مستقبل البرازين كمحلي طبيعي.. من الأبحاث العلمية إلى الاستخدام التجاري

إعداد: د.شكرية المراكشي

الخبير الدولي في الزراعات البديلة ورئيس مجلس إدارة شركة مصر تونس للتنمية الزراعية

مع مرور الوقت، تزداد الاهتمامات بالبحث عن بدائل صحية وطبيعية للمواد الكيميائية الضارة في الصناعات المختلفة، ومجال الغذاء ليس استثناءً. تسعى الصناعة الغذائية باستمرار إلى تطوير واستخدام مكونات جديدة تضيف قيمة غذائية محسَّنة وتحافظ على صحة المستهلكين. واحدة من هذه المكونات المبتكرة هي “البرازين”.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

البرازين هو بروتين حلو الطعم يستخرج من ثمار شجرة البرازين Pentadiplandra brazzeana، التي توجد أساسا في مناطق بعض الدول الإفريقية مثل الكاميرون والجابون. يُعتبر البرازين بديلا طبيعيا محتملا للسكر بفضل حلاوته العالية ومزاياه الصحية، مما يجعله محل اهتمام الباحثين وصناعة الأغذية على حد سواء.

تعتبر هذه الثمار وبروتين البرازين الذي يتم استخلاصها منها موضوعا للدراسات والبحوث المستمرة، حيث يتم التركيز على كيفية استخدامها بشكل فعّال في صناعة الأغذية والمشروبات بديلا صحيا وطبيعيا للسكر والمواد الحافظة الكيميائية الأخرى. في هذا السياق، يأتي دور دراسة طرق استخراج البرازين من الثمار ومدى تأثيرها على جودة المنتج النهائي وفعالية الاستخدام.

سعيا لفهم أعمق لفوائد واستخدامات البرازين، نتعرف في هذا المقال على طرق استخراجه ومزاياه كبديل للسكر، بالإضافة إلى تحليل للطرق المستخدمة لتطبيقه في صناعة الأغذية والمشروبات.

وصف النبات

شجرة البرايزين، المعروفة بالاسم العلمي Pentadiplandra brazzeana، هي نبات معمر ينتمي إلى فصيلة العنبيات (Vitaceae) ويُعتبر جزءا من النباتات الأصلية لغابات وسط أفريقيا، بما في ذلك الكاميرون والجابون. تتميز شجرة البرايزين بخصائصها الفريدة والتي تميزها عن أشجار أخرى.

وصف لمظهرها وسماتها

1ـ الطول والشكل: تصل شجرة البرايزين إلى ارتفاع يتراوح بين 4 إلى 5 أمتار. وتتميز بساقها القوية والمتينة التي تتفرع لتشكل هيكلا شجريا قويا ومتينا.

2ـ الأوراق: تتميز الأوراق بأنها كبيرة الحجم ومعمرة، وعادة ما تكون مستديرة الشكل ولها حواف ممتدة. وتتميز بلون أخضر داكن.

3ـ الأزهار: تنمو الأزهار على الشجرة في فصل الصيف، وتكون صغيرة الحجم وتكون متجمعة.

4ـ الثمار: تنمو الثمار على شجرة البرايزين بعد فترة الازهار، وتتميز بأنها بيضاوية الشكل وبتغير لونها إلى اللون البني عندما تنضج. تتمتع الثمار بطعم حلو ولذيذ.

5ـ الاستخدامات: يُعتبر بروتين البرازين الذي يُستخرج من ثمار شجرة البرايزين طبيعيًا ويُستخدم كبديل صحي للسكر في صناعة الأغذية والمشروبات.

6ـ التوزيع الجغرافي: توجد شجرة البرايزين بشكل رئيسي في مناطق وسط أفريقيا، وتنمو بكثرة في الكاميرون والجابون، حيث تزدهر في الغابات الاستوائية.

شجرة البرايزين تمثل جزءا مهما من التنوع النباتي في إفريقيا، وتتميز بثمارها اللذيذة التي تُستخدم في صناعة الأغذية والمشروبات كبديل طبيعي للسكر.

 متطلبات شجرة البرازين

شجرة البرازين تعتبر نباتا استوائيا وتنمو بشكل أساسي في المناطق ذات المناخ الاستوائي والرطب. للحفاظ على نموها الجيد وإنتاج ثمارها بشكل فعال، تتطلب شجرة البرازين بعض الظروف المحددة للبيئة، ومنها:

1ـ تحتاج شجرة البرازين إلى إضاءة كافية للنمو والتطور السليم. يفضل زراعتها في مناطق تتلقى الضوء الشمسي بشكل جيد خلال فترة النمو.

