انجماد آناناسحاوی آنزیم هایی است که ترکیبی قوی از آنزیم های پروتئولیتیک هستند که در مجموع به عنوان بروملین شناخته می شوند. این مجموعه آنزیمی مسئول احساس سوزن سوزن شدن عجیب در دهان و توانایی قابل توجه آن در نرم کردن گوشت است. یک سوال رایج آشپزی به خصوص در میان آشپزهای خانگی و علاقه مندان به غذا مطرح می شود: آیا آناناس یخ زده این آنزیم ها را از بین می برد؟ پاسخ کوتاه این است که نه، انجماد آنزیم ها را از بین نمی برد. فقط با قرار دادن آنها در حالت تعلیق انیمیشن آنها را به طور موقت غیرفعال می کند. با این حال، داستان کامل دلایل را آشکار می کند.
رابطه بین انجماد-خشک کردن و آنزیم چیست؟
قبل از اینکه بتوانیم تأثیر انجماد را درک کنیم، ابتدا باید خود بازیگر را درک کنیم. آنزیم اولیه مورد توجه در خشک شده انجمادی آناناس بروملین است. این یک آنزیم واحد نیست بلکه مخلوط پیچیده ای از آنزیم های پروتئولیتیک (هضم کننده پروتئین) و چندین جزء دیگر مانند فسفاتازها، گلوکوزیدازها، پراکسیدازها و سلولازها است. بروملین که عمدتاً در ساقه و همچنین به وفور در میوه یافت میشود، یک سیستئین پروتئاز است، به این معنی که مکانیسم کاتالیزوری آن متکی بر یک باقی مانده اسید آمینه سیستئین در محل فعال آن است.
ماهیت پروتئولیتیک بروملین مسئول شایع ترین پدیده مشاهده شده مرتبط با آناناس تازه است: توانایی آن در "دوباره خوردن شما". وقتی آناناس تازه میخورید، بروملین شروع به تجزیه پروتئینهای روی زبان، گونهها و لبهای شما میکند که منجر به آن گزگز یا درد خفیف میشود. همین ویژگی در زمینه های آشپزی به عنوان یک نرم کننده طبیعی گوشت استفاده می شود. خمیر آناناس تازه که روی یک برش سفت گوشت زده شود، کلاژن و فیبرهای عضلانی را می شکند و گوشت را نرم تر می کند. با این حال، اگر آناناس برای مدت طولانی بماند، می تواند سطح گوشت را به خمیری نرم تبدیل کند.
این فعالیت آنزیمی قدرتمند همچنین به همین دلیل است که نمی توانید یک دسر ژلاتینی را با آناناس تازه تنظیم کنید. ژلاتین متکی به پروتئینهایی است که شبکهای سهبعدی- تشکیل میدهند که آب را به دام میاندازد. بروملین به طور موثر این زنجیره های پروتئینی را به قطعات کوچکتر خرد می کند و از تشکیل یک ژل پایدار و در نتیجه ایجاد یک دسر دائمی جلوگیری می کند. این مشکل کاربردی آشپزخانه به خوبی نیاز به کنترل فعالیت بروملین را نشان میدهد، جایی که تکنیکهایی مانند گرم کردن و موضوع اصلی ما، انجماد وارد عمل میشوند.
آیا انجماد آناناس آنزیم ها را از بین می برد؟
این سوال که آیا آناناس منجمد شده آنزیم های آن را از بین می برد یا خیر، به یک اصل اساسی بیوشیمی مربوط می شود. پاسخ دقیق این است که انجماد آنزیم هایی مانند بروملین را از بین نمی برد. در عوض، آنها را با تغییر شدید محیط بدون تخریب ساختار پیچیدهشان، در حالت انیمیشن معلق قرار میدهد. درک این فرآیند مستلزم بررسی دنیای مولکولی و تفاوت اساسی بین غیرفعال سازی و دناتوراسیون است.
کندی مولکولی:
در اصل، انجماد{0}}آناناس یک فرآیند حذف انرژی است. همانطور که یک تکه آناناس به سمت نقطه انجماد آب (0 درجه یا 32 درجه فارنهایت) سرد می شود، انرژی حرارتی از بین می رود و انرژی جنبشی ساکنان مولکولی آن به شدت کاهش می یابد.
در یک آناناس تازه در دمای اتاق، آنزیمها و مولکولهای زیرلایه آنها در حالت حرکت ثابت و پر جنب و جوش هستند. این رقص پر هرج و مرج آنها را قادر می سازد تا با جهت گیری صحیح و انرژی کافی برای تسهیل واکنش بیوشیمیایی-در مورد بروملین، شکستن پیوندهای پپتیدی در پروتئین، برخورد کنند. یخ زدن این رقص را تقریباً متوقف می کند. حرکت مولکولی آنقدر کند و محدود می شود که برخورد بین آنزیم ها و بسترها بسیار نادر می شود و انرژی لازم برای کاتالیز را ندارد. ماشین آلات آنزیم کاملاً مونتاژ شده و دست نخورده باقی می ماند، اما از انرژی لازم برای انجام کار خود محروم است. احتمال یک واکنش موفقیت آمیز کاهش می یابد و به طور موثر آنزیم را از طریق خواب غیرفعال می کند.
