چکيده
امروزه کمتر کسي در جوامع علمي وجود دارد که به اهميت بيوتکنولوژي و تأثير آن بر روي زمينه هاي مختلف آگاهي نداشته باشد. دانشي که محور پيشرفت و توسعه در بسياري از کشورها گرديده است و سبب ايجاد تحولات عظيمي در بخشهاي پزشکي، داروسازي، کشاورزي، صنعت و معدن و غيره شده است. بيوتکنولوژي در بخش کشاورزي که تأمين کننده نياز غذايي بشر از هزاران سال پيش تاکنون بوده است تأثير مهم عميق داشته است تا آنچه واقعا بشر خواهان آن است را براي وي تأمين نمايد. صنايع غذايي که آخرين حلقه زنجيره بخش کشاورزي مي باشد. يکي از مستعدترين زمنيه هاي حضور و فعاليت بيوتکنولوژي مي باشد زيرا اين صنعت براي بر آورده ساختن نيازهاي غذايي سالم ، ارزان، بهداشتي و کافي براي جمعيت کنوني و آينده نياز به روشهاي جديد، سريع و کاربردي تر دارد که مي تواند آنها را در دنياي بيوتکنولوژي بيابد. در اين مقاله سعي گرديده است نقش هايي از بيوتکنولوژي در صنايع غذايي که شامل نقش مهندسي ژنتيک وDNAي نو ترکيب در صنايع غذايي، جنبه هاي مختلف استفاده از ميکروارگانيسم ها براي توليد مواد غذايي از قبيل اسيدهاي آمينه، افزودنيهاي غذايي، طعم دهنده ها، ويتامين ها، پروتئين ميکروبي و غيره، تأثير بيوتکنولوژي بر روي کيفيت غذايي، روشهاي تشخيص سريع ميکروبهاي بيماريزاي غذايي، ايمني غذايي و مديريت مواد زائد و... به طور کلي اشاره گردد.
مقدمه
جمعيت جهان با سرعتي باور نکردني در حال افزايش است که تخمين زده مي شود تا سال 2013 جمعيت جهان به 7 ميليارد نفر برسد. مسلماً تأمين نيازهاي بشر در آينده يکي از مهمترين مسائل و معضلات مسئولين اجرائي در کشورهاي در حال توسعه خواهد بود قطعاً بهينه سازي شاخص هاي اصلي براي افزايش کمي وکيفي محصولات کشاورزي را بايد به عنوان يکي از راهکارهاي اصلي مد نظر داشت، سرمايه گذاريها و تحقيقات بدون وقفه در زمنيه هاي مختلف در جهت تداوم و افزايش تسلط کشورهاي صنعتي بر سرنوشت غذا، دارو و ديگر امور زندگي انسانهاي جهان سوم هست. اهميت اين سرمايه گذاري ها را نيز مي توان افزايش جمعيت در کره زمين و نياز روز افزون بازار جهاني به غذا دانست در اين بين محصولات بيوتکنولوژي در کشورهاي پيشرفته موجب نابساماني و رکورد بازار توليد سنتي کشورهاي در حال توسعه مي گردد. اطلاعات جهاني نيز بيانگر اين موضوع است که صاحبان صنايع چند مليتي در زمينه کشاورزي و منابع طبيعي کارخانه هاي سنتي خود را به بهاي گزاف به کشورهاي جهان سوم فروخته و خود درصدد پايه گذاري کارخانجات جديد و سودآوري در زمينه بيوتکنولوژي هستند. صنايع غذايي يکي از مهمترين اجزاي بخش کشاورزي، نقش مهم و ارزنده اي در تأمين غذاهاي سالم، بهداشتي، ارزان وکافي براي نسل حاضر و آينده از طريق فن آوري ها و دستاوردهاي بيوتکنولوژي دارد لذا توجه به اين بخش به علت اينکه پيشرفت سريع بيوتکنولوژي چهره جهان را در قرن آينده دگرگون خواهد کرد و صنايع غذايي و کشاورزي نيز شديداً تحت تأثير اين تکنولوژي هستند امري ضروري است لذا بايد زمينه هاي حضور بيوتکنولوژي در بخش صنايع غذايي و تأثير آن بر روي کميت و کيفيت محصولات غذايي مورد توجه کارشناسان و متخصصان غذايي قرار گيرد.
بيوتکنولوژي چيست؟
علي رغم همه تبليغات و گفتارها در مورد بيوتکنولوژي، هنوز يک سردرگمي در مورد اين که بيوتکنولوژي چيست وجود دارد. واقعا بيوتکنولوژي چيست؟ کلمه بيوتکنولوژي از دو کلمه «بيو» به معناي زنده و زندگي يا سيستم زنده و «تکنولوژي» بمعناي يک روش علمي به منظور دستيابي به يک هدف عملي، شکل گرفته است بيوتکنولوژي به طور کلي به مجموعه اي از تکنولوژيها اطلاق مي گردد که سيستمهاي زنده يا بيولوژي گياه، حيوان، ميکروارگانيسم يا ترکيبات مخصوص مشتق شده از اين سيستمها را به منظور توليد کالاها و خدمات صنعتي به کار مي گيرد.
