آنزیم در صنعت لبنیات

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:115

پايان نامه مقطع كارشناسي

مهندسي علوم و صنايع غذايي

فهرست مطالب :

فصل اول : اصول فعاليت آنزيم ها

1-1 مقدمه: 2

1-2 آنزيم چيست؟ 2

1-2-1 اصول كلي واكنش هاي آنزيمي: 4

1-3 نامگذاري آنزيم ها 6

1-4 خالص سازي و سنجش آنزيم. 7

1-5 كنتيك آنزيم ها 9

1-5-1 غلظت آنزيم. 10

1-5-2 غلظت سوبسترا 11

1-5-3 شرايط محيطي. 12

1-5-4 بازدارنده ها، فعال كننده ها و كوفاكتورها 13

فصل دوم آنزيم ها در صنعت غذا

2-1 مقدمه. 15

2-2 تجاري سازي فرآيندهاي آنزيمي: 16

2-3 روش هاي جايگزين براي استفاده از آنزيم ها: 16

2-4 دسترسي سوبسترا به آنزيم. 17

2-5 انواع واكنش... 18

2-6 شرايط واكنش... 18

2-7 منشا آنزيم ها 19

2-8 چگونگي كار با آنزيم ها 20

2-9 نكات ايمني و قانوني. 21

2-10 قوانين و مقررات استفاده از آنزيم ها در مواد غذايي. 22

فصل سوم آنزيم ها در صنعت لبنيات

3-1 مقدمه. 25

3-2چگونگي انتقال آنزيم ها به فرآورده هاي لبني. 27

3-3مهمترين آنزيم هاي طبيعي شير 28

3-4 عوامل مهمي كه در تخمير و رساندن فرآورده هاي لبني موثر هستند: 28

3-5 pH اپتيمم براي فعاليت فسفاتازها و پراكسيدازها و پروتئازها 31

3-6 آيا غير فعال كردن حرارتي آنزيم ها در تكنولوژي شير و آزمايشات آن كاربرد دارد؟ 33

3-7 محصولاتي از بو ( آروما) و بافت.. 33

3-8 فسفاتازها 34

3-8-1 توضيح انديس فسفاتاز 35

3-8-2 انواع فسفاتاز در فرآورده هاي لبني. 35

3-8-3 تفاوت فسفاتاز طبيعي و ميكروبي. 35

3-9 كاتالاز 36

3-10 ليزوزيم ها 36

3-11 سولفيدريل اكسيداز 37

3-12 اهيمت لاكتاز در شير 37

3-13 β- 1 و 4 گالاكتوزيدازها 38

3-14 آنزيم هاي نگهدارنده 39

3-15 پراكسيدازها 41

3-15-1 تفاوت بين پراكسيداز طبيعي: 41

3-16 آميلاز: 42

3-17 ليپاز: 42

3-17-1 بعضي از اثرات ليپوليز: 44

3-17-2 كدام فرآورده هاي شير سرشار از ليپاز ميكروبي مي باشند: 46

3-18 پروتئازها: 46

3-18-1 تقسيم بندي پروتئازها در فرآورده هاي لبني. 46

3-18-2 خصوصيات پروتئازهاي طبيعي در شير: 47

3-18-3 نقش پروتئازها در صنايع لبنيات.. 47

3-18-4 استفاده از پروتئازهاي تثبت شده براي تهيه پنير: 51

3-18-5 تفاوت پنيرهاي حاصل از عمل رنت و حاصل از عمل اسيد: 52

3-18-6 رسيدن پنير 53

3-19 آنزيم هايي از رنت و جايگزين هاي آن. 55

3-19-1 آنزيم رنت.. 55

3-19-2 جايگزين هاي رنت.. 56

فصل چهارم نقش آنزيم ها در صنعت لبنيات

4-1 نقش آنزيم ها در توليد شير 60

4-1-1   نقش آنزيم ها در نگهداري شير 60

4-1-2 هيدروليز لاكتوز 63

4-1-3 كاربرد آنزيم ها در تعيين كيفيت شير 68

4-1-3-1 آزمايش هاي مستقيم با استفاده از آنزيم ها 68

4-1-3-2 آزمايش هاي غير مستقيم با استفاده از آنزيم ها 71

4-1-4 نقش آنزيمهاي داخلي در كيفيت توليد شير 76

4-2 نقش آنزيم ها در توليد پنير 82

4-2-1 آنزيم هاي ميكروبي درون زا 82

4-2-2 تكنولوژي دلمه. 83

4-2-3 آنزيمهاي برونزا 86

4-2-4 نقش آنزيم ها در نگهداري پنير 105

نتيجه گيري و پيشنهادات: 109

منابع و مآخذ  111

مقدمه :

اهميت آنزيم ها در صنايع غذايي با در نظرگرفتن دامنه وسيع كاربرد تجاري آنها در اين پروژه مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد.