2ـ تحتاج شجرة البرازين إلى كميات كبيرة من المياه لتحقيق نموها الجيد وإنتاج الثمار. تفضل الري بانتظام وتوفير الرطوبة المناسبة في التربة.

3ـ تحتاج شجرة البرازين إلى تغذية منتظمة بالمغذيات الضرورية لتعزيز نموها وتطورها، خاصةً خلال فترة النمو النشط وإنتاج الثمار. يمكن استخدام السماد العضوي أو السماد الكيميائي وفقا لاحتياجات النبات والتركيبة التربوية.

4ـ تفضل شجرة البرازين التربة الغنية بالعناصر الغذائية والمناسبة لتطور الجذور وامتصاص الماء والمغذيات بشكل فعال. تنمو شجرة البرازين بشكل جيد في التربة الرملية الطينية المختلطة بالمواد العضوية، والتي توفر التصريف الجيد والتهوية للجذور.

لتحقيق نمو وإنتاج فعال لشجرة البرازين، يجب توفير الإضاءة الكافية، والري المنتظم، والتغذية الملائمة، والتربة المناسبة التي توفر الظروف المثلى لتطورها ونموها.

ثمار شجرة البرازين

إن شجرة البرازين، المعروفة أيضا باسم “الكرامة الإفريقية”، تنتج ثمارا تحتوي على بروتين البرازين الحلو. يتم استخدام هذا البروتين كبديل طبيعي وصحي للسكر. تعتبر ثمار شجرة البرازين مصدرا مهما لاستخراج هذا البروتين الحلو.

عملية إنتاج الثمار تتطلب عناية ورعاية مستمرة للشجرة، بما في ذلك توفير الري الكافي والتسميد المناسب ومراقبة الآفات والأمراض. تعتمد فترة إنتاج الثمار على عوامل متعددة مثل العمر والظروف المناخية والبيئية، وتستغرق الثمار بعض الوقت للنضوج بشكل كامل.

بمجرد نضوج الثمار، يتم جنيها واستخدامها لاستخراج بروتين البرازين. يتم ذلك عن طريق تجفيف الثمار وطحنها إلى مسحوق، ثم استخراج البروتين من هذا المسحوق باستخدام الطرق المناسبة.

يجدر بالذكر أن إنتاج الثمار يكون متغيرا ومتقلبا بناءً على العوامل المحيطة، حيث تحتاج الشجرة إلى بيئة مناسبة ورعاية جيدة لتحقيق إنتاجية عالية.

الانتاج المحصولي لشجرة البرازين  

كمية المحصول من شجرة البرازين تعتمد على عدة عوامل، بما في ذلك ظروف النمو، وكفاءة الزراعة، وممارسات الرعاية، وغيرها. عادةً ما تكون كمية المحصول متغيرة بشكل كبير، وتختلف من مكان إلى آخر ومن موسم إلى آخر. ومع ذلك، يمكن أن نقدم بعض التقديرات العامة:

1ـ كمية المحصول في الهكتار الواحد: متوسط انتاج الهكتار الواحد من شجر البرازين بين 20 إلى  35 طن من الثمار، وهذا يعتمد على الظروف المحيطة وممارسات الزراعة.

2ـ عدد النباتات في الهكتار: يعتمد عدد النباتات في الهكتار على كثافة الزراعة والمسافة بين النباتات. عادةً ما يتم زراعة شجيرات البرازين على مسافة تتراوح بين 3 إلى 4 أمتار في الصف، وبين 3 إلى 4 أمتار بين الصفوف، مما يعني أن هناك حوالي 800 إلى 1100 نبات في الهكتار الواحد. هذه التقديرات تقريبية وقد تختلف بناءً على الظروف المحلية وممارسات الزراعة المحددة.

يتم استخراج البرازين من ثمار شجرة البرازين. بطريقة  التجفيف وطريقة العصر وذلك  يعتمد على عدة عوامل، بما في ذلك:

ـ تتأثر كفاءة استخراج البرازين بالطريقة المستخدمة اما بالتجفيف او بالعصر، تكون إحدى الطرق أكثر فعالية في استخراج البرازين بنسبة أعلى من الطريقة الأخرى، ويكون هذا عاملًا هامًا في اختيار الطريقة المناسبة.