بيوتکنولوژي پيشرفت نوظهور و جديدي نيست. مطالعات ميکروبيولوژيست ها در طي بيش از صد سال نشان داده است که بين انسان و ميکروبها ارتباط حياتي بسيار نزديکي وجود دارد. که اين ارتباط مي تواند مفيد يا مضر باشد. سابقه استفاده از ميکروارگانيسم ها براي توليد مواد خوراکي نظير آبجو، سرکه، ماست و پنير به بيش از 8 هزار سال قبل مي رسد ولي مکانيسم توليد اين محصولات براي بشر ناشناخته بود، انسان با مشاهده اين واقعيت که شير ترش داراي قا بليت نگهداري خيلي بهتري است به زودي دريافت که با افزودن مقدار اندکي از شير ترش روز قبل به شير تازه مي تواند فرايند تخمير را در آن آغاز کند. اتانول نخستين ماده شيميايي بود که براي بالا بردن محتواي الکلي شراب و آبجو به وسيله بيوتکنولوژي توليد شد.
بجز تقطير، بيوتکنولوژي از دوران مسيحيت تا اوايل سده بيستم تغيير اندکي داشته و همانند پيشرفت ساير علوم انگيزه پيشترفت اين علم نيز با جنگ فراهم شد.
رشد و توسعه بيوتکنولوژي نيز همانند ساير علوم تحت تأثير فشارهاي اقتصادي و سياسي قرار دارد. علمي که از کيفيت بالايي برخوردار باشد تضمين کننده منابع تجاري نسيت و در دنياي تجارت کمتر به رعايت حال ديگران و نوع پرستي ارزش و بهاء داده مي شود.
بيوتکنولوژي تقريباً در تمام زمينه ها کاربرد دارد. براي مثال کاربرد ميکروارگانيسم ها در بخشهاي دارويي، صنعت و معدن، تصفيه فاضلاب، و... هم اکنون شناخته شده است. (جدول 1).
مهندسي ژنتيک، مهندسي آنزيمي، تکنولوژي تخمير (طراحي بيوراکتور، تکنولوژي جداسازي و فرآيند مواد بيولوژيکي)، بيسنسورها، تکنولوژي کاوشگر DNA، تکنولوژي آنتي باديهاي مونوکلونال، کشت بافتهاي گياهان و پستانداران، واکنش زنجيره ي پليمر از PCR، تکنولوژي آنتي سن DAN,RNA تمام مثالهايي از ابزارهاي ژنيتکي هستند که در زير لواي بيوتکنولوژي قرار دارند.
تکنولوژيهاي بالا در صنايع غذايي نقش مهم و کاربردي دارند ولي توضيح کامل و مفصل هر يک از آنها بسيار طولاني خواهد بود از اينرو فقط به مهمترين آنها اشاره مي گردد.
کاربردهاي بيوتکنولوژي در صنايع غذايي
هم اکنون تاکيد اصلي بيوتکنولوژي جديد بر روي مواد خام (کشت بافت گياهي) و مواد غذايي است در حاليکه بيوتکنولوژي مرسوم بيشتر بر روي فرايند مواد غذايي حکمفرمايي دارد تا بقيه محصولات غذايي.
بيوتکنولوژي گياهي
کاربردهاي حال و آينده مهندسي مواد خام حاصله از گياهان شامل: عملکرد بيشتر محصولات، تغيير ترکيب محصول (اسيد هاي چرب، پلي ساکاريها، پروتئينها، طعم، رنگ و...) بهبود ترکيب تغذيه اي، تبييين ژنهاي جديد (پروتئينها، سيستم تثبيت نيتروژن) بهبود قابليت نگهداري (انبارداري، عمر نگهداري) کاهش مراحل فرايند(آرد)، بهبود مقاومت(بيماري، آفت کشي، يخبندان، خشکي، دما)، برطرف کردن مواد نامطلوب (کافئين) و تبديل جريانات زايد فرايند مي باشند.
بيوتکنولوژي حيواني
پيش بيني درک تجارتي کاربردهاي بالقوه بيوتکنولوژي مدرن بر اساس مواد خام حيواني بسيار مشکلتر مي باشد. اهداف بالقوه محصولات غذايي حيواني عبارتند از: عملکرد بيشتر (شير، گوشت) بهبود مقاومت (بيماري)، گوشت و شير مناسب ( شير بدون لاکتوز يا کم چربي و ترکيب پروتئين گوشت).
کاربرد بيوتکنولوژي در صنايع غذايي مشارکت بين چند رشته علمي متفاوت از قبيل بيولوژي سلولي، ژنتيک، ميکروبيولوژي، بيولوژي مولکولي، بيوشيمي، مهندسي شيمي و اقتصاد را مي طلبد.
تکنيک هاي DNA نوترکيب
در اين تکنيک يک ژن مخصوص مورد نظر از يک ارگانيسم گرفته شده و توسط ناقل مخصوص به ارگانيسم ديگر انتقال داده مي شود و در آن تبيين مي گردد. اين تکنيک سبب حل بسياري از مشکلات و بهبود عملکرد متفاوت در صنايع غذايي گرديده است .(جدول2).
جدول1- کاربردهاي مختلف بيوتکنولوژي ميکروارگانيسم ها
| 1.توليد سلولهاي کامل biomass
2.توليد ترکيبات داراي وزن مولکولي پايين:
الف- توليد متابوليتهاي اوليه
ب- توليد متابوليتهاي ثانويه
ج- تغيير ترکيبات آلي توسط سلولهايي که در حال رشد نيستند.
3-توليد ترکيبات داراي وزن مولکولي بالا:
الف: پلي ساکاريدها
ب- ليپيدها
ج- پروتئينها
4- فرآيندهايي که به متابوليسم عمومي ميکروارگانيسم ها بستگي دارند.