آنزيم ها قادرند به طور اختصاصي در تغيير همه ماكرومولكولهاي بيولوژيكي اصلي، پروتئين ها، هيدراتهاي كربن، چربيها و اسيدهاي نوكلئيك و نيز مولكولهاي كوچكتر نظير اسيدهاي آمينه، قندهاا و ويتامين ها دخالت نمايند. اين دليل اصلي اهميت آنزيم ها در صنايع غذايي است. مواد خام در ابتداي هر خط فرآيند غذايي حاوي دامنه ي گسترده اي از آنزيم هاي با منشا دروني است. برخي از آنزيم ها در طي فرآيند و پس از آن فعال باقي مي مانند كه مي توانند نقش مفيد يا مضر در فرآوري داشته باشند. بسياري از توليد كنندگان محصولات غذايي براي بهبود كيفيت محصول نهايي از آنزيم هاي با منشا خارجي نيز استفاده مي كنند.

به منظور به كارگيري و كنترل موثر آنزيم هاي داخلي و خارجي، داشتن يك سري اطلاعات پايه در مورد اين كه آنزيم ها چه هستند، چه كاري انجام مي دهند و چگونه مي توان آنها را به كار گرفت ضروري است. در ادامه به بررسي مفاهيم كلي فعاليت آنزيم و كم كيف آن مي پردازيم.

1-2 آنزيم چيست؟

بهترين تعريف موجود عبارتي است كه در مقدمه كتاب ديكسون و وب(1979) ارائه شده كه در آن آنزيم به عنوان يك پروتئين با خواص كاتاليزوري ناشي از قدرت فعاليت ويژه آن تعريف گرديده است. اين عبارت يك تعريف مفيد كاربردي است كه منجربه بررسي در خصوص مباني فعاليت آنزيم به ويژه اين كه چگونه آنزيم ها در صنعت غذا در حال و آينده مورد استفاده قرار مي گيرند شده است. امروزه مشخص شده كه همه ماكروملكولهاي بيولوژيكي كه قادر به انجام واكنش هاي كاتاليتيكي مي باشند، الزاماً پروتئين نيستند. در واقع ثابت شده است كه مولكولهاي كوچك اسيد نوكلئيك ، هر چند در گسترده بسيار محدودي از واكنش ها، قادرند به عنوان كاتاليزورهاي بيولوژيكي عمل نمايند. در هر صورت اين كه اصطلاحاً « آنزيم ها» در كاربرد كلي به خصوص براي توصيف كاتاليزورهاي بيولوژيكي با منشا پروتئين همچنان مورد استفاده قرار گيرد، مورد قبول مي باشد. به ويژه همه آنزيم هايي كه تاكنون شناخته شده اند و در صنايع غذايي كاربرد دارند پروتئين هستند.

در قسمت دوم تعريف ديكسون و وب بي شك واقعيت اين است كه آنزيم ها به خاطر قابليت آنها به عنوان كاتاليست هاي بيولوژيكي مورد توجه هستند. آنزيم ها به عنوان كاتاليست واقعي در انتهاي واكنش بدون تغيير باقي مي مانند. اين امر بدين معنا نيست كه آنزيم ها نقش خنثي و بي اثري داشته و در طي واكنش تغيير نمي يابند، بلكه بدين معناست كه هر گونه تغيير حالت فيزيكي يا شيميايي در آنزيم برگشت پذير است، در واقع اغلب واكنش هاي آنزيمي كمپلكس هاي حداواسط برگشت پذير را در بر
مي گيرند. بنابراين يك آنزيم در طي واكنش مصرف نمي شود، بلكه مي تواند بارها و بارها مورد استفاده قرار گيرد.

1-2-1 اصول كلي واكنش هاي آنزيمي:

• عدد تبديل[1] آنزيم يعني تعداد مولكولهاي سوبسترايي كه در حضور آنزيم كاملاً اشباع در واحد زمان به فرآورده تبديل مي شوند، مي تواند فوق العاده بالا باشد. اين رقم در مورد اغلب آنزيم ها در حدود 104×1 در هر ثانيه است.
• نكته ي مهم ديگر در خصوص واكنش هاي كاتاليز شده آنزيمي اين است كه اين سري واكنش ها نظير همه ي واكنش هاي شيميايي بايد از قوانين ترموديناميكي پيروي نمايد. به ويژه واكنش تنها در صورتي پيش مي رود كه با يك كاهش سطح انرژي آزاد اصلي همراه باشد به عبارت ديگر ΔG ( انرژي آزاد گيبس)[2] منفي باشد.
• علي رغم اين كه ΔG منفي است ولي به تنهايي نمي تواند واكنش را پيش ببرد انرژي آزاد قابل دسترس از اين واكنش ΔG بستگي زيادي به غلظت نسبي سوبسترا و فرآورده دارد. لازم به ذكر است چون واكنش هاي مذكور معمولاً در محيط آبي پيش مي روند. نقش آب در اين واكنش ناديده گرفته شده است. بنابراين غلظت آب را مي توان ثابت فرض كرد. البته اين نكته نمي تواند هميشه صحيح باشد. از آنجا كه مطلوبترين حالت از نظر انرژي براي هر سيستم زماني است كه ΔG= 0 باشد، نسبتي از فرآورده به سوبسترا كه ΔG=0 را نتيجه دهد پايدارترين حالت است. بنابراين واكنش ها به سمت اين تعادل پيش مي رود. نسبت فرآورده ها به مواد اوليه در حالت تعادل را مي توان با قرار دادن ΔG=0 در معادله ي 

محاسبه كرد. ثابت به دست آمده، ثابت تعادل ناميده مي شود(Keq)

Keq در اغلب آنزيم هاي غذايي به گونه اي است كه واكنش بتواند تقريباً كامل شود.

• اثر دما بر keq واكنش تنها در محدوده ي دماهاي مورد استفاده در اغلب واكنش هاي كاتاليزور شده آنزيمي ( حدود 293 تا 333) درجه كلوين يك اثر جانبي است. بنابراين از نظر ترموديناميكي، دما يك عامل مهم به شمار نمي آيد. هر چند از نظر سرعت واكنش دما يك عامل كليدي و مهم محسوب مي شود.
• هر مولكول براي اينكه به طور انفرادي واكنش نمايد. ابتدا بايد مولكول انرژي كافي براي غلبه بر اين مانع انرژي را به دست آورد. و به حالت واسطه برسد. مقدار انرژي مورد نياز، انرژي فعالسازي يا اكتيواسيون نام دارد. در وانش هاي شيميايي انرژي فعالسازي را مي توان با حرارت دادن مواد واكنش دهنده فراهم كرد. با اين حال حرارت بالا و طولاني در صنايع غذيي اغلب نامطلوب بوده و استفاده از آنزيم ها توصيه مي شود. يكي از نتايج اتصال مولكول سوبسترا به سطح يك آنزيم كاهش انرژي فعال سازي است. بنابراين امكان پيشرفت واكنش با يك سرعت بيشتر و در دماي پايين تر ميسر مي گردد. مكانيسم دقيق شيميايي يا فيزيكي كاهش انرژي فعال سازي مشخص نيست.
• جنبه ي ديگر عمل آنزيم كه مزيت مهمي براي صنعت غذا به شمار مي رود، اختصاصي عمل كردن آن است. در ساده ترين شكل آن، مانند نظريه قفل و كليد، يك جايگاه فعال به شكلي كاملاً متناسب با مولكول سوبسترا بر روي سطح آنزيم وجود دارد. اين بدان معني است كه اغلب آنزيم ها براي سوبسترا هايشان و به موجب آن براي واكنش هايي كه كاتاليز مي كنند كاملاً اختصاصي هستند.

1-3 نامگذاري آنزيم ها

آنزيم ها را مي توان بر طبق نوع واكنش كه عموماً كاتاليز مي كنند طبقه بندي نمود. آنزيم هايي كه از نظر صنايع غذايي اهميت دارند در چندين دسته طبقه بندي يافت مي شوند ولي هيدرولازها بيشترين آنزيم هاي مربوط به غذا را تشكيل مي دهند.

روش نامگذاري آنزيم در سال 1971 طي يك توافق بين المللي در نشستي از كميسيون آنزم (EC) استاندارد گرديد. مجموعه كامل نامگذاري به وسيله اتحاديه بين المللي بيوشيمي در سال 1978 ارائه شده كه توسط ديكسون و وب خلاصه گرديده است.

در حدود دو دهه قبل در اتحاديه بين المللي شيمي و بيو شيمي ، آنزيمها را از نظر نحوه عمل در شش گروه به صورت زير طبقه بندي كردند:

1- اكسيدوردوكتازها: اينها در اكسيداسيون سيستمهاي بيولوژيك شركت دارند و شامل آنزيم هايي هستند كه متداولاً دهيدژناز ، ردوكتاز، اكسيداز، اكسيژناز، هيدروكسيلاز و كاتالاز ناميده مي شوند.

