بیوتکنولوژی غذایی
بیوتکنولوژی غذایی عبارت است از استفاده از سلول های زنده یا بخشی از آنها به منظور تولید یا اصلاح محصولات غذایی یا مواد افزودنی مورد استفاده درصنایع غذایی. به عنوان مثال بکارگیری مستقیم توده سلولی میکروارگانیسم ها به عنوان پروتئین تک یاخته، استفاده از میکروب ها در تولید محصولات غذایی تخمیری نظیر ماست و پنیر و محصولات گوشتی تخمیرشده، پرورش قارچ های خوراکی، تولید سس های متنوع، طعم دهنده ها، شیرین کننده ها و افزودنی های خوراکی، آنزیم های مورد استفاده درصنایع غذایی، ویتامین ها و اسیدهای آمینه و آلی تنها گوشه ای از کاربردهای بسیار متنوع بیوتکنولوژی در صنایع غذایی هستند. استفاده از باکتری های مفید (پروبیوتیک) که به منظور درمان یا مقابله با بیماری های روده ای، اصلاح جمعیت میکروبی بدن و تولید ویتامین ها، به برخی از مواد غذایی مانند ماست و دیگر فرآورده های لبنی افزوده می شوند نیز از حوزه های بسیار جذاب بیوتکنولوژی مواد غذایی محسوب می شوند. بازار جهانی صنایع مرتبط با بیوتکنولوژی غذایی به دلیل گستردگی و تنوع بسیار زیاد آن ارقام قابل توجهی را نشان می دهد. به عنوان مثال در سال 2003، ارزش بازار جهانی امولسیون کننده های غذایی بیش از یک میلیارد دلار بوده است که در این بین لیسیتین (پرمصرف ترین امولسیفایرغذایی) که یکی از فرآورده های مهم بیوتکنولوژیک مورد استفاده در صنایع غذایی به شمار می رود، به تنهایی رقمی بیش از 250 میلیون دلار را به خود اختصاص داده است.
درحال حاضر با استفاده از میکروارگانیسم ها و روش های بیوتکنولوژی، سالانه بیش از 270 هزارتن اسید سیتریک به ارزش حدود 4/1 میلیارد دلار درجهان تولید می شود که بخش اعظم آن در صنایع غذایی به مصرف می رسد. در سال 1381 میزان واردات اسید سیتریک به کشور بیش از 6هزار و 500 تن بوده است. همچنین بازارجهانی پروبیوتیک های مورد استفاده در صنایع تولید مواد و افزودنی های غذایی، ماست و غیره از ارزش بسیار بالایی برخوردار است. برای مثال میزان فروش سالیانه ماست های حاوی پروبیوتیک در جهان رقمی حدود 10 میلیارد دلار را به خود اختصاص می دهد. علاوه بر این آنزیم های مورد استفاده در صنایع غذایی انسان و دام بیشترین سهم را از بازار آنزیم های صنعتی به خود اختصاص داده اند.
درحال حاضر تنها در اتحادیه اروپا ارزش محصولات تولیدی در زمینه بیوتکنولوژی غذایی (محصولات غذایی تخمیری، اسیدهای آمینه، ویتامین ها و غیره) بیش از 25 میلیارد دلار برآورد شده است.
کاربردهای بیوتکنولوژی در صنایع غذایی
مطالعات صورت گرفته نشان داده است که جمعیت جهان تا اواسط قرن حاضر، دو برابر خواهد شد و این در حالی است که اکنون نیمی از کودکان جهان از غذای کافی محروم هستند. همچنین فشار از طرف مصرف کنندگان، خصوصاً در کشورهای صنعتی، باعث شده است که تولید محصولات غذایی بطرف استفاده از مواد افزودنی "طبیعی" و بکارگیری روش های فرآوری نزدیکتر به روش های طبیعی، جهت پیدا کند. نکات، به همراه سایر مزایایی که وجود داشته اند، روش های بیوتکنولوژی در صنایع غذایی را گسترش داده اند. با توجه به گسترش صنایع غذایی در کشور ما، آشنایی مختصر با کاربردهای بیوتکنولوژی در صنایع غذایی مفید به نظر می رسد:
تعریف بیوتکنولوژی غذایی
تولید محصولات نهایی غذایی با استفاده از بیوتکنولوژی
تولید مواد افزودنی غذایی با استفاده از بیوتکنولوژی
اصلاح مستقیم مواد غذایی یا مواد افزودنی به غذا
تولید مواد کمک فراوری
کاربردهای تجزیه ای
تصفیه پسماند
تعریف بیوتکنولوژی غذایی در ارتباط با صنایع غذایی می توان بیوتکنولوژی را به صورت زیر تعریف کرد:
"استفاده از سلولهای زنده یا قسمتی از آنها، به منظور تولید یا اصلاح محصولات غذایی یا مواد افزودنی به غذا"
از یک دیدگاه دیگر می توان کاربرد بیوتکنولوژی در صنایع غذایی را به دو بخش کاربرد بیوتکنولوژی سنتی و کاربرد بیوتکنولوژی مدرن تقسیم کرد:
1- درکاربرد "بیوتکنولوژی سنتی" در صنایع غذایی، از فناوری تخمیری (ریزساوارزه ها یا میکروارگانیزم ها) جهت تغییر مواد خام غذایی به محصولات غذایی تخمیری شامل پنیر، ماست، خمیر نان و غیره استفاده می گردد. استفاده از ریزسازواره ها و آنزیمها در این فرآیندها باعث ایجاد تغییرات در طعم، عطر و بافت مواد خام غذایی یا افزایش قابلیت نگهداری آنها می گردد.
