انواع آنزیم ها مورد استفاه در تهیه نان
آنزیم ها, که بیوکاتالیست نیز نامیده میشوند, پروتئین هایی با خواص ویژه هستند.
آنزیم ها قادرند واکنش های شیمیایی را در انرژی پایین کاتالیز کنند بدون اینکه خود آن ها توسط این واکنش ها مصرف شوند.
و اثرات حاصل از آنزیم ها ساختار و / یا خصوصیات فیزیکوشیمیایی محیط را اصلاح میکند.
هر نوع آنزیمی بستر خاص خود را دارد که بر روی آن عمل میکند, که کنترل فرآیند بسیار خوبی را برای استفاده در تولید نان فراهم میکند.
از آنجایی که آنزیم ها مورد استفاده در محصولات نهایی فعال نیستند, به محض اینکه در کوره دناتوره میشوند, به عنوان “کمک های فرآوری” طبقه بندی میشوند, و طبق قوانین لازم نیست که در لیست مواد تشکیل دهنده در برچسب محصولات قرار گیرند.
برای یک درک منطقی, آنزیم ها غذایی را که در پخت توسط بستر هر کدام از آن ها استفاده میشود به شرح زیر طبقه بندی, شده است.

بستر: پلی ساکاریدها
پلی ساکارید اصلی موجود در آرد گندم نشاسته است که به صورت گرانول تشکیل شده از دو بخش وجود دارد. یک بخش آمیلوز است (25-28٪), دارای ساختار خطی است که توسط مولکول های گلوکز متصل شده توسط پیوندهای α-1،4 تشکیل شده است.
بخش دیگر آمیلوپکتین (72-75٪) است که دارای ساختار شاخه ای است. آمیلوپکتین همچنین یک پلیمر گلوکز است که توسط پیوندهای α-1،4 تشکیل شده و شاخه ها توسط پیوندهای α-1،6 به زنجیره اصلی خطی متصل میشوند. در فرآیند آسیاب, برخی از گرانول های نشاسته آسیب دیده و لازم است که بین 7 تا 11٪ از این نشاسته آسیب دیده در آرد گندم وجود داشته باشد, زیرا بستر عمل آنزیم آلفا آمیلاز است.
α-آمیلاز قارچی
این نوعی از گروه آنزیم ها اندوآمیلاز است که به طور تصادفی پیوند α-1،4 گرانول نشاسته آسیب دیده از آرد گندم را هیدرولیز میکند و باعث تولید دکسترین ها و الیگوساکاریدها با وزن مولکولی کم (مالتوز, مالتوتریوز و غیره) میشود. هر دکسترین تولید شده انتهای غیر کاهنده خود را دارد. متعاقباً, بتا-آمیلاز آرد گندم درون زا, دكسترین ها را به مالتوز تبدیل كرده, كه توسط آنزیم مالتاز تولید شده توسط مخمر به گلوكز هیدرولیز میشود.
استفاده ترکیبی از α- آمیلاز قارچ با β- آمیلاز درون زا باعث تولید سطوح بالاتری از مالتوز, تحریک تخمیر مخمر میشود. در نتیجه, تولید گاز بالاتر باعث افزایش حجم نان میشود.
بنابراین لازم است آرد را با α-آمیلاز قارچ استاندارد کنید تا از نظر حجم نان, پوسته, رنگ و کیفیت عمومی نان, همان نتایج خوب در پخت را تضمین کنید.
سهم مهم دیگر α-آمیلاز قارچی برای پخت این است که کاهش قندهای تولید شده در هنگام اختلاط و تخمیر در واکنش میلارد شرکت خواهد کرد. واکنش میلارد مسئول قهوه ای شدن غیر آنزیمی پوسته نان و تولید خصوصیات نان از جمله عطر و طعم است.

β-آمیلاز
این آنزیم ها به صورت درون زا هستند که در گندم جوانه زده نشده وجود دارد و فقط گرانول های نشاسته آسیب دیده را هیدرولیز میکند. در تولید نان, این اگزو آمیلاز به ترتیب از انتهای غیر کاهنده بخش های نشاسته (آمیلوز و آمیلوپکتین) یا دکسترین ها عمل میکند, پیوندهای α-1،4 را هیدرولیز میکند و مالتوز و دکسترین های حد β آزاد میکند.
