بيوتکنولوژي مواد غذايي

چکيده
 

امروزه کمتر کسي در جوامع علمي وجود دارد که به اهميت بيوتکنولوژي و تأثير آن بر روي زمينه هاي مختلف آگاهي نداشته باشد. دانشي که محور پيشرفت و توسعه در بسياري از کشورها گرديده است و سبب ايجاد تحولات عظيمي در بخشهاي پزشکي، داروسازي، کشاورزي، صنعت و معدن و غيره شده است. بيوتکنولوژي در بخش کشاورزي که تأمين کننده نياز غذايي بشر از هزاران سال پيش تاکنون بوده است تأثير مهم عميق داشته است تا آنچه واقعا بشر خواهان آن است را براي وي تأمين نمايد. صنايع غذايي که آخرين حلقه زنجيره بخش کشاورزي مي باشد. يکي از مستعدترين زمنيه هاي حضور و فعاليت بيوتکنولوژي مي باشد زيرا اين صنعت براي بر آورده ساختن نيازهاي غذايي سالم ، ارزان، بهداشتي و کافي براي جمعيت کنوني و آينده نياز به روشهاي جديد، سريع و کاربردي تر دارد که مي تواند آنها را در دنياي بيوتکنولوژي بيابد. در اين مقاله سعي گرديده است نقش هايي از بيوتکنولوژي در صنايع غذايي که شامل نقش مهندسي ژنتيک وDNAي نو ترکيب در صنايع غذايي، جنبه هاي مختلف استفاده از ميکروارگانيسم ها براي توليد مواد غذايي از قبيل اسيدهاي آمينه، افزودنيهاي غذايي، طعم دهنده ها، ويتامين ها، پروتئين ميکروبي و غيره، تأثير بيوتکنولوژي بر روي کيفيت غذايي، روشهاي تشخيص سريع ميکروبهاي بيماريزاي غذايي، ايمني غذايي و مديريت مواد زائد و... به طور کلي اشاره گردد.

مقدمه
 

جمعيت جهان با سرعتي باور نکردني در حال افزايش است که تخمين زده مي شود تا سال 2013 جمعيت جهان به 7 ميليارد نفر برسد. مسلماً تأمين نيازهاي بشر در آينده يکي از مهمترين مسائل و معضلات مسئولين اجرائي در کشورهاي در حال توسعه خواهد بود قطعاً بهينه سازي شاخص هاي اصلي براي افزايش کمي وکيفي محصولات کشاورزي را بايد به عنوان يکي از راهکارهاي اصلي مد نظر داشت، سرمايه گذاريها و تحقيقات بدون وقفه در زمنيه هاي مختلف در جهت تداوم و افزايش تسلط کشورهاي صنعتي بر سرنوشت غذا، دارو و ديگر امور زندگي انسانهاي جهان سوم هست. اهميت اين سرمايه گذاري ها را نیز مي توان افزايش جمعيت در کره زمين و نياز روز افزون بازار جهاني به غذا دانست در اين بين محصولات بيوتکنولوژي در کشورهاي پيشرفته موجب نابساماني و رکورد بازار تولید سنتي کشورهاي در حال توسعه مي گردد. اطلاعات جهاني نيز بيانگر اين موضوع است که صاحبان صنايع چند مليتي در زمينه کشاورزي و منابع طبيعي کارخانه هاي سنتي خود را به بهاي گزاف به کشورهاي جهان سوم فروخته و خود درصدد پايه گذاري کارخانجات جديد و سودآوري در زمينه بيوتکنولوژي هستند. صنايع غذايي یکي از مهمترين اجزاي بخش کشاورزي، نقش مهم و ارزنده اي در تأمين غذاهاي سالم، بهداشتي، ارزان وکافي براي نسل حاضر و آينده از طريق فن آوري ها و دستاوردهاي بيوتکنولوژي دارد لذا توجه به اين بخش به علت اينکه پيشرفت سريع بيوتکنولوژي چهره جهان را در قرن آينده دگرگون خواهد کرد و صنايع غذايي و کشاورزي نيز شديداً تحت تأثير اين تکنولوژي هستند امري ضروري است لذا بايد زمينه هاي حضور بيوتکنولوژي در بخش صنايع غذايي و تأثير آن بر روي کميت و کيفيت محصولات غذايي مورد توجه کارشناسان و متخصصان غذايي قرار گيرد.

