آنزیم ها، نانو ربات های نوآوری

آنزیم ها، ساختارهای پیچیده هستند که در فرایند های حیات موجودات زنده، نقش اساسی دارند. چه این ترکیبات در موجودات پیچیده ای مثل انسان باشد و چه در تک سلولی ها، آنزیم ها، مواد غذایی مورد نیاز سلول را پردازش کرده و فرایند های زیستی را هدایت می کنند. آنزیم ها، واکنش های شیمیایی را تسهیل می کنند و در نتیجه این فعالیت ها، ترکیبات ضروری برای فرایند های زیستی موجودات زنده تشکیل می شود. اختصاصی عمل کردن و کارایی بالا، ویژگی های مهم این عناصر حیاتی است. با توجه به سایز این ساختار ها که در حد چند نانومتر است، عملا این ساختارها، ربات هایی در حد نانو هستند که وظیفه مشخصی را انجام می دهند.

آنزیم ها در صنعت غذا

اگرچه، آنزیم در طبیعت با اهداف زیستی تولید می شود ولی بازتولید این ساختارها در محیط کنترل شده و استفاده از تکنیک های بیوتکنولوژی، این امکان را فراهم آورده است که از پتانسیل های آن برای بهبود فرایند های غذایی استفاده شود. احتمالا شناخته شده ترین کاربرد آنزیم ها، بکارگیری آنزیم رنت قارچی در پنیر سازی و هضم نشاسته با آنزیم آلفا آمیلاز مقاوم به حرارت باشد. در حال حاضر، این آنزیم ها، به طور گسترده ای در صنایع مختلف، مانند مالت سازی، آبمیوه، بهبود کیفیت آرد و به طور کلی در صنایع پخت و صنایع لبنی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین آنزیم ها، فرایند های مختلف را، مانند کاهش آکریل آمید و تولید ساختار های چربی مهندسی شده، را امکان پذیر کرده است. با این حال، پتانسیل های آینده داری در این حوزه وجود دارد که نیاز به تحقیقات و توسعه تکنولوژی دارد.

طراحی آنزیم ها و هوش مصنوعی

آنزیم ها، ساختارهایی پروتئینی و بر پایه توالی پپتیدی است. در واقع چینش اسید های آمینه، شکل نهایی آنزیم و عملکرد آن را تعیین می کند. فرایند تکامل، ساختار های آنزیمی مختلفی را در طبیعت فراهم آورده است اما امروزه محققان به دنبال تولید آنزیم هایی با کاربردهای خاص و یا افزایش دامنه کاربرد آنزیم های فعلی هستند. برای مثال، برخی آنزیم ها، سرعت پایینی در دمای بالا دارند و در صورتی که امکان فعالیت در دمای بالا فراهم شود، سرعت واکنش بیشتر و راندمان بهتری در دسترس خواهد بود. با این حال، طراحی آنزیم، فرایند پیچیده ای است و رسیدن به توالی مورد نظر با توجه به تعداد بی نهایت حالت ممکن، فرایندی تقریبا غیر ممکن است. در این شرایط، محققان از قدرت هوش مصنوعی برای یادگیری توالی اسید آمینه آنزیم های موجود و سپس پیشنهاد توالی برای اهداف مورد نظر استفاده می کنند. ProGen، یک پروژه مبتنی بر هوش مصنوعی برای طراحی آنزیم است که نتایج امید بخشی داشته است.

توسعه طعم های جدید

از جمله پتانسیل های آنزیم ها، طراحی فرایند های آنزیمی در حضور مواد اولیه و شرایط فرایند مطلوب، برای تولید طعم است. مشابه چنین فرایند هایی طی رسیدن طولانی مدت پنیر های سنتی مشاهده می شود. اما پ محققان در تلاش هستند با بهره گیری از آنزیم ها و در زمان کمتر، غلظت مورد نظر از پروفایل طعم را ایجاد کنند. EMC پتانسیل تحقیقاتی وسیعی را فراهم اورده است.

هیدرولیزه های پروتئینی

امروزه تمرکز بالایی بر محصولات حاصل از هیدرولیز پروتئین ها است. هیدرولیز پروتئین منجر به تشکیل پپتید ها می شود. پپتید ها در وزن مولکولی های مختلف و توالی های متنوع، ظرفیت های عملکردی جدیدی را برای طراحی محصولات غذایی فراهم می آورد. برای مثال، هیدرولیزه پروتئین میتواند به عنوان عامل امولسیون کننده، تشدید کننده فرایند های مربوط به عطر و طعم، بهبود دهنده بافت و یا در طراحی محصولات رژیمی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین با توجه به تمرکز بر پپتید های زیست فعال، تلاش برای تولید پپتید های خاص با اهداف درمانی، درون ماده غذایی مورد توجه قرار گرفته است. نمونه این تحقیقات، استفاده از ظرفیت باکتری های مفید برای تولید پپتید های مهار کننده آنزیم مبدل آنژیوتنسین در محصولات لبنی برای تولید محصول با اثر درمانی کاهش فشار خون است.

تولید ساختار های عملکردی جدید

تلاش برای شناسایی آنزیم ها، امکان ایجاد ساختار های جدید که در طبیعت وجود ندارد را فراهم کرده است. مثال این آنزیم ها، آمیلومالتاز است که با استفاده از آن میتوان طول زنجیره های آمیلوپکتین نشاسته را افزایش داده و در نتیجه ویژگی ذوب پذیری و ژل شدن نشاسته را بهبود بخشید.