مالتوزهای تولید شده پس از عمل مالتاز, بستری برای تخمیر مخمر خواهند بود و باعث افزایش قدرت گازگیری خمیر میشوند. عمل β-آمیلاز قبل از پیوند α-1،6 آمیلوپکتین, یک مولکول گلوکز را متوقف میکند. پیوند α-1،6 نقطه انشعاب آمیلوپکتین است. این اثر همچنین به کاهش سفتی نان کمک میکند. مالتوزهای تولیدی که توسط مخمر مصرف نمیشوند به رنگ پوسته کمک میکنند.
آمیلاز باکتریایی
این آنزیم ها بیش از α-آمیلاز قارچی نشاسته را هیدرولیز میکنند. این اثر به دلیل کارایی آن برای فعالیت در مناطق آمورف گرانول های نشاسته, تولید دکسترینیزاسیون بیش از حد, با کاهش بیش از حد ویسکوزیته خمیر, تولید یک خرده بافت باز است.
آمیلاز باکتریایی, با وجود محتوای نشاسته مجدد تبلور شده بیشتر در مقایسه با شاهد, خرده نرم تری ایجاد میکند. با این حال, چسبندگی و چسبندگی در خرده تحت درمان با این آنزیم ها تأیید شده است. چنین اثری با ثبات بیشتر آمیلاز باکتریایی ایجاد میشود, که ظرفیت هیدرولیز کردن نشاسته ژلاتینه شده درون کوره را حفظ میکند, وقتی α-آمیلاز قارچ قبلاً دناتوره شده باشد, و عملکرد آن ممکن است در طول ذخیره سازی ادامه یابد.
ثابت شد که آمیلاز باکتریایی برای افزایش ماندگاری نان کارآمد است. با این حال, مصرف بیش از حد کم این آنزیم ها باعث تغییر بزرگ و نامطلوب بافت میشود.
بستر: پروتئین ها
پروتئین ها از توالی اسیدهای آمینه متصل شده توسط پیوندهای پپتیدی تشکیل شدهاند. پروتئین های اصلی آرد گندم گلیادین (یک پرولامین) و گلوتنین (یک گلوتلین) هستند که در حضور آب و انرژی مکانیکی, یک شبکه پروتئینی منسجم به نام گلوتن را تشکیل میدهند.
این ساختار برای نان سازی بسیار مهم است. این خاصیت ویسکوالاستیک خاص (قابلیت انعطاف پذیری و کشش) ویژهای دارد که باعث میشود خمیر جریان پیدا کند. در عین حال, قادر است CO2 تولید شده توسط مخمر را در مرحله تخمیر حفظ کند.
گلوکز-اکسیداز
آنزیم گلوکز اکسیداز, گلوکز (از هیدرولیز نشاسته) و اکسیژن (موجود در داخل خمیر) را به گلوکونولاکتون و پراکسید هیدروژن (H2O2) تبدیل میکند. گلوکونولاکتون طبیعی است و خود به خود به اسید گلوکونیک تبدیل میشود.
H2O2 به راحتی گروه های آزاد تیول (─SH) پروتئین های خمیر آرد گندم را اکسید میکند و باعث ایجاد پیوندهای دی سولفید (S─S) بین گلیادین و / یا گلوتنین میشود که شبکه گلوتن را تقویت میکند. بنابراین, این آنزیم ها برای تولید نان بسیار اهمیت دارند.
اثر اتصال متقابل پروتئین ها مسئول تقویت شبکه گلوتن است که به ساختار بهتر خرده و بهبود حجم نان کمک میکند. با این وجود, دوزهای بالای گلوکز-اکسیداز باعث ایجاد سفتی بیش از حد خمیر در ماشینکاری میشود و باید از آن اجتناب شود.
هگزوز اکسیداز
این نوع اکسیدوردوکتاز اثرات مشابه گلوکز-اکسیداز دارد. با این حال, به طور گسترده, بسترهای آن مونو و الیگوساکاریدها هستند, به غیر از گلوکز. لاکتون های مربوطه بدست میآیند و H2O2 تولید شده دقیقاً همان روشی را که در مورد گلوکز-اکسیداز شرح داده شده را عمل میکند, ایجاد میکند و اثرات مشابهی را در تولید نان ایجاد میکند.