الف: تجزيه و اکسيداسيون فاضلابها و مواد زايد سمي
ب- استخراج مواد کاني |
تکنولوژي DNAي نوترکيب مي تواند براي افزايش زمان عمر نگهداري (Shelf life)، تغيير از نظر جنبه هاي حسي و بهبود ويژگيهاي فرايند مورد استفاده قرار گيرد براي مثال به منظور افزايش ويسکوزيته مايع در محصولات گوجه فرنگي از قبيل آب و رب گوجه ويسکوزيته مايع به طور اصلي وابسته به وجود پکتين، پلي ساکاريد ساختماني که در طي فرايند رسيدگي گوجه فرنگي توسط آنزيم پلي گالاکتور و ناز شکسته مي شود مي باشد، درگوجه فرنگي هايي که دستکاري ژنتيکي شده اند و داراي ميزان کمتري آنزيم پلي گالاکتوز و ناز هستند، افزايش عملکرد آب و رب گوجه و همچنين افزايش ويسکوزيته مايع آن نسبت به گوجه هايي که دستکاري نشده بودند مشهود است.
خواص حسي از قبيل رنگ يا طعم را نيز مي توان به وسيله تکنيک DNAي نو ترکيب تغيير داد. دو پروتئين بسيار شيرين تائوماتين ومونلين به وسيله دو ميوه آفريقايي Thaumaticiccus daneilli و Discoreoplylhum Cumminsii توليد مي شوند ژن تائوماتين اخيراً در سيب زميني به عنوان يک سيستم الگو شناسايي شده است در حالي که ژن مونلين درگوجه فرنگي وکاهو به منظور افزايش طعم تبيين گرديده است.
جدول2- بعضي راه حلهاي مهندسي ژنيتک براي حل بعضي مسائل صنايع غذايي
| محدوديت دسترسي به رنين گوساله براي ساخت پنير؛ - مسائل زيست محيطي به علت دفع حجم زياد آب پنير حاوي لاکتوز
- فقدان پايداري لازم بسيار ازآنزيمهاي مورد استفاده در صنايع غذايي
- سلولهاي گياهي و ميکروارگانيسم هايي که قادر به توليد پروتئينها و آنزيمهاي دلخواه ولي در حد بسيار پايين براي استفاده از تجارتي بودند.
- خسارت يخبندان سبب محدوديت رشد بسياري از ميوه ها و سبزيجات مي گردد.
- علف کشها براي محصولات دلخواه از قبيل دانه ها سمي هستند؛
- ظاهر شدن آنزيمهاي نزم کننده در ميوه و سبزيجات از قبيل، پکتيناز و سلولاز که سبب ايجاد حساسيت و کوتاهي عمر نگهداري مي شوند؛
- سبزيجات منجمد بعضي اوقات بواسطه آنزيم ليبوکسي ژناز تند؛ يا ترشيده مي شوند
- حبوبات و غلات مهم فاقد آمينون اسيدهاي اساسي هستند مانند، سويا که حاوي مقدار کم اسيدهاي آمينه سولفور دار و ذرت داراي ميزان کم ليزين مي باشند.
| توليد رنين گوساله بوسيله انتقال ژن بين گونه ها از ژن گوساله به ژ ن مخمر و قارچها؛ - انتقال ژن لاکتاز از E-cili به مخمرها که قادر به استفاده قندها درتخمير بودند
- ايجاد تغييرات ساختماني جزئي در مولکول آنزيمها بوسيله اصلاح نقطه اي ژن ساختاري آنها که سبب ايجاد الگوهاي اتصال داخلي قويتر و جديدتر شد.
- گسترش تعداد ژنهايي کدکننده ي آن پروتئينها براي افزايش راندمان توليد آنزيم و پروتئين
- اصلاح ژنتيکي p.syringae براي حذف يکي از پروتئينها که پيشتاز هسته زايي يخ مي باشد. سپس پخش ميکروارگانيسم به داخل گياه به منظور رقابت با فلور طبيعي
- انتقال ژنتيکي براي آنزيمي که علف کش را در داخل گياه کاتابوليز مي کند و يا اصلاح ژنتيکي محل هدف علف کش
- شناسائي ژن اين آنزيمها براي درک چگونگي ظهور آنها و استفاده از اين دانش براي طراحي رقمهاي بهبود يافته و تکنيکهاي فرايند و نگهداري
- جهش نقطه اي ژناز براي درک روشهاي تنظيم و بهبود به منظور جلوگيري کردن از تبيين آن.
- گسترش ژنهاي کدکننده ي پروتئينهايي که حاوي ميزان کمي از اين آمينو اسيدها هستند براي افزايش توليد پروتئين و ارزيابي ارزش تغذيه اي و عملي پروتئينهاي تبيين شده.
|
کيفيت غذايي
تکنيک DNA ي نو ترکيب فرصتي را براي بهبود کيفيت محصولات غذايي به وسيله تغييرات در ميزان و نوع مواد مغذي از قبيل پروتئينها، ليپيدها وکربوهيدراتها فراهم مي آورد. به عنوان مثال نشاسته اصلي ترين منبع ذخيره کربوهيدرات گياهان، در دانه ها، غده ها و ريشه ها جمع مي گردد. نشاسته از دو پليمر آميلوز و آميلوپکتين که اولي خطي و دومي زنجيره اي است تشکيل شده است کليد متابوليت سنتز نشاسته مولکول دهنده ي گلوکز آدنوزين دي فسفات گلوکز (ADPG) است که سنتزش با ADP گلوکز پيروفسفر وريلازکاتاليز مي شود.
