در حوزه زیست فناوری صنایع غذایی

امروزه کمتر کسی در جوامع علمی وجود دارد که به اهمیت بیوتکنولوژی و تأثیر آن بر روی زمینه‌های مختلف آگاهی نداشته باشد. علمی که محور پیشرفت و توسعه در بسیاری از کشورها گردیده است و باعث بوجود آمدن تحولات عظیمی در بخش‌های پزشکی، داروسازی، کشاورزی، صنعت و معدن و غیره شده است. بیوتکنولوژی در بخش کشاورزی که تأمین‌کننده نیاز غذایی بشر از هزاران سال پیش تاکنون بوده است تأثیر مهم و عمیق داشته است تا آنچه واقعا بشر خواهان آن است را برای وی تأمین نماید. صنایع غذایی که آخرین حلقه زنجیره بخش کشاورزی می‌باشد. یکی از مستعدترین زمنیه‌های حضور و فعالیت زیست فناوری می‌باشد زیرا این صنعت برای بر آورده ساختن نیازهای غذایی سالم، ارزان، بهداشتی و کافی برای جمعیت کنونی و آینده نیاز به‌ روش‌های جدید، سریع و کاربردی‌تر دارد که می‌تواند آن‌ها را در دنیای زیست فناوری بیابد. نقش‌هایی از زیست فناوری در صنایع غذایی که شامل نقش مهندسی ژنتیک وDNAی نو ترکیب در صنایع غذایی، جنبه‌های مختلف استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تولید مواد غذایی از قبیل اسیدهای آمینه، افزودنیهای غذایی، طعم دهنده‌ها، ویتامین‌ها، پروتئین میکروبی و غیره، تأثیر زیست فناوری بر روی کیفیت غذایی، روش‌های تشخیص سریع میکروبهای بیماریزای غذایی، ایمنی غذایی و مدیریت مواد زائد و... به‌ طور کلی اشاره گردد.

زیست فناوری پیشرفت جدیدی نیست. مطالعات میکروبیولوژیست‌ها در طی بیش از صد سال نشان داده است که بین انسان و میکروبها ارتباط حیاتی بسیار نزدیکی وجود دارد. که این ارتباط می‌تواند مفید یا مضر باشد. سابقه استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تولید مواد خوراکی نظیر آبجو، سرکه، ماست و پنیر به بیش از 8 هزار سال قبل می‌رسد ولی مکانیسم تولید این محصولات برای بشر ناشناخته بود، انسان با مشاهده این واقعیت که شیر ترش دارای قابلیت نگهداری خیلی بهتری است به زودی دریافت که با افزودن مقدار اندکی از شیر ترش روز قبل به شیر تازه می‌تواند فرایند تخمیر را در آن آغاز کند. اتانول نخستین ماده شیمیایی بود که برای بالا بردن محتوای الکلی شراب و آبجو به وسیله زیست فناوری تولید شد. رشد و توسعه زیست فناوری نیز همانند سایر علوم تحت تأثیر فشارهای اقتصادی و سیاسی قرار دارد. علمی که از کیفیت بالایی برخوردار باشد تضمین کننده منابع تجاری نسیت و در دنیای تجارت کمتر به رعایت حال دیگران و نوع پرستی ارزش و بهاء داده می‌شود.

کاربردهای زیست فناوری در صنایع غذایی

هم اکنون تاکید اصلی زیست فناوری جدید بر روی مواد خام (کشت بافت گیاهی) و مواد غذایی است در حالیکه زیست فناوری مرسوم بیشتر بر روی فرایند مواد غذایی حکمفرمایی دارد تا بقیه محصولات غذایی.

