کاربرد آنزیم ها در صنایع گوشتی

فراوری گوشت

هرچه گوشت پخته شده هنگام جویدن ترد تر و نیز خوش بافت تر باشد مطلوبتر است. فاکتورهای زیادی بر تردی گوشت اثر دارند. آنزیم های مختلف از جمله پروتئینازهای مختلف در تُردی نقش دارند، به ویژه کاتپسین ها. این آنزیم ها پروتئین های عضلانی را طی فرایند بلوغ و پیری تحت تاثیر قرار می دهند.

عمل آوری گوشت حدود 10 روز در دمای 1 تا 2 د.س طول می کشد. عمل آوریِ کُند تر موجب گوشتی ترد تر می شود، ولی رطوبت آن کم تر شده و منقبض می شود. عمل آوری بهینه در دمای 2-1 د.س و رطوبت 86-83% منجر به 7% از دست دادن آب طی 3 تا 4 هفته می شود. از 1940 تلاش هایی برای ترد کردن گوشت توسط آنزیم ها انجام شد. برای این منظور از پروتئینازهایی استفاده می شود که بافت های پیوندی و پروتئین های عضلانی را تجزیه کنند. پاپِین (E.C. 3.4.22.2)، بروملِین (E.C. 3.4.22.33)  و فیاسین (E.C. 3.4.22.3) آنزیم های تجاری مخصوص این کار هستند. دشواری بزرگ ترد کردن گوشت، نفوذ دادن آنزیم به آن است. انتشار، زمان، اتصال به نمک و غلظت آنزیم بر نفوذ آن در گوشت اثر دارند.

اگر گوشت فقط در محلول آنزیمی فرو برده شود یا آنزیم روی آن پاشیده شود (مثل آنزیم های ترد کردن خانگی گوشت)، درون گوشت سفت می ماند. مثلا پس از تیمار گوشت با 2% نمک و 002/0% بروملِین در آشپزخانه، گوشت کوبیده و بریده می شود تا آنزیم بهتر درونش نفوذ کند. با این حال پروتئینازها بیشترین نقش شان را طی پخت انجام می دهند.

می توان پس از کشتار، پروتئیازها را تحت فشار در نقاط مختلف گوشت تزریق کرد.  همچنین می توان یک پاپِین استریل  رقیق را 10-2 دقیقه قبل از کشتار به رگ های جانور تزریق کرد. نیز می توان از پاپینی استفاده کرد که اکسید شدنش آن را برگشت پذیرانه نافعال می کند. کمی پس از پایان پخت این آنزیم دوباره فعال می شود.

فراوری ماهی

اکنون از آنزیم ها برای پوست کندن، حذف غشاها و بافت های زاید، و جدا کردن تخم های ماهی استفاده می شود. سالانه 250 هزار تُن سس ماهی در آسیا تولید می شود. فرایند تولید شامل مخلوط کردن ماهیان بسیار کوچک (غیر قابل پاک کردن) با مقدار زیادی نمک و تیمار آنها در ظروف عایق به مدت 18-6 ماه است. طی این مدت آنزیم های هیدرولیز کننده به تدریج بافت ماهی را با فعالیت پروتئولیزی تجزیه می کنند تا پپتید ها و آمینو اسیدها تولید شوند. تسریع این فرایند طولانی مهم است. آنزیم های گیاهی همچون برومالِین، فیاسین و پاپِین بافت ماهی را طی زمان کوتاهتری تجزیه می کنند. پروتئینازهای قارچی نیز سرعت هیدرولیز را می افزایند.

استفاده از آنزیم ها همچنین موجب بهبود طعم و بافت ماهی های نمک سود شده می شود.

پوست کندن ماهی های تُن به روش های معمول دشوار است. ولی می توان ماهی را در حمام آب گرم حاوی آنزیم های پروتئولیتیک به مدت 90-10 دقیقه گذاشت. سپس تنها با فشار آب پوست ماهی ها کنده می شود.

