها می تواند نقش مهمی در کاهش قیمت محصول نهایی داشته باشد.