براي افزايش ميزان ADPG در سيب زميني متخصصان يک ژن جهش يافته که ADP را کد مي کند از E-coli جدا کرده و آن را در غده هاي سيب زميني تبيين کردند. نشاسته بالا در سيب زمينيهاي ترانس ژنيک سبب از دست دادن کمتر آب و بهبود عمل آن در بسياري از فرايندهاي غذايي نسبت به سيب زمينهاي معمول مي شود براي مثال آنها روغن کمتري در حين فرايند براي محصولات سرخ کردني جذب مي کنند.
نشاسته هاي ايزوله شده استفاده وسيعي در غذاها براي ايجاد ويسکوزيته، بافت، طعم و پايداري دلخواه دارند. اين ويژگيها مربوط به ميزان آميلوز و آميلوپکتين و به مقدار شاخه دار بودن آميلوپکتين دارد. هر چقدر ميزان آميلوز کمتر باشد ويژگيهاي فرايند بهتري حاصل مي گردد. دو آنزيم براي سنتز آميلوز و آميلوپکتين فعاليت مي کنند که عبارتند از: 1- آنزيم سنتتاز نشاسته که مسئول شکل دهي آميلوز از ADPG مي باشد. 2- آنزيم شاخه دار کننده که مسؤول شکل دهي شاخه هاي آميلوپکتين مي باشد.
با بلوکه کردن آنزيم سنتتاز نشاسته به وسيله آنتي سن RNA، سيب زميني ترانس ژنتيک بدون آميلوز توليد مي شود.
مسأله ديگر در مورد نشاسته تجزيه آن در طي نگهداري در سرما مي باشد که سبب شکل گيري ساکارز، گلوکز و فروکتوز مي شود و باعث ايجاد شيريني نامطلوب در آن مي شود. مي توان با ممانعت از عمل آنزيم تجزيه کننده به وسيله تکنولوژي آنتي سن RNA از شکستن نشاسته جلوگيري کرد. يکي از مواد بسيار مهم در بيوتکنولوژي مواد غذايي ايمني و سلامت مواد حاصله از بيوتکنولوژي مي باشد. که بايد مورد ارزيابي قرار گيرد به عنوان مثال: ترکيب اسيدهاي چرب مشخص کننده خواص فيزيکوشيميايي و ارزش تغذيه اي روغنهاي گياهي مي باشد.
ترکيب روغن گياهي را مي توان در رابطه با سلامتي انسان، با بهبود روغنهايي که غني از اولئيک اسيد يا حاوي نسبت مطلوبي از اسيدها يCO6 (به خصوص لينولئيک) هستند اصلاح کرد. سلامتي و امنيت غذايي چربيها هنگامي مورد ترديد است که گياه روغني اصلاح شده حاوي اسيدهاي چرب با طول زنجيره بيشتر از 22 کربن، اسيدهاي چرب حاوي مواد سيکليک، اسيدهاي چرب با گروههاي فعال که به طور معمول در چربيها و روغنها وجود ندارد و اسيدهاي چربي که داراي خاصيت سمي مانند اروسيک اسيد هستند باشند.
توليدات ميکروبي
يکي از وسيع ترين کاربردهاي بيوتکنولوژي استفاده از ميکروارگانيسم ها براي توليدات متنوع و پيچيده و در بعضي موارد خود آنها مي باشد. يکي از پرمصرف ترين استفاده کنندگان از ميکروارگانيسم ها در جنبه هاي مختلف صنايع غذايي مي باشدکه کاربرد از ميکروارگانيسم را به مدت قرنها پيشينه کار خود قرار داده است. (جدول 3).
آنزيمولوژي
صنايع غذايي بزرگترين مصرف کننده آنزيمهاست اغلب آنزيمها براي تبديلات زيستي و استفاده غذايي که به طورسالم شناخته شده اند (General Recognized As (safe از ميکروارگانيسم ها، گياهان و حيوانات اشتياق يافته اند و مورد تثبيت قرار گرفته اند.
افزايش پايداري حرارتي آنزيمها از اهميت ويژه اي برخوردار است، زيرا واکنشهاي آنزيمي در دماهاي بالا داراي فوايد زيادي هستند. مثلا باعث کوتاه تر شدن زمان لازم براي انجام واکنش مي شوند. واکنش کمتر در معرض خطر آلودگي ميکروبي قرار مي گيرد. ضمناً در اين حالت نيازي به خشک کردن محيط واکنش نيست که اين امر به ويژه در واکنشهاي گرما زا حائز اهميت است.
