بیوتکنولوژی و صنعت مواد غذایی

🧬مبحث: بیوتکنولوژی 📝مقاله قبلی: بیوانفورماتیک و کرونا 📝مقاله بعدی: ترندهای صنعت بیوتکنولوژی مکمل‌های غذایی 💻مدرسه تکمیلی: مدرسه مقدماتی و پیشرفته بیوتکنولوژی 🖊شماره مقاله: 26

بیوتکنولوژی و صنعت مواد غذایی

کمتر کسی است که از پیشرفت ها و اثرات بیوتکنولوژی در مسائل زیستی و دارویی چیزی نشنیده باشد، اما در مورد نقش‌های متعدد آن در صنایع غذایی چه چیز می‌دانید؟

نگاه کوتاهی به گزارشات رصد بازار نشان می‌دهد که سهم بازار جهانی بیوتکنولوژی غذا در سال 2018 برابر 23 میلیارد دلار بود و انتظار می‌رود سهم این بازار تا سال 2025 به بیش از 45 میلیارد دلار برسد.

ارتباط بین بیوتکنولوژی و مواد غذایی، ریشه عمیقی در گذشته دارد.

هزاران سال است که از فرایندهای تخمیری که نوعی بیوتکنولوژی سنتی (استفاده از میکروارگانیسم ها) است در تهیه نان، پنیر، ماست و غیره استفاده می‌شود. حاصل این استفاده‌ها ایجاد تغییراتی در طعم، عطر، بافت مواد و افزایش قابلیت نگهداری آن‌ها است. قرن‌هاست که پرورش انتخابی در گیاهان و حیوانات ادامه دارد تا گروهی که برای ما مطلوب‌تر هستند حفظ و تکثیر شوند.

بیوتکنولوژی مدرن و مهندسی ژنتیک نیز با استفاده از روش‌هایی مثل دنای نوترکیب، اصلاحات دقیق، کنترل شده و قابل پیش بینی در گیاه و دام را برای تولید محصولات مطلوب ارائه می‌کنند.

هیئت مدیره و تیم‌های استراتژی شرکت‌های بزرگ غذایی نیز مثل شرکت‌های دارویی به اهمیت، سودمندی و ارزش استفاده از بیوتکنولوژی پی‌برده‌اند و سال ها است که در بخش‌های تحقیق و توسعه خود به آن می‌پردازند.

افزایش استفاده از بیوتکنولوژی در صنایع غذایی می‌تواند آن‌ها را به بزرگ‌ترین عرصه تجاری این رشته تبدیل کند. اما این تجارت بزرگ چه اثری با خود به همراه دارد؟

صنایع غذایی چطور از چاشنی بیوتکنولوژی استفاده می برند؟

گفتیم سال هاست که شرکت‌های بزرگ غذایی به فکر استفاده از بیوتکنولوژی افتاده اند اما این استفاده‌ها دقیقا چه چیزهایی هستند که ارزش سرمایه گذاری دارند؟ در ادامه برای پاسخ به این سوال به بررسی کاربرد های بیوتکنولوژی در صنایع غذایی می‌پردازیم.

آنزیم ها؛ گستره ای از فعالیت های فرآوری

تولید صنعتی آنزیم‌ها عمدتا با استفاده از میکروارگانیسم‌ها صورت می‌گیرد. میکروارگانیسم‌ها در ظرف‌های بسیار بزرگی کشت داده می‌شوند و در این محیط به فعالیت‌های متابولیکی پرداخته، آنزیم تولید می‌کنند.

آنزیم های تولیدی از محیط کشت ها خارج و مراحل تصفیه را طی می کنند تا از هر شکل دیگر ماکرومولکول‌ها مثل DNA یا سلول‌ها پاک شوند. با اتمام مراحل تصفیه، آنزیم برای مصرف در صنایع آماده است.

پروتئازها و کربوهیدرازها در بین آنزیم های مورد استفاده در صنایع غذایی اهمیت بالایی دارند. مثال هایی از آنزیم های مصرفی که با بیوتکنولوژی تولید عمده دارند:

-پروتئاز که در فرآوری گوشت و مواد لبنی استفاده می‌شود.

-رنین (کیموزین) از دسته پروتئازها که در فرآیند تولید پنیر استفاده می‌شود.

