هیدرولیز نشاسته

کلیات هیدرولیز نشاسته :

یکی از مهمترین پلی ساکارید هایی که در طبیعت بعد از گلوکز تولید می شود، نشاسته می باشد. در کنار گلوکز، نشاسته نیز یکی از مهمترین منابع کربن به منظور فرآیند تخمیر می باشد. در سال 2012، 75 میلیون تن نشاسته تولید شد، که 75% آن از ذرت، سیب زمینی و کاساوا تامین شد. در این بین فقط 20% از نشاسته استخراج شده مستقیما استفاده می شود، 30% آن به طریق شیمیایی اصلاح می شود، و 50% باقی مانده به محصولاتی مانند گلوکز، یا الیگومرهای آن دکسترین و مالتودکسترین تبدیل می شود. روش ارجح به منظور هیدرولیز نشاسته، استفاده از آنزیم ها می باشد که واکنش های جانبی کمتری نسبت به استفاده از اسید های هیدرولیزکننده در پی دارد.

نشاسته :

پلیمیری متشکل از آمیلوز خطی (poly-α-1,4-D-glucose) و آمیلوپکتین شاخه دار می باشد.آمیلوز ساختار شبه کریستالین دارد و میزان آن در نشاسته توسط واکنش ید-نشاسته تعیین می گردد. در ترکیب آمیلوپکتین، زنجیره ایی از آمیلوزهای خطی در بین هر 20 رزیدوی گلوکز با فرمول D-1،6-گلیکوزیدی به صورت یک شاخه است. نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین براساس منبع نشاسته متغیر می باشد که در واقع این نسبت ویژگی های فیزیکی و شیمیایی نشاسته را مشخص می کند. نشاسته در آب سرد غیر محلول است اما زمانی که حرارت ببیند به حدی حل می شود که پل های ترامولکول های هیدروژن را تخریب می کند. همچنین نشاسته با جذب آب و افزایش ویسکوزیته توانایی تبدیل به حالت ژلاتینی را دارد. که در این حالت می تواند از نظر شیمیایی اصلاح شود و یا توسط آنزیم تجزیه گردد. اگر نشاسته ژلاتینه سرد شود آمیلوز به سرعت با تشکیل باندهای هیدروژنی بین مولکولی دوباره کریستالیزه می شود. نشاسته ماده خام بسیاری از مواد غذایی پایه مانند نان است. به تدریج فرآیند تولید سنتی نشاسته جای خود را با پروتوکل فرآیند آنزیمی عوض کرده است.

آنزیم های هیدرولیز کننده نشاسته :

 آنزیم های بسیاری برای تجزیه نشاسته در دسترس هستند، از جمله آنها:

1) آلفا-آمیلازها یا اگزو-آمیلازها، که نشاسته را در موقعیت α-1,4 زنجیره پلیمیری تجزیه می کند.

2) بتا-آمیلازها یا اندو-آمیلازها: مالتوز یا مالتوتریوز را از انتهای غیراحیا کننده تجزیه می کنند.

3) گلوکوآمیلاز یا آمیلوگلوکوزیداز: که مالتوز را به دو مولکول گلوکوز تقسیم می کنند

4) پولولانازها: که باندهای α-1,6 ترجیحا” پولولان و همچنین آمیلوپکتین را تجزیه می کنند و

5) ایزوآمیلازها: نیز باندهای α-1,6 آمیلوپکتین را با سرعت بالاتری نسبت به پولولان تجزیه می کنند.

آلفا-آمیلازها :

آنزیم های آسپارتیلی هستند که در بسیاری ارگانسیم ها وجود دارد و از مالت، پانکراس و آسپرژیلوس اوریزه (Aspergillus oryzae) کریستالیزه شده اند. ساختارهای کریستالی آلفا-آمیلاز از باکتری باسیلوس آمیلوﻟﯿﮑﻮﯾﯽ ﻓﺎﺷﯿﻨﺰ (Bacillus amyloliquefaciens) و ارگانیسم های دیگر به دست آمده است. آلفا-آمیلازها در میزبان های گوناگونی کلون و به میزان بالا بیان شده اند. آلفا-آمیلازهای باکتریایی در مقایسه با آلفا-آمیلازهای نوع قارچی دمای بهینه بالاتری (باسیلوس لیکنی فرمیس (Bacillus licheniformis) : 78 درجه سانتی گراد) را نشان می دهند و همچنین در برابر شرایط قلیایی پایدارتر هستند. در نتیجه، رنج وسیعی از آلفا-آمیلازها با پایداری متفاوت در برابر pH و حرارت در دسترس هستند.

بتا-آمیلازها. یک آنزیم سولفیدریلی است که از مالت گندم و هچنین باکتری باسیلوس استئاروترموفیلوس (Bacillus stearothermophilus) گرفته می شود و مهمترین آنزیم در تهیه شربت مالتوز می باشد.

آمیلازها باند α-6،1 را تجزیه می کنند. مهمترین آنزیم این گروه گلوکوآمیلاز از باکتری آسپرژیلوس نایجر (Aspergillus niger) است. پولولاناز به صورت صنعتی توسط سویه های کلبسیلا پنومونیه (Klebsiella pneumoniae) و باسیلوس سرئوس (Bacillus cereus) تولید می شود.

فرآیند تولید آنزیم های هیدرولیزکننده نشاسته :

 به منظور استفاده در محصولات غذایی، آمیلازها توسط اصل GRAS و گاها تخمیر جامد تولید می شوند. آمیلازها در حوزه کاربردهای فنی (بیواتانل، سیروپ ها، دترجنت ها و منسوجات) که به آنزیم های مقاوم در برابر دما نیازمند است، معمولا درون باکتری های مهندسی شده ی پایدار باسیلوس آمیلو ﻟﯿﮑﻮﯾﯽ ﻓﺎﺷﯿﻨﺰ (Bacillus amyloliquefaciens) یا باسیلوس لیکنی فرمیس (Bacillus licheniformis) کلون می  شوند. برای تولید، از مخزن هوادهی فرمانتور با ظرفیت 30-200 مترمکعب استفاده می شود. محصول پس از 36 الی 48 ساعت تولید و غلظت آمیلازg/l 15-30 است. آنزیم ها داخل محیط کشت اضافه می شوند (محلول آنزیم رقیق شده). به علت اینکه محصول آنزیم به طور نسبی ارزش کمی دارد، فرآیند ایزوله سازی همراه با حذف حجم سلول به وسیله جداکننده یا فیلترهای چرخشی همراه است و با مراحل الترافیلتراسیون، ته نشینی و پایان در حضور افزودنی های پایدارکننده ادامه می یابد. قیمت مناسب آلفا-آمیلازهای پایدار در برابر دما و گلوکوآمیلازها برای تولید بیواتانول چیزی در حدود 400 میلیون دلار آمریکا تخمین زده شده است.

نویسنده : مرضیه بصیرنژاد _ کارشناس ارشد رشته علوم سلولی و مولکولی

هیدرولیز نشاسته

هیدرولیز نشاسته