جدول 3- بعضي از توليدات بالقوه و حقيقي بعضي از ميکروارگانيسم ها
| ماده غذايي | عمل | ميکروارگانيسم توليد کننده |
| اسيد استيک | اسيدي کننده | Acetobactor pasteuorianus |
| N - استيل تري پپتيد | افزايش دهند ايمني | Bacillus cereus |
| -D آرابيتول | تند | Candida diddensii |
| بتاکاروتن | رنگدانه | Blakeslea trispora |
| کريسوژنين | رنگدانه | Penicillium chrysogenum |
| اسيد سيتريک | اسيدي کننده | Aspergillus niger |
| سيترونلول | طعم دهنده ي ميوه اي | Ceratocystis spp |
| کورولان | سفت کننده | Alcaligenes Faecalis |
| دي استيل | طعم کره | Leuconostoc cremoris,streptococcus lactis |
| دکسترانها | سفت کننده | Leuconostoc mesenteroides |
| آموليسفاير | امولسيون کننده | Candida Lipolytica |
| استرهاي اسيد چرب | عطرهاي ميوه اي | Pseudomonas spp |
| گاما-گولاکتون | عطر هلو | Sporobolimyces odorus |
| گرانيول | عطر شبه رز | kluyveromyces lactis |
| گليسرول | مرطوب کننده | Bacillus licheniformis |
| اسيد گلوتاميک | طعم دهنده | Corynebacterium glutamicum |
| اسيد لاکتيک | اسيدي کننده | Sterptococci and lactobacilli |
| لوسين | اسيد آمينه | Brevibacterium lactofermentum |
| ليسين | اسيد آمينه | Corynebacterium glutamicum |
| مانيتول | قند | Torulopsis mannitofaciens |
| متانول | عطر | Pseudomonas putida |
| 3.متيل-ايزوپروپيل پيرازين | بوي سيب زميني | Pseudomonas perolens |
| متيل بوتانل | طعم مالت | Sterptococus lactis var altigenes |
| موناسين | رنگدانه | Monasus purpureus |
| 3.متيل بوتيل استات | عطر موز | Ceratocystis moniliformis |
| نيسين | ميکروب کش | Sterptococcus lactis |
| نوکلئوزيدهاي(GMP,TMP ) | طعم دهنده | Corynebacterium glutamium |
| L - فنيل آلانين | يشتاز اسپارنام | Bacillus polymyxa |
| پرولين | اسيد آمينه | Serratia marcescens |
| سکوئيترپنها | عطر ميوه اي | Lentinus lepideus |
| سورفکتانت | مرطوب کنندگي | Bacillus licheniformis |
| تترامتيل پيرازين | طعم گردو | Bacillas subtilis Corynebacterium ghutamicum |
| پلي ساکاريدهايي که در گرما به حالت ژل درمي آيند | سفت کننده | Argobecterium radiobacter |
| ويتامين B12 | ويتامين | Propionibacterium |
| صمغ زانتان | سفت کننده | Xanthomonas campestris |
| زايليتول | شيرين کننده | Torulopsis candida |
| 6.پنتيل 2-پيرون | عطر کاکائو | Trichodenna viride |
صنايع غذايي طيف وسيعي از آنزيمها را براي توليد بيشتر، کيفيت بهتر و راندمان بالاتر بهره مي گيردکه مهمترين آنها در جدول 4 اشاره گرديده است.
مراحل کنترل فرايند آنزيمي، جداسازي، خالص سازي، افزايش راندمان، کاهش هزينه ها از مسائل مهمي هستندکه در مواقع استفاده از آنزيمها بايد مد نظر قرار گيرند.
اسيدهاي آمينه
اسيدهاي آمينه کاربردهاي گسترده اي در صنايع غذايي و دارويي، به عنوان افزودني خوراک دام و به عنوان ماده اوليه در صنايع شيميايي دارند. در صنايع غذايي، جهت تشديد طعم از اسيدهاي آمينه به تنهايي و يا به صورت مخلوط استفاده مي شود. سديم گلوتامات تشديد کننده طعم، سديم آسپارتات و DL - آلانين جهت تکميل طعم به آب ميوه ها اضافه مي شوند گلايسين نيز به غذاهاي حاوي مواد شيرين کننده افزوده مي شود.
سيستئين باعث بهبود کيفيت نان در حين پخت مي شود و در آب ميوه ها به عنوان آنتي اکسيدان عمل مي کند. مخلوط تريپتوفان و هيستيدين نيز خاصيت آنتي اکسيداني دارد و براي جلوگيري از تند شدن شير خشک استفاده مي شود. آسپارتام(-L آسپارتيل -L آلانين متيل استر) که از -L فنيل آلانين و -L آسپارتيک اسيد ساخته مي شود، در نوشابه ها ي غير الکلي به عنوان يک شيرين کننده کم کالري بکار مي رود.
پروتئينهاي گياهي غالباً از نظر اسيدهاي آمينه ضروري، از جمله -L ليزين ، L- متيوتين وL - تريپتوفان فقير مي باشند. در ژاپن ليزين به نان افزوده مي شود و در بعضي کشورها فرآورده هاي سويا با افزودن متيونين تقويت مي شوند. -L ليزين و DL - متيونين به منظور افزايش ارزش غذايي خوارک دام استفاده مي شوند. افزودن L- ترئونين و L- تريپتوفان به غذا نيز در دست اقدام است.
جدول 4- آنزيمهاي مهم مورد استفاده در صنايع غذايي
| آنزيم | کاربرد |
| پروتئازها .