برای جداسازی تخم ماهی ها نیز از آنزیم ها استفاده می شود. پروتئازها بافت های پیوندی نگه دارنده تخم ها را تجزیه می کنند. بازدهی روش آنزیمی 85% است، درحالیکه روش های معول 65-50% بازدهی دارند. در کانادا و اسکاندیناوی 50% خاویار به این روش فراوری می شود.

پیوند پروتئین

کیفیت پروتئین گوشت در بافت و آبدار بود آن موثر است. افزودن موادی همچون پروتئین های گیاهی باعث آبدار شدن گوشت می شود. نیز می توان با ایجاد پیوندهای متقاطع در پروتئین ها بر کیفیت گوشت افزود. ترانس گلوتامیناز به این هدف استفاده می شود. این آنزیم انتقال اسیل را کتالیز می کند و منجر به پیوند کولان در پروتئین ها می شود (شکل 1). امروزه ترانس گلوتامینازهای میکروبی به شکل تجاری وجود دارند و برای آبدار کردن گوشت استفاده می شوند. حتی از این آنزیم برای اتصال تکه های کوچک گوشت برای تهیه فیله های بزرگ و مشتری پسند نیز استفاده می شود.

طعم افزایی

هیدرولیز پروتئین

پروتئین هیدرولیز شده قرنهاست که برای طعم افزایی و به عنوان چاشنی استفاده می شود. استفاده از پروتئین سویا برای تولید سس سویا از طریق هیدرولیز آنزیمی طی تخمیر میکروبی نمونه ای معروف است. سویا و دیگر پروتئین های گیاهی همچنین می توانند برای تولید طعم دهنده ای به نام HVP (پروتئین هیدرولیز شده گیاهی) از طریق هیدرولیز شیمیایی استفاده شوند. ولی هیدرولیز شیمیایی معایبی همچون غلظت بالای نمک و ایجاد ترکیبات نامطلوب دارد. از آنزیم ها می توان برای تولید این محصول استفاده کرد.

از آنزیم ها برای هیدرولیز سویا و گندم جهت تهیه چاشنی هایی برای سوپ و سس استفاده می شود. چاشنی های گوشت نیز به همین ترتیب ساخته می شوند. هیدرولیز پروتئین ها و چربی های شیر نیز طعم پنیر را تعیین می کند.

آمینواسید ها تلخ یا شیرینند، فقط آسپارتیک اسید و گلوتامیک اسید مزه ترش دارند. این طعم دهنده های آمینو اسیدی قبلا از طریق هیدرولیز اسیدی در حرارت تولید می شدند. ولی هیدرولیز اسیدی مواد جانبی مضری تولید می کند که در هیدرولیز آنزیمی ایجاد نمی شوند.

پپتید های تلخ نشانگر تعداد زیاد آمینواسیدهای آبگریز در ساختارشان هستند. آمینو اسیدهای آبدوست منجر به طعم شیرین ملایم می شوند. پس پیش بینی می شود هیدرولیز کازئین و هموگلوبین منجر به طعم تلختر، هیدرولیز پروتئین های گوشت و ماهی و ژلاتین منجر به طعم کمتر تلخ شود.

از توان طعم افزایی پروتئازها برای عمل آوری سوسیس های تخمیری استفاده می شود. زمان عمل آوری می تواند به کمک آنزیم 50-30% کاسته شود. این کار با استفاده از ترکیب اندو و اگزوپروتئازها انجام می شود (جدول 1).

هیدرولیز لیپیدها

به طور سنتی لیپاز برای افزایش طعم پنیر به ویژه پنیرهای پرطعمی همچون پارمسان استفاده می شد. لیپاز تری گلیسرید ها را تجزیه می کند و اسیدهای چرب تولید می کند که خودشان طعم دهنده نیستند (به جز اسیدچرب های کوتاه زنجیر) ولی پیشساز ترکیبات طعم دار هستند.

