نقش آنزیم ترانس گلوتامیناز در صنایع لبنی

انتظارات مصرف کنندگان از یک محصول لبنی در طول دو دهه اخیر به شدت تغییر کرده است. مردم در حال حاضر بیشتر مشتاق خرید غذاهای لبنی مغذی با ویژگی‌های حسی بهبود یافته هستند. صنایع تلاش‌های زیادی را برای برآورده کردن چنین انتظاراتی انجام داده و استراتژی‌های متعددی از جمله فرآوری غیر حرارتی، کاربردهای غشایی و اصلاحات آنزیمی اجزای شیر در طول سالیان توسعه یافته‌اند. در میان این رویکردهای جدید، اصلاح پروتئین‌های شیر با واسطه ترانس گلوتامیناز (TG) نسبتاً محبوب شده است و چنین تغییراتی در پروتئین‌های لبنی مزایای بسیاری را برای صنعت لبنیات ارائه می‌دهد. از اواخر دهه 1980، تحقیقات زیادی در مورد کاربردهای TG در شیر و محصولات لبنی انجام شده است. به خصوص، فیلم های خوراکی مبتنی بر پروتئین شیر و ژل های حاصل از شیر تیمار شده با ترانس گلوتامیناز زمینه‌های کاربردی زیادی در سطوح صنعتی یافته‌اند.
 
نقش آنزیم‌ها در صنایع لبنی
بازار جهانی تولید آنزیم‌های میکروبی مورد استفاده در فرآوری محصولات لبنی به طور چشمگیری در حال افزایش است. با این حال، تعداد محدودی از صنایع تولید کننده آنزیم در بازار وجود دارد. تولید انواع آنزیم و مایه پنیر میکروبی در آزمایشگاه و در مقیاس‌های کوچک در حال افزایش است. در آینده نزدیک، بدون شک نیاز به این آنزیم ها اساساً به دلیل نیاز به لبنیات با ارزش غذایی قابل توجه در کشور برای غلبه بر سوءتغذیه و چاقی و روی آوردن به سمت غذاهای کم چرب و سالم افزایش چشمگیری خواهد داشت. از آنزیم‌های لبنی برای فرآوری چدار، ماست، شیر و سایر فرآورده‌های مبتنی برشیر استفاده می‌شود.
 
ترانس گلوتامیناز
ترانس گلوتامینازها یکی از پیچیده‌ترین خانواده آنزیم‌ها هستند و خواص ساختاری و عملکردی متنوعی در پستانداران و باکتری‌ها دارند. به عنوان آنزیم‌های بسیار کارآمد با ویژگی‌های منحصر به فرد، در توسعه و بهبود بسیاری از محصولات غذایی استفاده می‌شوند. کاربردهای تاثیر گذار ترانس گلوتامیناز در فرمولاسیون محصولات مختلف لبنی، گوشتی و خوراک دام منجر به پیشرفت باورنکردنی در صنایع غذایی شده است. گذشته از استفاده گسترده از TGM در صنایع غذایی، در تحقیقات دارویی و بیوتکنولوزی هم به دستاوردهای مهمی کمک کرده است. آنزیم ترانس گلوتامیناز (EC 2.3.2.13) در صنعت لبنیات همواره حضور پررنگی داشته است و به نام‌های Tgase یا TGM نیز شناخته می‌شود.
ترانس گلوتومیناز از منظر شیمیایی
ترانس گلوتامیناز فرایند اتصال عرضی گلوتامین به اسیدهای آمینه لیزین برای تشکیل پلیمرهای با وزن مولکولی بالا از پروتئین‌های شیر مانند کازئین را تسهیل می‌کند؛ این فرآیند خواص فیزیکوشیمیایی شیر را تغییر و پایداری پروتئین‌های شیر را افزایش می‌دهد. این آنزیم همچنین به عنوان عاملی موثر بر پایداری حرارتی شیر شناخته می‌شود. ترانس گلوتامیناز آنزیمی است که پیوندهای عرضی بین مولکول‌های پروتئین ایجاد می کند. این پیوند متقابل اثرات منحصر به فردی بر روی خواص پروتئین، قابلیت ژل شدن، پایداری حرارتی، ظرفیت نگهداری آب و غیره دارد. ترانس گلوتامیناز در حال حاضر به طور گسترده در غذاهای دریایی، محصولات سوریمی، محصولات گوشتی، رشته فرنگی و پاستا، محصولات لبنی، محصولات پخته شده و غیره استفاده می‌شود. پتانسیل زیادی برای بهبود سفتی، کشش، ویسکوزیته، پایداری حرارتی و ظرفیت نگهداری آب غذاهای آماده از طریق واکنش آنزیمی ملایم دارد.