پاپاين، بروملين، فيسين
رنين(کيموزين) | نزم و نازک کردن گوشت، برطرف کردن کدورت، مقاوم سازي به سرما ساخت پنير |
| گليکوسيدازها:
آميلازها (آلفا، بتا، و جداکننده شاخه)
سلولازها/ زايلانازها
گلوکانازها
گلوکز ايزومراز
گلوکز اکسيد از/کاتالاز
آنزيمهاي گليکوليتيک
اينورتاز
لاکتاز (B - گالاکتوسيداز)
پکتيناز ها | صنايع نانوايي، آبجو سازي، توليد شيرين کننده ها
تبديل بيوماس، شفاف سازي آب ميوه ها
آبجوسازي
توليد HFCS
جدا سازي قند از سفيده تخم مرغ، برطرف کردن اکسيژن
توليد اتانول ودي اکسيد کربن تخميري
صنايع شکلات سازي
محصولات جنبي حاوي لاکتوز کم، مصرف آب پنير
شفاف سازي نوشابه ها ، اصلاح بافت |
| ليپازها:
هيدرولازهاي گليسيريد اسيل و فسفوليپازها | اصلاح بافت، ايجاد طعم |
نظر به فقدان تغذيه اي موجود در جهان سوم نياز فزاينده اي به تکميل پروتئين هاي گياهي به اسيد آمينه هايي که مقدار آنها کمتر از حد اپتيمم است احساس مي شود.
فرايندهاي تخمير براي توليد تمام اسيدهاي آمينه به جز گلايسين ، -L سيستين طراحي وبه اجرا در آمده اند براي توليد تجاري اسيدهاي آمينه سه فرايند وجود دارد:1- استخراج اسيدهاي آمينه از پروتئين هيدروليز شده 2- سنتز شيميايي 3- توليد ميکروبيولوژيکي که به سه طريق است : 3-1- تخمير مستقيم اسيدهاي آمينه 3-2- تبديل ترکيبات حد واسط ارزان قيمت از طريق بيوسنتز 3-3- استفاده از آنزيمها با سلولهاي تثبيت شده.
ژن کلونينگ در E-coli به منظور توليد اسيدهاي آمينه زير صورت گرفته است.
L- گلوتاميک اسيد، L- متيونين ،L- تريپتوفان و L-پرولين.
در مقاسيه با توليد ميکروبي اسيدهاي آمينه سنتز شيميايي اقتصادي تر مي باشد. اما در اين روش مخلوط هاي راسميک ايزومرهاي D، L که ا زنظر نوري غير فعال هستند تشکيل شود براي رفع اين مشکل مي توان از روش شيميايي - بيو شيميايي استفاده کرد.
ويتامين ها
ميکروارگانيسم ها مي توانند در توليد ويتامين هايي نظير تيامين، ريبوفالوين، اسيد فوليک، اسيد پانتوتنيک، پيريدوکسال و ويتامين B12 به کار روند علاوه بر اين مراحل معيني از سنتز ساير ويتامين ها مي توانند با استفاده از ميکروارگانيسم ها انجام شوند، مراحلي نظير اکسيداسيون D سوربيتول به سوربوز در توليد اسيد آسکوربيک توسط باکتري استوباکترساب اکسيد انس.
پلي ساکاريدهاي خارج سلولي
پلي ساکاريدها در صنعت، براي توليد ژلها و نيز براي سفت کردن و تثبيت مواد غذايي، دارويي و محصولات صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرند. به علت هزينه هاي توليد تنها نوع پلي ساکاريدهاي ميکروبي که از لحاظ تجاري مصرف مي شوند انواع خارج سلولي مي باشند.
زانتان، آلژينات، کوردلان، اسلکروگلوکان، پلولان، دکستران، از پلي ساکاريدهاي خارج سلولي هستند که همکنون استفاده مي شوند.
تأثير بيوتکنولوژي بر روي کيفيت تغذيه اي گياهي غذايي
بسياري از فاکتورهاي استرس تغذيه اي به شکل ترکيب ماده غذايي با بافت حيوان مي باشند. و بقيه اغلب در طي فرايند، فساد مواد غذايي و يا از طريق عوامل طبيعي مانند خاک، آب و هوا به وجود مي آيند(جدول 5).
فرايندهاي بسياري براي بهبود ارزش تغذيه اي گياهان غذايي وجود دارد که به طور کلي آنها را به سه گروه تقسيم بندي مي کنند:
1- روش غني سازي يا تکميل ماده غذايي 2- روشهاي فرايندهاي مرسوم 3- بيوتکنولوژي
روش اول روشي است براي جبران مواد مغذي از دست رفته در طي فرايند يا عمل آوري مواد غذايي، به عنوان مثال افزودن اسيد آمينه متيونين در محصولات سويايي و افزودن نمکهاي آهن به منظور کاهش سميت موادي که داراي گوسيپول بالا هستند.
روش دوم توأم با بالابردن مطبوعيت غذا و قابليت هضم و يا افزايش مواد مغذي به وسيله نابود کردن فاکتورهاي سمي و يا کم کردن اثرات آنها مي باشد. عمل فرايند مي تواند با خراب کردن يا جداکردن مواد مغذي ضروري و غير قابل دسترس کردن آنها و يا کم کردن قابليت هضم اين مواد سبب ايجاد فاکتورهاي استرس شود.
3- بيوتکنولوژي: فرايندهاي بيولوژيکي را مي توان به چند دسته تقسيم کرد: 1- استفاده آنزيمي 2- تخمير 3- رويش (سوار کردن، فرمول بندي، آماده سازي).