بيوتکنولوژي چيست؟
 

علي رغم همه تبليغات و گفتارها در مورد بيوتکنولوژي، هنوز يک سردرگمي در مورد اين که بيوتکنولوژي چيست وجود دارد. واقعا بيوتکنولوژي چيست؟ کلمه بيوتکنولوژي از دو کلمه «بيو» به معناي زنده و زندگي يا سيستم زنده و «تکنولوژي» بمعناي یک روش علمي به منظور دستيابي به يک هدف عملي، شکل گرفته است بيوتکنولوژي به طور کلي به مجموعه اي از تکنولوژيها اطلاق مي گردد که سيستمهاي زنده يا بيولوژي گياه، حيوان، ميکروارگانيسم يا ترکيبات مخصوص مشتق شده از اين سيستمها را به منظور توليد کالاها و خدمات صنعتي به کار مي گيرد.
بيوتکنولوژي پيشرفت نوظهور و جديدي نيست. مطالعات ميکروبيولوژيست ها در طي بيش از صد سال نشان داده است که بين انسان و ميکروبها ارتباط حياتي بسيار نزديکي وجود دارد. که اين ارتباط مي تواند مفيد يا مضر باشد. سابقه استفاده از ميکروارگانيسم ها براي توليد مواد خوراکي نظير آبجو، سرکه، ماست و پنير به بيش از 8 هزار سال قبل مي رسد ولي مکانيسم توليد اين محصولات براي بشر ناشناخته بود، انسان با مشاهده اين واقعيت که شير ترش داراي قا بليت نگهداري خيلي بهتري است به زودي دريافت که با افزودن مقدار اندکي از شير ترش روز قبل به شير تازه مي تواند فرايند تخمير را در آن آغاز کند. اتانول نخستين ماده شيميايي بود که براي بالا بردن محتواي الکلي شراب و آبجو به وسيله بيوتکنولوژي توليد شد.
بجز تقطير، بيوتکنولوژي از دوران مسيحيت تا اوايل سده بيستم تغيير اندکي داشته و همانند پيشرفت ساير علوم انگيزه پيشترفت اين علم نيز با جنگ فراهم شد.
رشد و توسعه بيوتکنولوژي نيز همانند ساير علوم تحت تأثير فشارهاي اقتصادي و سياسي قرار دارد. علمي که از کيفيت بالايي برخوردار باشد تضمين کننده منابع تجاري نسيت و در دنياي تجارت کمتر به رعايت حال ديگران و نوع پرستي ارزش و بهاء داده مي شود.
بيوتکنولوژي تقريباً در تمام زمينه ها کاربرد دارد. براي مثال کاربرد ميکروارگانيسم ها در بخشهاي دارويي، صنعت و معدن، تصفيه فاضلاب، و... هم اکنون شناخته شده است. (جدول 1).
مهندسي ژنتيک، مهندسي آنزيمي، تکنولوژي تخمير (طراحي بيوراکتور، تکنولوژي جداسازي و فرآيند مواد بيولوژيکي)، بيسنسورها، تکنولوژي کاوشگر DNA، تکنولوژي آنتي باديهاي مونوکلونال، کشت بافتهاي گياهان و پستانداران، واکنش زنجيره ي پليمر از PCR، تکنولوژي آنتي سن DAN,RNA تمام مثالهايي از ابزارهاي ژنيتکي هستند که در زير لواي بيوتکنولوژي قرار دارند.
تکنولوژيهاي بالا در صنايع غذايي نقش مهم و کاربردي دارند ولي توضيح کامل و مفصل هر يک از آنها بسيار طولاني خواهد بود از اينرو فقط به مهمترين آنها اشاره مي گردد.

کاربردهاي بيوتکنولوژي در صنايع غذايي
 

هم اکنون تاکيد اصلي بيوتکنولوژي جديد بر روي مواد خام (کشت بافت گياهي) و مواد غذايي است در حاليکه بيوتکنولوژي مرسوم بيشتر بر روي فرايند مواد غذايي حکمفرمايي دارد تا بقيه محصولات غذايي.

بيوتکنولوژي گياهي
 

کاربردهاي حال و آينده مهندسي مواد خام حاصله از گياهان شامل: عملکرد بيشتر محصولات، تغيير ترکيب محصول (اسيد هاي چرب، پلي ساکاريها، پروتئينها، طعم، رنگ و...) بهبود ترکيب تغذيه اي، تبييين ژنهاي جديد (پروتئينها، سيستم تثبيت نيتروژن) بهبود قابليت نگهداري (انبارداري، عمر نگهداري) کاهش مراحل فرايند(آرد)، بهبود مقاومت(بيماري، آفت کشي، يخبندان، خشکي، دما)، برطرف کردن مواد نامطلوب (کافئين) و تبديل جريانات زايد فرايند مي باشند.

بيوتکنولوژي حيواني
 

پيش بيني درک تجارتي کاربردهاي بالقوه بيوتکنولوژي مدرن بر اساس مواد خام حيواني بسيار مشکلتر مي باشد. اهداف بالقوه محصولات غذايي حيواني عبارتند از: عملکرد بيشتر (شير، گوشت) بهبود مقاومت (بيماري)، گوشت و شير مناسب ( شير بدون لاکتوز يا کم چربي و ترکيب پروتئين گوشت).
کاربرد بيوتکنولوژي در صنايع غذايي مشارکت بين چند رشته علمي متفاوت از قبيل بيولوژي سلولي، ژنتيک، ميکروبيولوژي، بيولوژي مولکولي، بيوشيمي، مهندسي شيمي و اقتصاد را مي طلبد.

تکنيک هاي DNA نوترکيب
 

در اين تکنيک يک ژن مخصوص مورد نظر از يک ارگانيسم گرفته شده و توسط ناقل مخصوص به ارگانيسم ديگر انتقال داده مي شود و در آن تبيين مي گردد. اين تکنيک سبب حل بسياري از مشکلات و بهبود عملکرد متفاوت در صنايع غذايي گرديده است .(جدول2).

