هر بخش مخمر بهترین بخش است!

 

 

 

شکل 1- فرآیند تولید مشتقات مخمر

1- مخمر زنده به عنوان یک پروبیوتیک

مخمرهای زنده (مخمر خشک فعال) معمولا به خوراک حیوانات به خاطر اثرات پروبیوتیک آنها اضافه می‌شوند. پروبیوتیک‌ها به عنوان میکروارگانیسم‌های زنده‌ای شناخته می‌شوند که اگر در مقادیر کافی استفاده شوند، باعث افزایش سودمندی برای سلامت میزبان می‌شوند. همه مخمرهای زنده شبیه هم نیستند، سویه‌های خاص مخمر اثرات خاصی روی گونه‌های هدف دارند. یکی از چالش‌های تولید مخمر پروبیوتیک این است که مطمئن باشیم در کل فرآیند تولید، طی فرآوری خوراک، انبارداری و تا زمان رسیدن به دستگاه گوارش مخمر زنده و فعال می‌ماند.

 

 

1-1- فواید مخمر زنده

مخمرهای زنده باعث ایجاد اثرات مثبت روی هر دوی نشخوارکنندگان (Saccharomyces Cerevisiae CNCM1-1077) و تک معده‌ای‌ها (Saccharomyces Cerevisiae CNCM1-1079) می‌شوند و این وابسته به سویه مخمر مورد استفاده می‌باشد. در نشخوارکنندگان هدف اصلی شکمبه است. فوایدی از سویه‌های خاص مخمر برای کنترل pH شکمبه (کاهش خطر اسیدوز) وجود دارند که از طریق بهبود شرایط تخمیر شکمبه، بهبود قابلیت هضم فیبر و افزایش استقرار میکروبی شکمبه حاصل می‌شود. در تک معده‌ای‌ها مخمرهای زنده می‌توانند سبب بهبود آسایش هضم از طریق اثرات سودمند روی فلورمیکروبی دستگاه گوارش شوند که سبب بهبود راندمان خوراک و عملکرد حیوان می‌شوند. همچنین مخمرها می‌توانند به حفظ سلامت دستگاه گوارش و کاهش بروز علائم اختلالات گوارشی کمک کنند. در طیور کاهش میکروارگانیسم‌های نامطلوب دستگاه گوارش و بهبود عملکرد هنگام مصرف مخمر مشاهده شده است.

2- سلول کامل مخمر غیر فعال شده

بعد از تخمیر، توده مخمر می‌تواند به طور خاصی فرآوری شود تا طول عمر طولانی نداشته باشد و بنابراین از تکثیر سلولی آن جلوگیری می‌شود. مخمرهای غیر فعال شده از تخمیر اولیه، برای مصرف غذای انسان استفاده می‌شوند، اما محصولات حاصل از تخمیر ثانویه مخمرها در صنایع آبجوسازی و تولید اتانول، برای تغذیه دام مصرف می‌شوند. مخمرهای غیر فعال معمولا به عنوان افزایش دهنده طعم یا به عنوان منبع پروتئین و ویتامین‌های گروه B استفاده می‌شوند. بیشتر مواد مغذی در سیتوپلاسم سلول مخمر قرار دارد و سلول‌های مخمر باید لیز شوند تا این مواد مغذی را رها کنند که برای حیوان قابل جذب باشند. بنابراین قابلیت دسترسی سلول کامل مخمر غیر فعال شده نسبت به مخمرهای فرآوری شده مثل مخمر هیدرولیز شده و عصاره‌های مخمر کمتر است. سویه مخمر و فرآیند تولید (مثل شرایط خشک کردن) می‌تواند خصوصیات، ساختار، ترکیب و راندمان محصول نهایی را تحت تأثیر قرار دهد. با توجه به فرآیند غیر فعال سازی (که از فرآوری‌های حرارتی، مکانیکی و شیمیایی و ...استفاده می‌شود) انواع مختلفی از مخمرهای غیر فعال وجود دارند.

2-1- کاربرهای مخمرهای غیر فعال شده

1)       حفاظت از رنگ و طعم نوشیدنی‌های الکلی، جلوگیری از اکسیداسیون و افزایش روان بودن آنها

2)       بهبود خصوصیات خمیر و تولید نان با کیفیت

3)       منبع فسفر و ویتامین‌های گروه B و افزایش دهنده خوشخوراکی برای جیره حیوانات

3- مخمر اتولیز شده

اتولایزیس یک فرآیند خود-هضمی است که سلول از طریق عمل آنزیم‌های هضمی خودش (آنزیم‌های اندوژنوس) باعث غیر فعال شدن خودش می‌شود. در طی فرآیند تولید مخمرهای اتولایز شده، سلول کامل مخمر شکسته شده و مراحل جداسازی وجود ندارد. فرآیند اتولایزیس نسبت به فرآیندهای لایزیس پیشرفته که آنزیم‌های اگزوژنوس را در بر‌میگیرند (هیدرولازیس) کمتر قابل کنترل و جهت دهی است. پروتئین‌ها و نوکلوئوتیدها تنها به مقدار کمی جدا می‌شوند.

