لاکتاز
لاکتوز یا قند شیر یک دی ساکارید است که در شیر پستانداران یافت می‌شود. لاکتوز به خودی خود شیرین نیست، حلالیت کمی دارد و مستقیماً توسط روده جذب نمی‌شود. آنزیم لاکتاز، لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تجزیه می‌کند که 3 تا 4 برابر بیشتر از لاکتوز محلول هستند و به راحتی توسط روده جذب می‌شوند. لاکتازها بین 55 تا 61 درصد از حداکثر فعالیت را در دمای 37 درجه سانتیگراد و فعالیت قابل توجهی بین pH 3.0 و 6.5 نشان می‌دهند. لاکتاز فعالیت بهینه را در pH 7.0 در 40 درجه سانتیگراد نشان می‌دهد. فعالیت لاکتاز توسط کاتیون‌های منگنز، منیزیم و سدیم افزایش و توسط EDTA ، IAA و کاتیون‌های باریم، کلسیم، مس و جیوه کاهش می‌یابد.
کاربردهای لاکتاز
- شیر و فرآورده‌های شیری
از لاکتاز شیر و فرآورده‌های شیر برای تهیه محصولات بدون لاکتوز (به ویژه برای افرادی که به لاکتوز حساسیت دارند) استفاده می‌شود. لاکتاز در فرمولاسیون شیر به عنوان یک پیش هضم کننده به کار می‌رود تا محصولات لبنی برای اشخاص ناسازگار با لاکتوز قابل استفاده باشند. عارضه عدم سازگاری با لاکتوز، هیپولاکتازی نام دارد و به طور طبیعی ممکن است در برخی افراد رخ دهد. هفتاد درصد از کل مردم پس از دوران کودکی از عدم تحمل لاکتوز اولیه رنج می برند. جمعیتی که بیشتر تحت تأثیر این موضوع قرار دارند شامل جنوب اروپا، برخی از مناطق آفریقا، آسیا و بومیان آمریکا می‌باشد.
- تولید پنیر
لاکتاز راه حلی مناسب برای حل مسائل مربوط به ضایعات آب پنیر در کارخانجات صنعتی است. دفع آب پنیر از کارخانجات لبنی به جریان آب رودخانه‌ها باعث آلودگی شدید آب می‌شود و بنابراین به یک مسئله جدی زیست محیطی تبدیل شده است. لاکتاز آب پنیر را به محصولات مفیدی مانند اتانول و شربت شیرین تبدیل می‌کند. این محصولات در صنایع شیرینی پزی، نانوایی و سایر صنایع کاربرد دارند. همچنین، لاکتاز در اکثر استرپتوکوک‌های لاکتیکی در فرآیند پنیرسازی به کار می‌رود.
- تولید بستنی
لاکتاز در حال حاضر برای تولید بستنی‌هایی استفاده می‌شود که شیرین‌تر، خامه‌ای‌تر و دارای طعم بسیار بهتری هستند. آنزیم لاکتاز در واقع برای هیدرولیز لاکتوز و کریستالیزاسیون مربوط به لاکتوز در دسرهای منجمد و غلیظ استفاده می‌شود. لاکتاز مورد استفاده در محصولات لبنی، عموماً با استفاده از قارچ آسپرژیلوس و کلویورومایسس مخمر تهیه می‌شود.
منابع استحصال لاکتاز
لاکتاز که بتا گالاکتوزیداز نیز نامیده می‌شود، در روده پستانداران جوان و همچنین در میکروارگانیسم‌های خاص (باکتریها، قارچ‌ها و مخمرها) یافت می‌شود. منابع گیاهی استحصال لاکتاز عمدتاً بادام، هلو، سیب و زردآلو هستند. در مقیاس تجاری و صنعتی لاکتاز خالص از گونه‌ها و قارچ‌های اشریشیا کلی، آسپرژیلوس ساکارومایسس یا کلویورومایسس تولید می‌شود:
- منشا میکروبی
معمولا منابع میکروبی بهره‌وری بالاتری نسبت به منابع حیوانی و گیاهی از خود نشان می‌دهند و در نتیجه استفاده از آنها باعث کاهش هزینه‌ها می‌شود. انتخاب منابع اساساً به شرایط واکنش مورد نیاز بستگی دارد. به عنوان مثال، لاکتازهای باکتریایی با pH مطلوب بین 2.5 تا 5.4 کار می‌کنند و عمدتا برای هیدرولیز آب پنیر اسیدی استفاده می‌شوند. در مقابل، لاکتاز به دست آمده از مخمر حداکثر فعالیت را در pH 6.0-7.0 نشان می‌دهد که برای هیدرولیز شیر و آب پنیر شیرین مناسب‌تر است.
