فعالیت آنزیم ها (پروتئازها) در آبزیان و فرآوری محصولات دریایی

مقدمه:
آنزیم ها ترکیباتی هستند که می‌توانند سرعت واکنش را تا حدود 7 الی 10 برابر افزایش دهند. آنزیم مانند یک کاتالیزگر غیر آلی میزان واکنش را با پایین آوردن انرژی فعال سازی واکنش لازم برای انجام واکنش تسریع می‌کند. انجام سریع یک واکنش در موقعیت آزمایشگاهی به شرایط ویژه‌ای مانند دما و فشار بالا نیاز دارد.

لذا باید در یاخته که شرایط محیطی در آن کاملا ثابت است و انجام چنین واکنش هایی بسیار کند است، مکانیسمی دقیق وجود داشته باشد. این عمل بوسیله آنزیم ها صورت می‌گیرد. از ویژگی های مهم آنزیم ها این است که پس از انجام هر واکنش و در پایان آن سالم و دست نخورده باقی می‌مانند و می‌توانند واکنش بعدی را کاتالیز کنند.

آنزیم ها بر حسب نوع واکنشی که کاتالیز مینمایند در شش گروه اصلی قرار میگیرند:
1) اکسیدوردوکتازها که سبب اکسیداسیون یک جسم و احیا جسم دیگر میشوند و مهمترین آنها اکسیدازها دهیدروژنازها و سیتوکروم ها هستند. تاکنون 650 آنزیم در این گروه شناسایی شده اند از جمله: الکل دهیدروژناز لیپوکسیژناز و کاتالاز.

2) ترانسفرازها که عمل انتقال یک گروه مثل متیل اسیل گلیکوزیل امین و فسفریل را از یک ترکیب به ترکیب دیگر کاتالیز مینمایند. در حدود 750 آنزیم در این گروه قرار گرفته اند از جمله گلیکوژنفسفرلیاز و هگزوکیناز.

3) هیدرولازها که هیدرولیز پیوندهای پپتیدی استری و گلیکوزیدی را کاتالیز می نمایند. در حدود 640 هیدرولاز تاکنون نام برده شده اند از جمله: پپسین تریپسین لیپاز امیلاز.
4) لیازها که پیوندهای c-c,c-o,c-N را شکسته و موجب پیدایش پیوند دوگانه میشود. تعداد آنزیم های این گروه را حدود 250 میدانند از جمله: هیستیدین دکربوکسیلاز فوماراز و اسپارتاز.

5) ایزومرازها که تغییرات ساختاری یا ژیومتریک درون یک ملکول راکاتالیز میکند. اکسیداسیون – احیای درون مولکولی نیز بوسیله این آنزیم ها کاتالیز میشوند. در حدود 120 آنزیم در این گروه طبقه بندی شده اند از جمله: گلوکزایزومرازو فسفوگلکوموتاز.
6) لیگازها که پیوند دو مولکول همراه با هیدرولیز پیوند پیروفسفات در ATP را کاتالیز می نمایند. این آنزیم های قبلا سنتتاز نامیده میشدند. حدود 100 آنزیم در این گروه قرار دارند از جمله: استیل COA لیگاز (سنتتاز).

فعالیت پروتئاز ها در آبزیان
از گذشته دور می دانستند که فعالیت کاتپتیک در عضلات ماهی بیشتر از پسانداران است و در فرآیند پروتئولیزی و همینطور متابولیسم اسیدهای آمینه مجموعه ای آنزیم پروتئولیتیک عامل اصلی تغیرات هستند. امروزه حالت نرمی در بافت عضله ماهی در خلال نگهداری و بسیاری تغیرات بافتی دیگر از جمله تکه تکه شدن Gapping را نتیجه تغیراتی می دانند که در اثر عمل آنزیم ها بر آنها بر پیوند ها و اتصالات پروتیینی رخ می دهد بعلاوه در مطالعاتی که در سال های اخیر در جهت شناخت بیشتر پدیده Modori در سوریمی انجام گرفته نیز نقش تعداد زیادی پروتئاز متصل به شبکه سارکوپلاسمیک و میوفیبریل در گونه های مختلف به خوبی روشن گردیده است این آنزیم ها عمدتا در طول مرحله حرارتی فعال هستند.