ـ يجب أن يؤخذ في الاعتبار جودة المنتج النهائي المرغوبة.  تؤثر طريقة العصر على جودة البرازين المستخرجة بطريقة مختلفة مقارنة بطريقة التجفيف، والعكس صحيح أيضا.

ـ يجب الاخذ بالاعتبار تكلفة كل طريقة بالإضافة إلى توفر المواد والمعدات اللازمة. بعض الطرق تكون أكثر تكلفة أو تعقيدا من غيرها، وهذا يجب أن يؤخذ في الاعتبار.

ـ يمكن أن تختلف آثار طرق الاستخراج على البيئة. يجب دراسة هذه الآثار وتقييمها قبل اتخاذ القرار النهائي.

بالنظر إلى هذه العوامل، ينبغي اختيار الطريقة التي تتناسب مع احتياجات الإنتاج، وتضمن الحصول على برازين عالي الجودة بكفاءة وبأقل تكلفة ممكنة، مع مراعاة الآثار البيئية والصحية المحتملة.

البرازين  المستخرج هو عبارة عن  بروتين حلو يستخرج من ثمار شجرة البرازين، يتميز البرازين بحلاوته العالية، حيث يكون أحلى بمقدار يصل إلى 2000 مرة من السكر العادي، وفي الوقت نفسه فهو لا يحتوي على السعرات الحرارية مثل السكر العادي، مما يجعله خيارا مثاليا للأشخاص الذين يتبعون حميات غذائية للتحكم في الوزن. يحتفظ البرازين بحلاوته حتى عند الطهي أو الخبز، وهو مستقر في درجات الحرارة العالية.

يمكن استخدام البرازين في مجموعة متنوعة من التطبيقات الغذائية، بما في ذلك تحلية المشروبات الباردة والساخنة، وإضافته إلى الحلويات والمخبوزات، واستخدامه في منتجات الألبان مثل الزبادي والآيس كريم.

على الرغم من فوائده العديدة، إلا أن انتشار استخدام البرازين في الصناعات الغذائية ما زال محدودا، ويحتاج إلى المزيد من الأبحاث والدراسات لتحقيق إنتاجه بكميات واسعة النطاق وتوفيره بشكل مستدام.

 يتميز هذا البروتين بحلاوته الفائقة مقارنة بالسكر العادي، مما يجعله بديلا مثيرا للاهتمام للسكر في التطبيقات الغذائية.

مزايا البرازين كبديل للسكر

1ـ حلاوة عالية: فهو أحلى بمقدار يتراوح بين 500 إلى 2000 مرة أكثر من السكر العادي.

2ـ سعرات حرارية منخفضة: بالرغم من حلاوته الفائقة، إلا أنه لا يحتوي على السعرات الحرارية كالسكر العادي، مما يجعله مثالياً للأشخاص الذين يتبعون حميات غذائية لخفض الوزن.

3ـ استقرار في درجات الحرارة العالية: يحتفظ بحلاوته حتى عند التعرض لدرجات حرارة عالية مثل عمليات الطهي والخبز، وهو ميزة تجعله مرغوبا في استخدامه في مختلف المنتجات الغذائية.

يمكن استخدام البرازين في مجموعة متنوعة من التطبيقات الغذائية، بما في ذلك:

ـ المشروبات: حيث يمكن إضافته لتحلية المشروبات الباردة والساخنة.

ـ المخبوزات: يعتبر إضافة مثالية للحلويات والمنتجات المخبوزة نظرا لاستقراره في الحرارة.

ـ منتجات الألبان: يمكن استخدامه في تحلية منتجات الألبان مثل الزبادي والآيس كريم.

على الرغم من فوائده ومزاياه، إلا أن انتشار واستخدام البرازين التجاري لا يزال محدودا، ويحتاج إلى مزيد من الأبحاث والدراسات لتحقيق إنتاجه واستخدامه على نطاق واسع في صناعة الأغذية.