 

زیست فناوری گیاهی

کاربردهای حال و آینده مهندسی مواد خام حاصله از گیاهان شامل: عملکرد بیشتر محصولات، تغییر ترکیب محصول (اسید‌های چرب، پلی ساکاریها، پروتئینها، طعم، رنگ و...) بهبود ترکیب تغذیه‌ای، هویدا شدن  ژنهای جدید (پروتئینها، سیستم تثبیت نیتروژن) بهبود قابلیت نگهداری (انبارداری، عمر نگهداری) کاهش مراحل فرایند(آرد)، بهبود مقاومت(بیماری، آفت کشی، یخبندان، خشکی، دما)، برطرف کردن مواد نامطلوب (کافئین) و تبدیل جریانات زاید فرایند می‌باشند.

 

زیست فناوری حیوانی

پیش‌بینی درک تجارتی کاربردهای بالقوه زیست فناوری مدرن بر اساس مواد خام حیوانی بسیار مشکلتر می‌باشد. اهداف بالقوه محصولات غذایی حیوانی عبارتند از: عملکرد بیشتر (شیر، گوشت) بهبود مقاومت (بیماری)، گوشت و شیر مناسب (شیر بدون لاکتوز یا کم چربی و ترکیب پروتئین گوشت). کاربرد بیوتکنولوژی در صنایع غذایی مشارکت بین چند رشته علمی متفاوت از قبیل بیولوژی سلولی، ژنتیک، میکروبیولوژی، بیولوژی مولکولی، بیوشیمی، مهندسی شیمی و اقتصاد را می‌طلبد.

 

تکنیک‌های DNA نوترکیب

در این تکنیک یک ژن مخصوص مورد نظر از یک ارگانیسم گرفته شده و توسط ناقل مخصوص به ارگانیسم دیگر انتقال داده می‌شود و در آن تبیین می‌گردد. این تکنیک سبب حل بسیاری از مشکلات و بهبود عملکرد متفاوت در صنایع غذایی گردیده است. تکنولوژی DNAی نوترکیب می‌تواند برای افزایش زمان عمر نگهداری، تغییر از نظر جنبه‌های حسی و بهبود ویژگیهای فرایند مورد استفاده قرار گیرد برای مثال به‌ منظور افزایش ویسکوزیته مایع در محصولات گوجه‌فرنگی از قبیل آب و رب گوجه ویسکوزیته مایع به‌ طور اصلی وابسته به وجود پکتین، پلی ساکارید ساختمانی که در طی فرایند رسیدگی گوجه‌فرنگی توسط آنزیم پلی گالاکتور و ناز شکسته می‌شود می‌باشد، درگوجه‌فرنگی‌هایی که دستکاری ژنتیکی شده‌اند و دارای میزان کمتری آنزیم پلی گالاکتوز و ناز هستند، افزایش عملکرد آب و رب گوجه و همچنین افزایش ویسکوزیته مایع آن نسبت به گوجه‌هایی که دستکاری نشده بودند مشهود است. خواص حسی از قبیل رنگ یا طعم را نیز می‌توان به وسیله تکنیک DNAی نو ترکیب تغییر داد. دو پروتئین بسیار شیرین تائوماتین ومونلین به وسیله دو میوه آفریقایی تولید می‌شوند ژن تائوماتین اخیراً در سیب‌زمینی به عنوان یک سیستم الگو شناسایی شده است در حالی که ژن مونلین درگوجه‌فرنگی وکاهو به‌ منظور افزایش طعم مشخص شده است.

 

کیفیت مواد غذایی

تکنیک DNAی نو ترکیب فرصتی را برای بهبود کیفیت محصولات غذایی به وسیله تغییرات در میزان و نوع مواد مغذی از قبیل پروتئینها، لیپیدها وکربوهیدراتها فراهم می‌آورد.

 

آنزیم شاخه دار کننده که مسؤول شکل‌دهی شاخه‌های آمیلوپکتین می‌باشد.

