آنزیمها پروتوئین هایی هستند که واکنشهای بیوشیمیایی را تسریع و به عبارت دیگر کاتالیز می کنند. تقریبا تمام فرایندهای داخل سلول برای اینکه به میزان قابل توجهی پیش روند به آنزیم احتیاج دارند. آنزیمها در طول واکنش مصرف نمی شوند و تعادل شیمیایی را هم جابجا نمی کنند بلکه همانند دیگر کاتالیزگر ها با کاهش انرژی فعال سازی ، واکنش را تسریع می کنند.
برخی آنزیمها سرعت واکنش را میلیونها مرتبه تسریع می کنند! درحال حاضر حدود 4000واکنش شیمیایی که باکاتالیزگری آنزیم انجام می شوند شناخته شده است.
همانطور که از نمودار و جدول فوق مشخص است بیشترین فروش آنزیمها در صنعت شوینده بوده و بعد از آن صنایع تبدیل نشاسته، لبنی و نساجی در رده های بعد قرار می گیرند.
بخشی که در نمودار فوق با رنگ تیره مشخص شده و به عنوان سایر (Other) از آن نام برده به ترتیب حروف الفبای انگلیسی شامل موارد زیر است:
در این تحقیق کاربردهای صنعتی آنزیمهای تجاری به ترتیب میزان اهمیتشان در بازار مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین در ابتدا به کاربرد آنزیمها در صنعت شوینده اشاره می شود و متعاقب آن صنایع تبدیل نشاسته (Starch conversion) و صنایع لبنی و دیگر صنایع به عنوان بازار مصرف آنزیمهای تجاری معرفی شده اند.
- دترجنت های رختشویی خانگی Household laundry detergents
- دترجنت های رختشویی صنعتی و تاسیساتی Industrial and Institutional (I&I) detergents
- دترجنت های ظرفشویی خانگی Household dishwashing detergents
میزان تولید جهانی رختشوهای خانگی حدود 13میلیارد تن در سال است و تقریبا 90درصد آنها، آنزیم را به عنوان یک جزء مهم خود در بر دارند.
آنزیم در یک دترجنت می تواند باعث افزایش قدرت پاک کنندگی و همچنین کاهش دمای شستشو و در نتیجه کاهش انرژی لازم برای شستشو شود. کاهش میزان مصرف آب شستشو، کاهش زمان شستشو و سازگاری بیشتر با محیط زیست از دیگر مزایای به کارگیری آنزیم در شوینده ها می باشد.
آنزیمهای دترجنت
همانگونه که در بالا اشاره شد 4 نوع آنزیم با نامهای پروتئاز، آمیلاز، لیپاز و سلولاز در صنعت شوینده کاربرد دارند:
پروتئازها: به زدودن لکه های بر پایه پروتئین(Protein based stains) مثل لکه خون، لکه چمن و لکه بسیاری از انواع خوراکی ها کمک می کنند. پروتئازهای به کار رفته در بازار امروز، غالبا پروتئازهای سرین (Serine) هستند که توسط سوش های باسیلوس (Bacillus) تولید می شوند. برخی از آنها به شدت قلیایی هستند یعنی حداکثرفعالیتشان در pH بالا است.
آمیلازها: به لکه های بر پایه نشاسته (مثل لکه های ماکارونی، میوه ها و غذای بچه) اثر می کنند. نشاسته ژلاتینه شده به پارچه می چسبد و درست مانند چسب، بقیه ترکیبات لکه را به سطح پارچه می چسباند.
لیپاز: زدایش لکه های بر پایه چربی (oil-based stains) را که ناشی از غذاهای چرب یا چربی طبیعی پوست انسان (Human sebum) هستند را تسهیل می نماید. لیپازها لکه های چربی را تجزیه می کنند تا به مواد آب دوست تر تبدیل شوند.