لیپاز های متعلق به منابع مختلف (جدول 2) برای افزایش طعم در پنیر و سوسیس های تخمیری خشک استفاده می شوند. لیپازهای جانوری اغلب اسیدچرب های کوتاه زنجیر آزاد می کنند، ولی لیپازهای میکروبی اسیدچرب های بلندزنجیر. اسیدچرب های نااشباع پیشساز طعم دهنده هایی همچون آلدئید ها و کتون ها هستند.

پودر تخم مرغ

پودر تخم مرغ از 1900 تولید می شده است. یک مشکل در این فرایند، واکنش میلارد بین پروتئین و گلوکز است. از 1950 از آنزیم ها برای حذف گلوکز کل تخم مرغ یا سفیده (آلبومین) استفاده شد که مبتنی بر استفاده از گلوکز اکسیداز و کاتالاز بود. قندزدایی از آلبومین در دمای 10 د.س و pH 6.8-7 برای فعالیت بهینه آنزیم انجام می شود. تنظیم pH توسط سیتریک اسید انجام می شود. با افزودن هیدروژن پراکسید اسیدی شدن رخ می دهد. کاتالاز آن را به آب و اکسیژن تبدیل می کند (شکل 2). گلوکز اکسیداز نیز با مصرف اکسیژن، گلوکز را به گلوکونو دلتا لاکتون اکسید می کند.

زرده تخم مرغ دارای فسفاتیدیل کولین (یک امولسیون کننده که عموما به نام لسیتین تخم مرغ شناخته می شود) است. با اثر آنزیم های لیپاز و فسفولیپاز روی این مولول، لیزوفسفاتیدیل کولین حاصل می شود (شکل 3). این تغییر ساختاری منجر به بهبود امولسیون شدن زرده بدون تغییر خواص تغذیه ای آن می شود. زرده فراوری شده به این روش پایداری دمایی بیشتری دارد.

روغن ها و چربی ها

هنوز کاربرد آنزیم ها در فراوری روغن ها و چربی ها نسبتا محدود است و در این میان لیپازها بیشترین نقش را دارند. توانایی آنزیم ها در تجزیه روغن ها و چربی ها این امکان را می دهد که روغن یا چربی با نوع خاصی از اسید چرب غنی شود. فسفولیپاز نیز برای حذف فسفولیپیدها طی پالایش روغن استفاده می شود. لیپوکسی ژناز نیز اکسایش اسید چرب های نااشباع را کاتالیز می کند.

برش چربی

هیدرولیز چربی ها و روغن ها اهمیت زیادی در صنعت روغن و در تولید اسیدهای چرب و مشتقاتشان دارد. این محصولات در صابون، شوینده ها، و داروها استفاده می شوند. هیدرولیز یا برش مولکول چربی به طور نرمال در دمای بالا و تحت فشار انجام می شود (6-3 مگاپاسکال و 250 د.س). ولی این فرایند برای چربی های غنی از اسیدچرب های غیراشباع مناسب نیست. برای این نوع چربی ها هیدرولیز آنزیمی مزیت بسیار دارد. هیدرولیز آنزیمی در دمای 40 د.س و در حضور 50 تا 70% امولسیون روغن در آب انجام می شود. برای امکان استفاده چندباره از آنزیم، از تثبیت لیپازها استفاده شده است تا کل فرایند به صرفه تر شود. این فرایند به خصوص در تولید اسیدچرب های نااشباع بلند زنجیر از روغن ماهی مورد توجه است.

 اینتر استریفه کردن

دانسته است که اسیدهای چرب نااشباع نقشی کلیدی در تغذیه انسان دارند. بنابراین فرایندهای زیادی برای استخراج و غنی سازی این مواد استفاده می شوند، از قبیل کریستال کردن، تقطیر و استفاده از دی اکسید کربن فرابحرانی. لیپازها این نقش را طی فرایندی ملایم و با حداقل تجزیه اسید های چرب انجام می دهند. اساس این روش بر این است که برخی لیپازها تنها اسیدچرب های خاصی را شناسایی و هیدرولیز می کنند و برخی دیگر به موقعیت اسید چرب در تری گلیسیرید حساسند.