با بلوکه کردن آنزیم سنتتاز نشاسته به وسیله آنتی سن RNA، سیب‌زمینی ترانس ژنتیک بدون آمیلوز تولید می‌شود. مسأله دیگر در مورد نشاسته تجزیه آن در طی نگهداری در سرما می‌باشد که سبب شکل‌گیری ساکارز، گلوکز و فروکتوز می‌شود و باعث ایجاد شیرینی نامطلوب در آن می‌شود. می‌توان با ممانعت از عمل آنزیم تجزیه کننده به وسیله تکنولوژی آنتی سن RNA از شکستن نشاسته جلوگیری کرد. یکی از مواد بسیار مهم در زیست فناوری مواد غذایی ایمنی و سلامت مواد حاصله از زیست فناوری می‌باشد. که باید مورد ارزیابی قرار گیرد به عنوان مثال: ترکیب اسیدهای چرب مشخص کننده خواص فیزیکوشیمیایی و ارزش تغذیه‌ای روغنهای گیاهی می‌باشد.

 

تولیدات میکروبی

یکی از وسیع‌ترین کاربردهای زیست فناوری استفاده از میکروارگانیسم‌ها برای تولیدات متنوع و پیچیده و در بعضی موارد خود آن‌ها می‌باشد. یکی از پرمصرف‌ترین استفاده کنندگان از میکروارگانیسم‌ها در جنبه‌های مختلف صنایع غذایی می‌باشدکه کاربرد از میکروارگانیسم را به مدت قرنها پیشینه کار خود قرار داده است.

 

آنزیمولوژی

صنایع غذایی بزرگترین مصرف‌کننده آنزیمهاست اغلب آنزیمها برای تبدیلات زیستی و استفاده غذایی که به‌ طورسالم شناخته شده‌اند از میکروارگانیسم‌ها، گیاهان و حیوانات اشتیاق یافته‌اند و مورد تثبیت قرار گرفته‌اند. افزایش پایداری حرارتی آنزیمها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، زیرا واکنشهای آنزیمی در دماهای بالا دارای فواید زیادی هستند. مثلا باعث کوتاه‌تر شدن زمان لازم برای انجام واکنش می‌شوند. واکنش کمتر در معرض خطر آلودگی میکروبی قرار می‌گیرد. ضمناً در این حالت نیازی به خشک کردن محیط واکنش نیست که این امر به‌ ویژه در واکنشهای گرما‌زا حائز اهمیت است. مراحل کنترل فرایند آنزیمی، جداسازی، خالص سازی، افزایش راندمان، کاهش هزینه‌ها از مسائل مهمی هستندکه در مواقع استفاده از آنزیمها باید مد نظر قرار گیرند.

 

اسیدهای آمینه

اسیدهای آمینه کاربردهای گسترده‌ای در صنایع غذایی و دارویی، به عنوان افزودنی خوراک دام و به عنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی دارند.

 

ویتامین‌ها

میکروارگانیسم‌ها می‌توانند در تولید ویتامین‌هایی نظیر تیامین، ریبوفالوین، اسید فولیک، اسید پانتوتنیک، پیریدوکسال و ویتامین B12 به کار روند علاوه بر این مراحل معینی از سنتز سایر ویتامین‌ها می‌توانند با استفاده از میکروارگانیسم‌ها انجام شوند، مراحلی نظیر اکسیداسیون D سوربیتول به سوربوز در تولید اسید آسکوربیک توسط باکتری استوباکترساب اکسید انس.

 

پلی ساکاریدهای خارج سلولی

پلی ساکاریدها در صنعت، برای تولید ژلها و نیز برای سفت کردن و تثبیت مواد غذایی، دارویی و محصولات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به علت هزینه‌های تولید تنها نوع پلی ساکاریدهای میکروبی که از لحاظ تجاری مصرف می‌شوند انواع خارج سلولی می‌باشند .زانتان، آلژینات، کوردلان، اسلکروگلوکان، پلولان، دکستران، از پلی ساکاریدهای خارج سلولی هستند که همکنون استفاده می‌شوند.