پروتئاز
پروتئین های موجود در پخت خمیرها بستری برای آنزیم پروتئاز هستند, که پیوندهای پپتیدی را به طور غیرقابل برگشت هیدرولیز میکنند, تا زمان مخلوط کردن خمیرهای نان را کاهش دهند یا قدرت خمیرهای بیسکویت را کاهش دهند و قابلیت ماشینکاری آن ها را بهبود ببخشند.
اتصالات متقابل دی سولفید گلوتن تحت تأثیر پروتئازها قرار نمیگیرد و بنابراین دست نخورده باقی میماند. گسترش اثرات پروتئاز به مقدار آنزیم ها اضافه شده و به دوره زمانی که اجازه داده میشود قبل از غیرفعال شدن توسط درجه حرارت اجاق گاز یا تغییرات pH کار کند, بستگی دارد.
نتایج اصلی عمل پروتئاز عبارتند از: (i) افزایش محلول بودن آب در پروتئین. (ii) کاهش ویسکوزیته خمیر ؛ (iii) کاهش میانگین وزن مولکولی کسر پروتئین. و, در نتیجه, (IV) کاهش کشش کمپلکس گلوتن.
پروتئازهای خنثی یا سولفیدریل به دلیل محدوده pH فعال آن ها (از 5 تا 8), که متناسب با pH اکثر نان ها و خمیرهای بیسکویت است, موثرتر استفاده شدهاند. تقریباً تمام پروتئازهای قارچی آسپرژیلوس اوریزا از نوع خنثی است, در حالی که پروتئازهای گیاهی مانند پاپائین و بروملین از نوع سولفیدریل هستند.

بستر: چربی ها
لیپیدهای آرد گندم از سطح بالایی از اسید لینولئیک (C18: 2), و سطح پایین تر پالمیتیک اسید (C16: 0) و اولئیک اسید (C18: 1) تشکیل شده است. این اسیدهای چرب ممکن است به صورت آزاد یا به نشاسته و پروتئین ها متصل شوند. لیپیدهای نشاسته, به طور عمده لیزوفسفولیپیدها, در طول ژلاتینه سازی با آمیلوز کمپلکس تشکیل میدهند و اهمیت کمی برای تولید نان دارند.
لیپیدهای غیر نشاسته ای (NSL) (75٪ از کل چربی های آرد گندم) 1: 1 به چربی های قطبی و غیر قطبی تقسیم میشوند. بیشتر NSL های متصل شده توسط تری اسیل گلیسرول ها (غیر قطبی) تشکیل شدهاند.
NSL های آزاد عمدتا از گلیکولیپیدها و فسفولیپیدها تشکیل شدهاند که هر دو مولکول قطبی هستند که به طور مثبت به خواص دست زدن به خمیر کمک میکنند. آنها به دلیل تأثیر بر پایداری سلول های گازی, تأثیر زیادی بر حجم نان دارند, زیرا میتوانند در داخل سلول های گازی تک لایه های نازک لیپیدی ایجاد کنند که باعث افزایش احتباس CO2 توسط خمیر میشود.
فسفولیپاز
فسفولیپازها نوع خاصی از آنزیم ها لیپاز با ویژگی بالاتر نسبت به فسفولیپیدها (کسر قطبی) هستند که آن ها را درجا به لیپیدهایی با قطبیت و فعالیت سطحی حتی بیشتر تبدیل میکند. اینها به عنوان امولسیون کننده های تقویت کننده خمیر عمل میکنند و دارای خواص تثبیت کننده خمیر هستند.
با استفاده از فسفولیپازها, امولسیفایرهای سنتی مانند DATEM, CSL و SSL میتوانند به طور کامل یا جزئی در تولید نان با نتایج مشابه جایگزین شوند. فسفولیپازها همچنین ماشینکاری خمیر را بهبود میبخشند, زیرا چسبندگی کاهش مییابد و در نهایت حجم نان افزایش مییابد.
