مزایای تولید و مصرف قند مایع اینورت

مزایای تولید و مصرف قند مایع اینورت

مهندس سعید عرشیان

مقدمه

یکی از تغییرات ایجاد شده در عرصه صنایع غذایی که تسلط ساکاروز را بعنوان کربوهیدرات اصلی به چالش کشیده، ظهور محدوده وسیعی از کربوهیدرات های شیرین کننده جدید و بسیار مطلوب می باشد، که در صحنه صنایع غذایی پدیدار گشته و پیشرفت روز افزون این صنایع باعث بکارگیری بیش از پیش آنها شده است. این شیرین کننده ها دارای کاربرد وسیعی در صنایع غذایی و دارویی می باشند که از میان آنها قند مایع اینورت که ترکیبی از مقدار مساوی از فروکتوز و گلوکز است، از اهمیت خاصی برخوردار است. علت مرغوب بودن قند اینورت در صنایع غذایی و همچنین صنایع دارویی بالا بودن فشار اسمزی، حلالیت بالا و رطوبت ذاتی و خواص بسیار مطلوب و امکان بکارگیری آن در محدوده وسیعی از محصولات می باشد.

قند اینورت از فروکتوز و گلکوز به نسبت مساوی تشکیل شده که از نظر خواص تقریبا برابرند و در این میان فروکتوز بعلت شیرین تر بودن نسبت به گلوکز، از تقاضای بیشتری برخوردار می باشد. با توجه به گسترش، تنوع و مصرف روز افزون محصولات غذایی تقاضای قند مایع اینورت در صنایعی مانند پخت نان، قنادی، تولید شیرینی و شکلات، لبنیات، تولید انواع کمپوت میوه، نوشابه سازی و صنایع دارویی روز به روز در حال افزایش می باشد. امروزه روش های تولید آنزیمی یکی از مهمترین فرآیندهای اصلی تولید شیرین کننده هایی همچون شربت های مشتق از قند ساکاروز و یا مخلوط قندهای مختلف مانند گلکوز، مالتوز، فروکتوز و قندهای دیگر می باشند که به نسبت های مختلف تولید و مورد استفاده قرار می گیرند.

قند اینورت

با استفاده از فرآیند هیدرولیز محلول قند ساکاروز، ترکیبی نسبتا برابر و با خواص مشابه از گلوکز و فروکتوز بدست می آید که قند اینورت نامیده می شود. خصوصیاتی همچون: قدرت شیرین کنندگی بالا، طعم خوش، غیر قابل کریستالیزه شدن و خاصیت جذب رطوبت (نگهدارنده رطوبت) باعث شده که استفاده از این ماده در تولید محصولات صنایع غذایی، علاوه بر خاصیت شیرین کنندگی باعث افزایش طول عمر مفید محصولات می شود. قند اینورت نسبت به قند ساکاروز از درجه شیرین کنندگی بالایی برخوردار است و خاصیت شیرین کنندگی آن در حدود 50% نسبت به ساکاروز بیشتر می باشد. اصطلاح قند اینورت به این دلیل به این نوع قندها اطلاق می شود که در هنگام استفاده از دستگاه پلاریمتر که بمنظور آنالیز محلول های قندی مورد استفاده قرار می گیرد، مخلوط گلکوز و فروکتوز در مقایسه با قند ساکاروز چرخش معکوسی از خود نشان می دهند.

تولید قند اینورت

در روش های متداول بمنظور تولید قند اینورت، از شیرین کننده ارزان و قابل دسترس ساکاروز با بکارگیری فرآیند هیدرولیز اسیدی، استفاده می شود. در فرآیند تولید قند اینورت به روش اسیدی، محلول ساکاروز در معرض گرما و اسید قرار گرفته و قند اینورت تشکیل می شود. شربت قند اینورت حاصل یا بطور کامل اینورت شده و یا با جدا شدن بخش قند اصلی تغییر نیافته، بصورت جزئی اینورت می شود که آنها را شربت با قند اینورت متوسط و یا جزئی نامگذاری می نمایند. استفاده از فرآیند هیدرولیز اسیدی با یک بازده تبدیل پایین و مصرف انرژی بالا همراه است، در نتیجه محصول حاصل نیز دارای قیمت بالایی است. همچنین محصولات حاصل از فرآیند هیدرولیز اسیدی دارای ناخالصی هایی می باشد که علت آن پارمترهای غیرقابل کنترلی است که در طول فرآیند اینورتاسیون بوجود می آیند.