آنزیم ها، رنگ و ظاهر غذاهای دریائی
رنگدانه ها در غذاهای دریائی دارای دو منشاء می باشند. رنگ دانه هایی که بطور طبیعی در بافت وجود دارند و آنهایی که پس از مرگ ماهی تولید می شوند. رنگدانه های طبیعی که معمولا کیفیت مواد غذائی دریائی تحت تأثیر قرار می دهند عبارتند از ، پروتئین هایی که دارای آهن می باشد و کاروتنوئیدها و رنگ های خاکستری و سیاهی می باشند که بعلت واکنش های آنزیمی و غیر آنزیمی در بافت ایجاد می شوند.

آنزیم ها و طعم غذاهای دریائی
بوی ماهی خام یکی از مهمترین نشانه ها برای ارزیابی کیفیت آن می باشد. عطر و طعم مزه غذاهای دریائی از پیچیدگی خاصی برخوردار می باشد. علت این پدیده تولید غذاهای دریائی از انواع و اقسام آبزیان مهره دار و بی مهره می باشد.

بر اساس عطر، طعم و مزه می توان کیفیت آبزیان را به سه گروه به شرح ذیل تقسیم نمود:
1-آبزیان بسیار تازه ای که دارای بوی بسیار مطبوع مثل بوی گیاهان تازه دریائی یا شبیه به خربزه (Melom-like) می باشند.
2-آبزیان مانده و فاسد شده ای که دارای بوی بسیار زننده می باشند.
3-طعم و مزه ماهیان و صدف داران پخته شده

در آبزیان دسته اول، آنزیم های داخلی عامل اصلی ایجاد بوی تازگی در آنها می باشند. اما در دسته دوم، آنزیم های داخلی در ماهی همراه با باکتری های فاسد کننده علت تولید بوی ماندگی (Fishy Odor) یا ترشیدگی و تندی در آبزیان می باشند. علت ایجاد طعم و مزه پخته گی هم چنین بعلت فعالیت آنزیم های داخلی قبل از پخت آبزی و ایجاد ترکیب هایی که باعث تحریک عصب های بویائی و چشائی می گردند نیز می باشند.

آنزیم ها و بافت غذاهای دریائی
آنزیم های موجود در مواد اولیه برای تولید غذاهای دریائی می توانند یا بیش از حد باعث نرم یا سفت شدن فرآورده های دریائی گردند. آنزیم هایی که باعث نرم شدن گوشت ماهیان سرد شده می شوند، معمولا روی میوفیبریل و یا بافت های پیوندی پروتئین عمل نموده و از این پروتئین ها بعنوان سوبسترا استفاده می کنند. آنزیم های پروتینازی که بر اثر حرارت فعال می شوند عموماً باعث نرم شدن ژل در سوریمی می گردند.

اخیراً آنزیمی هایی حقیقی کلاژناز از بافت های آبزیان دریائی دریائی که به منصرف غذاهای دریائی می رسند به اسم کلاژنازهای حقیقی (True Collagenase) تهیه و خالص سازی شده است. عقیده این پژوهشگران بر این است که این آنزیمها باعث ایجاد شکستگی (Gaping) در بافت و متلاشی شدن در زمان فیله نمودن ماهی می گردد آنزیم ترانس گلوتامیناز (Tgase, EC .2.3.2.13) باعث ایجاد پیوند در سوریمی و در نتیجه باعث قوام بخشیدن به ژل سوریمی در درجه حرارت بیبن 5-40c می گردد .

از سوی دیگر آنزیم تری متیل آمین اکسید دی میتالاز (TMAO-Demethylase, EC.4.1.2.32) در ماهیان منجمد شده به علت تولید فرم آلدئید و ایجاد باندهای پیوندی بین فرم آلدئید و پروتئین گوشت ماهی، باعث از دست رفتن خاصیت آبدار بودن گوشت و سفت شدن آن در زمان فراوری می گردد.آنزیم های پروتیناز که بوسیله حرارت فعال می شوند.

پختن گوشت ماهی یا فرآورده های تولید شده از سوریمی در حرارت حدود 60 سانتیگراد ممکن است باعث فعال شدن آنزیمهای پروتئیناز طبیعی در گوشت و در نتیجه باعث متلاشی شدن بافت فراورده و با مواد اولیه برای تولید سوریمی گردد. برخلاف گوشت سرد شده آبزیان این آنزیمهای پروتئیناز فعال شده بوسیله حرارت در میوزین پروتئین معمولا تأثیر نموده و باعث شکسته شدن آن به مقدار زیادی می گردند وجود آنزیمهای پروتئیناز که به وسیله حرارت در زمین پخت فعال می گردند وابستگی به گونه آبزی دارد و این وابستگی به گونه بسیار متغیر می باشد تعدادی از این آنزیمهای پروتئیناز قلیایی دارای وزن مولکولی خیلی بزرگ می باشند.

