کاربرد آنزیم ترانس گلوتامیناز در تهیه فیلم¬های خوراکی بر پایه کیتوزان

واژه هاي كليدي
کیتوزان ، فیلم خوراکی، آنزیم ترانس گلوتامیناز ، اتصال عرضی

چکیده
تولید فیلم¬های زیست تخریب¬پذیر و خوراکی با ویژگی¬های مکانیکی و نفوذپذیری مناسب، یکی از چالش¬های مهم در صنعت بسته¬بندی مواد غذایی می¬باشد. فیلم¬های خوراکی نه تنها به طور فیزیکی غذا را محافظت می¬کنند، بلکه موجب کاهش از دست رفتن رطوبت، محدود نمودن جذب اکسیژن و کاهش مهاجرت لیپیدها در ماده غذایی می¬شوند. پلیمرهای با منشأ طبیعی مانند کربوهیدرات¬ها و پروتئین¬ها بهترین مواد در ساخت فیلم های خوراکی می¬باشند، چرا که کاملاً زیست تخریب¬پذیر می¬باشند و همچنین می¬توانند مانند مکمّلی در افزایش ارزش غذایی برخی از غذاها مؤثر باشند. با این حال، حلالیت زیاد در آب و نفوذپذیری فراوان در برابر بخار آب و مقاومت مکانیکی کم، استفاده از این پلیمرها را محدود نموده است. مطالعات متعدّدی به منظور بهبود ویژگی این فیلم¬ها از طریق ساخت فیلم¬های چند لایه و کامپوزیتی و یا ایجاد اتصال عرضی بین اجزای سازنده فیلم به طریق فیزیکی و شیمیایی صورت گرفته است. در این مقاله مروری، کاربرد آنزیم ترانس گلوتامیناز در تهیه فیلم¬های خوراکی بر پایه کیتوزان و اثر آن بر ویژگی¬های مکانیکی و نفوذپذیری این فیلم¬ها مورد بررسی قرار می-گیرد.

