انواع آنزیمها مورد استفاه در تهیه نان
آنزیمها، که بیوکاتالیست نیز نامیده میشوند، پروتئینهایی با خواص ویژه هستند. آنزیمها قادرند واکنشهای شیمیایی را در انرژی پایین کاتالیز کنند بدون اینکه خود آنها توسط این واکنشها مصرف شوند و اثرات حاصل از آنزیمها ساختار و یا خصوصیات فیزیک و شیمیایی 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 آنزیمها مورد استفاده در محصولات نهایی فعال نیستند، به محض اینکه در کوره دناتوره میشوند، به عنوان “کمکهای فرآوری” طبقهبندی میشوند، و طبق قوانین لازم نیست که در لیست مواد تشکیلدهنده در برچسب محصولات قرار گیرند. برای یک درک منطقی، آنزیمها غذایی را که در پخت توسط بستر هر کدام از آنها استفاده میشود به شرح زیر طبقه بندی، شده است.
بستر: پلیساکاریدها
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 مولکولهای گلوکز متصل شده توسط پیوندهای α-1،4 تشکیل شده است.
بخش دیگر آمیلوپکتین (72-75٪) است که دارای ساختار شاخهای است. آمیلوپکتین همچنین یک پلیمر گلوکز است که توسط پیوندهای α-1،4 تشکیل شده و شاخهها 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 آنزیمها اندوآمیلاز است که به طور تصادفی پیوند α-1،4 گرانول نشاسته آسیب دیده از آرد گندم را هیدرولیز میکند و باعث تولید دکسترینها 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 درونزا، دكسترینها 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 قهوهای شدن غیر آنزیمی پوسته نان و تولید خصوصیات نان از جمله عطر و طعم است.
β-آمیلاز
این آنزیمها به صورت درون زا هستند که در گندم جوانه زده نشده وجود دارد و فقط گرانولهای نشاسته آسیب دیده را هیدرولیز میکند. در تولید نان، این اگزو آمیلاز به ترتیب از انتهای غیر کاهنده بخشهای 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 آنزیمها بیش از α-آمیلاز قارچی نشاسته را هیدرولیز میکنند. این اثر به دلیل کارایی آن برای فعالیت در مناطق آمورف گرانولهای 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 نرمتری ایجاد میکند. با این حال، چسبندگی و چسبندگی در خرده تحت درمان با این آنزیمها 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 ذخیرهسازی ادامه یابد. ثابت شد که آمیلاز باکتریایی برای افزایش ماندگاری نان کارآمد است. با این حال، مصرف بیش از حد کم این آنزیمها 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 آب اکسیژنه (H2O2) تبدیل میکند. گلوکونولاکتون طبیعی است و خود به خود به اسید گلوکونیک تبدیل میشود. H2O2 به راحتی گروههای 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 آنزیمها 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. لاکتونهای 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 آنها را بهبود ببخشند. اتصالات متقابل دی سولفید گلوتن تحت تأثیر پروتئازها قرار نمیگیرد و بنابراین دست نخورده باقی میماند. گسترش اثرات پروتئاز به مقدار آنزیمها 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 آنها (از 5 تا 8)، که متناسب با pH اکثر نانها و خمیرهای بیسکویت است، مؤثرتر 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: چربیها
لیپیدهای آرد گندم از سطح بالایی از اسید لینولئیک (C18: 2)، و سطح پایینتر پالمیتیک اسید (C16: 0) و اولئیک اسید (C18: 1) تشکیل شده است. این اسیدهای چرب ممکن است به صورت آزاد یا به نشاسته و پروتئینها متصل شوند. لیپیدهای نشاسته، به طور عمده لیزوفسفولیپیدها، در طول ژلاتینهسازی با آمیلوز کمپلکس تشکیل میدهند و اهمیت کمی برای تولید نان دارند. لیپیدهای غیر نشاستهای (NSL) (75٪ از کل چربیهای آرد گندم) 1: 1 به چربیهای قطبی و غیر قطبی تقسیم میشوند. بیشتر NSL های متصل شده توسط تریاسیل گلیسرولها (غیر قطبی) تشکیل شدهاند.
NSL های آزاد عمدتاً 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 سلولهای گازی، تأثیر زیادی بر حجم نان دارند، زیرا میتوانند در داخل سلولهای گازی تکلایههای نازک لیپیدی ایجاد کنند که باعث افزایش احتباس CO2 توسط خمیر میشود.
فسفولیپاز
فسفولیپازها نوع خاصی از آنزیمها لیپاز با ویژگی بالاتر نسبت به فسفولیپیدها (کسر قطبی) هستند که آنها را درجا به لیپیدهایی با قطبیت و فعالیت سطحی حتی بیشتر تبدیل میکند. اینها به عنوان امولسیونکنندههای تقویتکننده خمیر عمل میکنند و دارای خواص تثبیتکننده 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 امولسیونکننده تبدیل میکند. این آنزیمها با اثرات مشابه در تولید نان مانند اثرات فسفولیپازها، پایداری خمیر را افزایش میدهند.