تعدادی از این آنزیمهای پروتئیناز قلیایی که باعث شل شدن ژل در سوزیمی می شود به وسیله نمک نیز فعال می گردد و در نتیجه در مرحله های شستشوی سوریمی به وسیله آب از سوریمی به وسیله آب شسته نشده و شکل آخرین در تولید فراورده از سوریمی می باشد.

ترانس گلوتامیناز
این ترانس طبیعی با اضافه شدن به سوریمی باعث ایجاد پیوندهای ازوپپتید بین مولکولهای میوزین و بهبود قوام ژل در زمان تشکیل ژل در فراوری سوریمی می گردد.
ژل تولید شده در درجه حرارت پایین در مقایسه با ژل تولید شده که بصورت مستقیم در زمان پخت تولید می شود از قوام بیشتری پس از پخت برخوردار می باشد وجود آنزیم ترانس گلوتامیناز در ماهیان متغیر بوده و بستگی به گونه ماهی دارد.
آنزیم ترانس گلوتامیناز از گوشت سوریمی تهیه شده از ماهی آلاسکا پولاک استخراج و خالص سازی گردیده است.

استفاده از آنزیم ها در فرآوری و کنترل کیفیت غذاهای دریائی

در طول سه دهه اخیر استفاده از آنزیم ها در فرآوری ماهی بعنوان یک ابزار کمی و روش های آزمایشگاهی در صنایع غذایی دریائی به نحو چشمگیری افزایش داشته است. استفاده از این آنزیم ها در فرآوری غذاهای دریائی دارای مزیت های فراوانی در مقایسه با بیشتر روش های مرسوم به چند دلیل زیر می باشد معمولا واکنش های آنزیمی انرژی کمتری مصرف می کنند و با محیط زیست سازگارترند و اختصاصی تر عمل می کنند و واکنش های جانبی زیان آور کمتری را ایجاد می کنند می توان آنها را در تحت شرایط نسبتاً متعادل از نظر درجه حرارت و PH به کار برد و همچنین به سادگی قابل کنترل می باشد استفاده از این آنزیم ها به عنوان روش های آزمایشگاهی به عنوان تشخیص دهنده های زیستی برای کنترل کیفیت و شناسایی گونه ها و درجه تازگی به وسیله صنایع غذایی دریایی مدت هاست که بکار گرفته شده است. سرانجام آنزیم ها از ضایعات کارخانه های فرآوری غذاهای دریائی جداسازی و بعنوان مواد افزودنی در صنایع زیادی مورد استفاده قرار می گیرد.

آنزیم های پروتئولیتیک
اینها آنزیمهای مهم مورد استفاده در فرآوری غذاهای دریائی آنزیم های پروتئیناز می باشند. برای بعضی از فرآوری ها مثل تولید سس ماهی و جداسازی پروتئین ها نیاز به آنزیم پروتئیناز یا مخلوطی از این آنزیم ها می باشد که اختصاصی عمل کرده قادر به هیدرولیز باندهای پپتیدی در یک دامنه وسیعی می باشند.

از سوی دیگر در بعضی مواد مثل جداسازی کاروتینو پروتئین و یا تولید ترشی از شک ماهی نیاز به آنزیم هایی می باشد که حیطه عمل آنها اختصاصی تر و دامنه آن متل تریپسین محدود باشد. یکی از مشکل هایی که غالباً در هیدرولیز پروتئین ها مشاهده می شود تولید پپتیدهای تلخ مزه می باشد.

