مقدمه
1- مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه
امروزه آگاهی مردم نسبت به مزایای خوراکی آبزیان و فرآورده‏های حاصل از آنها به طور روزافزون در حال افزایش است. ویژگی‏هایی همچون پروتئین مرغوب و چربی‏هایی با اسید چرب غیر اشباع که با کاستن از خطر بیماری‏های قلبی عروقی سبب تندرستی مصرف کننده می‏شوند از جمله مزایای مصرف آبزیان است. آبزیان همچنین به آسانی در دستگاه گوارش انسان هضم می‏شوند و منبع بسیاری از عناصر خوراکی بشمار می‏روند (لوند[1]، 2013). در میان آبزیان برخی به سبب برخورداری از گوشت بیشتر و کیفیت خوراکی بهتر طرفداران بیشتری جهت مصرف دارند. با توجه به اینکه ذخایر این آبزیان محدود است، از این رو برای بهره ­برداری پایدار باید صید آنها را محدود و از سایر آبزیان نیز استفاده کرد. البته سایر ماهی­های با ارزش اقتصادی کمتر، به سبب دارا بودن ویژگی‏هایی همچون گوشت تیره، مقادیر بالای اسید‏های چرب غیر اشباع[2] و فساد سریع، اندازه کوچک، پروتئین‏های سارکوپلاسمی زیاد و مشکلات فرآوری دشواری‏هایی را جهت مصرف خوراکی به­دنبال دارند که از آن جمله می­توان به ماهیان کوچک سطح­زی اشاره کرد. از این رو پژوهش بر روش‏های فرآوری ماهیان کوچک سطح­زی، که منجر به تولید محصولات خوراکی با استفاده مستقیم انسانی باشند، ضروری به نظر می‏رسد.
یکی از ماهی‏هایی که در کنار قیمت پایین و ارزش خوراکی بالا، مصرف انسانی پایینی دارد ماهی کیلکا معمولی (Clupeonella cultiventris caspia) می‏باشد (خوش‏خو[3] و همکاران، 2010). تاکنون تلاش­های بسیاری در زمینه فرآوری این ماهی با ارزش صورت گرفته است (معینی، 1381؛ معینی و همکاران، 1385) اما مصرف انسانی آن همچنان پایین است. خشک کردن پروتئین ماهی یکی از روش­هایی است که در کشورهای جنوب شرق آسیا جهت کاهش هزینه جا به ­جایی و افزایش مدت ماندگاری پروتئین ماهی بکار گرفته شده است (پارک[4]، 2005). روش­های مختلف استخراج پروتئین ماهی و خشک کردن آن مورد بررسی پژوهشگران قرار گرفته­اند (شویک­لو[5]، 2013). هدف نخست از انجام این پروژه بررسی روش­های مختلف استخراج پروتئین و تولید پودر پروتئین از ماهی کیلکا به­منظور ایجاد ارزش افزوده و بالا بردن مصرف انسانی آن بود. پس از دستیابی به روش بهینه تولید پودر پروتئین ماهی کیلکا هدف دوم این پروژه غنی­سازی پاستا با پودر پروتئین ماهی بود.

1-2- کلیات
1-2-1- پروتئین
پروتئین‏ها مولکولهای بزرگ، پیچیده و متنوعی هستند که منبع اسیدهای آمینه ضروری و غیرضروری بشمار می‏روند. مصرف منظم آنها برای رشد، بقا و تندرستی انسان ضروری می‏باشد. این مولکولهای بزرگ در ساختمان تمام مواد زنده وجود دارند (کرامت، 1387). پروتئین‏ها چه از نظر کاربردی و چه از نظر خوراکی جزء ترکیبات اصلی غذایی می‏باشند. آنها اجزاء ساختاری سلول‏های بدن را شکل داده و همچنین به عنوان آنزیم در غشاء سلولی و هورمون‏ها عمل می‏نماید. اسید‏های آمینه پروتئین‏ها به عنوان پیش ماده برای اسیدهای نوکلئیک، هورمون‏ها، ویتامین‏ها و سایر مولکولهای مهم عمل می‏کند. پروتئین گوشت ماهی از نظر حلالیت[6] و ویژگی‏های کاربردی[7] به سه گروه پروتئین‏های محلول در آب[8]، پروتئین‏های محلول در محلول نمکی[9] و پروتئین‏های بافت پیوندی[10] بخش‏بندی می‏شوند (رضوی شیرازی، 1380). بیشترین میزان پروتئین‏های ماهی در پروتئین‏های محلول در محلول نمکی قرار می‏گیرند. هرچند میزان پروتئین گوشت یک ماهی خاص، با توجه به دوره تخم‏ریزی و شرایط تغذیه متفاوت است اما به طور کلی از نظر ارزش خوراکی پروتئین ماهی و آبزیان از ارزش بالایی برخوردارند و پروتئین ماهی را در اصطلاح پروتئین کامل می‏نامند زیرا دارای تمام اسیدهای آمینه لازم و به مقدار مورد نیاز و تناسب مطلوب می‏باشد (رضوی شیرازی، 1385). از جمله مهمترین اسیدآمینه‏های ضروری که در ماهی به وفور یافت می‏شود می‏توان لیزین و متیونین را نام برد (ساتیول[11] و همکاران، 2006).
به برآیند خصوصیات فیزیکوشیمیایی یک پروتئین که بر شیوه فرآوری و رفتار پروتئین در سیستم خوراکی تاثیر داشته باشد، ویژگی‏های کاربردی پروتئین گفته می‏شود. این ویژگی‏ها از طریق خصوصیات کیفی محصول نهایی قابل اندازه‏گیری و سنجش است. مهمترین ویژگی‏های کاربردی پروتئین ماهی قابلیت حل شدن، ویسکوزیته، توانایی تشکیل ژل، امولسیون کردن[12]، کف‏زایی[13]، ظرفیت اتصال آب[14] و ظرفیت نگهداری آب[15] می‏باشد.