یک ویژگی لیپاز توانایی فعالیت در محیط غیر آبی است.  البته توانایی فعالیت آنها در محیط کم آب با هم متفاوت است. اغلب در محیط های کم آب لیپازها را تثبیت می کنند تا علاوه بر مقرون به صرفه بودن، بتوان فراوری را به طور پیوسته انجام داد. مهمترین کاربرد لیپازهای تثبیت شده در محیط غیر آبی استفاده در ساخت شیرین کننده های قنادی و برخی مواد غذایی است.

در تولید جایگزین کره کاکائو (شکل 5) مخلوطی از روغن آفتابگردان (که حاوی مقدار زیادی اولئات است) و استئاریک اسید از یک راکتور دانه ای با دانه های تثبیت شده با لیپاز (متعلق به R. meihei) گذرانده می شود. با اثر آنزیم و تبادل اسید چرب، محصولی به نان SOS تولید می شود که معادل کره کاکائو است.

از اینتر استریفه کردن توسط لیپاز می توان برای بهبود خواص غذایی چربی رژیمی استفاده کرد، مثل تولید برخی تری گلیسرید های دم دار برای استفاده در غذای نوزادان. شیر انسان دارای مقدار زیادی چربی غیر اشباع در موقعیت های 1 و 3 و نیز پلاسمیک اسید در موقعیت 2 است. لیپاز پانکراس انسان اسیدچرب های موقعیت های 1 و 3 را آزاد می کند و 2-مونواسیل گلیسرول ایجاد می شود. این ماده به سرعت جذب بدن می شود. چربی های اشباع گیاهی در موقعیت های 1 و 3 دارای اسید چرب های اشباع هستند که کمتر جذب بدن می شوند. با عملکرد آنزیمی یاد شده می توان چربی هایی با اسید چرب غیر اشباع تولید کرد. در این فرایند روغن پالم که دارای مقدار زیادی اسید پالمیتیک است با اولئیک اسید تیمار می شود تا تری گلیسیریدهایی با پالمتیک اسید در موقعیت 2 بسازد. در کل این فرایند ها برای اصلاح چربی ها می توانند در دمای 40 تا 70 د.س انجام شوند و نیز اسید چرب های ترانس نیز تولید نمی کند و از این نظر بر روش های سنتی در دمای بالا و با استفاده از کاتالیست های غیر آلی ترجیح داده می شود.

استری کردن

استری کردن آنزیمی منجر به تولید دی گلیسرید ها می شود که در برخی کشور ها به ویژه ژاپن مورد توجه قرار گرفته است. دی گلیسریدها به عنوان روغن های بهتر در آشپزی استفاده می شوند. اینها سهم کمتری در افزایش چربی خون دارند، زیرا وقتی لیپاز پانکراسی آنها را تجزیه می کند، 2-مونوگلیسرید باقی نمی ماند و این ترکیب است که سازنده چربی خون است.

صمغ زذایی از روغن

روغن های گیاهی همچون روغن سویا دارای فسفولیپیدهایی هستند که اغلب توسط روش های فیزیکی و شیمیایی حذف می شوند. برای استفاده از روش های فیزیکی، باید نخست مقدار فسفولیپید به کمتر از ppm15 کاسته شود. روغن گیاهی به طور متوسط 3% فسفولیپید دارد. در نخستین مرحله، با استفاده از آب بخش زیادی از فسفولیپیدها حذف می شوند ولی حدود 6/0% باقی می ماند. با برخی روش های فیزیکی این مقدار نیز کاسته می شود. فسفولیپاز A2، اسید چرب موقعیت 2 را هیدرولیز می کند و محصولی می سازد که بیشتر در آب قابل حل شدن است و راحت تر با آب شسته و از روغن گیاهی خارج می شود.