Protein adsorption in the food industry
پروٹین کے جذب سے مراد ٹھوس سطحوں پر پروٹین کا چپکنا ہے۔ یہ رجحان فوڈ پروسیسنگ انڈسٹری میں ایک اہم مسئلہ ہے، خاص طور پر دودھ کی پروسیسنگ اور شراب اور بیئر بنانے میں۔ ضرورت سے زیادہ جذب، یا پروٹین کی خرابی، صحت اور صفائی ستھرائی کے مسائل کا باعث بن سکتی ہے، کیونکہ جذب شدہ پروٹین کو صاف کرنا بہت مشکل ہوتا ہے اور بیکٹیریا کو پناہ دے سکتا ہے، جیسا کہ بائیو فلمز میں ہوتا ہے۔ مصنوعات کے معیار پر منفی اثر پڑ سکتا ہے اگر جذب شدہ مواد پروسیسنگ کے مراحل میں مداخلت کرتا ہے، جیسے پیسٹورائزیشن۔ تاہم، کچھ معاملات میں پروٹین کے جذب کا استعمال کھانے کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے کیا جاتا ہے، جیسا کہ شراب پر جرمانہ لگانے کے معاملے میں ہوتا ہے۔ پروٹین جذب اور پروٹین کی گندگی کھانے کی صنعت (خاص طور پر دودھ کی صنعت) میں بڑے مسائل کا باعث بن سکتی ہے جب کھانے سے پروٹین پروسیسنگ کی سطحوں پر جذب ہوتے ہیں، جیسے کہ سٹینلیس سٹیل یا پلاسٹک (جیسے. پولی پروپیلین)۔ پروٹین فاؤلنگ کسی سطح پر پروٹین کے مجموعوں کا جمع ہونا ہے۔ یہ حرارتی عمل میں سب سے زیادہ عام ہے جو سامان اور گرم کیے جانے والے بلک مادہ کے درمیان درجہ حرارت کا میلان پیدا کرتا ہے۔ پروٹین آلودہ حرارتی آلات میں، جذب شدہ پروٹین ہیٹر اور بلک میٹریل کے درمیان ایک موصلیت پرت بنا سکتے ہیں، جس سے حرارتی کارکردگی کم ہو جاتی ہے۔ یہ غیر موثر نس بندی اور پیسٹورائزیشن کا باعث بنتا ہے۔ نیز، ہیٹر میں پھنسے ہوئے پروٹین بلک میٹریل میں جلی ہوئی ذائقہ یا رنگ کا سبب بن سکتے ہیں۔ مزید برآں، فلٹریشن کو استعمال کرنے والے عمل میں، فلٹر کی سطح پر جمع ہونے والے پروٹین کے مجموعے بلک میٹریل کے بہاؤ کو روک سکتے ہیں اور فلٹر کی کارکردگی کو بہت کم کر سکتے ہیں۔ جذب کرنے کی مثالیں بیئر اسٹون ایک ایسی تعمیر ہے جو اس وقت بنتی ہے جب بیئر بنانے کے عمل میں اناج اور پانی سے آکسیلیٹ، پروٹین، اور کیلشیم یا میگنیشیم نمک کیگز، بیرل اور نل کی لکیروں پر پھسلتے ہیں اور پیمانے کی تشکیل کرتے ہیں۔ معدنیات پہلے کنٹینر کی سطح پر جذب ہوتی ہیں، جو چارج پرکشش مقامات سے چلتی ہیں۔ پروٹین اکثر حل میں ان معدنیات کے ساتھ مربوط ہوتے ہیں اور ان کے ساتھ سطح پر جڑے رہ سکتے ہیں۔ دوسرے معاملات میں پروٹین بھی سطح پر موجود معدنیات کو جذب کرتے ہیں، جس سے ذخائر کو ہٹانا مشکل ہو جاتا ہے، اور ساتھ ہی ایسی سطح فراہم ہوتی ہے جو آسانی سے مائکروجنزموں کو پناہ دے سکتی ہے۔ اگر نل کی لکیروں کے اندر بلٹ اپ بیئر اسٹون پھٹ جاتا ہے، تو یہ بیئر کو دھندلا بنا کر اور "آف" ذائقوں میں حصہ ڈال کر تیار شدہ مصنوعات کے معیار کو منفی طور پر متاثر کر سکتا ہے۔ یہ غذائیت کے نقطہ نظر سے بھی نقصان دہ ہے: آکسیلیٹس جسم میں کیلشیم کے جذب کو کم کر سکتے ہیں، اس کے علاوہ گردے میں پتھری بننے کا خطرہ بھی بڑھ سکتا ہے۔ شراب بنانے والے انگور اور شراب کے پروٹین جمع ہوتے ہیں اور تیار شدہ شراب، خاص طور پر سفید شراب میں دھند اور تلچھٹ بناتے ہیں۔ ہیز پیدا کرنے والے پروٹین کم آباد ہونے کی رفتار یا انفرادی ذرات پر چارج پسپائی کی وجہ سے شراب میں برقرار رہ سکتے ہیں۔ فائننگ ایجنٹس، جیسے بینٹونائٹ مٹی، ان پروٹینوں کو ہٹا کر شراب کو واضح کرنے کے لیے استعمال کیے جاتے ہیں۔ اس کے علاوہ، شراب کی وضاحت میں ٹینن یا دیگر فینولز کو ہٹانے کے لیے البیومین، کیسین، یا جلیٹن جیسے پروٹینیسیئس ایجنٹوں کا استعمال کیا جاتا ہے۔ بائیو فلم مائکروجنزموں کی ایک جماعت ہے جو کسی سطح پر جذب ہوتی ہے۔ بائیو فلمز میں مائکروجنزم ایک پولیمرک میٹرکس میں بند ہوتے ہیں جو ایکسوپولیسیکرائڈز، ایکسٹرا سیلولر ڈی این اے اور پروٹین پر مشتمل ہوتے ہیں۔ کسی سطح (عام طور پر دھات) کے حل میں رکھے جانے کے بعد سیکنڈ، غیر نامیاتی اور نامیاتی مالیکیول سطح پر جذب ہو جاتے ہیں۔ یہ مالیکیول بنیادی طور پر کولمبک قوتوں کی طرف راغب ہوتے ہیں (اوپر کے حصے کو دیکھیں)، اور سطح پر بہت مضبوطی سے چپکے رہ سکتے ہیں۔ اس پہلی پرت کو کنڈیشنگ پرت کہا جاتا ہے، اور یہ خرد حیاتیات کے لیے سطح سے جڑے رہنے کے لیے ضروری ہے۔ یہ مائکروجنزم پھر وان ڈیر والز قوتوں کے ذریعے الٹا منسلک ہوتے ہیں، اس کے بعد پیلی یا فلیجیلا جیسے خود سے تیار کردہ منسلک ڈھانچوں کے ذریعے ناقابل واپسی چپکنا ہوتا ہے۔ بائیو فلمز سٹینلیس سٹیل جیسے ٹھوس سبسٹریٹس پر بنتی ہیں۔ بائیو فلم کا منسلک پولیمرک میٹرکس اس کے جرثوموں کو تحفظ فراہم کرتا ہے، جس سے ڈٹرجنٹ اور صفائی کے ایجنٹوں کے خلاف ان کی مزاحمت میں اضافہ ہوتا ہے۔ فوڈ پروسیسنگ کی سطحوں پر بائیو فلمز فوڈ سیفٹی کے لیے حیاتیاتی خطرہ ہو سکتی ہیں۔ بائیو فلمز میں کیمیائی مزاحمت میں اضافہ مسلسل آلودگی کی حالت کا باعث بن سکتا ہے۔ دودھ کی صنعت بالواسطہ حرارتی نظام کے ذریعے دودھ کا تھرمل علاج (مثال کے طور پر۔ پیسٹورائزیشن) مائکروبیل بوجھ کو کم کرنے اور شیلف لائف کو بڑھانے کے لیے عام طور پر پلیٹ ہیٹ ایکسچینجر کے ذریعے انجام دیا جاتا ہے۔ ہیٹ ایکسچینجر کی سطحیں جذب شدہ دودھ کے پروٹین کے ذخائر سے آلودہ ہو سکتی ہیں۔ فاؤلنگ کا آغاز کمرے کے درجہ حرارت پر پروٹین مونو لیئر کی تشکیل سے ہوتا ہے، اس کے بعد گرمی سے حوصلہ افزائی جمع ہوتی ہے اور چھینے کے پروٹین اور کیلشیم فاسفیٹ کے ذخائر جمع ہوتے ہیں۔ جذب شدہ پروٹین حرارت کی منتقلی کی کارکردگی کو کم کرتے ہیں اور ممکنہ طور پر دودھ کو مناسب طریقے سے گرم کرنے سے روک کر مصنوعات کے معیار کو متاثر کرتے ہیں۔ پروٹین جذب کرنے کے طریقہ کار کھانے کی صنعت میں پروٹین جذب کرنے کی تمام مثالوں میں عام رجحان یہ ہے کہ پہلے سطح پر جذب ہونے والی معدنیات کو جذب کیا جائے۔ اس رجحان کا مطالعہ کیا گیا ہے لیکن اسے اچھی طرح سے سمجھا نہیں گیا ہے۔ مٹی جیسی معدنیات پر جذب ہونے والے پروٹین کی سپیکٹروسکوپی C = O اور N-H بانڈ کے حصوں میں تغیرات ظاہر کرتی ہے، جس کا مطلب ہے کہ یہ بانڈ پروٹین کے بائنڈنگ میں شامل ہوتے ہیں۔ کولمبک بعض صورتوں میں پروٹین سطحوں پر ضرورت سے زیادہ چارج کی وجہ سے اپنی طرف متوجہ ہوتے ہیں۔ جب کسی سیال میں کسی سطح پر خالص چارج ہوتا ہے، تو سیال میں موجود آئن سطح پر جذب ہو جائیں گے۔ پروٹین کی سطح پر امینو ایسڈ کے باقیات چارج ہونے کی وجہ سے پروٹینوں میں بھی چارج شدہ سطحیں ہوتی ہیں۔ اس کے بعد سطح اور پروٹین کولمبک قوتوں کی طرف راغب ہوتے ہیں۔ ایک پروٹین چارج شدہ سطح () سے جو کشش محسوس کرتا ہے اس کا انحصار تیزی سے سطح کے چارج پر ہوتا ہے، جیسا کہ مندرجہ ذیل فارمولے سے بیان کیا گیا ہے: جہاں پروٹین کی طرف سے محسوس ہونے والی صلاحیت ہے وہ سطح x کی اصل صلاحیت ہے جو پروٹین سے سطح تک کا فاصلہ ہے، اور ڈیبی لمبائی ہے۔ پروٹین کی سطح کی صلاحیت اس کے پاس موجود چارج شدہ امینو ایسڈ کی تعداد اور اس کے آئسو الیکٹرک پوائنٹ، پی آئی سے ملتی ہے۔ تھرموڈینامک پروٹین کا جذب مرکب کو گرم کرنے کے براہ راست نتیجے کے طور پر بھی ہو سکتا ہے۔ دودھ کی پروسیسنگ میں پروٹین کے جذب کو اکثر دوسرے حالات میں اس قسم کے جذب کے لیے ایک ماڈل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ دودھ بنیادی طور پر پانی پر مشتمل ہوتا ہے، جس میں 20 فیصد سے بھی کم معطل ٹھوس یا تحلیل شدہ پروٹین ہوتے ہیں۔ پروٹین مجموعی طور پر دودھ کا صرف 3.6 ٪ بناتے ہیں، اور صرف 26 ٪ اجزاء جو پانی نہیں ہیں۔ یہ تمام پروٹین پاسٹورائزیشن کے دوران ہونے والی گندگی کے لیے ذمہ دار ہیں۔ چونکہ دودھ کو پیسٹورائزیشن کے دوران گرم کیا جاتا ہے اس لیے دودھ میں موجود بہت سے پروٹین غیر فطری ہو جاتے ہیں۔ پاسچرائزیشن کا درجہ حرارت 161 ڈگری فارن ہائٹ (71.7 ڈگری سیلسیس) تک پہنچ سکتا ہے۔ یہ درجہ حرارت اتنا زیادہ ہوتا ہے کہ نیچے موجود پروٹین کو خراب کر دیتا ہے، جس سے دودھ کی غذائیت کی قیمت کم ہو جاتی ہے اور آلودہ ہو جاتی ہے۔ دودھ کو ان اعلی درجہ حرارت پر مختصر وقت (15-20 سیکنڈ) کے لیے گرم کیا جاتا ہے تاکہ ڈی نیچرائزیشن کی مقدار کو کم کیا جا سکے۔ تاہم غیر فطری پروٹین سے آلودگی اب بھی ایک اہم مسئلہ ہے۔ ڈینیچوریشن پروٹین میں ہائیڈروفوبک امینو ایسڈ کے باقیات کو بے نقاب کرتا ہے، جو پہلے پروٹین کے ذریعہ محفوظ تھے۔ بے نقاب ہائیڈروفوبک امینو ایسڈ اپنے ارد گرد کے پانی کی اینٹروپی کو کم کرتے ہیں، جس سے یہ سطح کے جذب کے لیے سازگار ہوتا ہے۔ کچھ β-لییکٹوگلوبلین (β-lg) براہ راست ہیٹ ایکسچینجر یا کنٹینر کی سطح پر جذب ہو جائے گا۔ دیگر غیر فطری β-lg مالیکیول کیسین مائیکلز کو جذب کرتے ہیں، جو دودھ میں بھی موجود ہوتے ہیں۔ جیسے جیسے زیادہ سے زیادہ β-lg پروٹین کیسین مائیکل سے جڑے ہوتے ہیں یہ ایک مجموعی بناتا ہے، جو پھر ہیٹ ایکسچینجر اور/یا کنٹینر کی سطح پر پھیل جائے گا۔ اگرچہ مجموعے دودھ کی پروسیسنگ میں پائے جانے والے زیادہ تر پروٹین کی خرابی کی وضاحت کر سکتے ہیں، لیکن یہ اس سب کا سبب نہیں بنتا ہے۔ ایک تیسری قسم کی فاؤلنگ دریافت کی گئی ہے جس کی وضاحت ڈی نیچرڈ β-lg پروٹین کے کیمیائی تعاملات سے ہوتی ہے۔ β-lg میں 5 سسٹین کے باقیات ہوتے ہیں، جن میں سے چار ایک دوسرے کے ساتھ باہمی طور پر جڑے ہوتے ہیں، جس سے S-S بانڈ بنتا ہے۔ جب β-lg کو بے ساختہ کیا جاتا ہے، تو پانچواں سسٹین باقیات پانی کے سامنے آ جاتا ہے۔ یہ باقیات پھر دوسرے β-lg پروٹینوں سے منسلک ہوتے ہیں، بشمول وہ جو پہلے سے ہی سطح پر جذب ہوتے ہیں۔ یہ غیر فطری پروٹین اور کنٹینر کی سطح کے درمیان ایک مضبوط تعامل پیدا کرتا ہے۔ آئسوتھرمز کا استعمال سطح کے اوپر پروٹین کے ارتکاز کے لحاظ سے مستقل درجہ حرارت پر سطح پر جذب شدہ پروٹین کی مقدار کی مقدار کے لیے کیا جاتا ہے۔ محققین نے پروٹین کے جذب کے لیے تجرباتی اقدار کو بیان کرنے کے لیے لینگموائر قسم کے آئسوتھرم ماڈل کا استعمال کیا ہے۔ اس مساوات میں جذب شدہ پروٹین کی مقدار سطح کا رقبہ فی مالیکیول ہے پروٹین کا جزوی مولر حجم گبز فری انرجی آف ایڈسورپشن فی یونٹ ایریا کا منفی ہے اور توازن پروٹین کا ارتکاز ہے۔ یہ مساوات پروٹین اور پانی کے ماڈل حل سے 50 ڈگری سیلسیس سے زیادہ درجہ حرارت پر پروٹین جذب کرنے کی لیبارٹری کی ترتیب پر لاگو کی گئی ہے۔ یہ خاص طور پر دودھ کی پروسیسنگ میں پروٹین کی خرابی کی ماڈلنگ کے لیے مفید ہے۔ جذب شدہ پروٹین کو ہٹانا جذب شدہ پروٹین کھانے کی سطحوں سے ہٹانے کے لیے سب سے مشکل کھانے کی مٹی میں سے ہیں۔ خاص طور پر، گرمی سے انحطاط پذیر پروٹین (جیسے کہ دودھ کی صنعت کی ایپلی کیشنز میں پائے جانے والے) سطحوں پر مضبوطی سے چپکے رہتے ہیں اور انہیں ہٹانے کے لیے مضبوط الکلائن کلینرز کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ ضروری ہے کہ صفائی کے طریقے مرئی اور غیر مرئی دونوں طرح کی پروٹین والی مٹی کو ہٹانے کے قابل ہوں۔ بیکٹیریا کی نشوونما کے لیے غذائی اجزاء کے ساتھ ساتھ بائیو فلمز کو بھی ہٹایا جانا چاہیے جو کھانے کے رابطے کی سطح پر بنی ہو سکتی ہیں۔ پروٹین پانی میں اگھلنشیل ہوتے ہیں، تیزابیت کے حل میں قدرے گھلنشیل ہوتے ہیں اور الکلین حل میں گھلنشیل ہوتے ہیں، جو سطح سے پروٹین کو ہٹانے کے لیے استعمال ہونے والے کلینر کی قسم کو محدود کرتے ہیں۔ عام طور پر، پیپٹائزنگ اور ویٹنگ ایجنٹوں کے ساتھ انتہائی الکلین کلینر کھانے کے رابطے کی سطحوں پر پروٹین کو ہٹانے میں سب سے زیادہ موثر ہوتے ہیں۔ مؤثر پروٹین ہٹانے کے لیے درجہ حرارت کی صفائی بھی ایک تشویش ہے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، صفائی کے مرکب کی سرگرمی بڑھ جاتی ہے، جس سے مٹی کو ہٹانا آسان ہو جاتا ہے۔ تاہم، زیادہ درجہ حرارت (> 55 ڈگری سیلسیس) پر پروٹین کی انحطاط اور صفائی کی افادیت کم ہو جاتی ہے۔ الکلائن کلینرز کو پی ایچ 7-14 والے مرکبات کے طور پر درجہ بند کیا جاتا ہے۔ پروٹین کو 11 یا اس سے زیادہ پی ایچ والے کلینرز کے ذریعے سطحوں سے سب سے زیادہ مؤثر طریقے سے ہٹا دیا جاتا ہے۔ مضبوط الکلین صفائی ایجنٹ کی ایک مثال سوڈیم ہائیڈروکسائڈ ہے، جسے کاسٹک سوڈا بھی کہا جاتا ہے۔ اگرچہ سوڈیم ہائڈروکسائڈ (NaOH) کھانے کے رابطے کی سطحوں جیسے سٹینلیس سٹیل پر کٹاؤ کا سبب بن سکتا ہے، لیکن یہ پروٹین کو تحلیل کرنے اور کھانے کی مٹی کو منتشر/ایملسیفائی کرنے میں اس کی افادیت کی وجہ سے پروٹین کو ہٹانے کے لیے ترجیحی صفائی ایجنٹ ہے۔ دھات کی سطحوں پر کٹاؤ کو کم کرنے کے لیے اکثر ان کلینرز میں سلیکیٹ شامل کیے جاتے ہیں۔ پروٹین میں الکلائن کی صفائی کے عمل کا طریقہ کار تین مراحل کے عمل کی پیروی کرتا ہے: جیل کی تشکیل: الکلائن محلول کے ساتھ رابطے پر، پروٹین کی مٹی پھول جاتی ہے اور ایک ہٹنے والا جیل بناتی ہے۔ پروٹین ہٹانا: بڑے پیمانے پر منتقلی کے ذریعے پروٹین جیل کو ہٹا دیا جاتا ہے، جبکہ صفائی کرنے والا ایجنٹ مٹی میں پھیلتا رہتا ہے، جس سے جیل کی تشکیل میں اضافہ ہوتا ہے۔ سڑنے کا مرحلہ: پروٹین جیل کو اس مقام تک ختم کر دیا گیا ہے جہاں یہ ایک پتلا ذخیرہ ہے۔ اس مرحلے پر ہٹانا شیر کشیدگی قوتوں اور جیل کی بڑے پیمانے پر منتقلی کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ ہائپوکلورائٹ کو اکثر پروٹین کو پیپٹائز کرنے کے لیے الکلائن کلینرز میں شامل کیا جاتا ہے۔ کلورینیٹڈ کلینسرز پروٹین میں سلفایڈ کراس لنکس کو آکسائڈائز کرکے کام کرتے ہیں۔ مٹی کے میٹرکس میں کلینر کے بڑھتے ہوئے پھیلاؤ کی وجہ سے صفائی کی رفتار اور کارکردگی بہتر ہوتی ہے، جو اب چھوٹے، زیادہ گھلنشیل پروٹین پر مشتمل ہے۔ انزائم کلینر انزائم پر مبنی کلینر خاص طور پر بائیو فلم کو ہٹانے کے لیے مفید ہیں۔ روایتی الکلائن یا ایسڈ کلینرز سے بیکٹیریا کو ہٹانا کسی حد تک مشکل ہوتا ہے۔ انزائم کلینر بائیو فلمز پر زیادہ موثر ہوتے ہیں کیونکہ وہ بیکٹیریل منسلک مقامات پر پروٹین کو توڑ کر پروٹیسیس کے طور پر کام کرتے ہیں۔ وہ اعلی پی ایچ پر اور 60 ڈگری سیلسیس سے کم درجہ حرارت پر زیادہ سے زیادہ کارکردگی پر کام کرتے ہیں۔ بائیوڈیگریڈیبلٹی اور دیگر ماحولیاتی عوامل، جیسے گندے پانی کی پیداوار میں کمی اور ٹھنڈے پانی کے استعمال سے توانائی کی بچت کی وجہ سے انزائم کلینر روایتی کیمیائی کلینرز کا ایک تیزی سے پرکشش متبادل ہیں۔ تاہم، وہ عام طور پر الکلائن یا ایسڈ کلینرز سے زیادہ مہنگے ہوتے ہیں۔ اروما کیئر سولیوشنز برطانیہ میں ایک اہم فراہم کنندہ ہیں۔ حوالہ جات بائیو کیمسٹری فوڈ انڈسٹری پروٹین