كاربرد بيوتكنولوژى در صنايع غذايى

استفاده از سلول هاى زنده يا قسمتى از آنها، به منظور توليد يا اصلاح محصولات غذايى يا مواد افزودنى به غذا به معنى بيوتكنولوژى غذايى است.از ديدگاه ديگر مى توان كاربرد بيوتكنولوژى در صنايع غذايى را به دو بخش كاربرد بيوتكنولوژى سنتى و كاربرد بيوتكنولوژى مدرن تقسيم كرد. در كاربرد بيوتكنولوژى سنتى در صنايع غذايى، از فناورى تخمير براى تغيير مواد خام غذايى تخميرى شامل پنير، ماست، خمير نان و غيره استفاده كرد. استفاده از ريز سازواره ها و آنزيم ها در اين فرآيندها باعث ايجاد تغييرات در طعم، عطر و بافت مواد خام غذايى يا افزايش قابليت نگهدارى آنها مى شود. در به كارگيرى بيوتكنولوژى نوين در صنايع غذايى، از ژنتيك مولكولى و آنزيم شناسى كاربردى به همراه فناورى تخميرى، براى بهبود خواص مواد افزودنى غذايى استفاده مى شود. بيوتكنولوژى مى تواند براى تغيير مواد خام غذايى نظير شير، گوشت، سبزيجات و غلات به محصولات با طعم، عطر مطلوب و قابليت نگهدارى بيشتر استفاده شود. توليد اين نوع محصولات در جهان سابقه بسيار طولانى دارد و هم اكنون اين محصولات در مقياس صنعتى در سطح دنيا توليد مى شوند. براساس گزارشات موجود، حدود يك سوم رژيم غذايى در اروپا از غذاهايى تشكيل مى شود كه تخمير شده اند، در حالى كه اين رقم در ساير نقاط دنيا بين ۲۰ تا ۳۰ درصد است. به عنوان مثال: محصولات لبنى تخميرى مانند ماست و پنير، سوسيس تخمير شده خشك و نيمه خشك، سبزيجات تخمير شده مانند كلم و زيتون، نان، قارچ خوراكى، مشروبات الكلى و انواع غذاهاى تخميرى آسياى شرقى مانند سس، سويا، ميسو، سفا و تمپه مى توان اشاره كرد. برخى از اين محصولات از قبيل فرآورده هاى لبنى تخميرى، نان و قارچ خوراكى، در ايران نيز در مقياس صنعتى توليد مى شوند. اخيراً در رابطه با توليد محصولات ديگر نظير زيتون تخمير شده و سس سويا پروژه هاى تحقيقاتى در ايران انجام گرفته است. توده ميكروبى نيز به عنوان يك ماده غذايى غنى از پروتئين، مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال، آلمانى ها در جنگ جهانى دوم براى جبران كمبود پروتئين، مخمرها را در مقياس صنعتى كشت داده و به عنوان منبع غذايى در خوراك انسان مورد استفاده قرار دادند. همچنين از دهه شصت ميلادى توليد محصولاتى به نام پروتئين تك ياخته (SCP) ابتدا از مواد هيدروكربنى و بعدها از مواد كربوهيدراتى ارزان قيمت در مقياس صنعتى آغاز شد. اين محصولات به عنوان افزودنى پروتئين در خوراك استفاده شدند. استفاده از پروئين ميكروبى به عنوان غذا براى انسان مضر است، SCP به دليل بالا بودن درصد اسيدهاى هسته اى در اواسط دهه ۸۰ ميلادى، پروتئين ميكروبى تحت نام ICI با همكارى شركت RHM شركت انگليسى Fusarium توليد كرد كه ساختارى شبيه به گوشت داشته و توسط رشد كپكى به نام Quom تجارتى بر روى مواد نشاسته اى توليد مى شود. اين محصول به خاطر استفاده از كپك و به خاطر اضافه كردن يك عمليات در فرآيند توليد صنعتى، داراى محتوى هسته اى بسيار پائين است.