سلولازها: آنزیمهای چندکاره (Multifunctional) هستند که با زدودن رشته های ریز(Microfibriles) بر جای مانده در اثر شستشو، باعث درخشش رنگ ، نرمی پارچه و زدایش چرک های ذره ای (Particulate soilings) می شوند. نام دیگر سلولازها، گلیکوزیداز(Glycosidase) است که توانایی هیدولیز پیوند بتا 1و4 گلیکوزیدی موجود در نشاسته را دارند. سلولازها در pH خنثی خوب عمل می کنند .
تغذیه طیور (Animal feed) امروزه صنعت پرورش دام به این باور رسیده است که آنزیم ها ، افزودنیهای غذایی با ارزشی هستند . یک مرغ گوشتی جوان با اینکه از توانایی فوق العاده ای در تبدیل غذا به وزن برخوردار است ، حدودا 25% از انرژی تام و 50% از نیتروژن دریافتی را ، از راه مدفوع به خارج دفع می کند . این هدر رفتن ترکیبات غذایی می توان تا حد زیادی به عدم تولید آنزیم به مقدار کافی ، نسبت داد که با افزودن آنزیم به جیره غذایی آنها موجبات بهبود قابلیت هضم ترکیبات غذایی جیره را می توان فراهم آورد.
نانوایی (Baking) برای اینکه مخمر بتواند دی اکسیدکربن مورد نیاز برای ور آمدن(Raising) خمیر را داشته باشد نیاز به قند قابل تخمیر(Fermentable sugar) دارد. اما معمولا مقدارقند قابل تخمیر در آرد بسیار کم مثلا درحد 0.5درصد مالتوز است. آرد گندم حاوی هر دو نوع آمیلاز آلفا و بتا می باشد که می تواند خمیر را برای تولید میزان بیشتری از قند قابل تخمیر فعال نماید. اما اینها ممکن است نامتعادل (Unbalanced) و همچنین در برخی موارد بیش ازحد فعال (Overactive) باشند. در فصل هایی از سال که هوا مرطوب است قبل از برداشت گندم (grain harvest) آلفا آمیلاز زیادی در گندم وجود دارد و استفاده از آن منجر به ایجاد خمیر چسبنده و نامرغوب و همچنین وجود خرده نان (Crumb) های چسبنده و پر رنگ در نان می شود. از طرفی گندم نارس (Ungerminated) بتا آمیلوز زیاد و آلفا آمیلوز کمی دارد که منجر به ناکافی بودن مواد قابل تخمیر می شود. به همین علت آلفا آمیلاز قارچی (Fungal alpha amylase) به عنوان مکمل در آسیاب به آرد افزوده شود.
تفاوت مهم آنزیمها با دیگر کاتالیزگرها اختصاصی بودنشان است. در صنعت هنگامی که اختصاصی بودن یک کاتالیزگر خیلی اهمیت داشته باشد از آنزیم استفاده می شود. در به کار گیری آنزیمها محدودیتهایی مثل تعداد کم واکنشهایی که می توانند کاتالیز کنند و فقدان پایداری در حلالهای آلی و دماهای بالا وجود دارد. برای حل این مشکلات، مهندسی پرتوئین (Protein engineering) به عنوان یک زمینه تحقیقاتی فعال برای دستیابی به آنزیمهای جدید با ویژگیهای نو به خدمت گرفته می شود.
حداقل 75درصد کل آنزیمهای صنعتی جهان آنزیمهای هیدرولیز کننده (Hydrolytic) هستند که برای تجزیه پلیمرهای طبیعی استفاده می شوند.
آنزیمهای هیدرولیزکننده پروتوئین (Proteinase) یا پروتئازها به علت کاربرد وسیعشان در صنایع لبنی (به عنوان منعقدکننده) و همچنین در صنعت شوینده نوع اصلی به شمار می روند و در مجموع 40درصد بازار آنزیمها را به خود اختصاص می دهند.