اكتشاف البرازين وتطوره وخصائصه وتطبيقاته

في ظل الارتفاع العالمي في معدلات السمنة ومرض السكري، تزايد الاهتمام بالمُحليات الطبيعية الصحية وقليلة السعرات الحرارية التي تتمتع بخصائص طعم مميزة. البروتينات الحلوة الطعم تشكل مجموعة مثيرة للاهتمام من المُحليات الطبيعية، وقد استخدمت من قبل السكان الأصليين لقرون. من بين هذه البروتينات الستة المعروفة بقدرتها على إحداث حلاوة شديدة لدى البشر، نجد الثوماتين، والمونيلين، والمابينلين، والبرازين، والبنتادين، والنيوكولين.

تم اكتشاف برازين خلال عملية بحث عن مركبات حلوة طبيعية تستخدم كبديل للسكر في الصناعات الغذائية. بعد عدة تجارب، تمكن الفريق البحثي  من عزل البروتين الحلو من ثمار شجرة Pentadiplandra brazzeana، وأطلقوا عليه اسم “برازين” نسبةً إلى اسم الشجرة التي تم استخراجه منها.وكان هذا الاكتشاف في عام 1994 في ثمار هذه الشجرة الموطنة في غابات غرب ووسط أفريقيا بواسطة فريق من العلماء بقيادة ماريا أنجيليكا جليدي وفيرجيليو فايدرا، وهما باحثان في معهد البحوث الكيميائية “جيوسيفوس عنتونيلي” في إيطاليا.

يُعتبر البرازين أصغر بروتين حلو الطعم (6.5 كيلودالتون) وله طعم قريب من السكريات الطبيعية. قوته العالية في الحلاوة وعدم وجود مرارة تجعله بديلا جيدا للمُحليات الطبيعية مثل الستيفيوسيدات. بالإضافة إلى ذلك، يتميز البرازين بخصائص فيزيائية وكيميائية مثل الذوبان العالي في الماء والثبات الحراري الشديد، وهي خصائص أساسية لتطبيقات الطعام.

يُعتبر اكتشاف برازين خطوة مهمة في مجال بحث المحليات المنخفضة السعرات الحرارية والمحليات الطبيعية، حيث يمثل برازين بديلاً واعدًا للسكر والمحليات الاصطناعية في صناعات الأغذية والمشروبات.

تطور البرازين

تم تطوير برازين، البروتين ذو الطعم الحلو، بفضل التقدم في التكنولوجيا الوراثية والبيولوجية. هذا التطور سمح للباحثين بإنتاج برازين بكميات كبيرة باستخدام أنظمة إنتاج متنوعة تشمل البكتيريا، الخميرة، النباتات، وحتى الحيوانات. يُستخدم برازين بشكل رئيسي كبديل للسكر في الصناعات الغذائية والمشروبات. يتميز هذا البروتين بقوته الحلوة العالية، حيث أنه أكثر حلاوة بكثير من السكر التقليدي. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع برازين بخصائص ممتازة، منها قدرته على الذوبان في الماء واستقراره الفائق تحت درجات الحرارة العالية ودرجات الحموضة المتفاوتة، مما يجعله مناسبا للاستخدام في مجموعة واسعة من المنتجات الغذائية والمشروبات.

تطبيقات برازين المحتملة

 في الصناعات الغذائية والمشروبات يكون  استخدامه كمحلي منخفض السعرات الحرارية في المشروبات الغازية، والعصائر، والحلويات، والمخبوزات. كما يتم استخدامه في تركيبات الأغذية الصحية ومنتجات الرياضة لتحسين النكهة دون زيادة السعرات الحرارية. بفضل استقراره الحراري والحموضي، يستخدم البرازين في تحضير المنتجات الغذائية التي تتطلب معالجة حرارية مكثفة، مما يتيح لها البقاء طازجة ولذيذة لفترات طويلة.

بالإضافة إلى ذلك، يستخدم برازين كمكون في المكملات الغذائية والأدوية، حيث يوفر الطعم الحلو دون زيادة السعرات الحرارية، مما يجعله خيارا مثاليا لأولئك الذين يسعون لتقليل استهلاك السكر والسعرات الحرارية.

بالإضافة إلى التطبيقات الغذائية، يستخدم برازين في مجالات أخرى مثل صناعة مستحضرات التجميل والعناية الشخصية، حيث يضيف إلى المنتجات رائحة حلوة دون الحاجة إلى استخدام السكر أو المواد الكيميائية الحافظة.