2- ترانسفرازها : انتقال گروههاي مختلف شيميايي نظير متيل، استيل، آلدهيد، كتون، آمين و فسفات را از يك سوبسترا به سوبستراي ديگر كاتاليزه مي كنند.

3- هيدرولازها: اينها سبب شكسته شدن پيوندها از طريق هيدروليز مي شوند.

4- ليازها: اين گروه نيز شكسته شدن پيوندها را كاتاليزه مي كنند اما نه از طريق هيدروليز، مثل دكربوكسيلاز و آلدولاز

5-ايزومرازها: اينها سوبسترا را از يك شكل به شكل ايزومري آن تبديل مي كنند. راسماز و اپي مراز برخي از آنزيم هاي اين گروه مي باشند.

6- ليگازها: گروهي از آنزيم ها هستند كه برخي از انواع سنتزها را كاتاليزه مي كنند. به طور كلي آنزيم ها به صه طريق نامگذاري و شناسايي مي شوند؛ كه يكي نام سيستماتيك، ديگري شماره سيستماتيك و بالاخره يك اسم متداول مي باشد. مثلاً آنزيمي كه متداولاً آلفا – آميلاز ناميده مي شود. نام سيستماتيك آن

α-1,4 glucan 4- glucanohydrolase است و شماره سيستماتيك آن EC3.2.1.1 مي باشد. EC مخفف نام« كمسيون آنزيم » است و چهار عدد بعدي هر كدام مشخص كننده يك ويژگي خاصي در مورد آنزيم مي باشند.

1-4 خالص سازي و سنجش آنزيم

با در نظر گرفتن كاربرد آنزيم ها در صنايع غذايي، غالباً دو سئوال كليدي ذيل مطرح مي گردد: « يك آنزيم با چه خلوصي مورد نياز است؟» و « آنزيم به چه مقدار بايد اضافه شود؟»

معمولاً سطح خلوص مورد نياز براي يك آنزيم فقط از يك نكته مهم تاثير مي پذيرد، اين كه آيا آنزيم به صورت خام حاوي ساير آنزيم ها يا عواملي نظير تانن ها كه براي فرآيند مضر مي باشند هست يا نه. در بسياري از موارد استفاده از عصاره هاي استخراج شده نسبتاً خام مناسب و حتي مفيد به نظر مي رسد.

به دلايل اقتصادي هميشه بهتر است تا حد ممكن از داشتن آنزيم هاي خالص صرفنظر كرد عصاره هاي آنزيمي معمولاً حاوي فعاليت هاي آنزيمي متفاوتي بوده و جداسازي آنها اغلب مشكل و گران تمام مي شود. روش هاي مختلفي براي خالص سازي آنزيم وجود دارد. اين روش ها عبارتند از رسوب دهي انتخابي به كمك نمك هاي سنگين يا حلال هاي آلي، جداسازي يا تفكيك اجزاء بر اساس اندازه به كمك كروماتوگرافي ( كروماتوگرافي با ژل نفوذپذير)[3]، بار ( كروماتوگرافي تعويض يون)[4]، يا گرايش به يك تركيب به خصوص ( كروماتوگرفاي افينيته)[5].

با انتخاب دقيق ارگانيسم منبع مي توان به آنزيمي با خلوص كافي و ارزان دست يافت. بنابراين منابع قارجي و باكتريايي اغلب مورد استفاده قرار مي گيرند. چرا كه استخراج آنزيم هاي حاصل از اين منابع ارزان بوده و اغلب حاوي آلوده كننده هاي نسبتاً كمي هستند.

مطلب اخير به ويژه در مورد آنزيم هاي خارج سلولي كه بدون توسل به شكستن سلولها جداسازي آنها امكان پذير است، صادق مي باشد.

ارزيابي كمي فعاليت آنزيمي براي آگاهي از مقدار آنزيم اضافه شده در طي يك فرآيند و نيز برآورد سطوح آنزيم درون زايي مفيد يا مضر در طي فرآوري اهميت دارد. روش هاي بسيار براي پايش فعاليت آنزيم وجود دارند. اين روش ها بر اساس اندازه گيري كمي محصول يا سوبسترا به روش هاي فيزيكي يا شيميايي و در برخي حالات پايش تغييرات در يك ويژگي سوبسترا مانند تغيير دو ويسكوزيته بنا شده است.

به طور كلي سنجش آنزيم ها در شرايط pH و قدرت يوني بهينه و دماي معين انجام مي پذيرد و نتايج بر مبناي تعداد مول سوبستراي كاتاليز شده در دقيقه بيان مي شود. طبق نظر كميسيون آنزيم ميزان يك ميكرومول بر دقيقه به عنوان يك واحد فعاليت آنزيم تعريف شده است.

و...