1-2-2- روش‏های استخراج پروتئین ماهی
روش‏های متعددی به‏منظور جداسازی پروتئین از سایر اجزای گوشت ماهی وجود دارد که به برخی از آنها اشاره می‏شود (شویک­لو، 2013):

1-2-2-1- شستشوی گوشت چرخ‏شده[16]
در این روش گوشت و پوست استخوان‏گیری شده‏ی ماهی با آب سرد شستشو داده می‏شود تا بیشتر ترکیبات محلول در آب آن خارج شده و پس از طی فرایند پالایش و آبگیریِ گوشت، پروتئین­های میوفیبریلی باقی بماند. این پروتئین­ها با مواد محافظت کننده سرمایی[17] آمیخته شده و سپس منجمد می‏گردد. این پروتئین‏های میوفیبریلی را که فاقد ترکیبات محلول در آب و مواد مولد بو (آنزیم ها، پروتئین­های سارکوپلاسم، خون، املاح غیر آلی و بعضی از لیپیدها) می‏باشند را سوریمی[18] می‏نامند. سوریمی در پایان مرحله ساخت، محصولی خواهد بود بدون طعم با ظرفیت نگهداری آب و قدرت امولسیون کنندگی بالا که از آن می­توان برای تهیه انواع فرآورده های ژل مانند[19] استفاده نمود (لی[20]، 1986؛ پارک، 2005؛ رحمانی‏فرح[21] و همکاران، 2013الف).

1-2-2-2- تغییر pH
در این روش با تغییر pH به اسیدی یا قلیایی در گام نخست پروتئین به حالت محلول در می‏آید. برای این منظور بایست گوشت را با 5 تا 10 برابر وزن، با آب مخلوط کرده و پس از همگن کردن pH را به محدوده اسیدی (حدود 3-2) و یا قلیایی (حدود 12-5/10) رساند. سپس مواد نامحلول همچون استخوان، پوست و چربی توسط فرایند سانتریفوژ از پروتئین­های محلول جدا می‏گردد. در ادامه با رساندن pH پروتئین محلول به نقطه ایزوالکتریک (برای گونه‏های مختلف ماهی متفاوت و در حدود 6 تا 5 می‏باشد)، پروتئین‏ها رسوب داده شده و با سانتریفوژ جدا می‏شوند. پروتئین‏ جدا شده ایزوله پروتئین ماهی نامیده شده و پس از افزودن محافظت کننده‏های سرمایی قابلیت نگهداری به حالت منجمد را دارند (هالتین و کِلِهر[22]، 1999).