-آنزیم های نشاسته: α-آمیلاز، گلوکوآمیلاز و ایزومراز گلوکز

گستره کاربرد و آنزیم‌های مصرفی در صنایع غذایی و بحث فرآوری مواد بسیار فراتر از آن است که بتوانند در اینجا بررسی شوند اما مثال‌های کوچکی از این تنوع به این شرح است:

ایجاد عطر و طعم در پنیر با استفاده از گروه آنزیم‌های لیپاز و استراز، پکتینازها در فراوری و استخراج بهتر آب میوه‌ها و کاربرد لاکتاز برای تولید شیر بدون لاکتوز.

🖊کاربرد آنزیم های میکروبی در صنعت غذایی

فناوری‌های تولید آنزیم توسط مهندسی ژنتیک طی سال‌ها بهتر شده اند و این پیشرفت باعث کلون کردن بسیاری از آنزیم‌های مهم در فرآیندهای غذایی و کاهش هزینه تولید شده است.

گیاهان زراعی و تهیه بذر

این بحث در 3 زمینه متمرکز شده است:

1)نقش استراتژی‌های اصلاح نژاد در توسعه محصولات

2)ابزار ژنتیکی جدید و چگونگی اثر آن ها بر اصلاح نژاد

3)ویژگی‌های عملکردی محصولات و ارزش افزوده

🖊مکمل‌های غذایی و صنعت بیوتکنولوژی

اصلاح گیاهان برای سازگارسازی آن‌ها با توسعه آزمایشگاهی به شدت افزایش یافته است و در این بین استفاده از کشت بافت مزایای مختلفی دارد:

• تولید مثل سریع و تکثیر ارقام
• تولید ارقام سالم و بدون عوامل بیماری زا یا ویروسی
• سازگاری و مقاومت در برابر عوامل تنش مثل شوری یا اسیدی بودن خاک
• در دسترس بودن بذر در تمام طول سال
• امکان تولید گونه هایی که تولید مثل طبیعی آن ها دشوار یا به کندی است
• بهبود ذخیره سازی و حمل و نقل ژرم پلاسم
• کاهش استفاده از مواد شیمیایی کشاورزی

داستان فایزر و بیوراکتورهای سلول گیاهی

روتیر و نیکل در Pfizer، حق ثبت اختراع ایالات متحده آمریکا را برای تولید صنعتی محصولات طبیعی از طریق کشت سلولی را در سال 1956 دریافت کردند.

از آن زمان پیشرفت های قابل توجه ای در این زمینه های موثر در عملی کردن بیوراکتورها برای تولید صنعتی مواد غذایی، رخ داده است:

1.تعداد گونه های گیاهی قابل پرورش در محیط کشت

2.تولید متابولیک های ثانویه

3.درک از مسیرهای بیوشیمیایی و تنظیم آنها

4.طراحی بیوراکتورها و پروتکل های کشت.

با توجه به پیشرفت‌های فنی که در آینده انتظار می رود، تولید ارزان متابولیت های ثانویه قابل انتظار است اما چشم انداز تولید اقتصادی مواد غذایی توسط کشت سلولی در کوتاه مدت خوشبینانه نیست. این مسئله به دلیل ارزش نسبتا کم، سطح پایین تولید و هزینه بالای این روش می باشد.

تولیدات حیوانی، شتاب دهنده بیوتکنولوژی در صنعت غذا

استفاده از بیوتکنولوژی در تولیدات دامی با سرعت بیشتری نسبت به کاربردهای آن در تولیدات گیاهی پیشرفت کرده است. تحولات در صنعت داروسازی پیامدهای قابل توجهی برای تولید حیوانات داشته است زیرا بسیاری از نوآوری‌ها در این زمینه برای حیوانات نیز قابل استفاده اند.

کاربردهای بیوتکنولوژی در تولیدات حیوانی در زمینه های زیر است:

1)تولید مثل انتخابی: انتقال جنین ، لقاح آزمایشگاهی ، شبیه سازی و تعیین جنسیت جنین. بنیانا و دالی مثال معروفی از شبیه سازی حیوانات اند

2)بهداشت دام: بهبود تشخیص ، پیشگیری و کنترل بیماری های حیوانات، آزمایشات تشخیصی مبتنی بر استفاده از آنتی بادی های مونوکلونال و واکسن های جدید علیه بیماری های ویروسی و باکتریایی

3)تغذیه: بهبود در درمان آنزیمی خوراک و کاهش عوامل ضد تغذیه ای در گیاهان خاص

4)رشد و تولید: استفاده از هورمون‌ها مثل سوماتوتروپین برای تولید شیر و گوشت بهتر که هنوز به خاطر تاثیرات منفی احتمالی آن‌ها بر حیوانات مورد بحث است. هنگامی که افزایش بهره وری مسئله اساسی باشد، ممکن است این مسئله در مقیاس بزرگ پذیرفته شود.

