بیش از یک قرن پیش از تولید تجاری آنزیم در صنایع غذایی و شناختن آن‌ها به صورت تخصصی، بشر به صورت غیر مستقیم از خواص آنزیم‌ها به عنوان کمک فرآوری به شکل آرد مالت استفاده می‌شد اما در نهایت با معرفی افزودنی‌های شیمیایی از بین رفتند. مجدداً با پیشرفت علم بیوتکنولوژی و تولید تجاری آنزیم در صنایع غذایی، این مواد به عنوان جایگزین بسیاری از این ترکیبات شیمیایی مورد توجه قرار گرفتند. آنزیم‌ها ترکیباتی هستند که عملکرد اختصاصی دارند و عموماً با حرارت غیر فعال می‌شوند که این ویژگی آن‌ها را به بهترین و سالمترین جایگزین مواد شیمیایی تبدیل نموده است. با این وجود، استفاده از آنزیم در صنایع غذایی و محصولات نانوایی مستلزم شناختن و درک بهتر آنزیم‌ها است.
ماهیت مواد تشکیل دهنده آنزیم در صنایع غذایی
از آنجایی که آنزیم‌ها از زنجیره‌های اسید آمینه طولانی تشکیل شده‌اند، آنزیم‌ها به عنوان پروتئین طبقه‌بندی می‌شوند و دارای ویژگی‌های مشابه پروتئین هستند. با این حال، یک مولکول آنزیم به یک ساختار سه بعدی خاص با جایگاه فعال دارد که فقط بر روی یک بستر خاص برای مثال یک چربی، پروتئین یا نشاسته عمل می‌کند.
هنگامی که محل فعال آنزیم با یک مولکول سوبسترای مربوطه برخورد می‌کند، آن‌ها به طور موقت متصل می‌شوند تا یک کمپلکس آنزیم-سوبسترا تشکیل دهند. با تشکیل کمپلکس، آنزیم انرژی لازم برای انجام برخی واکنش‌ها را کاهش می‌دهد. این واکنش‌ها ممکن است مولکول بستر را بشکنند یا آن را با مولکول دیگری بپیوندند. علاوه بر این، کمپلکس واکنش را به پیوند‌های خاص روی مولکول بستر محدود می‌کند.
فعالیت آنزیم در صنایع غذایی بسیار اختصاصی است. بسته به ساختار سه بعدی آن، یک آنزیم خاص ممکن است تنها یک نوع مولکول را هیدرولیز یا سنتز کند. برخی دیگر به نوع خاصی از مولکول کمتر اختصاصی هستند، اما یک واکنش شیمیایی خاص را در کل کلاس‌های ترکیبات دارای عناصر ساختاری مشترک ترویج می‌کنند. واکنش هر چه باشد، خود آنزیم بدون تغییر باقی می‌ماند و به همین دلیل است که آنزیم در صنایع غذایی، کاتالیزور در نظر گرفته می‌شوند.
نشاسته
آمیلاز‌ها هیدرولیز‌کننده کربوهیدرات‌هایی هستند که بیشترین عملکرد‌های بالقوه را در محصولات نانوایی دارند. این‌ها آمیلوز و آمیلوپکتین را در نشاسته و همچنین مشتقات نشاسته مانند دکسترین و الیگوساکارید‌ها هیدرولیز می‌کنند.
آنزیم آلفا آمیلاز نشاسته را به دکسترین‌های محلول هیدرولیز می‌کند. این دکسترین‌ها ممکن است متعاقباً توسط بتا آمیلاز برای تولید مالتوز و/یا آمیلو‌گلوکوزیداز برای تولید گلوکز هیدرولیز شوند. از آنجایی که نشاسته به عنوان یک گرانول وجود دارد، آمیلاز‌ها باید بر روی دانه‌های نشاسته آسیب دیده (همانطور که در طول آسیاب آرد صدمه دیده‌اند) یا روی گرانول‌هایی که در اثر رطوبت و حرارت ژلاتینه شده‌اند (مانند زمانی که خمیر مخلوط می‌شود و پخته می‌شود) عمل کند.
قند‌های حاصل از فعالیت آمیلاز به عنوان غذای مخمر در محصولات تخمیری عمل می‌کنند. در نتیجه وجود این آنزیم‌ها در نسبت‌های مناسب برای تولید دی اکسید کربن حیاتی است. بیشتر آرد‌ها به طور طبیعی حاوی آلفا و بتا آمیلاز هستند. با این حال، تنها بتا آمیلاز است که به طور طبیعی در مقادیر کافی وجود دارد. بنابراین، کنترل قدرت نگهداری گاز در خمیر نیاز به آلفا آمیلاز اضافه دارد.