1-2-2-3- هیدرولیز پروتئین ماهی[23]
از جمله فناوری‏های استخراج پروتئین ماهی و تولید فرآورده‏های با ارزش افزوده بالا، هیدرولیز پروتئین می‏باشد. شکسته شدن شیمیایی یا آنزیمی پروتئین‏ها به پپتیدهایی با وزن مولکولی مختلف را هیدرولیز می‏نامند. به منظور هیدرولیز پروتئین ماهی در گام نخست بایست با بهره گرفتن از گرما آنزیم‏های درونی ماهی را غیر فعال کرد و سپس شرایط دمایی و pH را با توجه به شرایط فعالیت آنزیم خارجی مورد استفاده در فرایند هیدرولیز آماده کرده و پس از افزودن آنزیم هیدرولیز ادامه می‏یابد. پس از پایان هیدرولیز پروتئین‏های هیدرولیز شده از مواد جامد و نا محلول جدا می‏شود. پروتئازها مهمترین نوع آنزیم‏های هیدرولیز کننده پروتئین ماهی هستند که به دو دسته پروتئینازهای درونی[24] و پپتیدازهای بیرونی[25] دسته ‏بندی می‏شوند. همچنین برای تولید پروتئین هیدرولیز شده‏ی ماهی می‏توان از فرایند اتولیتیک و آنزیم‏های هضم کننده بدن ماهی استفاده نمود (کریستینسون و راسکو[26]، 2000).

1-2-2-4- استفاده از حلال‏ها[27]
در این روش استخراج پروتئین از حلال‏های چربی به منظور خارج کردن چربی استفاده می‏شود. در این راستا چربی به کمک حلال از گوشت خارج می­گردد و گوشت باقیمانده خشک شده و بدین‏گونه پروتئین استخراج شده است. البته حلال‏های مورد استفاده بیشتر از گروه الکل‏ها بوده که اتانول، پروپانول و اتیلن کلراید از جمله حلال‏های مورد استفاده می‏باشند و گزینش نوع حلال الکلی مورد استفاده برپایه هزینه و بهای آن می‏باشد (ویندسور[28]، 2001). روش استخراج پروتئین با حلال‏های الکلی متشکل از دوره‏های مختلف شستشو با الکل و جداسازی آن است به‏طوریکه عصاره‏ی نهایی بدست آمده، پروتئینی با چربی بسیار اندک و یا فاقد چربی می‏باشد (سن[29]، 2005).

1-2-2-5- فرایند گرمادهی سوسپانسیون[30]
به منظور استخراج پروتئین در فرایند گرمادهی سوسپانسیون گوشت چرخ شده با نسبت برابر با آب آمیخته و همگن می‏شود. سوسپانسیون بدست آمده در دمای 85 درجه به مدت 60 دقیقه همزده می‏شود و سپس سانتریفوژ شده و فاز جامد بدست آمده جدا می‏شود. اساس کار این روش دناتوره کردن پروتئین­های سارکوپلاسمی و غیر فعال کردن آنزیم­ها همراه با خارج کردن چربیِ سوسپانسیون می­باشد (ساتیول و همکاران، 2004).

1-2-3- پودر پروتئین ماهی و روش­های تولید آن
پودر پروتئین ماهی[31] محصول پایدار تولید شده از پروتئین ماهی است که میزان پروتئین آن بیش از میزان پروتئین موجود در گوشت ماهی می‏باشد. پودر پروتئین ماهی دارای میزان پروتئین بالا (حدود 95-60 درصد) می­باشد. از جمله مزایای پودر پروتئین ماهی می­توان به قابلیت ماندگاری زیاد (بیش از 6 ماه)، سهولت فرآوری و جابجایی، هزینه کمتر توزیع و پخش، ترکیب آسان­تر با سایر مواد اشاره نمود. علاوه بر این به سبب حجم کم، فضای اندکی اشغال کرده و بنابراین انبار کردن آن راحت­تر است (نیکی[32] و همکاران، 1992). به طور کلی برای خشک کردن گوشت ماهی و تولید پودر پروتئینی آن از خشک کردن تصعیدی[33]، خشک کردن پاششی[34] و خشک کردن با گرمادهی[35] استفاده می­شود.

1-2-3-1- خشک کردن تصعیدی
در این روش ماده در حالت انجماد خشک می­شود. در طول فرایند خشک کردن تصعیدی آب موجود در ماده خوراکی از حالت جامد (یخ) به حالت گاز (بخار آب) درآمده و از آن خارج می­گردد بدون آنکه هیچگونه مایعی ایجاد شود. فرایند خشک کردن تصعیدی شامل سه مرحله اصلی می­باشد: مرحله انجماد سریع ماده خام (که آنرا مرحله آماده­سازی نیز می­نامند)، مرحله فراهم کردن گرمای کنترل شده برای تصعید و واجذبی[36] و سرانجام مرحله خارج کردن بخار آزاد شده (رضوی شیرازی، 1380).