از گذشته های دور صنایع غذایی به انواع مختلف آنزیم که بوسیله مخمرها تولید می شوند وابستگی فراوانی داشته اند. فرآیند اینورتاسیون جهت تولید قند اینورت را می توان با واکنش آنزیمی و با استفاده از آنزیم اینورتاز بر روی قند ساکاروز انجام داد. در این حالت بازده تبدیل تقریبی 100% حاصل می شود. در واکنش آنزیمی تولید قند اینورت از بوجود آمدن مضراتی که در فرآیند هیدرولیز اسیدی حاصل می شود خبری نیست. در این نوع فرآیند سلول های مخمر بعنوان یک منبع اینورتاز (عامل اینورت کننده) مورد استفاده قرار می گیرند. کلیه فرآیندهای آنزیمی با استفاده از هر یک از سلول های مخمر آزاد یا سلول های تثبیت شده و یا آنزیم های اینورتاز انجام می پذیرند. بازده حاصل از فرآیند انجام شده با استفاده از سلول های تثبیت شده معمولا پایین می باشد که علت آن طرز قرار گرفتن و آرایش اتم ها است که باعث ایجاد تاخیر در واکنش می شوند. بمنظور غلبه بر این مشکل از سلول های مخمر آزاد استفاده می شود.

کلید اصلی پیشرفت و توسعه فرآیند آنزیمی استفاده از یک آنزیم خاص در طول فرآیند تولید مداوم قند اینورت غلیظ می باشد که در آن سلول های مخمر تثبیت شده بصورت مخلوط نامحلول غیر آلی مورد استفاده قرار می گیرند. در حال حاضر بعلت میسر بودن تولید آنزیم اینورتاز می توان از آن بعنوان یک آنزیم آزاد استفاده نمود. در این نوع فرآیند، سلول های مخمر بوسیله آنزیم شکسته شده و ترکیبات نامحلول دیواره سلولی بوسیله عملیات فیلتراسیون جداسازی می شوند. جهت خالص سازی محلول اینورتاز حاصل از عملیات اولترافیلتراسیون استفاده می شود تا ترکیباتی با مولکول های کوچکتر جداسازی شوند. معادله واکنش بصورت زیر می باشد:

(فروکتوز)📷C12
H22
O11
(ساکاروز) + H2
O (آب) C6
H12
O6
(گلوکز) + C6
H12
O6

مزایای تولید قند اینورت به روش آنزیمی نسبت به روش اسیدی

v بعلت انجام فرآیند در دمای پایین، هزینه های مربوط به مصرف انرژی کاهش می یابد.

v محصولات حاصل از فرآیند آنزیمی دارای طعم و کیفیت بهتری می باشند.

v تولید قند اینورت به روش آنزیمی با بازده تقریبی 100% همراه است.

v در طول انجام فرآیند هیچگونه ناخالصی تولید نمی شود.

v سرمایه گذاری مورد نیاز کمتر می باشد.

v کنترل و بررسی فرآیند آسان تر است.

آنزیم اینورتاز

واکنش هیدرولیز محلول ساکاروز می تواند بطور نسبی و براحتی در یک محیط اسیدی و بدون کمک آنزیم اینورتاز صورت پذیرد، اما باید توجه داشت که بازده چنین واکنشی بسیار پایین است. راه حل توسعه و پیشرفت فرآیند جهت تولید مداوم و پیوسته محصول قند اینورت غلیظ، استفاده از یک آنزیم خاص و مناسب و بکارگیری سلول های تثبیت شده در یک مخلوط غیرآلی نامحلول می باشد.

نام علمی و رسمی آنزیم اینورتاز بتا- فروکتوفرانوسیداز یاbeta-fructofuranosidase (EC3.2.1.26) است. طی واکنش آنزیمی، اینورتاز باعث تبدیل مولکول ساکاروز به دو مولکول آلفا دی گلوکز و بتا دی فروکتوز می شود (شکل 1). واکنش کاتالیزوری صورت گرفته بوسیله این آنزیم، باعث هیدرولیز نهایی بتا-فروکتوفرانوسید احیاء ناپذیر باقیمانده از بتافروکتوفرانوسیدازها می شود.