جدول1- کاربردهای مختلف بیوتکنولوژی میکروارگانیسم ها
 

1.تولید سلولهای کامل biomass 2.تولید ترکیبات دارای وزن مولکولی پایین: الف- تولید متابولیتهای اولیه ب- تولید متابولیتهای ثانویه ج- تغییر ترکیبات آلی توسط سلولهایی که در حال رشد نیستند. 3-تولید ترکیبات دارای وزن مولکولی بالا: الف: پلی ساکاریدها ب- لیپیدها ج- پروتئینها 4- فرآیندهایی که به متابولیسم عمومی میکروارگانیسم ها بستگی دارند. الف: تجزیه و اکسیداسیون فاضلابها و مواد زاید سمی ب- استخراج مواد کانی

تکنولوژي DNAي نوترکيب مي تواند براي افزايش زمان عمر نگهداري (Shelf life)، تغيير از نظر جنبه هاي حسي و بهبود ويژگيهاي فرايند مورد استفاده قرار گيرد براي مثال به منظور افزايش ويسکوزيته مايع در محصولات گوجه فرنگي از قبيل آب و رب گوجه ويسکوزيته مايع به طور اصلی وابسته به وجود پکتين، پلي ساکاريد ساختماني که در طي فرايند رسيدگي گوجه فرنگي توسط آنزيم پلي گالاکتور و ناز شکسته مي شود مي باشد، درگوجه فرنگي هايي که دستکاري ژنتيکي شده اند و داراي ميزان کمتري آنزيم پلي گالاکتوز و ناز هستند، افزايش عملکرد آب و رب گوجه و همچنين افزايش ویسکوزيته مايع آن نسبت به گوجه هايي که دستکاري نشده بودند مشهود است.
خواص حسي از قبيل رنگ يا طعم را نيز مي توان به وسيله تکنيک DNAي نو ترکيب تغيير داد. دو پروتئين بسيار شيرين تائوماتين ومونلين به وسيله دو ميوه آفريقايي Thaumaticiccus daneilli و Discoreoplylhum Cumminsii توليد مي شوند ژن تائوماتين اخيراً در سيب زميني به عنوان يک سيستم الگو شناسايي شده است در حالي که ژن مونلين درگوجه فرنگي وکاهو به منظور افزايش طعم تبيين گرديده است.

جدول2- بعضی راه حلهای مهندسی ژنیتک برای حل بعضی مسائل صنایع غذایی
 

محدودیت دسترسی به رنین گوساله برای ساخت پنیر؛ مسائل زیست محیطی به علت دفع حجم زیاد آب پنیر حاوی لاکتوز فقدان پایداری لازم بسیار ازآنزیمهای مورد استفاده در صنایع غذایی سلولهای گیاهی و میکروارگانیسم هایی که قادر به تولید پروتئینها و آنزیمهای دلخواه ولی در حد بسیار پایین برای استفاده از تجارتی بودند. خسارت یخبندان سبب محدودیت رشد بسیاری از میوه ها و سبزیجات می گردد.   علف کشها برای محصولات دلخواه از قبیل دانه ها سمی هستند؛ ظاهر شدن آنزیمهای نزم کننده در میوه و سبزیجات از قبیل، پکتیناز و سلولاز که سبب ایجاد حساسیت و کوتاهی عمر نگهداری می شوند؛ سبزیجات منجمد بعضی اوقات بواسطه آنزیم لیبوکسی ژناز تند؛ یا ترشیده می شوند حبوبات و غلات مهم فاقد آمینون اسیدهای اساسی هستند مانند، سویا که حاوی مقدار کم اسیدهای آمینه سولفور دار و ذرت دارای میزان کم لیزین می باشند.

تولید رنین گوساله بوسیله انتقال ژن بین گونه ها از ژن گوساله به ژ ن مخمر و قارچها؛ انتقال ژن لاکتاز از E-cili به مخمرها که قادر به استفاده قندها درتخمیر بودند ایجاد تغییرات ساختمانی جزئی در مولکول آنزیمها بوسیله اصلاح نقطه ای ژن ساختاری آنها که سبب ایجاد الگوهای اتصال داخلی قویتر و جدیدتر شد. گسترش تعداد ژنهایی کدکننده ی آن پروتئینها برای افزایش راندمان تولید آنزیم و پروتئین اصلاح ژنتیکی p.syringae برای حذف یکی از پروتئینها که پیشتاز هسته زایی یخ می باشد. سپس پخش میکروارگانیسم به داخل گیاه به منظور رقابت با فلور طبیعی  انتقال ژنتیکی برای آنزیمی که علف کش را در داخل گیاه کاتابولیز می کند و یا اصلاح ژنتیکی محل هدف علف کش شناسائی ژن این آنزیمها برای درک چگونگی ظهور آنها و استفاده از این دانش برای طراحی رقمهای بهبود یافته و تکنیکهای فرایند و نگهداری جهش نقطه ای ژناز برای درک روشهای تنظیم و بهبود به منظور جلوگیری کردن از تبیین آن. گسترش ژنهای کدکننده ی پروتئینهایی که حاوی میزان کمی از این آمینو اسیدها هستند برای افزایش تولید پروتئین و ارزیابی ارزش تغذیه ای و عملی پروتئینهای تبیین شده.