1-2-3-2- خشک کردن پاششی
در روش خشک کردن پاششی از یک حجم مایع نسبتا زیاد، ریز قطره­ها شکل داده می­شوند که سپس رطوبت ریز قطره­ها گرفته می­شود. برای این منظور فاز مایع به درون محفظه خشک­کن پاشیده شده و در محفظه گازهای داغ با رطوبت پایین با ریزقطره­های پراکنده شده آمیخته می­شود و رطوبت آنها گرفته می­شود. این روش خشک کردن بیشتر در صنعت لبنیات مورد استفاده قرار می­گیرد (چن و موجومدار[37]، 2008). جهت خشک کردن پروتئین ماهی می­بایست نخست گوشت ماهی با آب همراه با محافظت کننده­های دمایی همگن شده و به حالت مایع درآید و سپس در محفظه دستگاه خشک­کن پاشیده شود تا سطح ویژگی­های کاربردی پودر بدست آمده در حد قابل پذیرش باشد (شویک­لو و همکاران، 2010).

1-2-3-3- خشک کردن با گرمادهی
در این روش تنها عامل خشک کردن ماده غذایی حرارت می­باشد. برای این منظور ماده خوراکی گرمادهی می­شود تا آرام آرام رطوبت آن تبخیر شده و خشک شود. حرارت می ­تواند به صورت مصنوعی توسط دستگاه گرمکن تهیه شود و یا اینکه حرارت مورد نیاز از نور خورشید تامین شود. خشک کردن ماهی با نور خورشید نخستین روش خشک کردن ماهی بشمار می­رود. در روش سنتی خشک کردن زیر نور خورشید فرایند خشک کردن به سبب دمای پایین خورشید، قدری طولانی خواهد بود و همچنین از آنجاکه فضای پیرامون را نمی­توان بطور کامل کنترل کرد خطر رشد انگل­ها و باکتری­ها در ماده افزایش یافته و از نظر بهداشتی مشکلاتی ایجاد می­نماید (چن و موجومدار، 2008).

1-2-4- فرآورده­های پاستا
پاستا یکی از فرآورده‏هایی است که پتانسیل بالایی جهت غنی شدن با پودر پروتئین ماهی را داراست. واژه پاستا یک نام عمومی برای کلیه فرآورده‏هایی از قبیل ماکارونی، اسپاگتی، نودل و غیره می‏باشد که از جمله محصولات مهم و پر مصرف غلات می‏باشند که در سال‏های اخیر مصرف آنها افزایش یافته است. سرانه مصرف محصولات پاستا در ایران در حدود 5 کیلوگرم برآورد شده است. در حالیکه متوسط سرانه مصرف این محصولات در دنیا در حدود 12-10 کیلوگرم می­باشد (پیغمبردوست و اولادغفاری، 1388). پیشرفت صنایع مربوط، سهولت تولید و نگهداری، قیمت تمام شده پایین، مقبولیت حسی بالا و در عین حال کم خطر بودن مصرف پاستا از جمله مهمترین عوامل افزایش مصرف آن می‏باشند (کروگر[38] و همکاران، 1996).
فرآورده­های پاستا بر اساس شکل و اندازه بسیار متغیر بوده و به امکانات و روش­های تولید و قالب­گیری از کشوری به کشور دیگر متفاوت است و تقسیم­بندی­های زیادی در این زمینه صورت پذیرفته است. یکی از تقسیم­بندی­هایی که در اروپا و نیمکره غربی معتبر است فرآورده­های پاستا را بر اساس شکل به چهار دسته دسته­بندی کرده است:
اسپاگتی: فرآورده­های با قطر کوچک و رشته­های توپر
ماکارونی: فرآورده­های بلند و توخالی
نودل: فرآورده­های به شکل نوارهای پهن یا بیضوی اکسترود شده
فرآورده­های متفرقه: توسط ماشین­های برش چرخان یا تیغه­دار برش داده می­شوند.
همچنین فرآورده­های پاستا را بر اساس روش تولید به دو دسته اکسترود شده و فراورده­های غلطکی دسته­بندی می­ کنند.
فرآورده­های اکستروده شده: برای تهیه این فرآورده­ها، خمیر تحت فشار قرار گرفته و از قالب­های ویژه­ای گذر کرده و به صورت رشته­ای در می­آید. رشته­ها پس از عبور از قالب به خشک­کن منتقل می­شوند.
فرآورده­های غلطکی: برای تهیه این محصولات، خمیر از یک سری غلطک­ها عبور داده شده و به­صورت ورقه­ای پیوسته و یکنواخت درآمده و بتدریج از ضخامت آن کاسته می­شود. در ادامه ورقه به شکل رشته در می­آید و می ­تواند خشک یا سرخ شده و یا به صورت تازه به مصرف برسد (پیغمبردوست و اولاد غفاری، 1388).
1-2-5- غنی­سازی[39] فرآورده­های پاستا
فرآورده­های پاستا به طور رایج فرآورده­هایی با مقادیر بالای کربوهیدرات (77-74 درصد) هستند. از آنجا که برخی مواد سودمند در ترکیب عمومی پاستا به مقدار کم وجود داشته و یا پاستا فاقد آنها می­باشد می­توان پاستا را با افزودن مواد سودمند غنی­سازی نمود. غنی­سازی با سایر مواد همچنین می ­تواند با هدف پدید آوردن ویژگی­های دلخواه و جدید در فرآورده انجام شود. به منظور غنی­سازی پاستا تاکنون ترکیبات گوناگونی همچون پروتئین سویا (شوگرن[40] و همکاران، 2006)، هیدروکلوییدها و پودر پیاز (راجسواری[41] و همکاران، 2013)، نخود فرنگی (سودها و لیلاواتی[42]، 2012)، پودر انبه (آجیلا[43] و همکاران، 2010)، لوبیا (هرکن[44] و همکاران، 2006)، سیب­زمینی شیرین و مخلوط آرد گندم (یاداو[45] و همکاران، 2014)، جلبک­های دریایی (پرابهاسانکار[46] و همکاران، 2009)، نشاسته موز (آگاما[47] و همکاران، 2009)، اسیدهای چرب غیر اشباع امگا-3 (یافلیس[48] و همکاران، 2008)، گوشت چرخ شده و شسته شده ماهی قزل­آلا (ستیادی[49] و همکاران، 2007) و بسیاری مواد دیگر به­کار گرفته شده ­اند. مواد مورد استفاده می­توانند یا به­صورت پودر در ترکیب با آرد پاستا به فرمولاسیون آن افزوده شوند و یا به صورت تازه با مواد پاستا آمیخته شوند.