الانتاج البيوتكنولوجي للبرازين

الانتاج البيوتكنولوجي هو عملية استخدام الكائنات الحية أو أنظمتها البيولوجية لإنتاج مركبات ذات فائدة، مثل البروتينات، بشكل صناعي وبكميات كبيرة. يتم ذلك من خلال إدخال الجينات المسؤولة عن إنتاج هذه المركبات إلى خلايا الكائنات الحية المختارة، مما يتيح لها إنتاج المركب المطلوب بكفاءة عالية.

الوصول إلى البرازين، البروتين المحلي الموجود في شجرة Pentadiplandra brazzeana Baillon، وتحديدا لفاكهتها، يُعتبر أمرا صعبا للغاية. فعملية زراعة هذه الشجرة تعتبر معقدة للغاية، ولا يزال استخراج البرازين منها يعتبر عملية مكلفة. لكن، لحسن الحظ، هناك طريقة تكنولوجية توفر حلا بديلا لهذه العمليات التقليدية، وهي تقنية الحمض النووي المؤتلف.

نظرًا لصعوبة الحصول على البرازين من مصدره الطبيعي، تم انتاج البرازين باستخدام أنظمة انتاج مؤتلفة مختلفة بما في ذلك البكتيريا والخميرة والنباتات. تم تعديل الذرة وانتاج البرازين من بذورها مما يسهل إنتاج كميات كبيرة بتكلفة منخفضة.

بفضل التكنولوجيا الحيوية، يمكن الحصول على البرازين بشكل أسهل من خلال الحمض النووي المؤتلف. إذ يتم توجيه عملية إنتاج البرازين بشكل مباشر وفعال، بدلا من الاعتماد على النبات نفسه. والنقطة الرئيسية هنا هي أن إنتاج البرازين غير المتجانس يتطلب خطوات معقدة بسبب تركيبه الجزيئي المعقد، حيث يحتوي البروتين على أربع جسور ثانوية الكبريتيد. ولضمان فعالية البرازين، يتطلب الأمر تسلسلا محددا في الطرف الأميني للبروتين.

من خلال تطوير التقنيات وتحسين عمليات الإنتاج، يمكن تحديد مستويات مختلفة من إنتاج البرازين بطريقة أكثر فعالية واقتصادية، مما يفتح الباب أمام الاستخدامات الواسعة لهذا البروتين الثمين في صناعة الأغذية والمشروبات والمجالات الطبية وغيرها.

خطوات رئيسية للانتاج

1ـ إدخال الجين المسؤول عن إنتاج البرازين: يتم تحديد الجين الذي يشفر البروتين (البرازين) ومن ثم إدخاله إلى خلايا كائنات أخرى مثل البكتيريا أو الخميرة أو النباتات أو الحيوانات.

2ـ تحفيز الخلايا على إنتاج البرازين: بعد إدخال الجين، يتم تحفيز الخلايا على انتاج هذا الجين، مما يؤدي إلى إنتاج البروتين البرازين داخل هذه الخلايا أو إفرازه إلى الوسط المحيط.

3ـ تنقية البروتين: يتم استخراج البروتين المنتج وتنقيته للحصول على شكل نقي وصالح للاستخدام في التطبيقات المختلفة.

أمثلة على الانتاج البيوتكنولوجي للبرازين

الانتاج البكتيري للبرازين

يمكن إدخال جين البرازين إلى بكتيريا مثل الإشريكية القولونية E. coli وتحفيزها على إنتاج البروتين. هذه الطريقة تستخدم بشكل واسع نظرا لسهولة التعديل الوراثي للبكتيريا وسرعة نموها.

يتم استخدام البكتيريا كمضيف لإنتاج البرازين بشكل صناعي. يعتبر جنس البكتيريا Escherichia coli أحد الخيارات الشائعة لانتاج  البرازين في البكتيريا.

عادةً ما تشمل عملية الانتاج البكتيري للبرازين الخطوات التالية:

ـ يتم تصميم الجين المسؤول عن إنتاج البرازين بحيث يكون مناسبا للانتاج في البكتيريا المستهدفة، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل الانتاج القوي والثبات الجيني.

ـ يتم تحويل البكتيريا المستضيفة باستخدام التقنيات الجينية المناسبة لإدخال الجين المستهدف للبرازين وضمان تكامله بشكل صحيح في جينوم البكتيريا.

ـ يتم انتاج الجين المدخل في البكتيريا بواسطة عوامل انتاج مناسبة، مما يؤدي إلى إنتاج البرازين بشكل صناعي.

ـ يتم تنقية البرازين المنتج من البكتيريا وتحليله للتحقق من هويته ونقاوته.