کيفيت غذايي
 

تکنيک DNA ي نو ترکيب فرصتي را براي بهبود کيفيت محصولات غذايي به وسيله تغييرات در ميزان و نوع مواد مغذي از قبيل پروتئينها، ليپيدها وکربوهيدراتها فراهم مي آورد. به عنوان مثال نشاسته اصلي ترين منبع ذخيره کربوهيدرات گياهان، در دانه ها، غده ها و ريشه ها جمع مي گردد. نشاسته از دو پليمر آميلوز و آميلوپکتين که اولي خطي و دومي زنجيره اي است تشکيل شده است کليد متابوليت سنتز نشاسته مولکول دهنده ی گلوکز آدنوزين دي فسفات گلوکز (ADPG) است که سنتزش با ADP گلوکز پيروفسفر وريلازکاتاليز مي شود.
براي افزايش ميزان ADPG در سيب زميني متخصصان يک ژن جهش يافته که ADP را کد مي کند از E-coli جدا کرده و آن را در غده هاي سيب زميني تبيين کردند. نشاسته بالا در سيب زمينيهاي ترانس ژنيک سبب از دست دادن کمتر آب و بهبود عمل آن در بسياري از فرايندهاي غذايي نسبت به سيب زمينهاي معمول مي شود براي مثال آنها روغن کمتري در حين فرايند براي محصولات سرخ کردني جذب مي کنند.
نشاسته هاي ايزوله شده استفاده وسيعي در غذاها براي ايجاد ويسکوزيته، بافت، طعم و پايداري دلخواه دارند. اين ويژگيها مربوط به ميزان آميلوز و آميلوپکتين و به مقدار شاخه دار بودن آميلوپکتين دارد. هر چقدر ميزان آميلوز کمتر باشد ويژگيهاي فرايند بهتري حاصل مي گردد. دو آنزيم براي سنتز آميلوز و آميلوپکتين فعاليت مي کنند که عبارتند از: 1- آنزيم سنتتاز نشاسته که مسئول شکل دهي آميلوز از ADPG مي باشد. 2- آنزيم شاخه دار کننده که مسؤول شکل دهي شاخه هاي آميلوپکتين مي باشد.
با بلوکه کردن آنزيم سنتتاز نشاسته به وسيله آنتي سن RNA، سيب زميني ترانس ژنتيک بدون آميلوز توليد مي شود.
مسأله ديگر در مورد نشاسته تجزيه آن در طي نگهداري در سرما مي باشد که سبب شکل گيري ساکارز، گلوکز و فروکتوز مي شود و باعث ايجاد شيريني نامطلوب در آن مي شود. مي توان با ممانعت از عمل آنزيم تجزيه کننده به وسيله تکنولوژي آنتي سن RNA از شکستن نشاسته جلوگيري کرد. يکي از مواد بسيار مهم در بيوتکنولوژي مواد غذايي ايمني و سلامت مواد حاصله از بيوتکنولوژي مي باشد. که بايد مورد ارزيابي قرار گيرد به عنوان مثال: ترکيب اسيدهاي چرب مشخص کننده خواص فيزيکوشيميايي و ارزش تغذيه اي روغنهاي گياهي مي باشد.
ترکيب روغن گياهي را می توان در رابطه با سلامتي انسان، با بهبود روغنهايي که غني از اولئيک اسيد يا حاوي نسبت مطلوبي از اسيدها يCO6 (به خصوص لينولئيک) هستند اصلاح کرد. سلامتي و امنيت غذايي چربيها هنگامي مورد ترديد است که گياه روغني اصلاح شده حاوي اسيدهاي چرب با طول زنجيره بيشتر از 22 کربن، اسيدهاي چرب حاوي مواد سيکليک، اسيدهاي چرب با گروههاي فعال که به طور معمول در چربيها و روغنها وجود ندارد و اسيدهاي چربي که داراي خاصيت سمي مانند اروسيک اسيد هستند باشند.

توليدات ميکروبي
 

يکي از وسيع ترين کاربردهاي بيوتکنولوژي استفاده از ميکروارگانيسم ها براي توليدات متنوع و پيچيده و در بعضي موارد خود آنها مي باشد. يکي از پرمصرف ترين استفاده کنندگان از ميکروارگانيسم ها در جنبه هاي مختلف صنايع غذايي مي باشدکه کاربرد از ميکروارگانيسم را به مدت قرنها پيشينه کار خود قرار داده است. (جدول 3).

آنزيمولوژي
 

صنايع غذايي بزرگترين مصرف کننده آنزيمهاست اغلب آنزيمها براي تبديلات زيستي و استفاده غذايي که به طورسالم شناخته شده اند (General Recognized As (safe از ميکروارگانيسم ها، گياهان و حيوانات اشتياق يافته اند و مورد تثبيت قرار گرفته اند.
افزايش پايداري حرارتي آنزيمها از اهميت ويژه اي برخوردار است، زيرا واکنشهاي آنزيمي در دماهاي بالا داراي فوايد زيادي هستند. مثلا باعث کوتاه تر شدن زمان لازم براي انجام واکنش مي شوند. واکنش کمتر در معرض خطر آلودگي ميکروبي قرار مي گيرد. ضمناً در اين حالت نيازي به خشک کردن محيط واکنش نيست که اين امر به ويژه در واکنشهاي گرما زا حائز اهميت است.

