إنزيم الكاتالاز

الكاتالاز إنزيم مؤكسد ومختزل يحفّز تفكّك فوق أكسيد الهيدروجين إلى ماء وأكسجين جزيئي. وفي معالجة الأغذية هو الإنزيم الذي يُحيِّد فوق أكسيد الهيدروجين المتبقّي بعد البسترة الباردة للحليب وبعد المعالجات البيروكسيدية المضادّة للميكروبات في خطوط البيض والألبان والمشروبات.

سائل عنبري إلى بني داكن للجَرع داخل الخط الإنتاجي، أو مسحوق أبيض مائل للمنتجات الجافة المخلوطة. وتُقاس الفعالية بوحدات الكاتالاز (CU أو وحدات Baker) المعرَّفة بأنها كمية الإنزيم التي تُحلّل ميكرومولاً واحداً من فوق أكسيد الهيدروجين في الدقيقة عند درجة حموضة 7.0 ودرجة حرارة 25 درجة مئوية.

نوفّر الكاتالاز من الدرجة الغذائية من مصنّعين في الصين حاصلين على شهادات ISO 22000 وHalal وKosher وغيرها من الشهادات ذات الصلة بالمنتج والإنتاج. وتُعدّ Aspergillus niger وMicrococcus luteus المصدرَين الميكروبيَّين السائدَين، مع توفّر كاتالاز كبد البقر للتطبيقات المتخصّصة.

تشمل الدرجات الشائعة في السوق: السائل القياسي 25,000 CU/mL لإزالة فوق أكسيد الهيدروجين من الألبان، والمركَّز 100,000 CU/mL، والمسحوق 500,000 CU/g لمنظومات المخبوزات والمشروبات المخلوطة، إلى جانب مستحضرات تجمع أوكسيداز الجلوكوز والكاتالاز لإزالة الأكسجين وتحييد فوق الأكسيد في خطوة واحدة.

شحنات بالجملة وبحدّ أدنى مخفَّض للطلبية. شهادة تحليل لكل دفعة تشمل الفعالية ودرجة الحموضة المثلى ودرجة الحرارة المثلى والرطوبة (للمساحيق) والمعادن الثقيلة والفحوصات الميكروبيولوجية.

اكتشف لويس جاك ثينارد إنزيم الكاتالاز عام 1818، ووصفه أوسكار لوي إنزيمياً عام 1900. وهو من أسرع الإنزيمات المعروفة، برقم دوران يبلغ نحو 40 مليون جزيء ركيزة في الثانية لكلّ موقع نشط، ويقترب من الحدّ النظري الذي يفرضه انتشار الركيزة.

كان الإنتاج الصناعي تاريخياً عن طريق الاستخلاص من كبد البقر، إلا أنّ الإمداد العالمي الحديث يهيمن عليه التخمير المغمور لـ Aspergillus niger وMicrococcus luteus، مع التركيز اللاحق والتثبيت في صورة سائلة أو مسحوق مجفَّف بالرذاذ. ويدعم المصدر الميكروبي مَواقع Halal وKosher والملصق النظيف بما لا يُتاح للكاتالاز الحيواني المنشأ.

الإنزيم مُصنَّف ضمن قائمة GRAS لدى إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) من الكائنات المصدرية المعتمدة، ومدرَج في موسوعة إنزيمات JECFA، ومعتمَد كمعين تصنيع في الاتحاد الأوروبي. ولم يُحدَّد له حدّ مقبول للاستهلاك اليومي.

ميكانيكياً، الكاتالاز إنزيم مؤكسد ومختزل يحتوي على هيم، يُفكّك فوق أكسيد الهيدروجين عبر آلية بينغ-بونغ من خطوتين: جزيء من فوق أكسيد الهيدروجين يُؤكسد حديد الهيم إلى وسيط Compound I، وجزيء ثانٍ من فوق أكسيد الهيدروجين يُختزله ثانيةً، فيُحرَّر الماء والأكسجين الجزيئي. والتفاعل سريع استثنائياً ويسير بدون عوامل مرافقة خارجية.

التموضع الاستراتيجي في معالجة الأغذية الصناعية مُرسَّخ في صناعة الألبان مكمِّلاً قانونياً للبسترة الباردة بفوق أكسيد الهيدروجين، إلا أنّ القطاع الأسرع نمواً هو منظومة إزالة الأكسجين المركّبة من أوكسيداز الجلوكوز والكاتالاز المستخدَمة في تصنيع المشروبات والصلصات الحديث، حيث يعمل الإنزيمان متضافرَين لإزالة الأكسجين دون ترك بقايا بيروكسيد.

• إزالة فوق أكسيد الهيدروجين المتبقّي بعد البسترة الباردة للحليب؛ التطبيق الأصلي والأكبر منفرداً في معالجة الألبان
• تحييد المعالجة بفوق أكسيد الهيدروجين لحليب الجبن قبل تلقيح البادئ
• تحييد المعالجة البيروكسيدية المضادّة للميكروبات لمنتجات البيض
• إزالة الأكسجين بمنظومة أوكسيداز الجلوكوز والكاتالاز المركّبة في المشروبات والمايونيز وصلصات السلطة
• إزالة بقايا قاصرات النسيج في صناعة المنسوجات (وهو أكبر تطبيق منفرد للكاتالاز عالمياً من حيث الحجم)
• تحييد بقايا البيروكسيد في محاليل تنظيف العدسات اللاصقة
• تطبيقات عجين المخبوزات التي يُستخدَم فيها فوق أكسيد الهيدروجين معيناً للعملية
• إدارة بقايا فوق أكسيد الهيدروجين في التعبئة المعقّمة الملامِسة للأغذية