در سال های اخیر، به دلیل افزایش جمعیت، رشد هزینه های دامداری، اثرات مخرب زیست محیطی و همچنین نگرانی نسبت به سلامت پروتئین های حیوانی، تولید منابع پروتئینی جدید به یکی از محورهای اصلی پژوهشی تبدیل شده است. در این زمینه، تولید پروتئین با منشا زیست توده قارچی (مایکوپروتئین) مورد توجه قرار گرفته است، مایکوپروتئین ناخالص (زیست توده) به عنوان ماده اولیه در توسعه محصولات غذایی متنوع مانند سوپ ها، نوشیدنی های غنی شده، بیسکویت ها و محصولات پروتئینی کاربرد دارد. با این حال، خالص سازی پروتئین و تغلیظ آن ، امکان استفاده از این محصول را در طیف وسیع تری از فراورده ها را فراهم می کند.

استخراج پروتئین قارچی

کنسانتره های پروتئینی قارچی که دارای محتوای متنوع عموما بالای 50 درصد پروتئین هستند، یکی از محصولات مشتق شده از زیست توده قارچی است. فرآیند استخراج پروتئین از زیست توده به دلیل وجود دیواره سلولی مقاوم حاوی کیتین، گلوکان و پلی ساکاریدهای پیچیده، نیازمند راهکارهای تخصصی برای تسهیل خروج پروتئین و همزمان، کمترین خروج ناخالصی است.

روش های مکانیکی با هدف تخریب سلولی

روش های مکانیکی عموماً به دلیل سهولت در مقیاس بندی و هزینه عملیاتی پایین شناخته می شوند. با این حال، به دلیل تخریب غیرانتخابی، امکان آزاد شدن همزمان ترکیبات از دیواره سلولی وجود دارد که نیاز به مراحل عملیاتی اضافی را ایجاد می کند.

• یکی از پرکاربردترین روش های مکانیکی، آسیاب های ساچمه ای است که در آن، سلول ها توسط نیروهای برشی در حین حرکت دورانی سلول ها و گلوله های شیشه ای، سرامیکی یا فولادی تخریب می شوند.
• در روش هموژنیزاسیون با فشار بالا، سوسپانسیون زیست توده با فشار بالا از یک شکاف باریک عبور داده می شود. تخریب سلول عمدتاً بر اساس نیروهای برشی است و کارایی آن به فشار، دما و تعداد عبورها از روزنه بستگی دارد.
• در روش اولتراسونیک ،حباب های خلا میکروسکوپی که به عنوان مکانیزم اصلی تخریب سلولی در نظر گرفته می شوند، از تبدیل انرژی صوتی به انرژی مکانیکی در قالب امواج شوک الاستیک شدید ایجاد می شوند. با توجه به محدودیت های عملیاتی و اقتصادی روش های اولتراسونیک، مانند دامنه عملکرد و مصرف انرژی، این روش کمتر مورد توجه قرار دارد.
• روش استخراج با ماکروویو به عنوان یک روش سبز با زمان پردازش کوتاه و مصرف انرژی پایین شناخته می شود. در این روش، حلال های قطبی با نمونه های جامد تماس پیدا کرده و حرارت می بینند. افزایش دما و فشار ناشی از گرمایش درون سلولی، باعث آزاد شدن ترکیبات از ساختارها می شود.
• یکی از حوزه های نوظهور، استفاده از روش های الکتریکی است. در این راستا، دو تکنیک میدان الکتریکی پالسی و تخلیه الکتریکی با ولتاژ بالا، روش هایی با مصرف انرژی بهینه و دوستدار محیط زیست هستند. در روش میدان الکتریکی پالسی ، پالس های ولتاژ بالا از میان محیط آبی بین دو الکترود عبور می کنند. میدان الکتریکی ایجادشده باعث افزایش نفوذپذیری غشای سیتوپلاسمی  شده و آزاد شدن ترکیبات داخل سلولی را تسهیل می کند، در حالی که در روش تخلیه الکتریکی، با ایجاد تخلیه قوسی از الکترود سوزنی به زمین، باعث تخریب سلول توسط امواج فشار، میکرو حباب های خلاء و تلاطم شدید مایع می شود. مطالعات نشان داده اند که تکنیک تخلیه الکتریکی به دلیل تخریب گسترده تر دیواره و غشای سلولی، مؤثرتر از میدان الکتریکی پالسی است.