آنزیمهای هیدرولیزکننده کربوهیدرات (Carbohydratase) که در نانوایی (Baking) ، آبجوسازی (Brewing)، عرق گیری (Distilling) ، صنایع تبدیلی نشاسته (Starch conversion) و نساجی (Textile) کاربرد دارند دومین گروه بزرگ را تشکیل می دهند.
Alcohol الکل سازی
Animal feedتغذیه طیور
Baking نانوایی
Chemical biotransformations دگرگونی زیستی شیمیایی
Diagnostics تشخیص طبی
Fats and oilsچربی و روغن
Flavorطعم دهنده ها
Fruit and wineمیوه و مشروب
Leatherصنایع چرم
Proteinپروتئین سازی
Pulp and paperکاغذ سازی Waste ضایعات
پیش بینی می شود که بخش «سایر» با افزایش تنوع رو به رشد کاربردهای آنزیمها در آینده درصد بیشتری از کل فروش را به خود اختصاص دهند.
Animal feedتغذیه طیور
Baking نانوایی
Chemical biotransformations دگرگونی زیستی شیمیایی
Diagnostics تشخیص طبی
Fats and oilsچربی و روغن
Flavorطعم دهنده ها
Fruit and wineمیوه و مشروب
Leatherصنایع چرم
Proteinپروتئین سازی
Pulp and paperکاغذ سازی Waste ضایعات
در این تحقیق کاربردهای صنعتی آنزیمهای تجاری به ترتیب میزان اهمیتشان در بازار مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین در ابتدا به کاربرد آنزیمها در صنعت شوینده اشاره می شود و متعاقب آن صنایع تبدیل نشاسته (Starch conversion) و صنایع لبنی و دیگر صنایع به عنوان بازار مصرف آنزیمهای تجاری معرفی شده اند.
کاربرد آنزیمها در صنایع شوینده
لغت دترجنت به معنای شوینده در این متن به تمام انواع پاک کننده از شوینده های لباس شویی گرفته تا پاک کننده لنزهای چشمی اطلاق می شود. اما سه نوع شوینده که آنزیم ها بخش مهمی از آن را تشکیل می دهند عبارتند از:- دترجنت های رختشویی خانگی Household laundry detergents
- دترجنت های رختشویی صنعتی و تاسیساتی Industrial and Institutional (I&I) detergents
- دترجنت های ظرفشویی خانگی Household dishwashing detergents
میزان تولید جهانی رختشوهای خانگی حدود 13میلیارد تن در سال است و تقریبا 90درصد آنها، آنزیم را به عنوان یک جزء مهم خود در بر دارند.
آنزیم در یک دترجنت می تواند باعث افزایش قدرت پاک کنندگی و همچنین کاهش دمای شستشو و در نتیجه کاهش انرژی لازم برای شستشو شود. کاهش میزان مصرف آب شستشو، کاهش زمان شستشو و سازگاری بیشتر با محیط زیست از دیگر مزایای به کارگیری آنزیم در شوینده ها می باشد.
آنزیمهای دترجنت
همانگونه که در بالا اشاره شد 4 نوع آنزیم با نامهای پروتئاز، آمیلاز، لیپاز و سلولاز در صنعت شوینده کاربرد دارند:
پروتئازها: به زدودن لکه های بر پایه پروتئین(Protein based stains) مثل لکه خون، لکه چمن و لکه بسیاری از انواع خوراکی ها کمک می کنند. پروتئازهای به کار رفته در بازار امروز، غالبا پروتئازهای سرین (Serine) هستند که توسط سوش های باسیلوس (Bacillus) تولید می شوند. برخی از آنها به شدت قلیایی هستند یعنی حداکثرفعالیتشان در pH بالا است.
آمیلازها: به لکه های بر پایه نشاسته (مثل لکه های ماکارونی، میوه ها و غذای بچه) اثر می کنند. نشاسته ژلاتینه شده به پارچه می چسبد و درست مانند چسب، بقیه ترکیبات لکه را به سطح پارچه می چسباند.