3-1- کاربردهای مخمر اتولایز شده

مخمرهای اتولایز شده به طور گسترده‌ای توسط صنعت غذا برای توانایی شان در افزایش طعم غذا به عنوان مثال در اسنکها و سوپ‌های خشک استفاده می‌شوند. همچنین در جیره حیوانات برای افزایش خوشخوراکی و حمایت از سلامت دستگاه گوارش و هضم غذا استفاده می‌شوند. با این وجود، از آنجایی که فرآیند تولید مخمر اتولایز شده کمتر قابل کنترل و جهت دهی است (در مقایسه با مخمرهای هیدرولیز شده) این مخمرها ممکن است منجر به تولید محصولاتی با کیفیت و با راندمان متنوعی شوند.

4- مخمرهای هیدرولیز شده

مخمرهای هیدرولیز شده از هضم سلول مخمر توسط هر دو آنزیم اندوژنوس و اگزوژنوس تولید می‌شوند. به طرز خاصی آنزیم‌های انتخابی در طی فرآیند تولید اضافه می‌شوند تا سطح مطلوبی از هیدرولیز حاصل گردد. پروتئین‌ها به پپتیدهای با اندازه کوچک و اسیدهای نوکلوئیک تقسیم می‌شوند و فرآیند هیدرولیز کاملا قابل کنترل و جهت دهی است و در نهایت مواد مغذی با قابلیت هضم نسبتا بالا تولید می‌شوند. فرآیند کاملا کنترل شده و برای تولید محصولاتی بکار می‌رود که ثبات بیشتری در ترکیب مواد مغذی آنها نیاز است. مخمرهای هیدرولیز شده دارای دیواره سلولی و عصاره مخمر هستند و در هیچ مرحله‌ای از فرآیند هیدرولیز از هم جدا نمی‌شوند.   

4-1- کاربردهای مخمر هیدرولیز شده

مخمرهای هیدرولیز شده می‌توانند جایگزین مناسبی برای منابع پروتئینی در خوراک حیوانات باشند (جدول 1). این منبع پروتئینی جایگزین در جیره حیوانات به دلایل متعددی در حال گسترش است: 1) برای حمایت از کاهش اثرات زیست محیطی تولیدات حیوانات (کیم و همکاران، 2019)؛ 2) محدود کردن استفاده از پروتئین‌های گرید غذایی در جیره دام و 3) حمایت از کاهش آنتی‌بیوتیک‌های مصرفی و بهبود آسایش حیوان به دلیل اثرات مفید روی سلامت حیوان (آپادایا و همکاران، 2019).

 

مخمرهای هیدرولیز شده به خاطر فواید تغذیه‌ای و عملکردیشان برای حمایت از رشد و سلامت گوساله‌های جوان استفاده می‌شوند. به دلیل افزودن آنزیم‌های خاص در طی فرآیند تولید، پروتئین‌های با قابلیت هضم بالا و منابع غنی از اسیدهای آمینه و اسیدهای نوکلوئیک را برای حیوان تأمین می‌کنند. در حیوانات جوان که سیستم ایمنی به طور کامل توسعه پیدا نکرده است و نیاز به مواد مغذی با قابلیت هضم بالا دارند استفاده از این منابع پروتئینی سبب بهبود مصرف خوراک، عملکرد دستگاه گوارش و فعالیت یکنواخت آنها می‌شود. انتخاب آنزیم‌ها و همچنین کنترل شرایط فرآوری ترکیب محصول نهایی و عملکرد نهایی آن را تعیین خواهد کرد. تغذیه مخمرهای هیدرولیز شده فراهمی اسیدهای آمینه آزاد و پپتیدهای کوچک را برای حفظ سلامت دستگاه گوارش در شرایط دارای چالش از مسیرهای زیر تضمین می‌کند.

1)       تغذیه دستگاه گوارش: اسیدهای آمینه برای حفظ یکپارچگی و توده موکوسی دستگاه گوارش ضروری هستند.   

2)       تغذیه میکرواوگانیسم‌ها: مواد مغذی برای توسعه فلورمیکروبی طبیعی و مفید دستگاه گوارش ضروری هستند.