ـ يمكن استخدام البرازين المنتج بواسطة الانتاج البكتيري في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية مثل الأغذية والمشروبات والمكملات الغذائية والمنتجات الطبية.

كما تمت دراسة أخرى باستخدام بكتيريا حمضية اللبن مثل Lactococcus lactis، حيث تم تحسين إنتاجية البرازين بشكل كبير باستخدام ظروف نمو محسنة واستخدام بلازميدات انتاج إضافية. ومع ذلك، لم يكن البرازين المنتج يتمتع بالحلاوة المطلوبة، رغم الزيادة الكبيرة في إنتاجيته.

يعتبر الإنتاج البكتيري للبرازين عملية فعالة واقتصادية، وتم تطوير العديد من الاستراتيجيات والتقنيات لتحسين كفاءة الإنتاج ونوعية البرازين المنتجة.

عملية انتاج البرازين في الخميرة تشمل الخطوات التالية:

تعد الخميرة مثل Pichia pastoris من الكائنات الحية المثالية لإنتاج البروتينات المعقدة مثل البرازين. الخميرة قادرة على إفراز البروتينات بشكل طبيعي إلى الوسط المحيط، مما يسهل عملية التنقية.

ـ يتم تصميم الجين المسؤول عن إنتاج البرازين بحيث يكون مناسبا للانتاج في الخميرة المستهدفة، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل الثبات الجيني.

ـ يتم تحويل الخميرة المستضيفة باستخدام التقنيات الجينية المناسبة لإدخال الجين المستهدف للبرازين وضمان تكامله بشكل صحيح في جينوم الخميرة.

ـ يتم انتاج الجين المدخل في الخميرة بواسطة عوامل انتاج مناسبة، مما يؤدي إلى إنتاج البرازين بشكل صناعي.

ـ يتم تنقية البرازين المنتج من الخميرة وتحليله للتحقق من هويته ونقاوته.

ـ يمكن استخدام البرازين المنتج بواسطة الانتاج في الخميرة في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية مثل الأغذية والمشروبات والمكملات الغذائية والمنتجات الطبية.

يعتبر الإنتاج الخميري للبرازين عملية فعالة وسهلة التنفيذ، ويمكن تطوير العديد من الاستراتيجيات والتقنيات لتحسين كفاءة الإنتاج ونوعية البرازين المنتجة.

عملية انتاج البرازين في النباتات

تم تعديل بعض النباتات وراثيًا لانتاج بروتين البرازين بشكل صناعي. هذا يتضمن تحويل الجين الخاص بالبرازين إلى النباتات المستهدفة بهدف إنتاجه بكميات كبيرة. هناك عدة أنواع من النباتات التي تم تعديلها لانتاج البرازين، بما في ذلك الذرة.

من خلال تعديل النباتات، يمكن انتاج البرازين في بذور الذرة، على سبيل المثال، مما يسهل إنتاج كميات كبيرة من البرازين بتكلفة منخفضة. بعد ذلك، يمكن استخدام البرازين المنتجة في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية.

تم إنتاج البرازين باستخدام النباتات المعدلة وراثيا بكفاءة. في البداية، هندس نبات الذرة جينيا لإنتاج البرازين بشكل فعال، وأظهرت النتائج قدرة على إنتاج 400 ميكروجرام/جرام من بذور الذرة، وهو معدل منتج أعلى من ذي قبل لبروتين ذو طعم حلو. تم توليد أنواع مختلفة من البرازين في الذرة، مع اختلافات في النهاية الأمينية، وتبين أن الشكل الثاني كان أكثر حلاوة. هذا الإنجاز فتح الباب لإنتاج سهل واقتصادي للبرازين في الذرة. حيث تم تعديل نبات الذرة وراثيًا لإنتاج البرازين في بذورها. هذه الطريقة تتيح إنتاج كميات كبيرة من البرازين بتكلفة منخفضة وباستخدام تقنيات الزراعة التقليدية.

تعتبر هذه الطرق مهمة لتلبية الطلب المتزايد على البرازين كمادة محلية ، والتي يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والغذائية بفضل قوته العالية كمحلي طبيعي وخواصه الحسية الممتازة، يعد البرازين خيارًا واعدًا في عالم الأغذية.