نقش دگرگون کننده آب و کریستال های یخ
یکی از جنبه های مهم انجماد، تغییر فاز آب از مایع به جامد است. این تبدیل یک رویداد غیرفعال نیست، بلکه یک بازسازی فعال محیط آنزیم با دو پیامد مهم است:
• غلظت املاح:
همانطور که مولکول های آب خالص در یک شبکه کریستالی یخ در حال رشد قفل می شوند، آب یخ نشده باقیمانده به محلولی بسیار غلیظ از قندها، اسیدهای آلی، نمک ها و آنزیم ها تبدیل می شود. این ریزمحیط متمرکز می تواند pH و قدرت یونی را تغییر دهد، که ممکن است کمی ساختارهای آنزیمی را ناپایدار کند. با این حال، این اثر معمولاً آسیب ساختاری غیرقابل برگشتی را که به نام دناتوراسیون شناخته می شود، ایجاد نمی کند.
• جداسازی فیزیکی:
رشد کریستال های یخ به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می کند. این می تواند آنزیم ها را از مولکول های سوبسترای مورد نظرشان جدا کند. حتی اگر یک مولکول آنزیمی منفرد مقداری انرژی ارتعاشی را حفظ کند، از نظر عملکردی ایزوله می شود و قادر به رسیدن به هدف خود برای کاتالیز کردن واکنش نیست. این تفکیک فیزیکی بیشتر تضمین می کند که فرآیندهای آنزیمی متوقف می شوند.
یکپارچگی ساختاری:
مهمترین دلیلی که انجماد آنها{0}}آنزیمها را از بین نمیبرد، حفظ ساختار آنهاست. عملکرد آنزیم کاملاً به شکل پیچیده و سه بعدی آن وابسته است که توسط سلسله مراتبی از پیوندهای شیمیایی حفظ می شود.
دمای بدست آمده در یک فریزر خانگی استاندارد (معمولاً -18 درجه / 0 درجه فارنهایت) برای شکستن پیوندهای کووالانسی اولیه، مانند پیوندهای پپتیدی که ستون فقرات پروتئین را تشکیل می دهند، به اندازه کافی بالا نیست. مهمتر از همه، این دماهای زیر صفر معمولاً فاقد انرژی برای برهم زدن شبکه گسترده پیوندهای ضعیفتر-پیوندهای هیدروژنی، فعل و انفعالات یونی، و نیروهای آبگریز هستند - که پروتئین را به ساختار دقیق و عملکردی آن برمیگرداند. مولکول آنزیم اساساً در شکل اصلی و فعال خود "یخ می زند". در حالت کریستاز مولکولی حفظ می شود و از بین نمی رود.
تفاوت اساسی:
این امر تفاوت اساسی بین اثرات انجماد{0}}خشک کردن آناناس و حرارت دادن بر روی آنزیم ها را برجسته می کند. گرم کردن، مانند کنسرو کردن یا پاستوریزاسیون، انرژی جنبشی را اضافه می کند. این انرژی مولکول آنزیم را چنان شدید به هم می زند که پیوندهای ضعیف را از هم جدا می کند و ساختار سوم آن را حفظ می کند. این فرآیند که دناتوراسیون نامیده می شود، برگشت ناپذیر است. آنزیم باز می شود و عملکرد خود را برای همیشه از دست می دهد، دقیقاً مانند سفیده تخم مرغ که هنگام پختن جامد می شود.
در مقابل، انجماد خشک شده آناناس انرژی را از بین می برد. این سیستم مولکولی را تا حد سکون آرام می کند بدون اینکه نیروی مختل کننده لازم برای تجزیه آن را ایجاد کند. ساختار دست نخورده باقی می ماند و در انتظار بازگشت انرژی حرارتی برای از سرگیری عملکرد است. اثبات این امر پس از ذوب شدن مشهود است: آناناسی که قبلا منجمد شده بود همچنان از گیرش ژلاتین جلوگیری می کند و می تواند باعث ایجاد احساس سوزن سوزن شدن در زبان شود که نشان می دهد بروملین دوباره فعال شده است.
آیا یخ زدن می تواند باعث آسیب شود؟
در حالی که اصل اصلی بر این است که آناناس یخ زده-به جای تخریب، غیرفعال میشود، اما این فرآیند کاملاً خوش خیم نیست. تشکیل کریستال های یخ در حین انجماد آهسته می تواند باعث آسیب فیزیکی شود. کریستال های بزرگ و تیز می توانند دیواره های سلولی و غشای اندامک ها را سوراخ کنند. در زمینه آنزیم ها، این می تواند به دو مشکل بالقوه منجر شود.