جدول 3- بعضي از توليدات بالقوه و حقيقي بعضي از ميکروارگانيسم ها
 

ماده غذايي	عمل	میکروارگانیسم تولید کننده
اسيد استيک	اسيدي کننده	Acetobactor pasteuorianus
N - استیل تری پپتید	افزايش دهند ايمني	Bacillus cereus
-D آرابیتول	تند	Candida diddensii
بتاکاروتن	رنگدانه	Blakeslea trispora
کریسوژنین	رنگدانه	Penicillium chrysogenum
اسید سیتریک	اسیدی کننده	Aspergillus niger
سیترونلول	طعم دهنده ی میوه ای	Ceratocystis spp
کورولان	سفت کننده	Alcaligenes Faecalis
دی استیل	طعم کره	Leuconostoc cremoris,streptococcus lactis
دکسترانها	سفت کننده	Leuconostoc mesenteroides
آمولیسفایر	امولسیون کننده	Candida Lipolytica
استرهای اسید چرب	عطرهای میوه ای	Pseudomonas spp
گاما-گولاکتون	عطر هلو	Sporobolimyces odorus
گرانیول	عطر شبه رز	kluyveromyces lactis
گلیسرول	مرطوب کننده	Bacillus licheniformis
اسید گلوتامیک	طعم دهنده	Corynebacterium glutamicum
اسید لاکتیک	اسیدی کننده	Sterptococci and lactobacilli
لوسین	اسید آمینه	Brevibacterium lactofermentum
لیسین	اسید آمینه	Corynebacterium glutamicum
مانیتول	قند	Torulopsis mannitofaciens
متانول	عطر	Pseudomonas putida
3.متیل-ایزوپروپیل پیرازین	بوی سیب زمینی	Pseudomonas perolens
متیل بوتانل	طعم مالت	Sterptococus lactis var altigenes
موناسین	رنگدانه	Monasus purpureus
3.متیل بوتیل استات	عطر موز	Ceratocystis moniliformis
نیسین	میکروب کش	Sterptococcus lactis
نوکلئوزیدهای(GMP,TMP )	طعم دهنده	Corynebacterium glutamium
L - فنیل آلانین	یشتاز اسپارنام	Bacillus polymyxa
پرولین	اسید آمینه	Serratia marcescens
سکوئیترپنها	عطر میوه ای	Lentinus lepideus
سورفکتانت	مرطوب کنندگی	Bacillus licheniformis
تترامتیل پیرازین	طعم گردو	Bacillas subtilis Corynebacterium ghutamicum
پلی ساکاریدهایی که در گرما به حالت ژل درمی آیند	سفت کننده	Argobecterium radiobacter
ویتامین B12	ویتامین	Propionibacterium
صمغ زانتان	سفت کننده	Xanthomonas campestris
زایلیتول	شیرین کننده	Torulopsis candida
6.پنتیل 2-پیرون	عطر کاکائو	Trichodenna viride

صنايع غذايی طيف وسيعي از آنزيمها را براي توليد بيشتر، کيفيت بهتر و راندمان بالاتر بهره مي گيردکه مهمترين آنها در جدول 4 اشاره گرديده است.
مراحل کنترل فرايند آنزيمي، جداسازي، خالص سازي، افزايش راندمان، کاهش هزينه ها از مسائل مهمي هستندکه در مواقع استفاده از آنزيمها بايد مد نظر قرار گيرند.

اسيدهاي آمينه
 

اسيدهاي آمينه کاربردهاي گسترده اي در صنايع غذايي و دارويي، به عنوان افزودني خوراک دام و به عنوان ماده اوليه در صنايع شيميايي دارند. در صنايع غذايي، جهت تشديد طعم از اسيدهاي آمينه به تنهايي و يا به صورت مخلوط استفاده مي شود. سديم گلوتامات تشديد کننده طعم، سديم آسپارتات و DL - آلانين جهت تکميل طعم به آب ميوه ها اضافه مي شوند گلايسين نيز به غذاهاي حاوي مواد شيرين کننده افزوده مي شود.
سيستئين باعث بهبود کيفيت نان در حين پخت مي شود و در آب ميوه ها به عنوان آنتي اکسيدان عمل مي کند. مخلوط تريپتوفان و هيستيدين نيز خاصيت آنتي اکسيداني دارد و براي جلوگيري از تند شدن شير خشک استفاده مي شود. آسپارتام(-L آسپارتيل -L آلانين متيل استر) که از -L فنيل آلانين و -L آسپارتيک اسيد ساخته مي شود، در نوشابه ها ي غير الکلي به عنوان يک شيرين کننده کم کالري بکار مي رود.
پروتئينهاي گياهي غالباً از نظر اسيدهاي آمينه ضروري، از جمله -L ليزين ، L- متيوتين وL - تريپتوفان فقير مي باشند. در ژاپن ليزين به نان افزوده مي شود و در بعضي کشورها فرآورده هاي سويا با افزودن متيونين تقويت مي شوند. -L ليزين و DL - متيونين به منظور افزايش ارزش غذايي خوارک دام استفاده مي شوند. افزودن L- ترئونين و L- تريپتوفان به غذا نيز در دست اقدام است.

جدول 4- آنزیمهای مهم مورد استفاده در صنایع غذایی
 

آنزیم	کاربرد
پروتئازها . پاپاین، بروملین، فیسین رنین(کیموزین)	نزم و نازک کردن گوشت، برطرف کردن کدورت، مقاوم سازی به سرما ساخت پنیر
گلیکوسیدازها: آمیلازها (آلفا، بتا، و جداکننده شاخه) سلولازها/ زایلانازها گلوکانازها گلوکز ایزومراز گلوکز اکسید از/کاتالاز آنزیمهای گلیکولیتیک اینورتاز لاکتاز (B - گالاکتوسیداز) پکتیناز ها	صنایع نانوایی، آبجو سازی، تولید شیرین کننده ها تبدیل بیوماس، شفاف سازی آب میوه ها آبجوسازی تولید HFCS جدا سازی قند از سفیده تخم مرغ، برطرف کردن اکسیژن تولید اتانول ودی اکسید کربن تخمیری صنایع شکلات سازی محصولات جنبی حاوی لاکتوز کم، مصرف آب پنیر شفاف سازی نوشابه ها ، اصلاح بافت
لیپازها: هیدرولازهای گلیسیرید اسیل و فسفولیپازها	اصلاح بافت، ایجاد طعم