البرازين وتطبيقاته الصناعية

البرازين هو واحد من البروتينات الحلوة الطعم الأكثر استقرارا مع أقل طعم متبقي، مما يجعله مناسبا للاستخدام كمُحلي طبيعي في صناعة الأغذية. قدرته على التحمل لدرجات الحرارة العالية والظروف الحمضية تجعله مثاليا للاستخدام في مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية، بما في ذلك المشروبات والحلويات. ومع تطوير أنظمة الانتاج البيوتكنولوجي، يمكن الآن إنتاج كميات كبيرة من البرازين بفعالية، مما يفتح الباب أمام استخدامه على نطاق واسع في الصناعة الغذائية كمُحلي منخفض السعرات الحرارية وذو حلاوة عالية.

المنظور التطوري للبروتينات الحلوة الطعم

بفضل قوته العالية في الحلاوة وخصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة، يعد البرازين من أكثر المُحليات الطبيعية الواعدة. مع التقدم في تقنيات الانتاج البيوتكنولوجي، أصبح من الممكن إنتاجه بكميات كبيرة وبتكلفة منخفضة، مما يمهد الطريق لاستخدامه على نطاق واسع في صناعة الأغذية. ومن المتوقع أن يلعب دورًا مهمًا في تلبية الطلب المتزايد على المُحليات الطبيعية الصحية وقليلة السعرات الحرارية في المستقبل.

الخصائص العامة للبرازين

البرازين هو بروتين حلو الطعم تم عزله من ثمار شجرة Pentadiplandra brazzeana، وهو يتمتع بعدة خصائص عامة، منها:

1ـ الذوبان العالي: يتميز البرازين بكونه قابلا للذوبان بشكل جيد في الماء، مما يجعله مناسبا للاستخدام في تركيب مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية والمشروبات.

2ـ الاستقرار الحراري: يتحمل البرازين درجات الحرارة العالية، حيث يظل حلو الطعم حتى بعد تعرضه لدرجات حرارة تصل إلى 98 درجة مئوية لمدة تصل إلى 2 ساعة.

3ـ الاستقرار الحمضي: يبقى البرازين حلو الطعم في نطاق واسع من قيم الحموضة، مما يجعله مناسبا للاستخدام في تركيب المنتجات الغذائية ذات الخصائص الحمضية.

4ـ الخصائص الحيوية: يمتاز البرازين بكونه بروتينا صغير الحجم، حيث يبلغ وزنه الجزيئي حوالي 6.49 كيلو دالتون، مما يسهل امتصاصه واستخدامه في التطبيقات الغذائية.

5ـ النسبة الحلوة العالية: يتمتع البرازين بقوة حلاوة عالية، حيث يعتبر أكثر من 500 مرةويصل الى 2000مرة أكثر حلاوة من محلول سكري بتركيز 10٪ من حيث الوزن.

تلك الخصائص تجعل من البرازين مادة واعدة للاستخدام كمُحَلٍ طبيعي في صناعة الأغذية، بفضل حلاوته العالية وثباته الممتاز في الظروف القاسية.

تسلسل الأحماض الأمينية والخصائص البيوكيميائية للبرازين

البرازين هو بروتين يتألف من سلسلة واحدة من الأحماض الأمينية، ويتميز بالعديد من الخصائص البيوكيميائية المميزة.

 ملخصً لبعض هذه الخصائص:

1ـ التسلسل الأميني: تم تحديد تسلسل الأحماض الأمينية للبرازين، ويتألف عادة من حوالي 54 أو 53 حمضا أمينيا.

2ـ الحلاوة الطبيعية: البرازين يعتبر من المحليات الطبيعية ويتميز بقوة حلوته التي تعادل أكثر من 500 مرة حلاوة السكر عند تركيز وزني مقارني.

3ـ الذوبانية: يتمتع البرازين بذوبانية عالية في الماء، مما يجعله مناسبا للاستخدام في صناعة المشروبات والأطعمة السائلة.

4ـ الاستقرار الحراري: يظل البرازين حلو الطعم حتى بعد تعرضه لدرجات حرارة عالية، مما يسمح بتطبيقه في تركيب المنتجات الغذائية التي تتطلب تعرضا لدرجات حرارة مرتفعة.

5ـ الاستقرار الحمضي: يبقى البرازين حلو الطعم في نطاق واسع من قيم الحموضة، مما يسهل استخدامه في مجموعة متنوعة من التطبيقات الغذائية.