گلیکولیپاز
گلیکولیپازها نوع خاصی از لیپاز با ویژگی بالاتر نسبت به گلیکولیپیدها هستند که به طور مشابه فسفولیپاز, آنها را درجا به امولسیون کننده تبدیل میکند. این آنزیم ها با اثرات مشابه در تولید نان مانند اثرات فسفولیپازها, پایداری خمیر را افزایش میدهند.
لیپاز
این نوع آنزیم ها به دلیل ظرفیت هیدرولیز کردن اتصالات استر آسیل گلیسرول به عنوان گلیسرول استر هیدرولاز طبقه بندی میشوند, اسیدهای چرب ترجیحاً در موقعیت های −1 و -3 از ساختار گلیسرول آزاد میشود.
محصولات تشکیل شده شامل باقیمانده های مونو و دی آسیل گلیسرول است که به عنوان امولسیون کننده های نرم کننده خرده در تولید نان عمل میکنند. این اثر به دلیل توانایی آسیل گلیسرول در نفوذ به ساختار آملیوز هلیکوئیدی تشکیل کمپلکس های آمیلوز-لیپید, عقب ماندگی تجزیه مجدد آمیلوز, افزایش حجم نان و ایجاد ساختار و بافت بهتر خرده ریز است.

لیپواکسیژناز
بستر های لیپواکسیژناز, اسیدهای چرب اشباع نشده از قبیل اسیدهای لینولئیک (C18: 2) و لینولنیک (C18: 3) و بتاکاروتن و کلروفیل های آرد گندم هستند.
این آنزیم ها در آرد سویا وجود دارند و اکسیدهای رنگدانه های آرد گندم درون زا را ایجاد میکنند, و یک اثر سفید کننده ایجاد میکند, و در نتیجه عملکرد این آنزیم ها خرده سفیدتر ایجاد میشود. همچنین, تقویت خمیر در طی نان سازی اتفاق میافتد.
گروه های تیول (─SH) قابل دسترسی از پروتئین های آرد گندم توسط هیدروکسی پراکسیدهای تولید شده توسط عمل لیپواکسیژناز روی اسیدهای چرب اکسید میشوند. این اکسیداسیون باعث ایجاد پیوند دی سولفید بین مولکولی در میان پروتئین های گلوتن, افزایش تحمل اختلاط, بهبود ماشینکاری خمیر, افزایش خواص رئولوژیکی برای تهیه نان, افزایش حجم نان و بهبود بافت داخلی میشود.
با این وجود, به دلیل تجزیه هیدروکسی پراکسیدهای اسیدهای چرب تولید شده توسط عمل لیپواکسیژناز, دوزهای بالای لیپواکسیژناز طعم های نامطلوبی در نان ها ایجاد میکند و باید از آن ها اجتناب شود.
بستر: پلی ساکاریدهای غیر نشاستهای (NSPS)
چندین پلی ساکارید غیر نشاسته ای (NSPS) در آرد گندم وجود دارد: پنتوزان ها, β-گلوکان ها و سلولز, همه به عنوان مواد تشکیل دهنده فیبر غذایی طبقه بندی میشوند. پنتوزان ها به دلیل ظرفیت بالای جذب آب, علی رغم محتوای کم (2-3٪) در آرد گندم, مهمترین NSPS هستند.
حدود 50٪ از پنتوزان ها محلول در آب و 50٪ نامحلول هستند. حدود 75٪ از پنتوزان ها زایلان هستند و تقریباً 25٪ آن گالاکتان هستند. به دلیل آب دوست بودن قوی, پنتوزان ها روی ویسکوزیته خمیر و در نتیجه حجم نان تأثیر میگذارند.
زایلان ها
زایلان ها پلیمرهای زایلوزی هستند که با پیوندهای β-1،4 به هم پیوند میخورند. آنها میتوانند مولکول های آرابینوز داشته باشند که توسط پیوندهای β-1،3 به زنجیر اصلی زایلان متصل میشوند. سپس, آن ها آرابینو زایلن (AX) نامیده میشوند.
برخی از اتصالات میتوانند β-1،2 باشند, عمدتا در آرابینو زایلن نامحلول یا غیر قابل استخراج آب (WU-AX). آرابینوزایلن های محلول یا قابل استحصال در آب (WE-AX ها) نسبت 3: 1 زایلوز به آرابینوز دارند, در حالی که WU-AX ها نسبت بیشتری به آرابینوز دارند.