3)       تغذیه سیستم ایمنی: دستگاه گوارش حاوی 70 درصد از سلول‌های ایمنی بدن است. مواد مغذی برای حفظ این سیستم ایمنی مهم بدن ضروری اند.

 

5- مخمرهای غنی شده غیرفعال            

مخمرهای غنی شده با مواد معدنی یا ویتامین‌ها نوع خاصی از مخمرهای غیر فعال هستند. همانند انسان‌ها، مخمرها وقتی در معرض تابش نور UV قرار می‌گیرند، می‌توانند به طور طبیعی ویتامین D را تولید کنند. در این فرآیند استرول‌های طبیعی درون مخمر (ارگوسترول) به ویتامین D (ارگوکلسیفرول) تبدیل می‌شوند. همچنین مخمرها توانایی گرفتن یا ورود مواد معدنی کمیاب (سلنیم، کروم، ید، منگنز و ...) را به درون سلول خود دارند و لذا این ویژگی برای تولید یک توده مخمر غنی از مواد معدنی ایده‌آل است.

5-1- کاربردهای مخمرهای غنی شده غیرفعال

مخمرهای غنی از سلنیم یک منبع عالی از سلنیم آلی هستند که برای تغذیه حیوان استفاده می‌شوند. مخمر S.Cerevisiae NCYCR397 می‌تواند سلنیم غیر آلی را استفاده کرده و سپس به صورت سلنو-آمینواسید آلی (سلنو-متیونین و سلنو-سیستئین) وارد پروتئین‌های مخمر کند. در طی فرآیند تخمیر، سلنیم غیر آلی به محیط کشت مخمر اضافه می‌شود. به طور کلی تولید مخمر غنی شده با سلنیم که دارای کیفیت بالا و غلظت کافی است به سویه مخمر و روش خاص فرآوری وابسته است. سلنیم در فرم آلی دارای قابلیت دسترسی بالاتری است. سبب افزایش غلظت سلنیم در گوشت، شیر و تخم مرغ می‌شود و اثرات منحصر به فردی روی متابولیسم دارد. معمولا مخمر غنی شده با سلنیم در مواد خوراکی ترجیح داده می‌شود. مشابه این حالت، در تغذیه انسان مخمر غنی شده با ویتامین D برای نانوایی توصیه شده است و از این طریق نان به عنوان یک ماده گیاهی غنی از ویتامین D تولید می‌شود.

6- دیواره سلولی مخمر

6-1- دیواره سلولی مخمر چیست؟

دیواره سلولی مخمر در حقیقت بخش نامحلول مخمر هیدرولیز شده و یا اتولیز شده است که بعد از جداسازی از محتوای سیتوپلاسم (عصاره مخمر) حاصل می‌شود. دیواره سلولی 40-30 درصد وزن خشک سلول مخمر را تشکیل می‌دهد و از دو لایه طبق شکل تشکیل شده است.

1)       لایه خارجی که غنی از مانان اولیگوساکاریدها (MOS) و 30-20 درصد وزن دیواره سلولی را تشکیل می‌دهد که وابسته به شرایط فرآوری نیز می‌باشد. MOS مسئول جلوگیری از اتصال باکتری‌های نامطلوب به سطح مخمر، تبادلات غشائی، تخلخل یا نفوذپذیری و به طور گسترده تر حفاظت از مخمر در برابر عوامل محیطی است.

2)       لایه داخلی غنی از بتا 1 و 3-گلوکان و بتا 1 و 6-گلوکان و 35-20 درصد وزن دیواره سلولی مخمر را تشکیل می‌دهد که سبب حالت استحکام و انعطاف‌پذیری در دیواره سلولی می‌شود. همچنین این لایه حاوی کیتین (تقریبا 2 درصد دیواره سلولی) است که نقش اصلی در تکمیل دیواره سلولی دارد و انسجام دیواره را تحت تأثیر قرار می‌دهد. ساختار و ترکیب دیواره سلولی مخمر تأثیر مستقیم روی خصوصیات بیولوژیکی دیواره سلولی و فعالیت بالقوه آن دارد. هر محصول دیواره سلولی مخمر ویژگی منحصر به خود را دارد که عملکرد و کاربرد آن را در تغذیه دام تحت تأثیر قرار می‌دهد. دیواره سلولی مخمر از تخمیر اولیه و یا ثانویه تولید می‌شود که خود این خصوصیات و عملکرد دیواره سلولی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

 

شکل 8- ترکیب و ساختار دیواره سلولی مخمر

6-2- عملکرد دیواره سلولی

محصولات دیواره سلولی 4 عمل اصلی دارند که به شدت وابسته به فرآیند و سویه مخمر است:

1)       به دلیل خاصیت و یا ظرفیت باند شوندگی‌شان، توسعه باکتری‌های نامطلوب درون دستگاه گوارش را محدود کرده و یک شرایط مطلوب در روده ایجاد می‌کنند.