آمیلاز‌ها همچنین می‌توانند بر قوام خمیر تأثیر بگذارند. دانه‌های نشاسته آسیب دیده آب بیشتری نسبت به دانه‌های دست نخورده جذب می‌کنند. این توانایی زمانی کاهش می‌یابد که گرانول‌های آسیب دیده توسط آمیلاز‌ها هیدرولیز شوند. با کاهش جذب آب، گرانول‌های آسیب دیده آب را آزاد می‌کنند که خمیر را نرم می‌کند و باعث سیالیت بیشتر آن می‌شود.
عملکرد سوم آمیلاز‌ها توانایی آن‌ها در به تأخیر انداختن بیاتی است. با گذشت زمان، بافت محصولات پخته شده به دلیل مجموعه پیچیده‌ای از تغییرات که شامل تبلور مجدد (یا رتروگراداسیون) آمیلوپکتین در نشاسته است، ایجاد می‌شود. با هیدرولیز آمیلوپکتین به واحد‌های کوچکتر، آلفا آمیلاز باکتریایی می‌تواند نرمی بافت نان را حفظ کرده و عمر مفید آن را افزایش دهد.
یک نظریه در پشت این موضوع نشان می‌دهد که آمیلوپکتین همچنان با همان سرعت با آنزیم‌های اضافه شده متبلور می‌شود، اما طول زنجیره کوتاه شده انعطاف‌پذیری و نرمی بیشتری را هنگام کریستال شدن حفظ می‌کند. نظریه دیگر این است که زنجیره‌های آمیلوپکتین کوتاه شده تمایل کمتری به رتروگراداسیون دارند.
آخرین استفاده از آمیلاز‌ها در محصولات نانوایی، به عنوان جایگزین برومات پتاسیم، عامل اکسید‌کننده و تقویت‌کننده گلوتن است. گلوتن تقویت شده خمیری با احتباس گاز بهبود یافته و در نتیجه حجم بالاتر در محصول نهایی تولید می‌کند.
بر اساس مطالعات مختلف بهداشتی، استفاده از برومات در حال کاهش و ممنوعیت شدید در بسیاری از کشور‌ها است. سایر اکسیدان‌ها – مانند اسید اسکوربیک – می‌توانند حجم قابل مقایسه‌ای را افزایش دهند، اما مطابقت مستقیم با برومات ندارند. برای جبران، می‌توان آلفا آمیلاز را با اسید اسکوربیک اضافه کرد تا حجم و کیفیت بافت را افزایش دهد.
همی سلولاز
آمیلاز‌ها تنها کربوهیدرات‌های مفید در محصولات نانوایی نیستند. همی سلولازهاهمچنین می‌توانند برای بهبود کیفیت اضافه شوند. هم آرد گندم و هم آرد چاودار حاوی پنتوسان هستند. این پلی ساکارید‌های غیر نشاسته‌ای بسیار آبدوست هستند و به طور قابل توجهی به خواص جذب آب خمیر کمک می‌کنند. در محصولات مبتنی بر آرد گندم، پنتوسان‌ها نیز درافزایش حجم مؤثر هستند.
افزودن همی سلولاز به یک محصول مبتنی بر آرد گندم می‌تواند حجم محصول را با هیدرولیز پنتوسان‌های موجود بهبود بخشد. با این حال، در همان زمان، پنتوسان هیدرولیز شده آب را آزاد می‌کند و خمیر را بسیار شل می‌کند. هنگام استفاده از همی سلولاز، جذب آب خمیر باید تنظیم شود. اگر خمیر بیش از حد شل باشد، نه تنها ماشینکاری آن دشوار خواهد بود، بلکه مزایای افزایش حجم همی سلولاز نیز رخ نخواهد داد.
در نان چاودار، پنتوسان‌های موجود در آرد چاودار برای ساختار ساختمان بسیار مهم هستند زیرا محتوای گلوتن آرد چاودار کافی نیست. اگر محتوای پنتوسان خیلی زیاد باشد، برای آب با نشاسته رقابت می‌کند و از تورم و ژلاتینه شدن مناسب آن جلوگیری می‌کند. همی سلولاز به کنترل محتوای پنتوسان کمک می‌کند.
همی سلولاز‌هایی که سلولز را هیدرولیز می‌کنند نیز در دسترس هستند. این‌ها ممکن است به محصولات نانوایی با فیبر بالا اضافه شوند تا با شکستن زنجیره‌های سلولزی بلندی که باعث ایجاد احساس شن در دهان می‌شوند، به بهبود کیفیت غذایی آن‌ها کمک کند.
انواع آنزیم در صنایع غذایی
درک آنچه که انواع مختلف آنزیم‌ها با محصولات نانوایی انجام می‌دهند اولین گام در انتخاب آنزیم در صنایع غذایی است. با توجه به اینکه عملکرد آنزیمی خاص چقدر است، هنگامی که نتایج مورد نظر مشخص شد، آنزیم مورد استفاده تصمیمی ساده خواهد بود. سایر عوامل در انتخاب و استفاده از آنزیم در صنایع غذایی چندان آسان نیستند. این‌ها شامل منبع و شکل آنزیم، قدرت فعالیت آنزیم و میزان استفاده آنزیم در صنایع غذایی، و شرایطی است که تحت آن آنزیم مورد استفاده و استفاده قرار می‌گیرد.