موانع قدیمی و جدید:

پتانسیل بیوتکنولوژی برای بهبود غذا و تغذیه در کشورهای در حال توسعه بسیار زیاد است اما این پتانسیل به تنهایی باعث تحقق آن نمی‌شود.

از جمله موانع اصلی استفاده از بیوتکنولوژی در بخش کشاورزی بسیاری از کشور های در حال توسعه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

-ارتباط ضعیف بین نهادهای تحقیقاتی ملی و بین المللی

-ارتباط ضعیف بین نهادهای تحقیقاتی ملی و کشاورزان

-عدم اقدامات حمایتی مثل طرح‌های اعتباری، تهیه منظم بذرهای اصلاح شده، مراکز بازاریابی و...

- کاهش علاقه مالکان به فناوری‌های جدید به خاطر ساختارهای مالکیت زمین

همان موانعی که از پذیرش دیگر موج های فناوری جلوگیری می‌کند، در این زمینه هم ایجاد مشکل می‌کند. اختراعات بیوتکنولوژی که بخشی از دانش انحصاری‌اند به سرعت در حال افزایش‌اند و همین انحصاری بودن، همکاری‌های بین المللی را دچار مشکل می‌کند.

بیوتکنولوژی وارث صنایع غذایی:

همه کشورها تحت تاثیر جایگزینی بیوتکنولوژی در صنعت غذا قرار می‌گیرند و اینکه هر کشور چطور و چقدر اثر می‌گیرد وابسته به عواملی از جمله صادر یا وارد کننده بودن و میزان استفاده از فناوری های جدید در عمل، می‌باشد.

برای بررسی اثر این جانشینی باید شرایط مختلفی را درنظر بگیریم.

1. کشور واردکننده خالص با توان فنی پایین: در این حالت با وارد کردن مواد غذایی با قیمت پایین‌تر، جمعیت شهری از کم شدن قیمت و کیفیت بهتر سود می‌برد اما جمعیت کشاورز و روستایی به خاطر ناتوانی در رقابت موثر دچار مشکلات اقتصادی و در پی آن سو تغذیه می‌شوند.
2. کشور واردکننده با توان فنی بالا: چنانچه توان فنی کشور بالا باشد و زیرساخت‌ها برای کشاورزان و جمعیت روستایی تسهیل شده باشد، کشاورزان توان عرضه مناسب محصول را داشته علاوه بر بهبود مواد غذایی کشور می‌توانند درآمد و میزان تولید خود را افزایش دهند.
3. کشور صادرکننده با توان فنی بالا: چنانچه کشوری سازکارهای نهادی لازم برای معرفی و استفاده سریع کشاورزان از فناوری‌ها را داشته باشد قادر است سهم خود را در بازار جهانی بالا ببرد و در صادرات پیشرفت کند.
4. کشور صادرکننده با توان فنی پایین: چنین کشورهایی بخاطر سرعت پایین در به کار بردن و عملی کردن علم، به نوعی قربانی کشورهای صادرکننده با توان فنی بالا می‌شوند زیرا دیگر کشورها مواد بهتر در حجم بالاتر برای عرضه دارند و سهم عمده سود به آن ها می‌رسد.

در آخر:

با کاربردهای بیوتکنولوژی در صنایع غذایی آشنا شدیم و متوجه شدیم که بیوتکنولوژی پتانسیل بسیار بالایی برای تغییر و افزایش تولید مواد غذایی و بهبود فرآوری دارد، هرچند که اثر واقعی آن از کشوری به کشور دیگر متفاوت است.

موفقیت در برخی کشورها می‌تواند به قیمت موقعیت بازار دیگران باشد و این خود امکان همکاری های بین المللی را به خطر می‌اندازد.

علی‌رغم مشکلات و موانع موجود، پیشرفت کاربرد بیوتکنولوژی در صنایع غذایی طی سال‌های گذشته خود نشانی از آینده روشن پیش روی آن است.

اگر به صنایع تغذیه ای علاقمندید می توانید از وبینار رگولاتوری و ثبت مکمل های تغذیه ای (سامانه TTAC) و ضوابط ثبت فرآورده های مکمل از مدرسه رگولاتوری سود ببرید.