الفا-دی گلوکسیداز (alpha-D-glucosidase) جدا شده از بخش انتهایی یک واحد گلوکز می تواند بعنوان کاتالیزور واکنش فعالیت کند. جهت انجام واکنش اینورت شدن، سلول های مذکور به محلول ساکاروز 70% (w/w) اضافه می شوند و بمنظور جلوگیری از رشد میکروبی به آن مقدار کمی زایلین اضافه می گردد.

فرآیند اینورتاسیون در مدت زمان 48 تا 72 ساعت و در شرایط دمایی °C50 و 5/4 = pH کامل می شود. در مرحله بعدی و در طول عملیات پالایش و تبخیر، آنزیم و زایلین از فرآیندجداسازی می شوند. بوسیله مخلوط کردن شربت اینورت شده کامل و شربت ساکاروز، شربتی با اینورت جزئی تولید می شود.

📷

شکل 1 : واکنش آنزیمی و تبدیل مولکول ساکاروز به دو مولکول آلفا دی گلوکز و بتا دی فروکتوز بوسیله اینورتاز

روش متداول جهت تولید اینورتاز استفاده از سلول های مخمر با خاصیت هضم خودبخود می باشد. محدوده وسیعی از میکرواورگانیزم ها قادر به تولید آنزیم اینورتاز می باشند و می توانند از ساکاروز بعنوان یک ماده مغذی استفاده کنند. بطورعمده و بصورت تجاری، اینورتاز طی یک واکنش بیوسنتزی بوسیله مخمری از رده (Saccharomycescerevisiae) و یا (Saccharomyces carlsbergensis) بدست می آید. اینورتاز تولید شده حتی با استفاده از یک محیط کشت مخمر یکسان، بصورت بیش از یک شکل تولید می شود. برای مثال اینورتاز درون سلولی دارای وزن مولکولی 135000 دالتون و از سوی دیگر نوع برون سلولی آن دارای وزن مولکولی 27000 دالتون می باشد.

برخلاف اغلب آنزیم ها، اینورتاز فعالیت نسبی بالایی در یک محدوده از pH (5/5 – 5/3) از خود بروز می دهد که مقدار بهینه آن در حدود 5/4 = pHو فعالیت آنزیم در شرایط دمایی حدود ° C55 به حداکثر خود می رسد.

آنزیم اینورتاز بطور عمده در صنایع غذایی بویژه صنایع شیرینی پزی و قنادی در جایی که استفاده از فروکتوز نسبت به ساکاروز ترجیح داده می شود، مورد استفاده قرار می گیرد و علت این امر شیرین تر بودن و نیز براحتی کریستالیزه نشدن فروکتوز می باشد. اخیرا استفاده از اینورتاز نسبتا محدود گردیده، که علت آن استفاده از آنزیم های دیگر همچون گلوکزایزومراز می باشد که با استفاده از آن می توان گلوکز را به فروکتوز با هزینه بسیار پایینی تبدیل نمود. جهت رسیدن به طعم و خواص سلامتی بالای محصول می بایست اینورتاز را تا درصد بالایی خالص سازی کرد.

فرآیندتولید قند مایع اینورت

جهت انجام فرآیند و تولید مداوم محصول قند اینورت از محلول ساکاروز، از یک راکتور با پوشش ژاکتی مجهز به دوش های آب و سیستم گردش آب استفاده می گردد تا میزان گرمای واکنش براحتی کنترل شود، زیرا کنترل دمای واکنش در کیفیت محصول نقش اساسی را ایفا می کند. درون راکتور نیز به لایه ای از بستر بیوکاتالیست مجهز شده است. در این راکتور محلول ساکاروز در مجاورت اینورتاز قرار می گیرد و تحت شرایط دمایی و PH کنترل شده واکنش صورت می پذیرد و قند اینورت مایع تولید شده بوسیله پمپ از سیستم خارج می شود. (شکل 2)

📷

شکل 2: واکنش تولید قند اینورت مایع

برخی از خواص کاربردی مهم قند اینورت مایع

استفاده از قند اینورت بعنوان شیرین کننده در محصولاتی مانند: بیسکویت، شیرینی و شکلات، نان، محصولات لبنی، فرآورده های گوشتی، مربا، ژل، آدامس،کومپوت میوه، بستنی و غیره روز به روز در حال افزایش می باشد و علت آن خواص مطلوب این نوع قند و تنوع روز افزون محصولات تولیدی است که در این خصوص می توان به موارد زیر اشاره نمود:

· صنایع دارویی

قند اینورت شیرین کننده است با خواصی سازگار با بدن انسان که بعلت وجود فروکتوز، از آن در رژیم بیماران دیابتی استفاده می شود. از قند اینورت در مواردی همچون: تولید شربت های دارویی بویژه شربت ضد سرفه، آب نبات ها و قرص های ویتامینه، داروهای تزریق وریدی و نیز بعنوان عامل دانه بندی در پوشش قرص ها استفاده می شود.