AX ها اصلی ترین NSPS هستند که دیواره سلول های آندوسپرم گندم را تشکیل میدهند و در محلول, ویسکوزیته های بالایی را ایجاد میکنند که به طول مولکول AX ها بستگی دارد.
WE-AX ها و WU-AX ها از قابلیت اتصال آب زیادی برخوردار هستند, که در ساخت نان باعث افزایش قوام, سفتی و مقاومت در برابر خمیر میشود, در حالی که زمان مخلوط شدن و قابلیت گسترش خمیر را کاهش میدهد.
WE-AX ها با دیواره سلول های آندوسپرم گندم ارتباط ضعیفی دارند و در حضور اکسیدان ها خاصیت ژل زایی دارند. اجزای اصلی مسئول افزایش ویسکوزیته سوسپانسیون های آرد, WE-AX ها هستند و این توانایی باعث تثبیت فیلم های پروتئینی در هنگام افزایش دما میشود.
WU-AX ها اجزای ساختاری دیواره های سلول گندم هستند که از طریق پیوندهای کووالانسی و غیر کووالانسی, AX ها, پروتئین ها, سلولز و لیگنین را به هم پیوند میدهند.
آزمایشات نشان داده است که حجم نان و کیفیت نان بهتر هنگام کاهش محتوای WU-AX نشان داده میشود و این اثر به دلیل موارد زیر است:
(i) موانع فیزیکی برای توسعه گلوتن نشان داده شده توسط WU-AX, که که تقریب گلیادین و گلوتین را مختل میکند.
(ii) ظرفیت جذب آب بالا, آب را برای توسعه شبکه گلوتن غیرقابل دسترس میکند.
(iii) سوراخ شدن سلول گاز توسط این ساختارها, باعث تحریک انسجام آن هامیشود.
اگر AX ها در طی فرآوری خمیر درمان آنزیمی مناسبی دریافت نکنند, آب اضافه شده به آرد گندم در این ساختارهای آب دوست محدود میشود و باعث کمبود آب در توسعه شبکه گلوتن, عملکرد آنزیم ها, فعالیت مخمر و ژلاتینه شدن گرانول نشاسته, اختلال در کیفیت نهایی نان میشود.

زایلاناز قارچی
از این آنزیم ها برای آزاد سازی آب از زایلان استفاده میشود. آنزیم زایلاناز تأثیر زیادی در ویسکوزیته خمیر دارد. بنابراین, با کاهش کشش خمیر, تحمل خمیر را نسبت به فرآیند تولید نان بهبود میبخشد. این آنزیم ها در مقایسه با شاهد, به طور عمده در خمیرهای دارای فیبر بالا, مانند نان های تهیه شده با آرد گندم کامل و سایر غلات کامل, باعث افزایش حجم نان تا 20٪ میشوند.
زایلانازها ظرفیت نگهداری گاز خمیر را افزایش داده و به ایجاد خرده نرمتر و ظریف تری کمک میکنند. این نوع اندو زایلاناز از گونه آسپرژیلوس استخراج میشود. و این آنزیم ها به دلیل ظرفیت آزادسازی آب که برای تشکیل شبکه گلوتن مفید است, ترجیحاً WE-AX را هیدرولیز میکنند و تجمع پروتئین گلوتن را افزایش میدهد.
از استفاده بیش از حد از این آنزیم ها باید خودداری شود, زیرا در این حالت, خمیرهای آرد گندم شل و چسبناک تولید میشود. این اثر در اثر هیدرولیز بیش از حد AX ایجاد میشود و باعث از بین رفتن بیش از حد ظرفیت اتصال آب میشود.
زایلاناز باکتریایی
آنزیم زایلاناز به صورت ترجیحی WU-AX را هیدرولیز میکند و ثبات خمیر را افزایش میدهد. با توجه به این اثر, خمیر قادر است حداکثر حجم را برای مدت زمان طولانی در مرحله تخمیر حفظ کند و در فرآیند تولید نان مقاومت زیادی در برابر فشار مکانیکی حفظ میکند. به دلیل شل شدن خمیر و احتباس بهتر گاز, حجم نان افزایش مییابد, که دانه های ریزتری تولید میکند که خرده نان نرم و همگنی را فراهم میکند.