آمیلاز قارچی در طول رشد، قارچ‌های خاصی آلفا آمیلاز را سنتز می‌کنند. کشت‌های Aspergillus oryzae استخراج، تغلیظ و خشک می‌شوند تا آمیلاز‌های قارچی تولید شود. این‌ها هم به شکل قرص آماده و هم به صورت یک فعالیت از پیش تعیین شده با آرد یا نشاسته مخلوط می‌شوند تا به شکل پودری در بیایند. آمیلاز‌های قارچی را می‌توان برای استاندارد کردن آرد گندم استفاده کرد، اما اغلب در کارخانه تولید برای کمک به حالت دادن به خمیر اضافه می‌شود.
آمیلاز باکتریایی برخی از باکتری‌ها مانند باسیلوس سوبتیلیس نیز آلفا آمیلاز را سنتز می‌کنند. این را می‌توان مانند آمیلاز‌های قارچی استخراج و خشک کرد. اما آمیلاز‌های باکتریایی از نظر حرارتی پایدارتر هستند و بنابراین برای حفظ نرمی محصولات پخته شده مفید هستند.
آنزیم در صنایع غذایی: گلوکز اکسیداز
گلوکز اکسیداز نوعی آنزیم است که در گروه اکسیدوردوکتاز‌ها قرار دارد. کاربرد گسترده‌ای دارد و یک آنزیم در صنایع غذایی می‌باشد. گلوکز اکسیداز بخش مهمی از بهبود دهنده آرد و خمیر است. گلوکزاکسیداز جایگزین برای ADA، برومات پتاسیم و سایر عوامل اکسید‌کننده شیمیایی است که به دلیل نگرانی‌های بهداشتی تحت نظارت عمومی قرار گرفته‌اند.
گلوکز اکسیداز به طور برگشت ناپذیر β-D-گلوکز را به گلوکونو-دلتا-لاکتون اکسید می‌کند که بلافاصله در حضور آب به اسید گلوکونیک تبدیل می‌شود. علاوه بر گلوکز، تعدادی از مولکول‌های آلدوز مانند آلفا دی -گلوکز، مانوز، زایلوز و گالاکتوز را اکسید می‌کند.
افزودن گلوکز اکسیداز به سیستم‌های مخمری، شرایط اکسیداتیو ایجاد می‌کند که تشکیل یک شبکه پلیمری برتر یا توسعه‌یافته‌تر را از طریق یک یا ترکیبی از مکانیسم‌های زیر ایجاد می‌کند:
اکسیداسیون گروه‌های سولفیدریل و تشکیل مقادیر بالاتر پیوند‌های دی سولفیدی (S-S) که زنجیره‌های پروتئینی مجزا را به هم نزدیک می‌کند. مولکول‌های سیستئین زنجیره‌های پروتئینی را به هم پیوند می‌دهند.
هنگام افزودن گلوکز اکسیداز به فرمولاسیون نان و نان، هدف نهایی تولید پراکسید هیدروژن H۲O۲ و ایجاد شرایط اکسید‌کننده لازم است که اثرات تقویتی خمیر را فراهم می‌کند.
افزودن گلوکز اکسیداز خمیر قوی‌تری ایجاد می‌کند که نتایج زیر را به همراه دارد:
- حجم نان بالاتر
- کاهش چسبندگی خمیر به دلیل اثر خشک کردن سطحی پراکسید هیدروژن
- حجم بیشتر نان در فر و قابلیت نگهداری گاز بیشتر
- بافت نان یکنواخت‌تر و محکم‌تر
- افزایش تحمل به تخمیر بیش از حد و
- کاهش استفاده از گلوتن گندم
- اندکی افزایش جذب آب
مانند هر آنزیم دیگری، عملکرد گلوکزاکسیداز در صنعت نانوایی تحت تأثیر دما، pH، قدرت یونی و سطح رطوبت در خمیر تحت تأثیر هیدراتاسیون آرد قرار می‌گیرد.
از آنجایی که گلوکزاکسیداز هم به اکسیژن و هم به گلوکز نیاز دارد، اثر تقویتی آن بر رئولوژی حجیم خمیر عمدتاً در حین اختلاط رخ می‌دهد، جایی که اکسیژن محدود نیست. منطقی است که فرض کنیم در مراحل بعدی فرآیند تولید نان، مانند فرم دهی به خمیر و پخت، عمل گلوکزاکسیداز متوقف می‌شود زیرا اکسیژن محدودتر می‌شود و اکسیژن موجود در خمیر به سرعت توسط مخمر مصرف می‌شود.
برای اطلاعات بیشتر در مورد آنزیم در صنایع غذایی، با ما تماس بگیرید.
ثبت ديدگاه