نشتی:
آنزیم هایی که به طور معمول در سلول ها تقسیم می شوند می توانند به بیرون نشت کنند که ممکن است به عنوان تغییر در توزیع فعالیت درک شود.
دناتوراسیون جزئی:
در سطح مشترک بلورهای یخ یا در مناطق املاح بسیار غلیظ، برخی از مولکول های آنزیم می توانند شرایط محلی را تجربه کنند که باعث دناتوره شدن جزئی می شود.
با این حال، این یک اثر جزئی و ثانویه است. اکثریت قریب به اتفاق جمعیت آنزیمی از چرخه ذوب یخ-به صورت دست نخورده جان سالم به در می برند. این یک ملاحظه حیاتی برای صنایع بیوتکنولوژی و مواد غذایی است، جایی که حفظ فعالیت آنزیمی یک هدف اولیه است. برای کاربردهای با ارزش{4}، آناناس انجمادی-خشک شده یا استفاده از محافظ برودتی (مانند قندها) برای به حداقل رساندن اندازه کریستال یخ و تثبیت پروتئین های آنزیم استفاده می شود و از حداکثر فعالیت در هنگام ذوب اطمینان حاصل می شود.
نتیجه گیری:
در نتیجه، برهمکنش بین آنزیمهای انجمادی آناناس-خشکشده و آناناس نمایشی شگفتانگیز از بیوشیمی بنیادی است. انجماد-فله خشک شده آناناس آنزیم هایی مانند بروملین را از بین نمی برد. در عوض، با سلب انرژی حرارتی مورد نیاز برای حرکت مولکولی و فعالیت کاتالیزوری، حالت خواب برگشت پذیری را القا می کند. ساختار پیچیده آنزیم تا حد زیادی دست نخورده باقی می ماند و در خواب برودتی حفظ می شود. پس از ذوب شدن، با بازگشت انرژی به سیستم، آنزیم بیدار شده و عملکرد خود را از سر می گیرد. این اصل آناناس یخ زده{6}}در حال خشک کردن را از پردازش حرارتی مانند کنسرو کردن متمایز میکند، که باعث دناتوره شدن غیرقابل برگشت میشود و واقعاً فعالیت آنزیمی را از بین میبرد.
پایداری بروملین از طریق فرآیندهای انجماد عامل مهمی در زنجیره تامین مواد غذایی و مواد غذایی صنعتی است. شرکتهایی که برای کاربردهایی مانند نرمکنندههای طبیعی، مکملهای غذایی، یا فرمولهای ضدالتهابی به آناناس با فعالیت آنزیمی ثابت و قابل پیشبینی نیاز دارند، به تامینکنندگانی متکی هستند که میتوانند این فعالیت بیولوژیکی را حفظ کنند.
اینجاست که شرکتهای تخصصی بیوتکنولوژی نقش مهمی دارند. Guanjie Biotech یک عرضه کننده انجمادی{1}}خشک شده آناناس است که از این اصل بسیار علمی استفاده می کند. خوش آمدید به پرس و جو با ما درinfo@gybiotech.com.
مراجع:
نلسون، دیال، و کاکس، امام (2017). اصول بیوشیمی لنینگر (ویرایش هفتم). WH فریمن.
[2] روآن، AD، باتل، دی جی، و بارت، ای جی (1990). سیستئین پروتئین های گیاه آناناس. مجله بیوشیمی، 266 (3)، 869-875.
[3] Chaurasiya، RS، & Hebbar، HU (2013). استخراج بروملین از هسته آناناس و تصفیه با روشهای RME و بارش. فناوری جداسازی و تصفیه، 111، 90-97.
[4] Hale, LP, Greer, PK, Trinh, CT, & James, CL (2005). فعالیت پروتئین و پایداری آماده سازی بروملین طبیعی. ایمونوفارماکولوژی بین المللی، 5(4)، 783-793.
[5] Ketnawa, S., Chaiwut, P., & Rawdkuen, S. (2012). ضایعات آناناس: منبعی بالقوه برای استخراج بروملین فرآوری محصولات غذایی و زیستی، 90 (3)، 385-391.
[6] Lozano-De-González، PG، Barrett، DM، Wrolstad، RE، & Durst، RW (1993). قهوه ای شدن آنزیمی در حلقه های سیب تازه و خشک شده توسط آب آناناس مهار شده است. مجله علوم غذایی، 58 (2)، 399-404.
[7] روآن، AD، باتل، دی جی، و بارت، ای جی (1990). سیستئین پروتئین های گیاه آناناس. مجله بیوشیمیایی، 266 (3)، 869-875.
[8] Taussig, SJ, & Batkin, S. (1988). بروملین، مجتمع آنزیمی آناناس (Ananas comosus) و کاربرد بالینی آن. یک به روز رسانی مجله اتنوفارماکولوژی، 22 (2)، 191-203.
