آنزیم همی سلولاز
همی سلولاز متعلق به خانواده آنزیمی هیدرولازهای گلیکوزید است. آنزیمهای همی سلولاز، پروتئینها یا پلی پپتیدهای کاتالیزوری هستند که از آمینو اسیدهای جفت شده تشکیل شدهاند. آنزیم همی سلولاز پیوندهای همی سلولزها را هیدورلیز میکند. همیسلولازها کاربردهای مهمی در مواد غذایی، خمیر دندان، لوازم آرایشی و بهداشتی، تولید مواد منفجره و کاغذسازی دارند. زایلولیگوساکاریدها همچنین به عنوان یکی از محصولات تجزیه همیسلولز، به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد و عملکردهای فیزیولوژیکی که دارند، به طور گستردهای در زمینههای غذایی کاربردی و دارویی استفاده میشوند.
ساختار همی سلولاز
همی سلولازها در واقع پلی ساکاریدهایی در دیواره سلولی گیاهی هستند و شامل زایلوگلوکانها، زایلانها، مانانها و گلوکومانانها میشوند. بستر همی سلولز یک ساختار کربوهیدرات پیچیده است که از پلیمرهای مختلف قابل هیدرولیز تشکیل شده است که عبارتند از:
- پنتوزها (مانند زایلوز و آرابینوز)
- هگزوزها (مانند مانوز، گلوکز و گالاکتوز)
- اسیدهای قند
یکی دیگر از ماژول های کاتالیزوری اصلی همی سلولازها، کربوهیدرات استراز است که پیوندهای استری گروه های جانبی استات یا فرولیک اسید را هیدرولیز می کند.
تولید و منابع استخراج آنزیم همی سلولاز
سلولازها گروه پیچیده ای از آنزیم ها هستند که توسط طیف وسیعی از میکروارگانیسمها از جمله قارچها، باکتریها و اکتینومیستها ترشح میشوند. همی سلولازها همچنین توسط طیف وسیعی از میکروبها در طبیعت تولید میشوند. عموماً همی سلولازها توسط میکروب های ساپروفیت تولید میشوند که روی مواد در حال پوسیدگی رشد میکنند. همیسلولازهای قارچها و باکتریهای گرمادوست از اهمیت تجاری برخوردار هستند، زیرا معمولاً میتوانند در شرایط نامطلوب مانند دماهای شدید و pH به شدت بالا یا پایین مقاومت کنند. از میان تمام منابع موجود، ترجیح صنایع مختلف، استفاده از آنزیمهای تولید شده توسط میکروارگانیسمها است. شکمبه گاو و دستگاه گوارش حیوانات نیز منابع بالقوهای برای تولیدکنندگان همیسلولاز هستند. میکروارگانیسمهای Bacillus و Paenibacillus به طور سنتی برای تولید بسیاری از آنزیمها از جمله همی سلولاز استفاده میشوند. Bacillus subtilis قادر است زایلاناز و بتا زیلوزیداز را به طور همزمان تولید کند. گرچه تعداد زیادی از میکروارگانیسمهای مولد همیسلولاز شناسایی شدهاند، تنها تعداد کمی از آنها قادر به تولید همی سلولازها در مقادیر مطلوب تجاری هستند. همی سلولازها شامل گروهی از آنزیمها هستند که در تجزیه و هیدرولیز گالاکتانها، زایلانها، مانانها و آرابانها نقش دارند.
مصارف صنعتی آنزیم همی سلولاز
همی سلولازها در صنعت معمولا به شکل پودر فرآوری میشوند و در دو گرید نامحلول و محلول در آب موجود هستند. در ظروف در بسته در محیط خشک و خنک تا 12 ماه کیفیت خود را حفظ میکنند. در صنعت مقادیر 15 تا 100 گرم از همی سلولاز در یک تن استفاده میشود.
- صنعت پخت و نان
کوکتل آنزیمی همی سلولازها با سایر آنزیمهای هیدرولیتیک مانند آمیلازها، پروتئازها و زایلاناز منجر به افزایش حجم نان، بهبود کیفیت نان و تولید خردههای نرمتر میشود. کوکتل آنزیمی حاوی سلولازها، همی سلولازها، آمیلازها، لیپازها و فسفولیپازها منجر به حالت دادن به خمیر با بهبود طعم، ماندگاری طولانی مدت و افزایش حجم پس از پخت میشود. عمل هیدرولیز همیسلولاز به تغییرات ساختاری گلوتن کمک میکند و در نتیجه کیفیت نان را بهبود میبخشد. به طور کلی همیسلولاز کارکردهای زیر را در محصولات پخت و نان ارائه میدهد:
- افزایش حجم مخصوص نان
- کاهش سفتی آرد سوخاری
- بهبود مقبولیت کلی نان
- خوراک دام
در خوراک دام، همی سلولازها برای افزایش قابلیت هضم مواد غذایی مبتنی بر غلات و افزایش ارزش غذایی استفاده میشوند. خوراک نشخوارکنندگان حاوی سلولز، همی سلولز، پکتین و لیگنین است. معمولاً از سلولاز باکتریهایی مانند باسیلوس سوبتیلیس در این صنعت استفاده میشود. مجموعه آنزیمی حاوی سلولازها و همیسلولازها برای فعالیتهای متعددی مانند تولید شیر، افزایش وزن دام و تغذیه دام کاربرد دارند.