لیپاز: زدایش لکه های بر پایه چربی (oil-based stains) را که ناشی از غذاهای چرب یا چربی طبیعی پوست انسان (Human sebum) هستند را تسهیل می نماید. لیپازها لکه های چربی را تجزیه می کنند تا به مواد آب دوست تر تبدیل شوند.
سلولازها: آنزیمهای چندکاره (Multifunctional) هستند که با زدودن رشته های ریز(Microfibriles) بر جای مانده در اثر شستشو، باعث درخشش رنگ ، نرمی پارچه و زدایش چرک های ذره ای (Particulate soilings) می شوند. نام دیگر سلولازها، گلیکوزیداز(Glycosidase) است که توانایی هیدولیز پیوند بتا 1و4 گلیکوزیدی موجود در نشاسته را دارند. سلولازها در pH خنثی خوب عمل می کنند .
کاربرد آنزیم ها در صنایع تبدیلی نشاسته
فراوری مواد حاوی نشاسته مثل ذرت از مرحله برداشت محصول تا تبدیل آن به الکل شامل چند مرحله است که تبدیل نشاسته یکی از مراحل میانی این فرایند می باشد.
فراوری مواد حاوی نشاسته مثل ذرت از مرحله برداشت محصول تا تبدیل آن به الکل شامل چند مرحله است که تبدیل نشاسته یکی از مراحل میانی این فرایند می باشد.
کاربرد آنزیمها در صنایع لبنی
پنیر یکی از اولین محصولات شناخته شده شیر است که به صورت تصادفی کشف شد، زمانی که کوچ نشینان عرب ذخیره شیر خود را در کیسه هایی از جنس پوست در گرمای روز حمل می کردند. از آنجایی که این کیسه ها که از معده حیوانات ساخته می شد آنزیم های مایه پنیر(Rennet enzyme) و کیموزین (Chymosin) خود به خود در آن وجود داشتند که بر روی شیرهای درحال ترش شدن اثر می کرده و شکلی از پنیر را ایجاد می نمود. اما اولین مایه پنیر استاندارد شده در سال 1874 توسط یک شرکت دانمارکی به تولیدکننده های پنیر عرضه شد.
آنزیمهای منعقد کننده شیر
آنزیمهای منعقد کننده شیر(Milk coagulating enzymes) بزرگترین کاربرد آنزیمها را در صنایع لبنی تشکیل می دهند.
آنزیمهای منعقد کننده شیر(Milk coagulating enzymes) بزرگترین کاربرد آنزیمها را در صنایع لبنی تشکیل می دهند.
کاربرد آنزیم ها در صنایع نساجی
در صنعت نساجی برای استحکام بخشیدن به نخ های پارچه قبل از بافت، نخ ها را با چسبی به نام آهار یا سایز(Size) محکم می کنند. اما پارچه ای که هنوز آهار روی آن باقی است (Sized clothes) توانایی جذب رنگ، مواد بی رنگ کننده و مواد شیمیایی اصلاح کننده بافت پارچه (Texturizing chemicals) را ندارند به همین علت آهار پارچه قبل از عملیات تکمیلی باید به میزان کافی از روی پارچه زدوده شود. آهارهای قابل حل در آب بوسیله شستشو با آب داغ و ماده شوینده زدوده می شوند اما برای آهارهای از جنس نشاسته (Starch sizes) این کار به این سادگی قابل انجام نیست به همین علت باید به نوعی تجزیه(degrade) شوند تا قابل حل در آب شوند. روشهای شیمیایی آهارزدایی (Desizing) که با استفاده از مواد شیمیایی اکسیدکننده یا سدیم هیدروکساید انجام می شوند غالبا به بافت پارچه صدمه می زنند. به همین علت بسیاری از کارخانه های نساجی امروزه از آنزیم آمیلاز برای تجزیه و قابل حل نمودن آهاراستفاده می کنند.