روش های غیرمکانیکی

حلال های شیمیایی

در روش های شیمیایی، مواد مختلف مانند محلول های بازی و اسیدی، حلال های آلی، حلال های یوتکتیک و مایعات یونی برای نفوذپذیری یا تجزیه سلول ها و همچنین افزایش یا کاهش انتخابی حلالیت ترکیبات هدف استفاده می شود. این روش ها بر اساس انتخاب پذیری نسبی مواد شیمیایی با اجزای خاص غشای سلولی عمل کرده و امکان عبور پروتئین ها از دیواره سلولی را فراهم می کنند. نوع ماده شیمیایی بسته به ترکیب هدف و محل آن در سلول تعیین می شود. با این حال، استفاده از مواد شیمیایی ممکن است باعث تجزیه برخی ترکیبات داخل سلولی و آلودگی شود و نیاز به مراحل تصفیه و خالص سازی بیشتری ایجاد کند.

تجزیه آنزیمی

آنزیم ها به دلیل فعالیت کاتالیزوری و انتخاب پذیری سوبسترا، روشی ملایم و دقیق برای تخریب سلول فراهم می کنند. در این زمینه، استفاده از آنزیم های تجزیه کننده کیتین و بتاگلوکان، گامی مهم در افزایش کارایی استخراج است. تحقیقات انجام شده نشان داده است که بهینه سازی نسبت آنزیم به سوبسترا و کنترل دقیق pH می تواند استخراج انتخابی پروتئین را بدون افزایش ناخالصی های پلی ساکاریدی ممکن سازد. ترکیب آنزیم های پروتئاز ملایم نیز برای آزادسازی پروتئین های متصل به ماتریکس دیواره سلولی مورد استفاده قرار گرفته است.

فناوری های نوین خالص سازی

یکی دیگر از مراحل مهم تولید کنسانتره پروتئینی، تصفیه یا افزایش غلظت پروتئین است. پرکاربردترین روش ها، روش های کروماتوگرافی هستند که حتی در مقیاس صنعتی نیز قابل استفاده اند. با این حال باید توجه کرد، این روش ها نیاز به آماده سازی دقیق فرآیند، انتخاب پارامترها و مواد شیمیایی مناسب مانند حلال ها دارند که هزینه فرایند شامل داانش و تجهیزات را افزایش می دهند. روش دیگر، استفاده از فرآیندهای غشایی مانند میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون و ترکیب آن با دیافیلتراسیون است. این روش در دمای پایین انجام می شود، بنابراین پروتئین دناتوره نمی شود. استفاده از غشاهای انتخابی با اندازه مولکولی مشخص، امکان جداسازی پروتئین ها از پلی ساکاریدها و ترکیبات کم وزن مولکولی را فراهم می کند. تحقیقات منتشرشده نشان داده است که تنظیم فشار پشت غشا و دمای فرآیند تاثیر مستقیمی بر حفظ ساختار سه بعدی پروتئین دارد.

بهینه سازی عملکردی پروتئین قارچی

پروتئین ها، به دلیل ویژگی های خاص خود، به ویژه داشتن بخش های آب دوست و چربی دوست، می توانند خواص عملکردی مهمی را در تولید مواد غذایی نشان دهد. برخی از این خواص شامل موراد زیر است:

• ظرفیت امولسیون کنندگی
• توانایی و قدرت تشکیل ژل
• ظرفیت نگهداری آب
• پوشش دهی ذرات
• اتصال به مولکول ها

تحقیقات نشان داده است تکنیک های اصلاح فیزیکی و شیمیایی، موجب بازآرایی ساختار ثانویه پروتئین و بهبود ویژگی های عملکردی می شود. همچنین اصلاح آنزیمی محدود می تواند خواص کف کنندگی را بهبود بخشد. مدل سازی رئولوژیکی با استفاده از داده های تجربی، امکان پیش بینی رفتار این پروتئین در ماتریکس های پیچیده غذایی را فراهم کرده است. در فرایند خالص سازی و تغلیظ پروتئین های قارچی، ویژگی های فرایندی و نهایی محصول باید دقیقا مورد کنترل قرار گیرد. برخی از این ویژگی ها شامل حفظ رنگ فراورده و جلوگیری از ایجاد ترکیبات نامطلوب است.