1- مقدمه
در حال حاضر، اغلب پلیمرهای مورد استفاده در صنعت بسته¬بندی، منشأ پتروشیمیایی دارند و دلیل اصلی آلودگی محیط زیست می¬باشند. از این رو، تقاضا برای مواد بسته¬بندی زیست تخریب¬پذیر در حال افزایش است. جز اصلی تشکیل¬دهنده این بیو پلاستیک¬ها شامل پلیمرهای زیستی با منشأ معدنی مانند پلی¬استرها و پلی¬وینیل الکل و با منشأ طبیعی مانند پلی¬ساکاریدها، پروتئین¬ها، لیپیدها و پلی¬استرهای ساخته شده توسط میکروارگانیسم¬های مختلف است. با این حال، اغلب بیوپلاستیک¬های تولید شده مقاومت مکانیکی مناسبی ندارند و تلاش بر این است که علاوه بر شناسایی منابع جدید پلیمرهای زیستی، روش¬هایی نیز به منظور افزایش مقاومت آن¬ها توسعه یابد. یکی از روش¬های به کار رفته برای این منظور، استفاده از مواد شیمیایی ایجاد¬کننده اتصال عرضی در ساختار فیلم¬ها مانند فرمالدئید، گلوتارآلدئید و گلی-اکسال است ولی به دلیل سمیّت این ترکیبات، استفاده از آن¬ها در فیلم¬های خوراکی چندان مناسب نیست. علاوه بر این، از اشعه γ و آنزیم¬های مختلف مانند پراکسیداز، تیروزیناز و ترانس گلوتامیناز نیز در این زمینه استفاده شده است. ترانس گلوتامیناز یا پروتئین – گلوتامین – γ- گلوتامیل ترانسفراز (EC 2.3.2.13 ) به دسته دوم از طبقه¬بندی آنزیم¬ها یعنی ترانسفرازها تعلّق دارد. این آنزیم، تشکیل اتصالات ایزوپپتیدی بین گروه γ- کربوکسی آمید گلوتامین (دهنده گروه آسیل) و گروه آمین نوع اول (پذیرنده گروه آسیل) را کاتالیز می¬کند. آنزیم ترانس گلوتامیناز به طور گسترده¬ای در طبیعت توزیع شده و در خیلی از بافت¬های حیوانی و مایعات بدن وجود دارد و در بسیاری از فعالیت¬های بیولوژیکی نیز مانند: انعقاد خون، التیام زخم و کراتینه شدن بافت¬ها دخالت دارد. در زمان شناسایی این آنزیم در اوایل دهه 1980، استخراج آن از منابع حیوانی صورت می¬گرفت ولی به دلیل هزینه زیاد و مناسب نبودن استفاده از آن در مواد غذایی، منابع میکروبی جایگزین شدند. آنزیم ترانس گلوتامیناز یک زنجیره پلی¬پپتیدی منفرد با وزن مولکولی KDa 38 است که از 331 اسید آمینه تشکیل شده است و دارای نقطه ایزوالکتریک 9/8 می¬باشد. دمای اپتی موم برای فعالیت آنزیم، 55 درجه سانتی¬گراد و اپتی موم pH برای فعالیت آن بین 5 و 8 می¬باشد. این آنزیم در دمای 10 درجه سانتی¬گراد و کمتر از آن فعالیت خود را حفظ می¬کند. تفاوت آنزیم ترانس گلوتامیناز میکروبی و حیوانی این است که آنزیم میکروبی نیازی به یون کلسیم به عنوان کوفاکتور برای فعالیت ندارد. آنزیم ترانس گلوتامیناز از باکتری و قارچ جداسازی شده است. در سال¬های اخیر، این آنزیم به طور گسترده-ای در صنایع مختلف و از جمله صنعت غذا به منظور بهبود بافت، ویژگی¬های مکانیکی و خاصیت امولسیفایری پروتئین¬ها به کار رفته است. همچنین مطالعاتی در زمینه استفاده از آن به عنوان ماده ایجاد¬کننده اتصال عرضی در فیلم¬های خوراکی تهیه شده از مخلوط پروتئین¬های مختلف و پلی¬ساکاریدها صورت گرفته است. یکی از پلی¬ساکاریدهایی که استفاده گسترده¬ای در ساخت فیلم¬های خوراکی دارد، کیتوزان می¬باشد. کیتوزان شکل داستیله شده پلی¬ساکارید کیتین است که در پوسته خارجی بسیاری از حشرات، میگو، خرچنگ و لابستر وجود دارد و از واحدهای گلوکز آمین و N- استیل گلوکز آمین تشکیل شده است. فیلم¬های تهیه شده از کیتوزان نفوذپذیری کمی به اکسیژن دارند و مانع بسیار خوبی برای بخار آب و گازها می¬باشند. فیلم¬های کیتوزانی معمولاً از طریق تبخیر حلال، ایجاد اتصال عرضی به وسیله مواد شیمیایی و یا واکنش¬های متقابل فیزیکی با سایر ترکیبات مانند پروتئین¬ها تهیه می¬شوند. اگر چه، فیلم¬های تهیه شده به وسیله روش¬های فیزیکی، خواص مکانیکی و نفوذپذیری ضعیف¬تری در مقایسه با فیلم¬های ساخته شده توسط روش¬های شیمیایی دارند. از طرف دیگر، ایجاد اتصال عرضی به وسیله مواد شیمیایی، موجب ایجاد مواد سمّی و اثرات نامطلوبی در مواد بسته¬بندی می¬گردد. بنابراین، امکان استفاده از روش¬های آنزیمی هم در تهیه فیلم¬ها و هم بهبود ویژگی¬های آن، موضوع تحقیق در بسیاری از مطالعات اخیر بوده است.