4- کشت بافت گياهي:
جدول 5- فاکتورهاي استرس تغذيه اي در گياهان غذايي
| فاکتور استرس | طبيعت | نوع غذا | عمل | تأثير رژيمي |
| فيات | اسيد آلي | غلات، حبوبات | غير فعال کردن فلزات | کاهش قابليت دسترسي مواد معدني |
| اگزالات | اسيد آلي | اسفناج – گل هميشه بهار | غير فعال کردن کاتيونها | غير قابل دسترسي کردن Fe.Ca |
| تانن | پلي فنل | لوبيا ها – سورگوم | باندکردن کپروتين ها | غير محلول ساختن پروتئين ها و غير فعال کردن آنزيمها |
| گوئيترين | گلوکوسنيلات | منداب | عامل ايجاد گواتر | کاهش جذب يد |
| گوسيپول | پلي فنل | پنبه دانه | غير فعال کردن فلزات واکنش زا | ايجاد آنمي، احتمال ايجاد مسموميت |
| ليمارين | گلوکوزيد
مواد سيانوژن | کاساوا | آزاد سازي HCN | احتمال ايجاد مسموميت |
| مهار کننده | پروتئين | حبوبات ، غلات | جلوگيري از تجزيه پروتئين | کاهش قابليت هضم پروتئيها |
تخمير
در کنار اثر نگه دارندگي، تخمير همچنين مي تواند بر روي بافت، طعم و کيفيت مواد مغذي از مواد خام تأثيرگذار باشد. نقصان مواد مغذي مي تواند در اثر شستشو و استخراج و در اثر تخريب به وسيله نور، حرارت يا اکسيژن و استفاده ميکروبي رخ دهد نقصان مواد مغذي در طي عمل تخمير به طور معمول کم است و ضمناً ممکن است افزايش ميزان اين مواد در طي سنتز ميکروبي رخ دهد.
در اثر وجود دي اکسيد کربن که خاصيت نگه دارندگي دارد و طي عمل تخمير به وجود مي آيد ميزان اسيد اسکوربيک در ترشيجات بسته بندي شده سريعاً بعد از تخمير تقريباً به طور مداوم باقي مي ماند. در مقابل سبزيجات غير تخميري حدود 20تا90 درصد از اسيد اسکوربيک، ريبوفالوين ويتامين خود را در طي بسته بندي از دست مي دهند. تخمير همچنين مي تواند بر روي ارزش تغذيه اي به وسيله تغيير ميزان فاکتورهاي استرس تغذيه اي تأثيرگذار باشد.
رويش Germination
رويش مي تواند براي ساختن غذاها با استفاده از کيفيت تغديه اي بهبود يافته مورد استفاده قرار گيرد. رويش بر کيفيت پروتئين با افزايش (protein PER Efficicency Rate) سويا اثر مي گذارد و سبب افزايش ميزان ليزين قابل دسترس در گندم، جو، يولاف و برنج مي شود. همچنين سبب افزايش ويتامين c در نخود و لوبيا مي شود. در ميزان بالاتر باعث افزايش ويتامين B6,B12,B1,B2 نياسين و بيوتين در سويا مي شود.
ابزارها و روشهاي سريع تشخيص
با توجه به نگراني ها ي اخير مصرف کنندگان در رابطه با ايمني مواد غذايي صنايع غذايي براي تشخيص ميکروبهاي غذايي سموم و آلوده کننده هاي ميکروبي در مواد خام و محصولات نهايي احتياج به روشهاي بهبود يافته سريع و مورد تأييد دارد. روشهاي سريع و حساس که بر اساس کاوشگر کلونال DNA آنتي باديهاي مونو و پلي هستند جايگزين روشهاي کلاسيک ميکروبيولوژيکي براي تشخيص ميکروارگانيسم هاي بيماري زا مي باشند. در آينده نزديک تشخيص حتي يک ميکروارگانيسم آلوده کننده در محصول غذايي ممکن است عملي باشد. بعضي از مثالهاي تشخيص ميکروبهاي بيماريزا توسط کاوشگرهاي DNA که همکنون در حال پيشرفت هستند در جدول 6 آمده است.
پيشرفت روشهاي سريع به طور قابل توجهي راههاي کنترل کيفيت مربرط به صنايع غذايي را تغيير خواهند داد.
مديريت مواد زائد
يک اقدام خلاق براي توليد محصولات با ارزش جانبي از مواد زائد حاصله از فرايندهاي صنايع غذايي مي تواند يکي از زمينه هاي اصلي توجه و درآمدزايي اين رشته باشد.
استفاده از مواد زائد به عنوان ذخيره غذايي براي توليد سوختهاي زيستي به منظور قوي کردن گياهان فرايندي، تبديل مواد زائد صنايع غذايي به مواد شيميايي ويژه براي استفاده بقيه بخشهاي صنعتي و توليد مواد دارويي با ارزش و مواد غذايي پروتئيني (SCP) از مواد زائد همچون آب پنير که همکنون براي دفع آنها به فاضلابها براي صنعت ميليونها دلار هزينه در بر دارد از جنبه هاي اين مديريت مي باشد.
جدول6- بعضي روشهاي مدرن تشخيص ميکروبهاي بيماريزاي غذايي
| ارگانيسم مورد نظر
کمپيلوباکتر
کلستريديوم بوتولينوم
اشريشيا کولي
ليستريا مونو سيتوژنز
گونه هاي سالمونلا
استافيلوکوکوس اورئوس
ويبريوکلرا
ويبريوپاراهموليتيکوس
پروسينيا انتر و کوليتيکا | مبناي تشخيص
خصوصيت ژني
نورو توکسينهاي A,D,E
انتر وتوکسينهاي مقاوم و حساس به گرما
هموليزين
خصوصيت ژني
انتروتوکسينهاي C,B,A
انتروتوکسين و هموليزين
هموليزين مقاوم به حرارت
خاصيت تهاجمي |
ايمني غذايي
يکي از مهم ترين جنبه هاي بيوتکنولوژي مواد غذايي ايمني و سلامتي مواد غذايي حاصله از ميکروارگانيسم ها مي باشد. ممکن است محصولي از نظر جنبه هاي حسي و غيره از درجه بالايي برخوردار باشد. ولي در متابوليسم بدن ايجاد اختلا ل نمايد. به عنوان مثال گياهاني که مقاوم به آفت کش شده اند و در ساختار آنها مواد حاصل از بي اثر کردن آفت کش باقي بماند و ايجاد حساسيت و بيماري کند.