کاربرد در توسعه محصولات غذایی نوآورانه

کنسانتره پروتئین قارچی می تواند در فرمولاسیون های مختلف غذایی، به عنوان عامل ساختاری اصلی یا به عنوان عامل غنی سازی پروتئینی مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه به برخی از موارد کاربرد کنسانتره های پروتئینی قارچی اشاره می شود، با این حال، طیف محصولات محدود به این موارد نیست.

1. محصولات مشابه گوشت (آنالوگ)

گروهی از محصولات غذایی که امروزه مورد توجه مصرف کنندگان به ویژه گیاه خواران قرار گرفته است، محصولات بر پایه پروتئین های غیر حیوانی ولی با بافت مشابه گوشت عضله است. استفاده از اکستروژن رطوبت بالا برای ایجاد ساختار فیبری، یکی از پیشرفته ترین کاربردها است. کنسانتره های پروتئین قارچی این پتانسیل را دارد که به همراه سایر پروتئین های گیاهی در تولید پروتئین های بافت داده شده، مورد استفاده قرار گیرد.

2. فراورده های پروتئینی نیمه آماده

ترکیب پروتئین قارچی با پروتئین های گیاهی، امکان بهبود پروفایل تغذیه ای و بافت را فراهم می کند. این رویکرد در تولید برگرها و سوسیس های نوآورانه اجرایی شده است. این گروه از محصولات، به دلیل ساختار بازسازی شده و امکان استفاده از پایدار کننده ها و امولسیفایرها، می تواند محدودیت های عملکردی پروتئین قارچی در محصول مورد نظر را جبران کرده و علاوه افزایش محتوای پروتئنی ارزشمند، طعم های متنوع را ایجاد کند.

3. محصولات امولسیونی

در سس ها و فرآورده های نیمه جامد، اجزای مختلف غذایی، به ویژه ترکیبات نامحلول در آب به واسطه حضور ترکیبات امولسیون کننده به صورت همگن در کنار آب و ترکیبات محلول در آن قرار داد. پایداری این نوع محصولات غذایی وابسته به امولسیفایر ها و پایدار کننده ها است. پروتئین ها، از جمله ترکیبات هستند که علاوه بر نقش امولسیفایری می تواند با تشکیل توده های ژل، نقش موثری در بافت دهی این نوع محصولات ایفا کند.

4. محصولات پروتئینی با بافت سفارشی

با استفاده از چاپ سه بعدی و کنترل رئولوژی توده پروتئینی، امکان تولید ساختارهای پیچیده و شخصی سازی شده فراهم شده است. در چنین ساختارهایی، ویژگی های ژل دهندگی و امولسیون کنندگی پروتئین، به ویژه، پارامتر های متاثر از دما و غلظت عوامل ژل دهنده، در تولید محصول، مطابق ساختار مورد نظر، نقش تعیین کننده ای دارد.

جمع بندی

فناوری های نوین استخراج و خالص سازی پروتئین قارچی، مسیر توسعه نسل جدیدی از محصولات غذایی نوآورانه را هموار کرده اند. تمرکز بر بهینه سازی ساختار و عملکرد این پروتئین، امکان طراحی ماتریکس های غذایی با بافت، پایداری و رفتار رئولوژیکی هدفمند را فراهم می کند. آینده این حوزه به سمت یکپارچه سازی فناوری های فیزیکی، آنزیمی و غشایی پیش می رود؛ مسیری که می تواند تحولی بنیادین در تولید محصولات غذایی نوآورانه مبتنی بر پروتئین قارچی ایجاد کند.

سوالات متداول