1-2-6- تاثیر آنزیم ترانس گلوتامیناز بر کیفیت پاستاهای غنی شده
به‏منظور بهبود فرایند غنی‏سازی و ارتقای کیفیت فرآورده به­دست آمده می‏توان از آنزیم‏ها نیز استفاده کرد. آنزیم‏ها به عنوان بهبود دهنده‏های غذایی شناخته شده‏اند که سالم بوده و در غذاهایی که پخته می­شوند آنزیم­ها غیرفعال می­شوند. یکی از آنزیم­هایی که کاربرد گسترده در صنعت غذا دارد، آنزیم ترانس گلوتامیناز[50] می­باشد. آنزیم­ ترانس گلوتامیناز به طور صنعتی از روش ارزان کشت دادن نژادی از نوعی باکتری با نام علمی Streptomyces mobaraense به­دست می­آید که این آنزیم ترانس گلوتامیناز میکروبی نامیده می­شود (ساکاموتو[51] و همکاران، 1995). ترانس گلوتامیناز آنزیمی است که می‏تواند پیوندهای عرضی کووالانس بین پروتئین‏ها از جمله پپتیدها و آمین‏های ابتدایی مختلف برقرار کند. در واقع ترانس گلوتامیناز واکنش میان گروه آمیدیِ پپتید متصل به گلوتامین و گروه­های آمین لیزین را کاتالیز می­ کند (باوور[52] و همکاران، 2003). در پاستاهای غنی شده با پروتئین، افزودن آنزیم ترانس گلوتامیناز به پاستا می ­تواند اثرات مثبتی به همراه داشته باشد. آنزیم ترانس گلوتامیناز به ویژه در زمانی که یک ماده پروتئینی با میزان اسید آمینه لیزین قابل توجه به پاستا افزوده می­شود، می ­تواند اثرات چشمگیری در کیفیت نهایی آن داشته باشد.

1-2-7- فرضیه ­ها
1- روش بهینه­ تولید پودر پروتئین ماهی کیلکای معمولی به لحاظ اقتصادی و امکان­پذیری روش حرارت‏دهی می‏باشد.
2- پروتئین استخراج شده به روش شستشو کیفیت بهتری نسبت به پروتئین استخراج شده به روش گرمادهی دارد.
3- آنزیم ترانس گلوتامیناز میکروبی می‏تواند کیفیت پاستای غنی­شده با پودر پروتئینی ماهی کیلکای معمولی را بهبود ببخشد.
[1] Lund
[2] HUFA (Highly unsaturated fatty acid)
[3] Khoshkhoo
[4] Park
[5] Shaviklo
[6] Solubility
[7] Functional properties
[8] Sarcoplasmic proteins
[9] Myofibrills
[10] Stroma
[11] Sathivel
[12] Emulsification
[13] Foaming
[14] Water binding capacity