نظر به فقدان تغذيه اي موجود در جهان سوم نياز فزاينده اي به تکميل پروتئين هاي گياهي به اسيد آمينه هايي که مقدار آنها کمتر از حد اپتيمم است احساس مي شود.
فرايندهاي تخمير براي توليد تمام اسيدهاي آمينه به جز گلايسين ، -L سيستين طراحي وبه اجرا در آمده اند براي توليد تجاري اسيدهاي آمينه سه فرايند وجود دارد:1- استخراج اسيدهاي آمينه از پروتئين هيدروليز شده 2- سنتز شيميايي 3- توليد ميکروبيولوژيکي که به سه طريق است : 3-1- تخمير مستقيم اسيدهاي آمينه 3-2- تبديل ترکيبات حد واسط ارزان قيمت از طريق بيوسنتز 3-3- استفاده از آنزيمها با سلولهاي تثبيت شده.
ژن کلونينگ در E-coli به منظور تولید اسيدهاي آمينه زير صورت گرفته است.
L- گلوتاميک اسيد، L- متيونين ،L- تريپتوفان و L-پرولين.
در مقاسيه با توليد ميکروبي اسيدهاي آمينه سنتز شيميايي اقتصادي تر مي باشد. اما در اين روش مخلوط هاي راسميک ايزومرهاي D، L که ا زنظر نوري غير فعال هستند تشکيل شود براي رفع اين مشکل مي توان از روش شيميايي - بيو شيميايي استفاده کرد.

ويتامين ها
 

ميکروارگانيسم ها مي توانند در توليد ويتامين هايي نظير تيامين، ريبوفالوين، اسيد فوليک، اسيد پانتوتنيک، پيريدوکسال و ويتامين B12 به کار روند علاوه بر اين مراحل معيني از سنتز ساير ويتامين ها مي توانند با استفاده از ميکروارگانيسم ها انجام شوند، مراحلي نظير اکسيداسيون D سوربيتول به سوربوز در توليد اسيد آسکوربيک توسط باکتري استوباکترساب اکسيد انس.

پلي ساکاريدهاي خارج سلولي
 

پلي ساکاريدها در صنعت، براي تولید ژلها و نيز براي سفت کردن و تثبيت مواد غذايي، دارويي و محصولات صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرند. به علت هزينه هاي تولید تنها نوع پلي ساکاريدهاي ميکروبي که از لحاظ تجاري مصرف مي شوند انواع خارج سلولي مي باشند.
زانتان، آلژينات، کوردلان، اسلکروگلوکان، پلولان، دکستران، از پلي ساکاريدهاي خارج سلولي هستند که همکنون استفاده مي شوند.

تأثير بيوتکنولوژي بر روي کيفيت تغذيه اي گياهي غذايي
 

بسياري از فاکتورهاي استرس تغذيه اي به شکل ترکيب ماده غذايي با بافت حيوان مي باشند. و بقيه اغلب در طي فرايند، فساد مواد غذايي و يا از طريق عوامل طبيعي مانند خاک، آب و هوا به وجود مي آيند(جدول 5).
فرايندهاي بسياري براي بهبود ارزش تغذيه اي گياهان غذايي وجود دارد که به طور کلي آنها را به سه گروه تقسيم بندي مي کنند:
1- روش غني سازي يا تکميل ماده غذايي 2- روشهاي فرايندهاي مرسوم 3- بيوتکنولوژي
روش اول روشي است براي جبران مواد مغذي از دست رفته در طي فرایند يا عمل آوري مواد غذايي، به عنوان مثال افزودن اسيد آمينه متيونين در محصولات سويايي و افزودن نمکهاي آهن به منظور کاهش سميت موادي که داراي گوسيپول بالا هستند.
روش دوم توأم با بالابردن مطبوعيت غذا و قابليت هضم و يا افزايش مواد مغذي به وسيله نابود کردن فاکتورهاي سمي و يا کم کردن اثرات آنها مي باشد. عمل فرايند مي تواند با خراب کردن يا جداکردن مواد مغذي ضروري و غير قابل دسترس کردن آنها و يا کم کردن قابليت هضم اين مواد سبب ايجاد فاکتورهاي استرس شود.
3- بيوتکنولوژي: فرايندهاي بيولوژيکي را مي توان به چند دسته تقسيم کرد: 1- استفاده آنزيمي 2- تخمير 3- رويش (سوار کردن، فرمول بندي، آماده سازي).
4- کشت بافت گياهي:

جدول 5- فاکتورهای استرس تغذیه ای در گیاهان غذایی
 

فاکتور استرس	طبیعت	نوع غذا	عمل	تأثیر رژیمی
فیات	اسید آلی	غلات، حبوبات	غیر فعال کردن فلزات	کاهش قابلیت دسترسی مواد معدنی
اگزالات	اسید آلی	اسفناج – گل همیشه بهار	غیر فعال کردن کاتیونها	غیر قابل دسترسی کردن Fe.Ca
تانن	پلی فنل	لوبیا ها – سورگوم	باندکردن کپروتین ها	غیر محلول ساختن پروتئین ها و غیر فعال کردن آنزیمها
گوئیترین	گلوکوسنیلات	منداب	عامل ایجاد گواتر	کاهش جذب ید
گوسیپول	پلی فنل	پنبه دانه	غیر فعال کردن فلزات واکنش زا	ایجاد آنمی، احتمال ایجاد مسمومیت
لیمارین	گلوکوزید مواد سیانوژن	کاساوا	آزاد سازی  HCN	احتمال ایجاد مسمومیت
مهار کننده	پروتئین	حبوبات ، غلات	جلوگیری از تجزیه پروتئین	کاهش قابلیت هضم پروتئیها

تخمير
 

در کنار اثر نگه دارندگي، تخمير همچنين مي تواند بر روي بافت، طعم و کيفيت مواد مغذي از مواد خام تأثيرگذار باشد. نقصان مواد مغذي مي تواند در اثر شستشو و استخراج و در اثر تخريب به وسيله نور، حرارت يا اکسيژن و استفاده ميکروبي رخ دهد نقصان مواد مغذي در طي عمل تخمير به طور معمول کم است و ضمناً ممکن است افزايش ميزان اين مواد در طي سنتز ميکروبي رخ دهد.
در اثر وجود دي اکسيد کربن که خاصيت نگه دارندگي دارد و طي عمل تخمير به وجود مي آيد ميزان اسيد اسکوربيک در ترشيجات بسته بندي شده سريعاً بعد از تخمير تقريباً به طور مداوم باقي مي ماند. در مقابل سبزيجات غير تخميري حدود 20تا90 درصد از اسيد اسکوربيک، ريبوفالوين ويتامين خود را در طي بسته بندي از دست مي دهند. تخمير همچنين مي تواند بر روي ارزش تغذيه اي به وسيله تغيير ميزان فاکتورهاي استرس تغذيه اي تأثيرگذار باشد.

رويش Germination
 

رويش مي تواند براي ساختن غذاها با استفاده از کيفيت تغديه اي بهبود يافته مورد استفاده قرار گيرد. رويش بر کيفيت پروتئين با افزايش (protein PER Efficicency Rate) سويا اثر مي گذارد و سبب افزايش ميزان ليزين قابل دسترس در گندم، جو، يولاف و برنج مي شود. همچنين سبب افزايش ويتامين c در نخود و لوبيا مي شود. در ميزان بالاتر باعث افزايش ويتامين B6,B12,B1,B2 نياسين و بيوتين در سويا مي شود.

ابزارها و روشهاي سريع تشخيص
 

با توجه به نگراني ها ي اخير مصرف کنندگان در رابطه با ايمني مواد غذايي صنايع غذايي براي تشخيص ميکروبهاي غذايي سموم و آلوده کننده هاي ميکروبي در مواد خام و محصولات نهايي احتياج به روشهاي بهبود يافته سريع و مورد تأييد دارد. روشهاي سريع و حساس که بر اساس کاوشگر کلونال DNA آنتي باديهاي مونو و پلي هستند جايگزين روشهاي کلاسيک ميکروبيولوژيکي براي تشخيص ميکروارگانيسم هاي بيماري زا مي باشند. در آينده نزديک تشخيص حتي يک ميکروارگانيسم آلوده کننده در محصول غذايي ممکن است عملي باشد. بعضي از مثالهاي تشخيص ميکروبهاي بيماريزا توسط کاوشگرهاي DNA که همکنون در حال پيشرفت هستند در جدول 6 آمده است.
پيشرفت روشهاي سريع به طور قابل توجهي راههاي کنترل کيفيت مربرط به صنايع غذايي را تغيير خواهند داد.

مديريت مواد زائد
 

يک اقدام خلاق براي توليد محصولات با ارزش جانبي از مواد زائد حاصله از فرايندهاي صنايع غذايي مي تواند يکي از زمينه هاي اصلي توجه و درآمدزايي اين رشته باشد.
استفاده از مواد زائد به عنوان ذخيره غذايي براي توليد سوختهاي زيستي به منظور قوي کردن گياهان فرايندي، تبديل مواد زائد صنايع غذايي به مواد شيميايي ويژه براي استفاده بقيه بخشهاي صنعتي و توليد مواد دارويي با ارزش و مواد غذايي پروتئيني (SCP) از مواد زائد همچون آب پنير که همکنون براي دفع آنها به فاضلابها براي صنعت ميليونها دلار هزينه در بر دارد از جنبه هاي اين مديريت مي باشد.

جدول6- بعضی روشهای مدرن تشخیص میکروبهای بیماریزای غذایی
 

ارگانیسم مورد نظر کمپیلوباکتر کلستریدیوم بوتولینوم اشریشیا کولی لیستریا مونو سیتوژنز گونه های سالمونلا استافیلوکوکوس اورئوس ویبریوکلرا ویبریوپاراهمولیتیکوس پروسینیا انتر و کولیتیکا

مبنای تشخیص خصوصیت ژنی نورو توکسینهای A,D,E انتر وتوکسینهای مقاوم و حساس به گرما همولیزین خصوصیت ژنی انتروتوکسینهای C,B,A انتروتوکسین و همولیزین همولیزین مقاوم به حرارت خاصیت تهاجمی