تأثیر زیست فناوری بر روی کیفیت تغذیه‌ای گیاهی غذایی

بسیاری از فاکتورهای استرس تغذیه‌ای به شکل ترکیب ماده غذایی با بافت حیوان می‌باشند. و بقیه اغلب در طی فرایند، فساد مواد غذایی و یا از طریق عوامل طبیعی مانند خاک، آب و هوا به وجود می‌آیند فرایندهای بسیاری برای بهبود ارزش تغذیه‌ای گیاهان غذایی وجود دارد که به‌ طور کلی آن‌ها را به سه گروه تقسیم‌بندی می‌کنند:

• روش غنی‌‌سازی یا تکمیل ماده غذایی: روشی است برای جبران مواد مغذی از دست رفته در طی فرایند یا عمل‌آوری مواد غذایی، به عنوان مثال افزودن اسید آمینه متیونین در محصولات سویایی و افزودن نمکهای آهن به‌ منظور کاهش سمیت موادی که دارای گوسیپول بالا هستند.
• روش‌های فرایندهای مرسوم: روش دوم توأم با بالابردن مطبوعیت غذا و قابلیت هضم و یا افزایش مواد مغذی به وسیله نابود کردن فاکتورهای سمی و یا کم کردن اثرات آن‌ها می‌باشد. عمل فرایند می‌تواند با خراب کردن یا جداکردن مواد مغذی ضروری و غیر قابل دسترس کردن آن‌ها و یا کم کردن قابلیت هضم این مواد سبب ایجاد فاکتورهای استرس شود.

 

زیست فناوری: فرایندهای بیولوژیکی را می‌توان به چند دسته تقسیم کرد:

 1 استفاده آنزیمی

 2 تخمیر

 3 رویش (سوار کردن، فرمول بندی، آماده‌سازی)

 4 کشت بافت گیاهی

 

تخمیر

در کنار اثر نگه دارندگی، تخمیر همچنین می‌تواند بر روی بافت، طعم و کیفیت مواد مغذی از مواد خام تأثیرگذار باشد. نقصان مواد مغذی می‌تواند در اثر شستشو و استخراج و در اثر تخریب به وسیله نور، حرارت یا اکسیژن و استفاده میکروبی رخ دهد نقصان مواد مغذی در طی عمل تخمیر به‌ طور معمول کم است و ضمناً ممکن است افزایش میزان این مواد در طی سنتز میکروبی رخ دهد.

 

رویش Germination

رویش می‌تواند برای ساختن غذاها با استفاده از کیفیت تغدیه‌ای بهبود یافته مورد استفاده قرار گیرد. رویش بر کیفیت پروتئین سویا اثر می‌گذارد و سبب افزایش میزان لیزین قابل دسترس در گندم، جو، یولاف و برنج می‌شود. همچنین سبب افزایش ویتامین c در نخود و لوبیا می‌شود. در میزان بالاتر باعث افزایش ویتامین B6,B12,B1,B2 نیاسین و بیوتین در سویا می‌شود.

مدیریت مواد زائد

یک اقدام خلاق برای تولید محصولات با ارزش جانبی از مواد زائد حاصله از فرایندهای صنایع غذایی می‌تواند یکی از زمینه‌های اصلی توجه و درآمدزایی این رشته باشد.

استفاده از مواد زائد به عنوان ذخیره غذایی برای تولید سوخت‌های زیستی به‌ منظور قوی کردن گیاهان فرایندی، تبدیل مواد زائد صنایع غذایی به مواد شیمیایی ویژه برای استفاده بقیه بخش‌های صنعتی و تولید مواد دارویی با ارزش و مواد غذایی پروتئینی از مواد زائد همچون آب پنیر که هم کنون برای دفع آن‌ها به فاضلابها برای صنعت میلیونها دلار هزینه در بر دارد از جنبه‌های این مدیریت می‌باشد.

 

ایمنی غذایی

یکی از مهم‌ترین جنبه‌های زیست فناوری مواد غذایی ایمنی و سلامتی مواد غذایی حاصله از میکروارگانیسم‌ها می‌باشد. ممکن است محصولی از نظر جنبه‌های حسی و غیره از درجه بالایی برخوردار باشد. ولی در متابولیسم بدن ایجاد اختلال نماید.