در صنعت نساجی برای استحکام بخشیدن به نخ های پارچه قبل از بافت، نخ ها را با چسبی به نام آهار یا سایز(Size) محکم می کنند. اما پارچه ای که هنوز آهار روی آن باقی است (Sized clothes) توانایی جذب رنگ، مواد بی رنگ کننده و مواد شیمیایی اصلاح کننده بافت پارچه (Texturizing chemicals) را ندارند به همین علت آهار پارچه قبل از عملیات تکمیلی باید به میزان کافی از روی پارچه زدوده شود. آهارهای قابل حل در آب بوسیله شستشو با آب داغ و ماده شوینده زدوده می شوند اما برای آهارهای از جنس نشاسته (Starch sizes) این کار به این سادگی قابل انجام نیست به همین علت باید به نوعی تجزیه(degrade) شوند تا قابل حل در آب شوند. روشهای شیمیایی آهارزدایی (Desizing) که با استفاده از مواد شیمیایی اکسیدکننده یا سدیم هیدروکساید انجام می شوند غالبا به بافت پارچه صدمه می زنند. به همین علت بسیاری از کارخانه های نساجی امروزه از آنزیم آمیلاز برای تجزیه و قابل حل نمودن آهاراستفاده می کنند.
کابرد آنزیم در سایر صنایع
الکل سازی اتانول سوختنی (Fuel ethanol) با تبدیل آنزیماتیک نشاسته به شکر قابل تخمیر و متعاقبا متابولیسم شکر توسط کارخانه های تقطیر با مخمر (Distillery yeast) تولید می شود.تغذیه طیور (Animal feed) امروزه صنعت پرورش دام به این باور رسیده است که آنزیم ها ، افزودنیهای غذایی با ارزشی هستند . یک مرغ گوشتی جوان با اینکه از توانایی فوق العاده ای در تبدیل غذا به وزن برخوردار است ، حدودا 25% از انرژی تام و 50% از نیتروژن دریافتی را ، از راه مدفوع به خارج دفع می کند . این هدر رفتن ترکیبات غذایی می توان تا حد زیادی به عدم تولید آنزیم به مقدار کافی ، نسبت داد که با افزودن آنزیم به جیره غذایی آنها موجبات بهبود قابلیت هضم ترکیبات غذایی جیره را می توان فراهم آورد.
نانوایی (Baking) برای اینکه مخمر بتواند دی اکسیدکربن مورد نیاز برای ور آمدن(Raising) خمیر را داشته باشد نیاز به قند قابل تخمیر(Fermentable sugar) دارد. اما معمولا مقدارقند قابل تخمیر در آرد بسیار کم مثلا درحد 0.5درصد مالتوز است. آرد گندم حاوی هر دو نوع آمیلاز آلفا و بتا می باشد که می تواند خمیر را برای تولید میزان بیشتری از قند قابل تخمیر فعال نماید. اما اینها ممکن است نامتعادل (Unbalanced) و همچنین در برخی موارد بیش ازحد فعال (Overactive) باشند. در فصل هایی از سال که هوا مرطوب است قبل از برداشت گندم (grain harvest) آلفا آمیلاز زیادی در گندم وجود دارد و استفاده از آن منجر به ایجاد خمیر چسبنده و نامرغوب و همچنین وجود خرده نان (Crumb) های چسبنده و پر رنگ در نان می شود. از طرفی گندم نارس (Ungerminated) بتا آمیلوز زیاد و آلفا آمیلوز کمی دارد که منجر به ناکافی بودن مواد قابل تخمیر می شود. به همین علت آلفا آمیلاز قارچی (Fungal alpha amylase) به عنوان مکمل در آسیاب به آرد افزوده شود.
•
•
مطلب فوق را در شبکه های اجتماعی زیر با دوستانتان به اشتراک بگذارید