2)       برای توسعه میکروارگانیسم‌های مفید درون روده باریک بسیار سودمند هستند و دارای اثرات پریبیوتیک می‌باشند و این اثر به شدت وابسته به نرخ مصرف آنها است.

3)       تنظیم کننده سیستم ایمنی ذاتی حیوان هستند که به تقویت سیستم دفاعی طبیعی بدن کمک می‌کنند.

4)       به کاهش اثرات منفی مایکوتوکسین‌ها از خوراک کمک کرده و اینتراکشن خاصی بین مایکوتوکسین‌های مشخص و پلی ساکاریدهای دیواره سلولی وجود دارد.

6-3- کاربردها

دیواره سلولی مخمر به طور ویژه در همه گونه‌های حیوانات می‌تواند:

1)       به حفظ سلامت دستگاه گوارش کمک کند.

2)       باعث حمایت از استفاده از خوراک و عملکرد رشد حیوانات شود.

3)       باعث تقویت سیستم ایمنی و سیستم طبیعی دفاعی بدن شود.

4)       مایکوتوکسین‌های خاص را جذب می‌کند.

5)       باعث سلامت پوست ماهی و حفاظت از پوست ماهی می‌شود.      

  

نکته: یک مرحله اضافی در طی فرآیند تولید دیواره سلولی بکار می‌رود تا لایه اولیگوساکارید را جدا کند (با روش آنزیمی و یا شیمیایی) و محصول نهایی را به صورت یک بخش دارای بتا گلوکان تولید می‌کند. محصول نهایی بدست آمده دارای سطوح بالاتری از بتاگلوکان است که عملکرد اصلی آن تنظیم سیستم ایمنی است.

 

7- عصاره مخمر

7-1- عصاره مخمر چیست؟

عصاره‌های مخمر بخش آبی مخمر هستند و عمدتا از طریق سانتریفیوژ مخمرهای هیدرولیز شده بدست می‌آیند که وابسته به فرآیند پس از تخمیر هستند. عصاره مخمر به عنوان منبع مواد مغذی و یا طعم دهنده هستند. غنی از پروتئین (بیش از 60 درصد) و پپتیدها بوده و همچنین حاوی رنج وسیعی از ویتامین‌های گروه B می‌باشند. حدود 50 درصد نیتروژن عصاره مخمر به صورت اسیدهای آمینه آزاد می‌باشند و به طور قابل توجهی به عنوان سوبسترا برای فلور طبیعی دستگاه گوارش حیوانات استفاده می‌شوند. عصاره مخمر حاوی اسیدهای نوکلوئیک (از جمله آدنین) و نوکلئوتیدها هستند. همچنین غنی از مواد معدنی بوده و می‌توانند به هر دو فرم خشک و مایع استفاده شوند. نوع عصاره مخمر تولید شده به شدت وابسته به طبیعت آنزیم‌های استفاده شده و همچنین شرایط فرآوری (مدت هیدرولیز، دما و ...) است. بر اساس فرآیند، تنوع زیادی از عصاره مخمر برای اهداف خاص (شامل طعم دهنده برای گوشت و پنیر و یا غنی از نوکلئوتیدها و ...) وجود دارند. این فرآیندهای پیچیده باعث می‌شوند که عصاره مخمر کاربردهای ویژه‌ای داشته باشد. عصاره مخمر به طور گسترده‌ای به عنوان افزایش دهنده طعم غذا استفاده می‌شوند و عمدتا اثر آنها به دلیل وجود گلوتامات و طعمی شبیه به آبگوشت یا گوشت پخته شده است.

 

7-2- عصاره مخمر به عنوان منبع نوکلئوزیدها و نوکلئوتیدها

نوکلئوتیدها بلوک‌های ساختمانی DNA و RNA هستند (شکل 10). هر اورگانیسم برای ادامه زندگی باید سلول‌های جدید ایجاد کند که این کار را از طریق تقسیم سلولی انجام می‌دهد. سلول‌های مشخص مثل سلول‌های کبد از طریق سنتز دنوو نیاز بلوک‌های ساختمانی نوکلئوتیدهایشان را تأمین می‌کنند. اما سایر اورگان‌ها مثل سلول‌های موکوس روده، سلول‌های استخوانی، لوکوسایت‌ها، اریتروسایت‌ها و یا بعضی سلول‌های مغز نیاز به تأمین نوکلئوتیدها از منشأ غذا دارند. تحت شرایط استرس زا مثل اختلالات سلامتی و نیاز به رشد بالا، تقاضا برای توسعه سلول‌های جدید افزایش می‌یابد. در این شرایط بسیار مهم است که سیستم ایمنی تحریک شود و سلول‌های جدید و پروتئین‌ها (آنتی‌بادی‌ها) باید تولید شوند تا به چالش‌های ایجاد شده مثلا عفونت‌های باکتریایی پاسخ دهند. مکمل کردن نوکلئوتیدها در حمایت از احتیاجات تغذیه‌ای آنها کمک می‌کند.