2- در بکارگیری "بیوتکنولوژی نوین" در صنایع غذایی، از ژنتیک مولکولی و آنزیم شناسی کاربردی بهمراه فناوری تخمیری، جهت بهبود خواص مواد افزودنی غذایی استفاده می گردد. در قسمت های بعدی این نوشتار، برخی از کاربردهای بیوتکنولوژی در صنایع غذایی به طور اجمال و در چند زمینه بیان می شوند.
تولید محصولات نهایی غذایی با استفاده از بیوتکنولوژی
بیوتکنولوژی می تواند جهت تغییر مواد خام غذایی مانند شیر، گوشت، سبزیجات و غلات به محصولات با طعم و عطر مطلوب و قابلیت نگهداری بیشتر استفاده شود. تولید این نوع محصولات در جهان، سابقه بسیار طولانی دارد و هم اکنون این محصولات در مقیاس صنعتی در سطح دنیا تولید می گردند. بر اساس گزارشات موجود، حدود یک سوم رژیم غذایی در اروپا از غذاهایی تشکیل می شود که تخمیر شده اند؛ در حالیکه این رقم در سایر نقاط دنیا بین 20 تا 30 درصد می باشد. از مثال های این محصولات می توان به محصولات لبنی تخمیری مانند ماست و پنیر، سوسیس تخمیرشده خشک و نیمه خشک، سبزیجات تخمیرشده مانند کلم (sauerkraut)و زیتون تخمیرشده، نان، قارچ خوراکی، مشروبات الکلی و انواع غذاهای تخمیری آسیای شرقی مانند سس سویا، میسو، سوفو و تمپه اشاره نمود. برخی از این محصولات از قبیل فرآورده های لبنی تخمیری، نان و قارچ خوراکی، در ایران نیز در مقیاس صنعتی تولید می گردند. همچنین اخیراً در رابطه با تولید محصولات دیگر مثل زیتون تخمیر شده و سس سویا، پروژه های تحقیقاتی در ایران انجام گرفته است.
بحث :
تحقیقات در این زمینه در محورهای اساسی زیر صورت میگیرد:
(1) فراورده های جدید
* تولید ترکیبات طبیعی جایگزین افزودنی های سنتتیک ( استفاده از باکتریوسین های طبیعی ، ویتامین ها و رنگ دانه ها )
* تولید محصولات جدید غذایی با خصوصیات فراویژه ( پروبیوتیک ها وپریبیوتیک ها )
(2) طراحی فرایندهای جدید
* جداسازی و اصلاح میکروارگانیسم ها ) منبع منحصر به فرد آنزیمی M.Oهای مقاوم به حرارت و فشار بالا در اعماق اقیانوس ها )
* سیستم بیولوژی )اصلاح M.Oها بر پایه ی اطلاعات ژنومیکس ، پروتئومیکس و متابومیکس استوار است )
* طراحی صنعتی (توجه به ثبات بیوشیمیایی بیوکاتالیست ها و کل واکنش)
(3) روش های تشخیص براساس DNA
)تست های منوکلنال آنتی بادی، بیوسنسورها، استفاده از روش های مختلف PCR و پروب های DNA
تشخیص باکتری های بیماری زای مهم مثل Listeria ، Closrtridium ، Botulinum )
میکروارگانیسم های مهم در میکروبیولوژی مواد غذایی:
1.کپک های مهم صنعتی :
*موکور (M.miehi ، M.posilus آنزیم های پروتئولیتیک شبه رنین تولید می کند )
*آسپرژیلوس (آسپرژیلوس گلاکوس مهمترین کپک در ژامبون هاست ، آسپرژیلوس نایجر در تولید اسید سیتریک و گلوکونیک و برخی آنزیم ها کاربرد دارد ، آسپرژیلوس فلاووس-اوریزآ در تولید آنزیم ها و غذاهای شرقی اهمیت دارد )
*پنی سیلیوم (در رسیدن پنیر کاممبرت نقش دارد )
.مخمرهای مهم صنعتی :
* ساکارومایسس (تولید الکل ، شراب ، آبجو …)
* کلایورومایسس (کاربرد در صنایع لبنی وتولید scp )
* کاندیدا (تولید scp )
* تولید مایه کشت برای تخمیرهای غذایی :
M.Oهای لازم برای تخمیر به صورت کشت خالص و یا مخلوط استفاده می شود.