6- منابع
1. Kester J.J. and Fennema O.R. (1986).”Edible films and coating: a review”. Food Technol. 40:47–59.
2. Briassoulis, D. (2004). “An overview on the mechanical behavior of biodegradable agricultural films”. J. Polym. Environ. 12: 65–81.
3. Montgomery, R. (2004).”Development of biobased products”. Bioresour. Technol. 91: 1–29.
4. Lacroix, M., Le, T.C.,Ouattara, B.,Yu, H., Letendre, M., Sabato, S.F., Mateescu, M.A., and Patterson, G. (2002). “Use of gamma irradiation to produce films from whey, casein and soy proteins: Structure and functional characteristics”. Radiat. Phys. Chem. 63: 827–832.
5. Ghorpade, V.M., Li, H., Gennadios, A., and Hanna, M.A. (1995). “Chemically modified soy protein films”. T ASAE 38: 1805–1808.
6. Rhim, J.W. and Weller, C.L. (2000). “Properties of formaldehyde adsorbed soy protein isolate films”. Food Sci. Biotechnol. 9: 228–233.
7. Marqui´e, C. (2001).”Chemical reactions in cottonseed protein cross-linking by formaldehyde, glutaraldehyde, and glyoxal for the formation of protein films with enhanced mechanical properties”. J. Agr. Food Chem. 49: 4676–4681.
8. Orliac, O., Rouilly, A., Silvestre, F. and Rigal, L. (2002). “Effect of additives on the mechanical properties, hydrophobicity and water uptake of thermomoulded films produced from sunflower protein isolate”. Polymer 43: 5417–5425.
9. Bourtoom, T. (2009). “Edible protein films: properties enhancement”. Int. Food Res. J. 16: 1–9.
10. Stuchell, Y.M. and Krochta, J.M. (1994).”Enzymatic treatments and thermal effects on edible soy protein films”. J. Food Sci. 59: 1332–1337.
11. Chen, T., and Embree, H.D., Wu, L. -Q., Payne, G.F. (2002). “In vitro proteinpolysaccharide conjugation: Tyrosinase catalyzed conjugation of gelatin and chitosan”. Biopolymers 64: 292–302.
12. Kieliszek M and Misiewicz. A. (2014).”Microbial transglutaminase and its application in the food industry. A review”. Folia Microbiol :59:241–250
13. Aider M.(2010).”Chitosan application for active bio-based films production and potential in the food industry: Review”. LWT-Food Science and Technology. 43(6):837-42.
14. Di Pierro, P., Chico, B., Villalonga, R., Mariniello, L., Damiao, A.E., Masi, P., and Porta, R. (2006). “Chitosan-whey protein edible films produced in the absence or presence of transglutaminase: Analysis of their mechanical and barrier properties”. Biomacromolecules 7: 744–749.
15. Di Pierro, P., Chico, B., Villalonga, R., Mariniello, L., Masi, P., and Porta R. (2007). “Transglutaminase-catalyzed preparation of chitosan–ovalbumin films”. Enzyme Microb. Tech. 40: 437–441.
16. Sztuka, K. and Ko‡odziejska, E.I. (2008). “Effect of transglutaminase and EDC on biodegradation of fish gelatin and gelatin-chitosan films”. Eur. Food Res. Technol. 226:1127–1133.

آدرس نويسنده
شهرک غرب- بلوار فرحزادي- خيابان شهيد حافظي(ارغوان غربي)- پلاک 46- انستيتو تحقيقات تغذيه¬اي و صنايع غذايي کشور- دانشکده علوم تغذيه و صنايع غذايي دانشگاه علوم پزشکي شهيد بهشتي- گروه آموزشي علوم و صنايع غذايي- کد پستي 1981618573.

1-سيده معصومه عرب : دانشجوي دوره دکتري رشته علوم و صنايع غذايي، دانشکده علوم تغذيه و صنايع غذايي، دانشگاه علوم پزشکي شهيد بهشتي([email protected]).
2- مجتبي يوسفي اصلي : دانشجوي دوره دکتري رشته علوم و صنايع غذايي، دانشکده علوم تغذيه و صنايع غذايي، دانشگاه علوم پزشکي شهيد بهشتي([email protected]).
3- نسيم خورشيديان: دانشجوي دوره دکتري رشته علوم و صنايع غذايي، دانشکده علوم تغذيه و صنايع غذايي، دانشگاه علوم پزشکي شهيد بهشتي.
(* نویسنده مسئول: [email protected])
4- مهدی فرهودی: استاديار گروه علوم و صنايع غذايي، انستيتو تحقيقات تغذيه¬اي و صنايع غذايي کشور، دانشکده علوم تغذيه و صنايع غذايي، دانشگاه علوم پزشکي شهيد بهشتي، تهران، ايران ([email protected])