ارتباط آنزیم ترانس گلوتامیناز و پروتئین‌های شیر
آنزیم ترانس گلوتامیناز از پروتئین‌هایی مانند کازئین یا پروتئین‌های آب پنیر به عنوان سوبسترا برای بهبود خواص کف کنندگی، امولسیون کنندگی و ژل شدن مواد غذایی مختلف استفاده می‌کند. کازئین یکی از پروتئین‌های اصلی شیر است که به دلیل سستی ساختار سوم، انعطاف پذیری و عدم وجود پیوندهای دی سولفید، بستری عالی برای TGM در محصولات لبنی است. از سوی دیگر، پروتئین‌های آب پنیر، که حاوی پیوندهای دی سولفیدی هستند، بسترهای ضعیفی برای TGM در فرآیند اتصال عرضی هستند؛ بنابراین نیاز به اصلاح دارند. چنین تغییراتی را می‌توان با عوامل کاهنده یا افزایش مقدار pH، اعمال حرات و همچنین فشار هیدرواستاتیک انجام داد. به طور کلی، پلیمریزاسیون پروتئین‌های شیر با TGM منجر به تشکیل فیلم پروتئینی می‌شود که خواص عملکردی محصولات لبنی را بهبود می‌بخشد.

فرآوری پنیر
ترانس گلوتامیناز به طور کلی خواص بافتی و ظرفیت نگهداری آب پنیر را بهبود می‌دهد. ترانس گلوتامیناز به منظور بهبود کیفیت پنیر به سه روش محتلف در فورمولاسیون گنجانده می‌شود:
ابتدا افزودن TGM به شیر و به دنبال آن حرارت دادن شیر برای پاستوریزه کردن و غیرفعال کردن آنزیم‌ها و در نهایت افزودن مایه پنیر به شیر.
ابتدا افزودن مایه پنیر به شیر و به دنبال آن افزودن TGM
افزودن TGM و مایه پنیر به طور همزمان
با این حال، پژوهش‌ها تایید کرده‌اند که افزودن TGM قبل از مایه پنیر از انعقاد شیر جلوگیری می‌کند، در حالی که افزودن همزمان هر دو منجر به کاهش مقاومت و سختی پنیر می‌شود.

تاثیر آنزیم ترانس گلوتامیناز در فرآوری پنیر
پس از اضافه کردن TGM به فورمولاسیون تولید پنیر، پایداری حرارتی و قوام پنیر بهبود می‌یابد. پژوهشگران استفاده از کنسانتره کازئین میسلی و پروتئین‌های شیر که با TGM تیمار شده بودند در محصولات پنیر بدلی مختلف بررسی کردند. مشخص شد از آنجایی که TGM پتانسیل اصلاح خواص سطحی کنسانتره پروتئین شیر و کنسانتره کازئین میسلی را دارد، ممکن است عملکرد پنیر بدلی مانند موزارلا را نیز بهبود بخشد. همچنین ترانس گلوتامیناز قابلیت کشش و دامنه ذوب کنسانتره پروتئین شیر و کنسانتره کازئین میسلی را اصلاح می‌کند. پژوهشی دیگر نشان داد که ترکیب ترانس گلوتامیناز با فسفولیپاز، میزان محتوای رطوبت را در پنیر افزایش می‌دهد. در پژوهشی مشخص شد که افزودنی Tgase به پنیر نرم باعث بهبود محتوای پروتئین (16.8 درصد) و عملکرد (26 درصد) در مقایسه با نمونه‌های تجاری شد.

​​​​​​​فرآوری ماست
ترانس گلوتامیناز میکروبی برای بهبود خواص رئولوژیکی و ریزساختاری ماست مورد استفاده قرار می‌گیرد و قبل از تخمیر به شیر اضافه می‌شود. افزودن TGM باعث کاهش ترشی ماست‌ها شده و به مقبولیت بافت آنها کمک می‌کند. افزودن ترانس گلوتامیناز به شیر به تولید ماست با قوام مناسب به دلیل افزایش ویسکوزیته شیر ناشی از اتصال متقابل پروتئین‌ها کمک می‌کند. ترانس گلوتامیناز در ماست‌ها، برای جلوگیری از هم افزایی و سفت شدن یا نرم شدن بافت استفاده می‌شود، زیرا کازئین اصلاح شده با TGM امکان تولید محصولات لبنی با ساختاری سازگارتر را می‌دهد. همچنین ترانس گلوتامیناز باعث کاهش سینرزیس (آب اندازی ماست) می‌شود و محصولی سفت‌تر و همگن‌تر تولید می‌کند.​​​​​​​