· کاغذ سازی و دخانیات

با توجه به خاصیت جذب رطوبت، از قند اینورت می توان در صنایع کاغذسازی و همچنین بعنوان عامل نگهدارنده رطوبت در صنایع دخانیات جهت بهبود بخشیدن به کیفیت و طعم تنباکو و توتون، استفاده می شود.

· تولید شیرینی مغزدار

در صنایع تولید شیرینی مغز دار از ترکیب ساکاروز بصورت کریستال و مقدار کمی (در حدود ppm 3/0 ) اینورتاز استفاده می شود. در این حالت فرآیند اینورتاسیون ساکاروز خیلی کند انجام می پذیرد و مغز محصول هنگامی که با موادی همچون شکلات پوشش داده می شود سفت بوده و پس از مدتی در حدود چند روز و یا چند هفته ساکاروز هیدرولیز شده و به قند اینورت تبدیل می شود و بتدریج مغز محصول مورد نظر بصورت نرم و یا مایع تبدیل می شود.

· قند اینورت بعنوان جانشین عسل

با توجه به خواص و ترکیب نزدیک قند اینورت به عسل، از آن بعنوان عسل مصنوعی نیز یاد می گردد. در تولید عسل، بمنظور تغذیه زنبورهای عسل و نیز بعنوان ترکیب با عسل از قند اینورت استفاده می شود. همچنین با توجه به خواص شیمیایی و خاصیت محدود کننده فعالیت باکتری ها، قند اینورت جانشین مناسبی برای عسل میباشد.

· نوشابه سازی

از قند اینورت در تولید انواع نوشابه های غیر الکلی و شربت های میوه، آبجو سازی و نوشابه های انرژی زا (گلوکز و فروکتوز بعنوان مواد انرژی زا) استفاده می شود.

· صنایع لبنی

در صنایع لبنی از قند اینورت برای خوش طعم کردن و شیرین کردن محصولاتی همچون شیر، ماست، پنیر و غیره استفاده می شود.

· صنایع تولید بیسکویت و کیک

از قند اینورت می توان بعنوان عامل کارامله کردن و خوش طعم و بهبود کننده بافت محصولات در صنایع تولید بسکویت و کیک استفاده نمود.

· صنایع تولید کمپوت و آبمیوه

با توجه به شیرین تر بودن قند اینورت مایع نسبت به قند معمولی، در تولید انواع کمپوت میوه و آبمیوه علاوه بر طعم بهتر محصول، مقدار هیدروکربنات کمتری نسبت به تولید با قند معمولی مورد استفاده قرار می گیرد و در نتیجه علاوه بر پایداری بیشتر، خواص سلامتی محصولات بالاتر می باشد.

نتیجه:

خواص و مزایای معرفی شده مربوط به قند اینورت در این مقاله، اهمیت بکارگیری و استفاده بیش از پیش قند اینورت را در کشور نشان می دهد و در این خصوص بکارگیری روش های پر بازده و کم هزینه مانند تولید قند اینورت مایع به روش آنزیمی از نظر اقتصادی مقرون بصرفه می باشد. با توجه به گستردگی و تنوع فرآورده ها و محصولات غذایی وابسته به شیرین کننده ها، و وجود امکانات کافی در این زمینه، لزوم گسترش و سرمایه گذاری و ایجاد زمینه های لازم و نیز آموزش و اطلاع رسانی در رابطه با استفاده از قند اینورت در کشور، علاوه بر ایجاد زمینه های اشتغال، افزایش و تنوع در محصولا ت داخلی را فراهم می سازد.

مراجع:

· Production of invert syrup from sugarcane juice/ October 14, 2008

· Enzymatic Production of Invert Sugar/ensymm company

· Reference for Inverted sugar syrup - Search_com.

· Novasep Solutions for Liquid Sugar Industry

· Food Chemistry 99 (2006) 299–304

· Producer of liquid invert sugars

· www.nordicsugar.com

· Wikipedia.org