شکل 10- نوکلئوتیدها و بلوک‌های ساختمانی DNA

7-3- کاربردها

در حیوانات جوان که موقع از شیرگیری دچار استرس بسیار زیادی می‌شوند، کاهش شدید مصرف خوراک، آتروفی ویلی روده، کاهش ظرفیت هضم و جذب مواد غذایی و یا عدم ترشح کافی موکوس روده اتفاق می‌افتد. همچنین یک مرحله فیزیولوژیکی که حیوانات جوان با آن روبرو هستند رشد بدنی بسیار بالا و توسعه شدید سیستم گوارشی آنها است به طوری که بازسازی کل سول‌های گوارشی آنها هر 5 تا 6 روز اتفاق می‌افتد. همزمان جابجایی از شیر به سمت خوراک جامد خشک سبب کاهش شدید مصرف نوکلئوتیدها می‌شود، زیرا شیر منبع غنی از نوکلئوتیدها است. فراهمی عصاره غنی از نوکلئوتید می‌تواند نقش‌های مهمی در سطوح مختلف داشته باشد:

1)       فراهمی مصرف خوراک به دلیل خوشخوراکی و اثرات گلوتامات آزاد

2)       فراهمی یا حمایت از پاسخ ایمنی

3)       کمک به بهبود مورفولوژی روده باریک توسط حمایت از تقسیم سلولی

4)       این فواید می‌توانند با کاهش خطر اختلالات هضمی و حمایت از عملکرد در فاز بعد از شیرگیری توأم باشد.

 

8- محیط کشت مخمر چیست؟

محیط کشت مخمر حاوی ترکیبی از بایومس مخمر، متابولیت‌های تولید شده در طی فرآیند خاص تخمیر و ترکیب حد واسط (دانه) است. برای تولید محیط کشت مخمر، یک محیط کشت خاص (مثل دانه غلات حاوی نشاسته) با استفاده از سلول‌های مخمر زنده تلقیح می‌شود و اجازه داده می‌شود تا تحت شرایط خاص تخمیر صورت بگیرد. در انتهای فرآیند تخمیر هیچ جداسازی بین مرحله شستشو و خشک کردن محیط کشت تخمیر شده انجام نمی‌شود. عمده ترکیبات در محیط کشت مخمر وجود دارند که شامل مدیای کشت و سلول‌های مخمر تیمار نشده می‌باشد. در طی فرآیند تخمیر، سلول‌های مخمر متابولیت‌های مشخصی مثل پپتیدها، الکل، اتر و اسیدهای آلی تولید می‌کنند. ترکیب این متابولیت‌ها می‌تواند به ترکیب سوبسترای استفاده شده و شرایط تخمیر ارتباط داشته باشد. انواع و مقدار متابولیت‌ها اغلب مشخص نمی‌شوند و ضمانت نمی‌شوند.

نتیجه گیری

مخمرها یک منبع با ارزش و انعطاف پذیر از ترکیبات دارای ارزش غذایی و عملکردی برای تغذیه حیوان هستند. هر محصول مخمر ویژگی‌های خاص خودش را دارد و دارای اثرات سودمندی روی سلامت و عملکرد رشد حیوان به خصوص در طی دوره‌هایی است که حیوان با چالش روبرو است و شرایط بهداشتی ضعیف و پر استرس است (مثل دوران از شیرگیری، اختلالات بیماری، استرس گرمایی و...). تعداد زیادی از محصولات خالص مخمر شامل مخمرهای زنده و مشتقات آن در بازار تغذیه دام قابل دسترس هستند. لذا درک از اختلالات موجود بین این محصولات برای انجام یک انتخاب شایسته با توجه به نقش بالقوه آنها و اثرات آنها روی حیوان ضروری است.

منبع

www.lallemandanimalnutrition.com

 

ترجمه شده توسط:

عطیه رحیمی، دکتری تغذیه نشخوارکنندگان، دبیر کمیته تحقیق و توسعه شرکت جوانه خراسان