ايمني غذايي
 

يکي از مهم ترين جنبه هاي بيوتکنولوژي مواد غذايي ايمني و سلامتي مواد غذايي حاصله از ميکروارگانيسم ها مي باشد. ممکن است محصولي از نظر جنبه هاي حسي و غيره از درجه بالايي برخوردار باشد. ولي در متابوليسم بدن ايجاد اختلا ل نمايد. به عنوان مثال گياهاني که مقاوم به آفت کش شده اند و در ساختار آنها مواد حاصل از بي اثر کردن آفت کش باقي بماند و ايجاد حساسيت و بيماري کند.
مقصود اين که نبايد به بيوتکنولوژي مواد غذايي فقط از ديد توليد بالا، خواص حسي بهتر و.. نگاه کرد بلکه کليه مراحل متابوليسی مواد غذايي در بدن بايد مورد مطالعه قرار گيرند و ايمني آنها مورد تأييد قرار گيرند. سازمان FDA ملاکهاي زيادي را براي سالم بودن يک ماده غذايي حاصله از بيوتکنولوژي معرفي مي کند.

نتيجه
 

با توجه به گستره و حيطه عمل بيوتکنولوژي ذکر تمام قابيلت ها و توانايي هاي بيوتکنولوژي در بخش کشاورزي و صنايع غذايي محدود به مقاله ها و کتابها نمي گردد. با توجه به تغييرات و تحولات چشمگير و روزمره بيوتکنولوژي همگام با دانش سريع روز، تأثير عميقي بر روي فرايندها، محصولات و کالاهاي غذايي، دارويي و بهداشتي شاهد هستيم که همگامي با اين پيشرفت ها سبب توسعه و بهبود کالاها و خدمات صنعتي مي گردد. به طور کلي تولید مواد غذايي شامل طعم دهنده ها، آنزيمها، بيوپليمرها، سورفکتانتها، شيرين کننده هاي غير مغذي، جانشين چربيها، آنتي اکسيدانها، نگهدارنده هاي طبيعي، پروتئين هاي سلولي SCP، بهبود خواص کيفي مواد غذايي از نظر جنبه هاي حسي و فرايند بهبود روشهاي فرايندي، کاهش هزينه هاي توليد، تبديل مواد زائد، افزايش راندمان توليد همگام با افزايش بي رويه جمعيت و... از کاربردهاي رايج و بالقوه بيوتکنولوژي مي باشد. حال آيا واقعاً بيوتکنولوژي در صنايع غذايي امري ضروري است؟
اگر خواهان وجود يک امنيت غذايي سالم، ارزان و کافي باشيم و نگران خرابي منابع غذايي از طريق خشکي، سيل، سرماي زودرس، بيماريها و غيره نباشيم و همچنين اگر خواستار همگامي بخش کشاورزي با رشد جمعيت کنونی هسيتم در حالي که اغلب زمينهاي کشاورزي و تقريباً همه آبهاي مورد مصرف کشاورزي در حال استفاده مي باشند. بيوتکنولوژي در اين بخش امري ضروري و حياتي مي باشد.

حالا وعده بيوتکنولوژي مواد غذايي چيست؟
 

بيوتکنولوژي مواد غذايي توان ايجاد راه کارهايي براي نگهداري منابع طبيعي، حذف آلودگي هاي زيست محيطي، افزايش و بهبود تولیدات کشاورزي، کاهش وابستگي به مواد شيميايي کشاورزي، ارائه بهينه ترين روند تولید مواد غذايي، کاهش هزينه ها، توليد مواد غذايي سالم، بهداشتي، کافي، ارزان و با کيفيت تغذيه اي بالا و... را به ما نشان مي دهد.
براي نيل به اين اهداف همکاري بخشهاي دولتي، خصوصي، دانشگاهي، تحقيقاتي و مردمي ضروري مي باشد.
مراجع:
1- پرايمرز، سيدني، 1373، بيوتکنولوژي مولکولي، ترجمه دکتر مجتبي طباطبايي و همکاران، انتشارات مرکز ملي تحقيقات مهندسي ژنيتک و بيوتکنولوژي.
2- مرتضوي، علي، 1376، بيوتکنولوژي، ميکروبيوتکنولوژي صنعتي. انتشارات دانشگاه فردوسي مشهد.
3. harlander,s,1989.Food biotechnology:yesterday.today and tomorrow.Food technol.43(9):195
4.Institute technology .1988.food biotechnology.food technol.42(1):133.
5. Kenorr D.1987.Food biotechnology.is organization and potential.food technol.41(9):95
6.Olempska - Beer Z Kuznesof . D.Dinori.M. Smith. M . 1993.Plant Biotechnology and food safety .food technol.47(2):64.
7. Teutoni co.R. knorr. K. 1985.Impact of biotechnology on nutritional quality of food plants.food technol.39(10):127
8.Macrea.R.Robinson .R Saller .M.j. Encyclopedia of food seience.food technology and nutriton.1993.vol.1:392.
9.Harlander .S. 1991.Biotechnology-a means for improving our food supply.food technol 42(4):84.
10.Bigetis .R.1992.flavor metabolites and enzymes from filmenteous fungi.food technol.64(11):151.
11.Katz.1996.Biotechnology-new tools in food technology's tool box .food technol .50(11):63.
(کارشناسی ارشد علوم و صنایع غذایی دانشکده کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد خوراسگان.
منبع: فصلنامه علمي تخصصي چاشني- ش 1
/ن