لیپاز
این نوع آنزیمها 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
بسترهای لیپواکسیژناز، اسیدهای چرب اشباع نشده از قبیل اسیدهای لینولئیک (C18: 2) و لینولنیک (C18: 3) و بتاکاروتن و کلروفیلهای آرد گندم هستند. این آنزیمها در آرد سویا وجود دارند و اکسیدهای رنگدانههای آرد گندم درون زا را ایجاد میکنند، و یک اثر سفید کننده ایجاد میکند، و در نتیجه عملکرد این آنزیمها خرده سفیدتر ایجاد میشود. همچنین، تقویت خمیر در طی نانسازی اتفاق میافتد.
گروههای 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 پروتئینهای 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 طعمهای نامطلوبی در نان ها ایجاد میکند و باید از آنها اجتناب شود.
بستر: پلیساکاریدهای غیر نشاستهای (NSPS)
چندین پلیساکارید غیر نشاستهای (NSPS) در آرد گندم وجود دارد: پنتوزانها، β-گلوکانها و سلولز، همه به عنوان مواد تشکیلدهنده فیبر غذایی طبقهبندی میشوند. پنتوزانها به دلیل ظرفیت بالای جذب آب، علی رغم محتوای کم (2-3٪) در آرد گندم، مهمترین NSPS هستند. حدود 50٪ از پنتوزانها محلول در آب و 50٪ نامحلول هستند. حدود 75٪ از پنتوزانها زایلان هستند و تقریباً 25٪ آن گالاکتان هستند. به دلیل آب دوست بودن قوی، پنتوزانها روی ویسکوزیته خمیر و در نتیجه حجم نان تأثیر میگذارند.
زایلانها
زایلانها 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). آرابینوزایلنهای 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 اصلیترین NSPS هستند که دیواره سلولهای آندوسپرم گندم را تشکیل میدهند و در محلول، ویسکوزیتههای 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 اکسیدانها خاصیت ژلزایی دارند. اجزای اصلی مسئول افزایش ویسکوزیته سوسپانسیون های آرد، WE-AX ها هستند و این توانایی باعث تثبیت فیلمهای 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، پروتئینها، 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:
- موانع فیزیکی برای توسعه گلوتن نشان داده شده توسط WU-AX، که که تقریب گلیادین و گلوتین را مختل میکند.
- ظرفیت جذب آب بالا، آب را برای توسعه شبکه گلوتن غیرقابل دسترس میکند.
- سوراخ شدن سلول گاز توسط این ساختارها، باعث تحریک انسجام آنها میشود.
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 آنزیمها، فعالیت مخمر و ژلاتینه شدن گرانول نشاسته، اختلال در کیفیت نهایی نان میشود.
زایلاناز قارچی
از این آنزیمها 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 آنزیمها در مقایسه با شاهد، به طور عمده در خمیرهای دارای فیبر بالا، مانند نانهای 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 آنزیمها 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 آنزیمها 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 دانههای 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 آنزیمها، سلولز (هوموپلی ساکارید خطی تشکیل شده توسط زنجیر اصلی پلیمری گلوکز متصل به پیوندهای β-1،4) را از دیوارههای سلول گندم، عمدتا از لایههای بیرونی دانه گندم، هیدرولیز میکند. زنجیره های سلولزی در مناطق بلوری و آمورف سازمان یافتهاند. در ساختار کریستالی سلولز، مولکولها بسیار مرتب شدهاند و آرایش زنجیرهای از نفوذ آب و آنزیمها به درون میکروفیبریلها جلوگیری میکند. در مناطق غیربلوری (آمورف)، آب و آنزیمها دسترسی بیشتری دارند و این مکان ها نسبت به مکانهای 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:
- جذب آب افزایش مییابد.
- گرانروی خمیر افزایش مییابد.
- چسبندگی خمیر با فیبر بالا کاهش مییابد.
- قابلیت ماشینکاری افزایش یافته است.
- ترشح گلوکز افزایش مییابد.
- دهانه برش برای رول های فرانسوی افزایش مییابد.
چشمانداز آینده فرآیند 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:
- آنزیمها و گلوتن گندم حیاتی (یک ماده تشکیل دهنده) برای از بین بردن امولسیفایرها و اکسیدکننده های شیمیایی.
- هیدروکلوئیدها به عنوان گزینه ای “دوستانه” نسبت به سایر مواد افزودنی.
- 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 آنزیمها 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 آنزیمها 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 نانهای تهیه شده با این آردهای ترکیبی میشود. جهت خرید این آنزیمها میتوانید به لینک فوق مراجه کنید.