 

نتیجه

با توجه به گستره و حیطه عمل بیوتکنولوژی، بیان تمام قابیلت‌ها و توانایی‌های زیست فناوری در بخش کشاورزی و صنایع غذایی محدود به مقاله‌ها و کتابها نمی‌گردد. با توجه به تغییرات و تحولات چشمگیر و روزمره زیست فناوری همگام با دانش سریع روز، تأثیر عمیقی بر روی فرایندها، محصولات و کالاهای غذایی، دارویی و بهداشتی شاهد هستیم که همگامی با این پیشرفت‌ها سبب توسعه و بهبود کالاها و خدمات صنعتی می‌گردد. به‌ طور کلی تولید مواد غذایی شامل طعم دهنده‌ها، آنزیمها، بیوپلیمرها، سورفکتانتها، شیرین کننده‌های غیر مغذی، جانشین چربیها، آنتی اکسیدانها، نگهدارنده‌های طبیعی، پروتئین‌های سلولی، بهبود خواص کیفی مواد غذایی از نظر جنبه‌های حسی و فرایند بهبود روش‌های فرایندی، کاهش هزینه‌های تولید، تبدیل مواد زائد، افزایش راندمان تولید همگام با افزایش بی‌رویه جمعیت و... از کاربردهای رایج و بالقوه زیست فناوری می‌باشد. اگر خواهان وجود یک امنیت غذایی سالم، ارزان و کافی باشیم و نگران خرابی منابع غذایی از طریق خشکی، سیل، سرمای زودرس، بیماریها و غیره نباشیم و همچنین اگر خواستار همگامی بخش کشاورزی با رشد جمعیت کنونی هسیتم در حالی که اغلب زمینهای کشاورزی و تقریباً همه آبهای مورد مصرف کشاورزی در حال استفاده می‌باشند. زیست فناوری در این بخش امری ضروری و حیاتی می‌باشد.

 

حالا وعده زیست فناوری مواد غذایی چیست؟

زیست فناوری مواد غذایی توان ایجاد راه کارهایی برای نگهداری منابع طبیعی، حذف آلودگی‌های زیست محیطی، افزایش و بهبود تولیدات کشاورزی، کاهش وابستگی به مواد شیمیایی کشاورزی، ارائه بهینه‌ترین روند تولید مواد غذایی، کاهش هزینه‌ها، تولید مواد غذایی سالم، بهداشتی، کافی، ارزان و با کیفیت تغذیه‌ای بالا و... را به ما نشان می‌دهد.

کاربردهای بیوتکنولوژی در صنایع غذایی

تولید محصولات نهایی غذایی با استفاده از بیوتکنولوژی.

بیوتکنولوژی می‌تواند جهت تغییر مواد خام غذایی مانند شیر، گوشت، سبزیجات و غلات به محصولات با طعم و عطر مطلوب و قابلیت نگهداری بیشتر استفاده ‌شود. تولید این نوع محصولات در جهان، سابقه بسیار طولانی دارد و هم‌اکنون این محصولات در مقیاس صنعتی در سطح دنیا تولید می‌گردند.

 

توده میکروبی و پروتئین تک‌یاخته به‌عنوان غذا.

توده میکروبی نیز بعنوان یک ماده غذایی غنی از پروتئین، مورد استفاده قرار گرفته است.

 

 استفاده از پروتئین میکروبی در خوراک انسان.

 

تولید مواد افزودنی غذایی با استفاده از بیوتکنولوژی.

مواد افزودنی غذایی مانند اسید سیتریک، اسید گلوتامیک و نوکلئوتیدهای مورد استفاده برای بهبود طعم غذا نیز به روش تخمیر تولید می‌شوند، استفاده از این روش، سابقه‌ای طولانی دارد. اما رویکرد به سمت جایگزینی اجزای طبیعی، فرصت‌هایی را جهت استفاده گسترده‌تر از محصولات تخمیری بعنوان طعم‌دهنده فراهم کرده است.