مقصود اين که نبايد به بيوتکنولوژي مواد غذايي فقط از ديد توليد بالا، خواص حسي بهتر و.. نگاه کرد بلکه کليه مراحل متابوليسي مواد غذايي در بدن بايد مورد مطالعه قرار گيرند و ايمني آنها مورد تأييد قرار گيرند. سازمان FDA ملاکهاي زيادي را براي سالم بودن يک ماده غذايي حاصله از بيوتکنولوژي معرفي مي کند.
نتيجه
با توجه به گستره و حيطه عمل بيوتکنولوژي ذکر تمام قابيلت ها و توانايي هاي بيوتکنولوژي در بخش کشاورزي و صنايع غذايي محدود به مقاله ها و کتابها نمي گردد. با توجه به تغييرات و تحولات چشمگير و روزمره بيوتکنولوژي همگام با دانش سريع روز، تأثير عميقي بر روي فرايندها، محصولات و کالاهاي غذايي، دارويي و بهداشتي شاهد هستيم که همگامي با اين پيشرفت ها سبب توسعه و بهبود کالاها و خدمات صنعتي مي گردد. به طور کلي توليد مواد غذايي شامل طعم دهنده ها، آنزيمها، بيوپليمرها، سورفکتانتها، شيرين کننده هاي غير مغذي، جانشين چربيها، آنتي اکسيدانها، نگهدارنده هاي طبيعي، پروتئين هاي سلولي SCP، بهبود خواص کيفي مواد غذايي از نظر جنبه هاي حسي و فرايند بهبود روشهاي فرايندي، کاهش هزينه هاي توليد، تبديل مواد زائد، افزايش راندمان توليد همگام با افزايش بي رويه جمعيت و... از کاربردهاي رايج و بالقوه بيوتکنولوژي مي باشد. حال آيا واقعاً بيوتکنولوژي در صنايع غذايي امري ضروري است؟
اگر خواهان وجود يک امنيت غذايي سالم، ارزان و کافي باشيم و نگران خرابي منابع غذايي از طريق خشکي، سيل، سرماي زودرس، بيماريها و غيره نباشيم و همچنين اگر خواستار همگامي بخش کشاورزي با رشد جمعيت کنوني هسيتم در حالي که اغلب زمينهاي کشاورزي و تقريباً همه آبهاي مورد مصرف کشاورزي در حال استفاده مي باشند. بيوتکنولوژي در اين بخش امري ضروري و حياتي مي باشد.
حالا وعده بيوتکنولوژي مواد غذايي چيست؟
بيوتکنولوژي مواد غذايي توان ايجاد راه کارهايي براي نگهداري منابع طبيعي، حذف آلودگي هاي زيست محيطي، افزايش و بهبود توليدات کشاورزي، کاهش وابستگي به مواد شيميايي کشاورزي، ارائه بهينه ترين روند توليد مواد غذايي، کاهش هزينه ها، توليد مواد غذايي سالم، بهداشتي، کافي، ارزان و با کيفيت تغذيه اي بالا و... را به ما نشان مي دهد.
براي نيل به اين اهداف همکاري بخشهاي دولتي، خصوصي، دانشگاهي، تحقيقاتي و مردمي ضروري مي باشد.
مراجع:
1- پرايمرز، سيدني، 1373، بيوتکنولوژي مولکولي، ترجمه دکتر مجتبي طباطبايي و همکاران، انتشارات مرکز ملي تحقيقات مهندسي ژنيتک و بيوتکنولوژي.
2- مرتضوي، علي، 1376، بيوتکنولوژي، ميکروبيوتکنولوژي صنعتي. انتشارات دانشگاه فردوسي مشهد.
3. harlander,s,1989.Food biotechnology:yesterday.today and tomorrow.Food technol.43(9):195
4.Institute technology .1988.food biotechnology.food technol.42(1):133.
5. Kenorr D.1987.Food biotechnology.is organization and potential.food technol.41(9):95
6.Olempska - Beer Z Kuznesof . D.Dinori.M. Smith. M . 1993.Plant Biotechnology and food safety .food technol.47(2):64.
7. Teutoni co.R. knorr. K. 1985.Impact of biotechnology on nutritional quality of food plants.food technol.39(10):127
8.Macrea.R.Robinson .R Saller .M.j. Encyclopedia of food seience.food technology and nutriton.1993.vol.1:392.
9.Harlander .S. 1991.Biotechnology-a means for improving our food supply.food technol 42(4):84.
10.Bigetis .R.1992.flavor metabolites and enzymes from filmenteous fungi.food technol.64(11):151.
11.Katz.1996.Biotechnology-new tools in food technology's tool box .food technol .50(11):63.
(کارشناسي ارشد علوم و صنايع غذايي دانشکده کشاورزي دانشگاه آزاد اسلامي واحد خوراسگان.
منبع: فصلنامه علمي تخصصي چاشني- ش 1 /ن