کاربرد آنزیم های هیدرولیز کننده پروتئین در فرآوری غذاهای دریایی
1- کارتنو پروتئین از ضایعات سخت پوستان
2- تولید خاویار و تخمک ماهی
3- پوستگیری از صدف
4- پروتئین هیدرولیز شده ماهی
5- سس ماهی
6- تولید فراورده از اسکوئید
7- جداسازی غشاء کیسه شنا
8- پوست کنی و رگ زنی در میگو
9- جلوگیری از تولید لخته در کنسرو ماهی آزاد
10- پپتون از ماهی کامل

ماهی و تریپسین های های سخت پوستان

تریپسین ها مهمترین آنزیم در ماهی ها هستند مخصوصاً در مراحل جوانی قبل از اینکه هضم معده ای در شرایط اسیدی بصورت کامل تکامل یابد. کاربرد آنزیم های پانکرانس بعنوان یک کمک گوارشی در غذای لارو ماهی مورد تحقیق و بررسی واقع شده است اما، به هرحال نتایج آن خیلی متغیر بوده و قابل اتکا نیست.

در ایسلند ، تولید تجاری تریپسین از ماهی کاد آتلانتیک در مقیاس کوچک احداث شده است و محدوده وسیعی از کاربردهای آن مورد بررسی واقع شده اند. در سال 1996 کارخانه تولید آنزیمی با خلوص بالا (penzim) برای کاربردهای دارویی و آرایشی راه اندازی شده است. از این آنزیم در ساخت یک نوع پماد پوست جهت فراهم کردن تاثیرات مرطوب کنندگی و کاهش سوزش پوست استفاده شد.

بعضی از آنزیم های تریپتیک استخراج شده از ضایعات سخت پوستان ممکن است دارای کاربردهای پزشکی برای برداشتن بافت های پوستی صدمه دیده باشد. آنزیم شبه کیمو تریپسین با فعالیت تجزیه کنندگی کلاژن از هپاتوپانکرانس شاه خرچنگ جدا شده است.آزمایش روی خرگوش ها نشان داد که این آنزیم برای ترمیم زخم ها موثر است. نتایج مشابه با مخلوطی از آنزیم های تریپتیک استخراج شده از کریل قطب جنوب بدست آمده است. این فرمول اکنون برای تائید و تصویب به عنوان یک فرآورده دارویی در حال آزمایش است.

پپسین ها و تریپسین های ماهی
پپسین آزاد ماهیان احتمالاً اولین آنزیم ماهی می باشد که برای اولین بار در اواخر دهه 30 خالص سازی و ویژگی های آن مشخص شده اند. از آن زمان به بعد تعداد زیادی از پپسین های ماهی مطالعه شده اند. اگرچه ساختار مولکولی پپسین های ماهی و پستانداران کاملاً مشابه هستند ، اما ویژگی های شیمیایی آن مختلف می باشند. تفاوت های عمده در این می باشد که پپسین های ماهی در درجه حرارت پائین و شرایط کم اسید فعال می باشند.

نسبت به آنزیم پپسین در پستاندارانی که مزیت حداقل در دو فرآیند تجاری در حال استفاده است:اولی در تولید خاویار و دومین کاربرد آن در فلس کنی آنزیمی می باشد. از سویی بازار تجاری برای فیله های پوست کنی شده از گونه های خاص ماهی، مثل هیک و هد داک در حال حاضر وجود دارد. این گونه ها دارای بافت عضلانی بسیار نرمی میباشند که نسبت به فلس گیری بوسیله دستگاه مکانیکی فلس گیر بسیار صدمه پذیر می باشند.

بعد از تیمار ماهی در پپسین در اسید ضعیف و دادن حرارت در درجه پائین فلس ها به آسانی بوسیله شستن با فشار آب برداشته می شوند. در نروژ این فرآیند در مقیاس صنعتی توسعه یافته است و ثابت شده که پپسین بدست آمده از ماهی کاد برای این فرآوری در مقیاس صنعتی خیلی مناسب می باشد. طی روشی مخصوص برای فرآوری سیلاژ از معده ماهی کاد پپسینی تولید گردیده که برای تولید سیلاژ در مقیاس صنعتی مورد استفاده واقع می شود. یک توجه خاص در مورد تولید Kosher Enzyme برای استفاده از در صنایع غذایی وجود دارد.

یک مشکل اساسی پیدانمودن یک جانشین برای Kosher بجا ی رنین (Rennet) استخراج شده از گوساله برای تولید در پنیر سازی می باشد. امکان استفاده از پپسین استخراج شده از چند گونه تابحال مورد آزمایش قرار گرفته است. اگرچه، چند نتیجه امیدوار کننده بدست آمده اما هنوز پنیری که از این آنزیم ها درآن استفاده شده باشد گزارش نگردیده است.