به همان دلیلی که برای زایلاناز قارچی, از دوز بیش از حد زایلاناز باکتری نیز باید خودداری شود.
سلولاز
این آنزیم ها, سلولز (هوموپلی ساکارید خطی تشکیل شده توسط زنجیر اصلی پلیمری گلوکز متصل به پیوندهای β-1،4) را از دیواره های سلول گندم, عمدتا از لایه های بیرونی دانه گندم, هیدرولیز میکند. زنجیره های سلولزی در مناطق بلوری و آمورف سازمان یافتهاند.
در ساختار کریستالی سلولز, مولکول ها بسیار مرتب شدهاند و آرایش زنجیرهای از نفوذ آب و آنزیم ها به درون میکروفیبریل ها جلوگیری میکند. در مناطق غیربلوری (آمورف), آب و آنزیم ها دسترسی بیشتری دارند و این مکان ها نسبت به مکان های بلوری به راحتی هیدرولیز میشوند.
بنابراین, مناطق آمورف ابتدا توسط سلولازها مورد حمله و تخریب قرار میگیرند. این قطعه هایی با وزن مولکولی کمتر تولید میکند که میتواند آب بیشتری را به هم متصل کند.
عمل سلولاز بر روی سلولز مزایای بی شماری در فرآیند تولید نان دارد:
(i) جذب آب افزایش مییابد.
(ii) گرانروی خمیر افزایش مییابد.
(III) چسبندگی خمیر با فیبر بالا کاهش مییابد.
(IV) قابلیت ماشینکاری افزایش یافته است.
(v) ترشح گلوکز افزایش مییابد
(vi) دهانه برش برای رول های فرانسوی افزایش مییابد.

چشم انداز آینده فرایند تولید نان
در حال حاضر فشار زیادی بر صنایع غذایی برای تولید محصولات سالم وجود دارد. برچسب های “تمیز” یا “دوستانه”, با لیست مواد تشکیل دهنده کوتاه تر و ساده تر, یک روند قوی است.
این موارد شامل جستجوی گزینه های طبیعی و سالم تر برای افزودنی های شیمیایی است که تأثیر منفی بر استقبال مصرف کننده دارند. صنعت نانوایی در تلاش است مواد تشکیل دهنده دارای E-number را از فرمولاسیون های خود حذف کند, به عنوان مثال:
(i) آنزیم ها و گلوتن گندم حیاتی (یک ماده تشکیل دهنده) برای از بین بردن امولسیفایرها و اکسیدکننده های شیمیایی.
(ii) هیدروکلوئیدها به عنوان گزینه ای “دوستانه” نسبت به سایر مواد افزودنی.
(III) مواد نگهدارنده طبیعی مانند تخمیرها برای کنترل کپک.
با این حال, در بعضی موارد, این گزینه ها گران هستند و به اندازه مواد افزودنی شیمیایی موثر نیستند.
لازم نیست آنزیم ها در بسیاری از کشورها به عنوان ترکیبات کمک فرآوری در برچسب محصولات غذایی اعلام شوند, بنابراین استراتژی جالبی برای “برچسب های تمیز” هستند.
برخی از آنزیم ها در دست تولید هستند و احتمالاً به زودی برای استفاده در تولید نان در دسترس تجاری قرار میگیرند. به عنوان مثال لاکاز), آنزیمی اکسیداتیو است که انواع مختلف ترکیبات فنلی را اکسید میکند, ثبات و قدرت خمیر را افزایش میدهد, باعث شکل گیری سریعتر خمیر و کاهش چسبندگی خمیر میشود.
مثال دیگر آنزیم بتا گلوکوناز است که β-گلوکان های موجود در آرد جو, چاودار و جو دو سر را هیدرولیز میکند, باعث افزایش ریزساختار, حجم, بافت, ماندگاری و طعم در نان های تهیه شده با این آردهای ترکیبی میشود. جهت خرید این آنزیم ها میتوانید به لینک فوق مراجه کنید.