مواد افزودنى نظير اسيد سيتريك، اسيد گلوتاميك و نوكلئوتيدهاى مورد استفاده براى بهبود در طعم غذا نيز به روش تخمير توليد مى شود. استفاده از اين روش سابقه اى طولانى دارد، اما رويكرد به سمت جايگزينى اجزاى طبيعى، فرصت هايى را براى استفاده گسترده تر از محصولات تخميرى به عنوان طعم دهنده فراهم كرده است. به عنوان مثال، حدود بيست سال پيش، يك تركيب به نام Furanone در آب گوشت شناسايى شد كه اين تركيب، نقش بسيار مهمى در طعم گوشت بازى مى كند و تا مدتى پيش به صورت شيميايى از گزيلوز سنتز مى شد. اخيراً يك ماده پيش نياز طبيعى شناسايى شده كه مى توان آن را توسط تخمير گلوكز توليد كرده و با يك حرارت مخصوص به Furanone تبديل كرد. شناسايى تركيبات طعم دهنده اصلى امكان توسعه روش هاى ميكروبى براى سنتز اين تركيبات را فراهم كرده است. به عنوان مثال مى توان به توليد گاما دكالاكتون كه يك جزء اصلى در طعم هلو است، اشاره كرد. مواد خام غذايى را يا مستقيماً و يا بعد از اصلاح ميكروبى يا آنزيمى مى توان استفاده كرد. مواد خام غذايى داراى خاصيت كاركردى در محصولات غذايى نظير امولسيون سازى، پيوند با آب، ايجاد ژل، پايدارى كف در نوشابه ها، دسرها و محصولات گوشتى است. رابطه دقيق بين ساختمان اين مواد و خواص كاركردى كه در غذا ايجاد مى كنند، هنوز به طور كامل شناخته نشده است، ولى از نتايج تحقيقات گسترده سال هاى اخير مى توان براى انتخاب نوع اصلاح اين مواد خام استفاده كرد. به عنوان مثال يك رابطه مستقيم بين ساختار پروتئين ها (يعنى اندازه مولكول پروتئينى و تركيب اسيدهاى آمينه آن) و خواص كاركردى آنها به دست آمده است. مى توان با تغيير مناسب در اندازه و تركيب اسيدهاى آمينه در يك پروتئين، به خواص كاركردى مورد نياز براى يك كاربرد بخصوص دست يافت. اندازه پروتئين ها را مى توان توسط آبكافت اسيدى يا آنزيمى كاهش داد، اما ايجاد تغييرات در تركيب اسيدهاى آمينه يك پروتئين، مشكل تر است. براى ايجاد تغييرات در تركيب اسيدهاى آمينه يك پروتئين، از روش هايى تحت عنوان مهندسى پروتئين استفاده مى شود كه از طريق تغيير در كدهاى ژنتيكى با استفاده از روش هاى مهندسى ژنتيك، ترتيب اسيدهاى آمينه اى پروتئين عوض مى شود. از روش هاى مهندسى پروتئين، براى افزايش پايدارى پروتئين هاى آنزيمى كه در مقياس صنعتى نقش كاتاليزور را دارند نيز استفاده شده است. به عنوان مثال گلوكز ايزومراز، آنزيمى است كه در فرآيند توليد HFCS از اهميت فراوان برخوردار است. اين آنزيم در بيوراكتورهاى صنعتى توسط يك واكنش شيميايى بين گلوكز و گروه هاى آمين ثانويه ليزين موجود در ساختار آنزيم، غيرفعال مى شود. محققين در شركت Gist- Brocade روشى را براى اصلاح ژن گلوكز ايزومراز ايجاد كردند، كه در آن قسمتى از مولكول آنزيم (جزء ليزين) كه گلوكز به آن حمله مى كند، به گروه هايى (جزء آرژينين) كه مورد حمله گلوكز واقع نشده ولى قادر هستند كه ساختار آنزيم را حفظ كنند، تبديل مى شود. با استفاده از اين روش، زمان استفاده مفيد از آنزيم گلوكز ايزومراز در شرايط صنعتى به طور قابل ملاحظه اى افزايش يافته و اين موضوع باعث افزايش ظرفيت توليد و كاهش هزينه هاى عملياتى مى شود.
حميد راشدى معاون پژوهشى دانشكده صنعت غذايى
دانشگاه جامع علمى كاربردى
روزنامه شرق