- منابع باکتریایی
لاکتاز استخراج شده از منابع باکتریایی به دلیل چندین مزیت از جمله فعالیت زیاد، سهولت تخمیر و پایداری آنزیم برای هیدرولیز لاکتوز کاربرد گسترده دارند. لاکتاز به دست آمده از سویه‌های باکتری مانند:
- بیفیدوباکتریوم اینفانتیس سویه CCRC 14633
- بیفیدوباکتریوم لانگوم سویه CCRC 15708
- بیفیدوباکتریوم لانگوم CCRC15708
بیشترین فعالیت آنزیمی را نشان می‌دهند. این لاکتازهای به دست آمده از بیفیدوباکتریوم (یک ارگانیسم پروبیوتیک) در سیستم‌های غذایی استفاده می‌شوند.
- منابع مخمر
مخمر Kluyveromyceslactis یکی از منابع مهم فراوری لاکتاز تجاری است که در همه محیط‌های لبنی یافت می‌شود. استحصال لاکتاز از مخمر به دلیل استفاده از آن در تولید محصولات لبنی بدون لاکتوز مورد توجه است. pH بهینه لاکتاز تهیه شده از مخمر بین 6.0 و 7.0 است. از بین ساکارومایسس لاکتازها، لاکتاز مشتق شده از مخمر لبنی S. lactis در حال حاضر پرمصرف‌ترین لاکتاز تجاری است. شرایط بهینه فرآیند برای این لاکتاز (40-35 درجه سانتی گراد، pH 6.6-6.8) یعنی نزدیک به دمای طبیعی و pH شیر است. S. lactis لاکتاز، همچنین در دماهای پایین‌تر، تا حدود 4 درجه سانتیگراد، فعالیت قابل توجهی را نشان می‌دهد. این ویژگی برای صنعت بسیار کارآمد است زیرا رشد باکتریها در این دما بسیار کند است.
- منابع قارچی
قارچ‌ها آنزیم های بسیار پایداری تولید می‌کنند. شایع ترین منابع قارچی لاکتازها Kluyveromyces lactis، Kluyveromyces fragilis Sacchoramyces fragilis و برخی گونه‌های Aspergillus هستند. یکی از لاکتازهای تجاری معروف، لاکتازی قارچی است که از آسپرژیلوس نیجر مشتق می‌شود. شرایط بهینه فرآیند آن حدود 50 درجه سانتیگراد و pH 3.5-4.5 است. بنابراین استفاده از این لاکتاز به لاکتوز اسیدی شده یا آب پنیر محدود می‌شود و به دلایل اقتصادی فقط به صورت ساکن استفاده می‌شود. لاکتازهای قارچی دارای محدوده pH اسیدی مطلوب 2.5 تا 5.4 هستند، بنابراین آنها برای هیدرولیز لاکتوز موجود در مواد اسیدی مانند آب پنیر مؤثرتر عمل می‌کنند.
ارزش بازار جهانی و تامین کنندگان عمده لاکتاز
اندازه بازار جهانی لاکتاز در سال 2023 بالغ بر 258 میلیون دلار است و تا سال 2032 به 443 میلیون دلار می‌رسد. در ذیل، نام تعدای از مشهورترین و بزرگ‌ترین تامین کننده لاکتاز در جهان آمده است:
- Maxilact
- Infinita Biotech
- Kerry Group plc
- Advanced Enzyme Technologies
- Novact Corporation
- Antozyme biotech Pvt. Ltd
- Amano Enzyme
- International Flavors & Fragrances Inc.
- Merck
- Novozymes A/S
- Koninklijke DSM N.V.
- CHR Hansen Holdings A/S
- Mayasan A.S
