آنزیم ها ترکیبات پروتئینی هستند و به عنوان یک نوع کاتالیست بیولوژیکی سرعت واکنشهای شیمیایی را تنظیم می‌کنند. ساختار آنزیم مهم است، چرا که تعیین‌کننده عملکرد ویژه آنزیم است.آنزیمها از زنجیره‌های اسید آمینه به نام زنجیره‌های پلی‌پپتیدی تشکیل شده‌اند. یک آنزیم ممکن است فقط یک زنجیره‌ی پلی‌پپتیدی داشته باشد که معمولا صد اسیدآمینه یا تعداد بیشتری را به هم پیوند می‌دهد یا ممکن است شامل چندین زنجیره‌ی پلی‌پپتیدی باشد که با هم به عنوان یک واحد عمل می‌کنند. اکثر آنزیمها بزرگ‌تر از زیرلایه‌هایی هستند که روی آن عمل می‌کنند. فقط یک قسمت خیلی کوچک از آنزیم، حاوی تقریبا 10 اسیدآمینه، دارای تماس مستقیم با زیرلایه‌ها است. این ناحیه، به عنوان محل فعال آنزیم شناخته می‌شود.
با افزایش شناخت از میکروارگانیسم‌ها و پیشرفت علم میکروب شناسی و بیوتکنولوژی استفاده از میکروارگانیسم‌ها (میکروب‌ها و آنزیمها) به منظور افزایش بازدهی و بهبود فرآیندهای تولید مواد غذایی افزایش یافته است. در تمامی سلول‌های زنده انجام کلیه واکنشهای شیمیایی به حضور آنزیم ها وابسته است و بدون کمک این پروتئین ها این واکنش ها یا با سرعت پایین انجام شده و یا ممکن است اصلا انجام نشوند. از آنزیم ها در صنایع مختلفی مانند غلات، روغن، انعقاد شیر و نشاسته استفاده می‌شود.ب ه طور کلی استفاده از آنزیمها در صنعت سبب کاهش هزینه‌ها و اقتصادی‌تر شدن فرآیندهای تولید می‌شود. آنزیمها نقش بسیار مهمی در فرایند بسیاری از محصولات صنایع غذایی و نوشیدنی ها و همچنین مواد تشکیل دهنده مورد استفاده در محصولات غذایی و نوشیدنی دارند.
چگونه آنزیمها واکنش‌ها را کاتالیز می‌کنند؟
یک واکنش کاتالیز شده توسط آنزیمها باید به صورت خود به خودی باشد. بدین معنا که با میل طبیعی بدون نیاز به فشار خارجی صورت پذیرد (از دید ترمودینامیکی، واکنش باید دارای یک انرژی خالص منفی گیبس باشد). به عبارت دیگر، واکنش بدون آنزیم در جهت یکسان با حالت آنزیم‌دار صورت می‌گیرد. منتها در حالت بدون آنزیم، واکنش به میزان قابل توجهی کندتر اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال، تجزیه‌ی ذرات مواد غذایی مانند «کربوهیدرات‌ها» (carbohydrates) به اجزای کوچک‌تر قند به صورت خود به خودی صورت می‌گیرد، اما افزودن آنزیمها همانند «آمیلازها» (amylases) در بزاق ما باعث می‌شود واکنش سریع‌تر رخ دهد.آنزیمها می‌توانند دو یا چند واکنش را با هم جفت کنند، به طوری که یک واکنش خود به خودی می‌تواند برای انجام یک واکنش نامطلوب مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، با آزادسازی ترکیب انرژی بالا «آدنوزین تری فسفات» (Adenosine triphosphate, ATP) انرژی واکنشهای شیمیایی نامطلوب مانند ساخت پروتئین‌ها فراهم می‌گردد.
کاربرد آنزیمها در صنایع غذایی
فرآوری آرد
این آنزیمها خالص و طبیعی هستند و میکروارگانیسم‌های زنده تولید می‌شوند و نقش موثری در صنعت آرد ایفا می‌کنند. به عنوان مثال، بر کیفیت پخت، ارزش تغذیه‌ای، بافت و ماندگاری در انبار اقلام مختلف آرد را بهبود می‌بخشد. آنزیم‌های مختلفی مانند فیتاز، همی سلولاز و گلوتامین آمینوترانسفراز در تجارت آرد برای بهبود کیفیت آرد گندم استفاده می‌شوند اما آنزیم‌های زیر به عنوان کاتالیزور در فرایند پردازش و بهبود آرد کاربرد گسترده دارند:
- آمیلاز
باعث افزایش حجم نان می‌شود. تخمیر خمیر را تسریع می‌کند. بافت نان را بهبود می‌دهد و نرم می‌کند. رنگ نان مناسب و پایداری در نان ایجاد می‌کند. بیات شدن نان را به تاخیر می‌اندازد و خاصیت ارتجاعی و طعم نان را بهبود می‌دهد و همچنین مدت زمان ماندگاری نان را افزایش می‌دهد.
- پروتئاز
با تضعیف گلوتن خمیر را نرم می‌کند که درنهایت منجر به بهبود ویسکوالاستیسیته، کشش و صافی خمیر می‌شود. زمان مخلوط شدن خمیر را کاهش می‌دهد و ویژگی‌های مکانیکی نان و کیفیت پخت را بهبود می‌بخشد. شکل دادن به محصول را ساده می‌کند و طعم را بهبود می‌دهد.
