المخلفات الزراعية كركائز لإنتاج الإنزيمات للحفاظ على البيئة

يعد الاستخدام الاقتصادي للمخلفات الزراعية في إنتاج منتجات ذات قيمة مضافة الشرط الأساسي للاقتصاد الدائري. تعتبر المخلفات الزراعية من النفايات الضخمة من جهة، والغنية بالعناصر الغذائية والمنتجات الحيوية من جهة أخرى. المخلفات الزراعية الناتجة عن المحاصيل الحقلية – مثل قش الأرز، سيقان الذرة، قشور القمح، وبقايا قصب السكر تعد من أكثر الموارد الطبيعية توافراً وأقلها استغلالاً. في الوقت ذاته، تزداد الحاجة إلى إنزيمات صناعية وبيولوجية تدخل في صناعات الأغذية والأعلاف والوقود الحيوي والأدوية. لذا برز الاهتمام باستخدام هذه المخلفات كمصدر رخيص وصديق للبيئة لإنتاج واستخلاص الإنزيمات.

يمثل استخلاص الإنزيمات من مخلفات المحاصيل الحقلية خطوة مهمة نحو الاستفادة المثلى من الموارد المتاحة وتقليل التأثيرات البيئية الضارة، مع دعم صناعات حيوية ومستدامة. التطور في تقنيات التخمير والمعالجة الحيوية سيزيد من الجدوى الاقتصادية ويعزز مكانة هذه التقنيات في المستقبل القريب. هناك العديد من الإنزيمات تم الحصول عليها من المخلفات مثال: السليوليز: من قش الأرز وسيقان الذرة لتحليل السليلوز، الزايلاز: من قشور القمح أو الذرة لتحليل الهيميسليلوز، البيتا-جلوكوزيداز: من بقايا قصب السكر لتحويل السكريات المعقدة إلى بسيطة، اللاكتيز: من مخلفات غنية باللجنين لمعالجة الأصباغ والنفايات وغيرها.

المخلفات الزراعية كركائز لإنتاج إنزيم الأسبارجيناز:

حيث استخدمت المخلفات الغنية بالجلوكوز كمصدر للكربون (مخلفات الذرة،قشورالعنب، قشور التفاح، قشور الجزر، قشور البطاطس، مخلفات عصر قصب السكر، قشور الموز)، بوسطة التخمير بتراكيز  مختلفة.  كما استخدمت المخلفات الغنية بالنيتروجين (كسبة فول الصويا، قشور الفول، ماء الحمص المسلوق، الشرش) وفق تراكيز مختلفة، ايضا استخدمت طريقة المزارع المغمورة فى وجود سلالات Bacillus licheniformis  المعزولة من التربة المحلية، لإنتاج انزيم الأسبارجيناز. وتشكلِّ مركبات الكربون كالنشاء، والسيللوز، والليجنوسيللوز، والبكتين، المكونات الأساسية للبنية الجزيئية لمخلفات المحاصيل المختلفة كما يمتاز العديد من المخلفات الزراعية بالمحتوى العالي من النيتروجين.

يمثل الكربون مصدرا هاما للطاقة، وعنصرا رئيسيا في عمليات البناء الحيوي، ويعد وجود النتروجين ضروريا للنمو واستقلاب بعض المركبات، وقد اشارت العديد من الدراسات إلى تأثير الكربون والنيتروجين في زيادة إنتاجية الأسبارجيناز وأن مصدر الكربون المثالي لإنتاج الأسبارجينازهو سكر الجلوكوز فى وجود بكتريا Bacillus نظرا للأهمية التطبيقية الغذائية والدوائية لإنزيم الأسبارجيناز ولعدم توفر الإنزيم تجارياً في الأسواق المحلية، اتجهت الدراسة نحو إنتاج هذا الإنزيم من المخلفات الغذائية وتطبيقه في الصناعات الغذائية والدوائية .

دور انزيم الأسبارجيناز:

يعد أنزيم الأسبارجيناز أحد أهم الأنزيمات الصناعية ذات التطبيقات الواسعة في المجالات الصيدلانية والغذائية. ويتوقع أن تصل قيمة المبيعات السنوية لهذا الأنزيم إلى 420 مليون دولار عام 2025،لأنه يعد عاملا مساعدا في الصناعات الغذائية، إذ يعمل على:

- تخفيض كمية الأكريلاميد المتشكلة في الأغذية النشوية لتفاعل ميلارد حيث يتفاعل الحمض الأميني الأسبارجين مع السكريات الموجودة في هذه الأغذية، ما يؤ دي إلى تكون الأكريلاميد وظهور اللون البني.

- يعمل الأسبارجيناز على تحسين لون المنتج وطعمه وقوامه. 

- يستخدم بنجاح في الصناعات الدوائية كعلاج للعديد من أنواع السرطان 

- يشكل استخدام المخلفات الزراعية   -الصناعية كركائز خيارا واعدا للإنتاج الحيوي التجاري للأنزيم، نظرا للمحتوى المرتفع من المغذيات والتكلفة المنخفضة. 

المخلفات الزراعية كركائز لإنتاج إنزيم الفا أميليز 

هناك إمكانية لإنتاج إنزيم ألفا-أميليز المستخدم على نطاق واسع صناعيًا من مخلفات زراعية غنية بالنشا مثل نفايات الحبوب فى وجود كائن حي دقيق هو Aspergillus niger. ويمكن لسلالات Bacillus النمو على ركيزة نخالة الأرز لإنتاج ألفا أميليز ايضا.

وتعد الركائز الصلبة المختلفة، مثل نخالة الأرز ونخالة القمح ونخالة الحمص ومخلفات جوز الهند والسمسم و الفول السوداني، غنية بالنشا. وتعتبر هذه المخلفات الزراعية والصناعية مواد خام رخيصة لإنتاج الأميليز.

تتمتع عملية التخمير في الحالة الصلبة بإمكانيات هائلة لإنتاج إنزيم الأميليز بواسطة فطر Aspergillus niger. وقد حُدد فطر Aspergillus niger BAN3E كأفضل منتج للأميليز. 

إنزيمات الأميليز إنزيمات مهمة تستخدم في:

- صناعات معالجة لتحليل السكريات المتعددة مثل النشا إلى مكونات سكرية بسيطة. حظيت إنزيمات تحليل النشا، مثل الالفا أميليز، باهتمام كبير نظرًا لأهميتها التكنولوجية وفائدتها الاقتصادية الملحوظة. 

- يستخدم هذا الإنزيم أيضًا في الإنتاج التجاري للجلوكوز. 

دور الإنزيمات في التصنيع الغذائي 

1. تحسين استخلاص العصائر والمستخلصات النباتية

• إنزيمات السليوليز والزايلاز: تحطم الجدران الخلوية للألياف النباتية، مما يزيد من كمية العصير المستخلص ويحسن صفاءه ونكهته.

2. تحسين جودة المخبوزات

• إضافة إنزيمات مثل الزايلاز والأميليز للعجين: يساعد في زيادة حجم الخبز وتحسين ملمسه وطعمه عن طريق تحلل المركبات المعقدة في الدقيق.

مقال 

المخلفات الزراعية كركائز لإنتاج الإنزيمات للحفاظ على البيئة وتعزيز الإستدامة

د/ أميمة محمد دويدار،  أ.د/ سهير نظمي عبد الرحمن