(Fish Protein Hydrolysate ) FPH هدف از تولید
سالانه بیش از 100 میلیون تن ماهی در سراسر جهان صید می شود که بیش از 50% کل صید انجام شده به عنوان ضایعات صنایع فرآوری دور ریخته می شود.این ضایعات حاوی مواد با ارزشی از جمله پروتئین ها و مواد معدنی هستند.یکی از بهترین روش ها برای استفاده از این ضایعات، کاربرد پروتئازهاست که علاوه بر رفع مشکل دفع ضایعات، سبب تولید محصولاتی با ارزش افزوده و تشدید خواص کاربردی پروتئینها می شود.

روش های تولید پروتئین هیدرولیز شده
1- روش شیمیایی: با استفاده از اسید و قلیا
2- روش تخمیر: با دخالت آنزیم های درونی ماده خام اولیه
3- روش بیوشیمیایی: با استفاده از آنزیم های سنتزی

درجه هیدرولیز (DH)

درجه هیدرولیز تعیین کننده حد پیشروی واکنش است.
درجه هیدرولیز تحت تأثیر عوامل مختلفی است از جمله :
1- نوع ماده اولیه
2- مدت زمان واکنش
3- نسبت آنزیم به ماده اولیه
4- نوع آنزیم
درجه هیدرولیز خیلی بالا سبب تولید طعم تلخی بیشتری در فرآورده می شود.

Wardدر سال 1985دریافتند که بابررسی اثر آنزیم پاپائین روی درجه هیدرولیز آنزیمی پروتئین های میوفیبریلار ماهی کیلکا به این نتیجه دست یافتند که با افزایش فعالیت آنزیم از 10 به 300، درجه هیدرولیز حدود 7 برابر افزایش می یابد. همچنین با افزایش درجه حرارت تا حدود 60 درجه سانتی گراد شدت هیدرولیز زیاد می شود ولی پس از آن نرخ رشد هیدرولیز کاهش می یابد و تقریباً ثابت می ماند.

کاربرد های پروتئین هیدرولیز شده
1- مکمل پروتئینی در غذای انسان، دام، طیور و آبزیان
2- آنتی اکسیدان طبیعی
3- منبع پپتونی ( نیتروژنی ) در تهیه محیط کشت میکروبی
4- جایگزین مناسب شیر
Gildberg و همکاران(2002) بیان نمودند که از پروتئین هیدرولیز شده به عنوان تقویت کننده طعم در شیرینی جات، تثبیت کننده در نوشیدنیها، مکمل پروتئینی در فرمولاسیون مواد غذایی استفاده می شود. Grassmann، (1960)به این نتیجه رسیدند که از پروتئین هیدرولیز شده به عنوان جایگزین پروتئین در غذاهای آلرژی زا استفاده می شود.

فواید :
هضم آسانتر به سبب شکسته شدن پروتئین ها.
دارا بودن محتوی خاکستر و چربی کم و پروتئین بالا.
دارا بودن خواص کاربردی پروتئین به صورت تشدید شده.
معایب :
تلخی و مزه شبیه اسید، به علت شکل گیری پپتید های آب گریز ( Hydrophobic) و نیز آمینو اسیدهای آزاد، مهمترین مشکل پروتئین هیدرولیز شده است.

Kishimura و همکاران در سال 2006،علت اصلی ایجاد طعم تلخ، شکل گیری پپتیدهای آب گریز کوچک می باشد. ایجاد طعم تلخ به نوع پروتئین و فعالیت اختصاصی آنزیم نیز بستگی داردهیدرولیز آنزیمی، ممکن است به دلیل تجزیه بیش از اندازه ملکول پروتئین سبب تضعیف خواص عمل کنندگی شود، ولی حلالیت ترکیبات نیتروژن دار آن به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

برطرف ساختن و پیشگیری از ایجاد تلخی کنترل درجه هیدرولیز ، واکنش پلاستئین، پوشاندن با سیکلودکسترین، ترکیب با مواد دیگر، استفاده از گلوتامیناز، انتخاب آنزیم مناسب.

به هرشکل همه این راهکارها، محدودیت هایی برای کاربرد دارند، مثلا، نیاز به تجهیزات خاص، محصول با بازیافت پروتئینی کم، از دست رفتن خواص کاربردی پپتیدها، هزینه بالا و …