- لیپاز
رساندن نشاسته را به تعویق می‌اندازد. تخمیر خمیر را تسریع می‌کند و حجم نان را افزایش می‌دهد و کیفیت نان و ظرفیت نگهداری را بهبود می بخشد. لکه‌های روی خمیر را کم می‌کند. باعث می‌شود رشته‌های فرنگی (نودل‌ها) در آب جوش به یکدیگر نچسبند. مقاومت کششی و مقاومت شکست محصولات را بهبود می‌دهد.
فرآوری لبنیات:
آنزیم‌های اساسی مورد استفاده در فرآوری لبنیات کاتالاز و لاکتاز هستند. کاتالاز دارای فعالیت آنزیمی بالایی برای دفع پراکسید هیدروژن زیادی در لبنیات است. همچنین برای از بین بردن پاتوژن‌ها با استفاده از H2O2 استفاده می‌شود. لاکتاز در فرآوری شیر کم قند کاربرد دارد و مقدار لاکتوز را کاهش می‌دهد. شیر هیدرولیز شده با لاکتوز کم می‌تواند طعم شیر و مزایای سلامتی را بهبود بخشد. در شیر تخمیر شده، استفاده از لاکتاز می‌تواند واکنش را تسریع کند و کارایی تخمیر و ماندگاری شیر را افزایش دهد و به شیر تخمیری طعم بی‌نظیری بدهد. لاکتاز استفاده شده در شیر تغلیظ شده نه تنها از تبلور لاکتوز در حین تغلیظ جلوگیری می‌کند، بلکه باعث خوش طعم شدن محصول، کاهش مقدار ساکارز و مهار رشد باکتری‌ها می‌شود. استفاده از لاکتاز در ماست منجمد باعث بهبود طعم خوشایند ماست می‌شود و نقطه انجماد را کاهش می‌دهد و خاصیت ضد یخ زدایی را افزایش می‌دهد. استفاده از لاکتاز در شیرخشک می‌تواند کیفیت شیرخشک را بهبود بخشد، کارامل غنی و سایه کاراملی آن پس از هیدرولیز در فرۀوری شیر شکلاتی کاربرد دارد.
فرآوری گوشت و فرآورده‌های گوشتی
آنزیم ها در صنایع غذایی از قبیل صنعت گوشت اساساً برای بهبود کیفیت محصول (سایه، بو، طعم و رنگ) و افزایش ارزش افزوده فراورده‌های جانبی استفاده می‌شود. فرآورده‌های گوشتی تقویت شده با بهبود دهنده پاپائین کلسیم دارای رنگ خاکی مایل به قرمز، طعم تازه و عالی هستند که به طور کامل ضعف‌هایی از جمله طعم زننده و غیر عادی، نرم تردی، رنگ مایل به خاکستری و راندمان کم را ندارند. استفاده از مقادیر خاصی از بروملین به همراه فسفات‌ها، کلرید کلسیم و غیره در گوشت گوسفندی پخته شده می‌تواند طعم را به طرز باورنکردنی بهبود دهد. سوسیس بره تهیه شده با آنزیم، دارای بافت لطیف، خاصیت ارتجاعی و طعمی بی‌نظیر است. ترانس گلوتامیناز می‌تواند پیوندهای کووالانسی لیزین بین ذرات پروتئین را کاتالیز کند تا ژل‌های پروتئینی قدرتمندی ایجاد شود که سختی و خاصیت ارتجاعی آشکاری را به اقلام گوشتی می‌بخشند. اکثر پروتئین‌های موجود در گوشت طی هیدرولیز توسط آنزیم به اسیدهای آمینه تبدیل می‌شوند که باعث می‌شوند ماده غذایی خوشمزه‌تر، سایه روشن‌تر و جذب آن آسان‌تر باشد.
فرآوری میوه و سبزیجات و نوشیدنی:
آنزیم‌هایی که برای فرآوری میوه و سبزیجات به کار می‌روند عمدتاً ژلاتین، سلولاز و آمیلاز هستند و بیشتر به تنهایی یا به صورت ترکیبی استفاده می‌شوند. این آنزیمها اغلب برای پوست کندن میوهها، شفاف سازی آب میوه، کاهش غلظت آب میوه، افزایش پایداری و ماندگاری میوهها و سبزیجات به کار می‌روند. علاوه بر این، آنزیمها به طور کلی در پردازش چای استفاده می‌شوند. تاناز می‌تواند از کدر شدن چای جلوگیری کند و کیفیت چای را بهبود بخشد. در حال حاضر، از آن در فرآوری چای سیاه، چای سبز و چای اولانگ استفاده می‌شود. سلولاز و پکتیناز می‌توانند توده سلولی چای را از هم جدا کنند و همچنین باعث می‌شوند عناصر پویای چای به طور موثرتری تجزیه شوند، که به این ترتیب سرعت آماده شدن چای فوری، شفافیت چای و عطر چای را بهبود می‌دهند. پروتئاز نیز می‌تواند سرعت استخراج، شفافیت چای و طعم چای را بهبود دهد.
همه اینها کاربرد آنزیمها در صنایع غذایی است. همانطور که می بینید آنزیمها بسیار تاثیرگذار هستند و کاربردهای متنوعی از بهبود طعم محصولات غذایی تا افزایش ماندگاری آنها دارند.