* انتخاب مایه کشت عمدتا بر مبنای توانایی حفظ فعالیت وتولید محصولات مطلوب می باشد.
* حفظ فعالیت مایه کشت ها : آن را چندین مرتبه به محیط کشت منتقل کرده و برای جلوگیری از رشد بیشتر در دمای پائین نگهداری می کنند.
برای تولید مایه کشت های پایدار استوک ( لیوفیلیزه کردن و انجماد در ازت مایع (
* حفظ خلوص مایه کشت :
(1) کنترل میکروسکوپی
(2) کشت مایه کشت مورد نظر در محیط کشت آگار اختصاصی M.Oهای آلوده کننده
* فعالیت مایه کشت با سرعت رشد و سرعت تولید محصولات آن سنجیده می شود .
انواع مایه کشت :
* مایه کشت های باکتریایی ( در فراورده های شیر، نان و سوسیس ازاسید لاکتیک و در سرکه سازی از اسید استیک باکتری ها استفاده می شود )
* مایه کشت های پروپیونیکی ( به صورت لیوفیلیزه تهیه می شود )
* مایه کشت های کپکی ( روی محیط کشت مناسب به حالت اسپور نگهداری می شود )
فراورده های لبنی تخمیری ( تخمیر لاکتیکی مهمترین است )
* دوغ و خامه ترش تخمیری (استفاده از مایه کشت مخلوط استرپتوکوکوس لاکتیس زیر گونه های لاکتیس وکرموریس برای تولید اسید واز استرپتوکوس لاکتیس زیر گونه ی دی استیل لاکتیس و لوکونوستوک مزنتروئیدس زیر گونه ی کرموریس برای تولید عطر و طعم )
* شیر اسیدوفیلوس (تلقیح لاکتوباسیلوس اسیدوفیلوس به شیر استریل )
قهوه ( تخمیر باکتریایی برای بهبود عطر و طعم ، حذف لایه ی پالپی توسط آنزیم پکتینولیتیک قارچی )
کاکائو ( حذف پالپ میوه به وسیله عمل تخمیر )
بالنگ ( M.O های غالب به هنگام تخمیر: مخمر ساکارومایسس ستیری مدیکا و باکتری باسیلوس سیتری )
مواد غذایی و آنزیم های حاصل از M.Oها :
1.SCP (پروتئین تک یاخته)
M.O *های مورد استفاده(جلبکها،باکتریها شامل گونه های سودوموناس،مخمرها شامل گونه های کاندیدا)
* مزایای مخمرها نسبت به باکتریها و جلبکها (1.رشد در P.H پائین 2.بازیافت آسان تر3. N.Aکمتر 4.پذیرش عمومی بهتر)
* مزایای استفاده از SCP
* دلایل نگرانی استفاده از SCP (1.سنگ کلیه 2.سرطان زا 3. واکنش های معده ای و روده ای 4. واکنش های پوستی )
2.تولید چربی :
ارگانیسم های مورد استفاده ( مخمرهای کاندیدا ، ساکارومایسس وکپک ژئوتریکوم کاندیدوم )
3.تولید اسیدآمینه :
ارگانیسم های مورد استفاده )آرتروباکتر ، میکروکوکوس گلوتامیکوس )
4.تولید افزودنی های غذایی :
دکستران:صمغ پلی ساکاریدی به دست آمده از لوکونوستوک
گزانتان:هیدروپلی ساکارید به دست آمده از گزانتوموناس
5.تولید آنزیم ها :
* آمیلازها ( آلفا-آمیلاز،بتا-آمیلاز،آمیلوگلوکوزیداز )
* تولید آمیلازها با استفاده از کپکها ( توسط آسپرژیلوس اوریزا از سبوس گندم یا برنج )
* تولید آمیلازها با استفاده از باکتریها ( روش های کشت سطحی یا غوطه وری توسط باسیلوس سوبتی لیس )
* کاربرد آمیلازقارچی ( تولید پکتین از سیب ، تولید شربت شیرین ، جایگزین مالت در صنایع نانوایی )
*کاربرد آمیلاز باکتریایی ( شفاف سازی آبجو، تولید شربت ذرت وشربت شکلات )`
7