- فرآوری روغن زیتون
در طول استخراج روغن زیتون، اختلاط یک مرحله ضروری است. فرایند اختلاط به قطرات ریز روغن اجازه میدهد تا به قطرات بزرگتر بچسبند و بازده روغن حاصل از توده زیتون را افزایش دهند. استفاده از همی سلولازها به تنهایی یا در ترکیب با سایر آنزیمهای هیدرولیتیک مانند پکتینازها در این مرحله اثر افزایشی بر استخراج و همچنین کیفیت روغن زیتون دارد. تیمار آنزیمی روغن زیتون در مرحله استخراج باعث افزایش قابل توجه محتوای فنلی و فعالیت آنتی اکسیدانی روغن زیتون شده و در نتیجه کیفیت آن را بهبود میبخشد.
- صنعت کاغذ و منسوجات کاغذی
آنزیم همی سلولاز کاربردهای گستردهای در صنایع تولید کاغذ و خمیر کاغذ دارد. مانند خمیرسازی بیومکانیکی، جوهر زدایی، تولید حولههای کاغذی زیست تخریب پذیر و نوار بهداشتی. فرآیندهای با واسطه همی سلولاز اقتصادیتر بوده و انرژی کمتری استفاده میکنند چرا که نیاز به کلر را در فرایند کاهش میدهند. همی سلولازها همچنین میتوانند به عنوان مواد افزودنی در سفید کردن (بلیچینگ) خمیر و خمیرسازی بیومکانیکی استفاده شوند. ترکیبی از سلولاز و همی سلولاز برای جوهرزدایی کاغذهای باطله به منظور بهبود کیفیت بازیافت استفاده میشود. همی سلولازها به تنهایی یا همراه با زایلانازها برای جوهر زدایی انواع مختلف ضایعات کاغذ مفید هستند. اکثر کاربردهای ارائه شده از سلولازها و همی سلولازها برای آزادسازی جوهر از سطح فیبر توسط هیدرولیز جزئی ذرات نشاسته استفاده میکنند.
- تبدیل زیست توده لیگنوسلولزی به اتانول
تبدیل زیست توده لیگنوسلولزی به اتانول با کمک اسیدها و آنزیمهای همی سلولاز قلیایی انجام میشود. هیدرولیز با واسطه همی سلولازها معمولاً به دلیل مصرف انرژی کم، سازگاری با محیط زیست و همچنین به دلیل مطلوبیت ماهیت آنزیمی آن نسبت به روشهای اسیدی و قلیایی، اساساً ترجیح داده میشود. بر اساس یک ارزیابی، استفاده از همی سلولازها برای پردازش زیستی و پیش تصفیه، 39.9 درصد کاهش هزینه در پی دارد.
- صنایع تولید آبمیوه و نوشیدنی
قهوه: همی سلولاز به طور گسترده در فرآوری قهوه (عمدتاً در طی فرآیند خشک کردن) استفاده میشود.
آبمیوه: همی سلولاز به صورت ترکیبی همراه با آنزیمهای دیگر برای تولید آبمیوه استفاده میشود. هنگامی که آنزیمهای همیسلولاز با سایر آنزیمهای خیسانده ترکیب میشوند منجر به بهبود روشهای استخراج، شفافسازی و تثبیت آبمیوهها میشوند. آنها همچنین ویسکوزیته شهد و پوره به دست آمده از میوه هایی مانند زردآلو، انبه، آلو، پاپایا، گلابی و هلو را کاهش می دهند.
خرید آنزیم همی سلولاز
برای خرید آنزیم همی سلولاز با توجه به نوع صنعت، نکات زیر را باید مد نظر داشت:
- بازه دمای فعالیت: 70-30 ℃
- دمای ایدهآل فعالیت: 55-40 ℃
- بازه pH فعالیت: 6.5-0
- pH ایدهآل فعالیت: 5-5.0
- وزن مولکولی: 800-200 g/mol