6ـ الخصائص البيولوجية: يمتاز البرازين بكونه بروتينا صغير الحجم، مما يسهل هضمه واستيعابه من قبل الجسم.

البرازين هو بروتين حلو الطعم يتمتع بعدة خصائص بيوكيميائية مميزة، مما يجعله مرشحا واعدا كبديل للسكر والمحليات الاصطناعية في صناعة الأغذية والمشروبات.

البنية الثنائية والثلاثية للبرازين

البرازين يتميز ببنية ثنائية وثلاثية فريدة تؤدي دورا هاما في خصائصه الحلوة واستقراره.

1ـ البنية الثنائية Secondary Structure: البرازين يتبع هيكل ثانوي يسمى موتيف حيث يتكون من ترتيب مستقر للهليكس الألفا α-helix مع الشريط بيتا β-strand. يتميز هذا الموتيف بتثبيت الهليكس الألفا عن طريق رابطتي الكبريت، اللتين تتصلان بالشريط بيتا الأقرب.

2ـ البنية الثلاثية Tertiary Structure: يتكون البرازين من بنية ثلاثية تتألف من ترتيب معقد للببتيدات وتكوين روابط تكون جسر كبريتي بين الأحماض الأمينية. تتكون هذه الروابط الكبريتية من أربع روابط تكون جسر كبريتي، وتلعب دورا مهما في استقرار البرازين وقدرته على البقاء حلو الطعم في ظروف متغيرة مثل التغيرات في درجة الحرارة والحموضة.

البنية الثنائية والثلاثية للبرازين تساهم في استقراره وقدرته على تفاعل مع مستقبلات الطعم الحلوة، مما يجعله مرشحا مثاليا كبديل للسكر في مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية والمشروبات. وقد  تم تحديد البنية ثلاثية الأبعاد الأولى للبرازين باستخدام مطيافية الرنين المغناطيسي النووي للبروتون  في عام 1998  ولم تظهر أي تشابه سطحي أو طي ثلاثي الأبعاد بين البرازين وأي من البروتينات الحلوة الأخرى.

الخصائص الحسية للبرازين

في صناعة الأغذية، يُفضل أن يتمتع المحلى الجديد عالي الكثافة بنفس الخصائص التقنية والوظيفية لمحليات الكربوهيدرات، ولكن دون العبء الزائد للسعرات الحرارية. ومع ذلك، لم يتمكن أي من المحليات الصناعية أو الطبيعية المتوفرة حاليا من محاكاة الملف الحسي والتطبيقي لمحليات الكربوهيدرات تماما. من أبرز العيوب التي تواجه هذه المحليات هي ظهور طعم غير مرغوب فيه مثل المرارة أو الطعم المعدني أو طعم عرق السوس، بالإضافة إلى اختلاف في توقيت بداية الحلاوة واستمرارها مقارنة بالسكر.

الاستهلاك التقليدي للبرازين من قبل البشر وتاريخه كمركب طبيعي يفسران عدم وجود مخاوف سمية كبيرة، مما شجع العديد من المختبرات على إجراء تقييمات حسية أولية للبشر في السنوات الأخيرة، مثل اختبارات الشرب ومع ذلك، فإن المعلومات المتاحة حول التقييمات الحسية للبرازين تظل محدودة، وتفتقر في الغالب إلى البيانات الكمية، وتتأثر بشكل كبير بنقاء البروتين، حيث تساهم الببتيدات الصغيرة الملوثة بشكل كبير في ملف الطعم.

في بيئة صناعية، أُجري تقييم حسي للبرازين بواسطة لجنة تذوق بشرية للبرازين البري des-pyrE-brazzein المنتج من عملية تخمير خميرة مؤتلفة. وقد وُصفت شدة حلاوة البرازين بأنها أقوى بـ 1900 مرة من السكروز عند مستوى معادل للسكر يبلغ 40 جم/لتر. وعند مستوى معادل للسكر يبلغ 100 جم/لتر، تنخفض شدة الحلاوة إلى 800 مرة. تعتبر هذه القيم مهمة لتطبيقات الطعام، حيث تتراوح تركيزات المحليات في المشروبات عادة بين 50-600 ملجم/لتر.

للحصول على نتيجة  ما إذا كان المحلى مناسبا لتطبيقات الأغذية الصناعية، يتم تقييم صفاته الحسية الأساسية. يظهر البرازين تقريبا عدم وجود طعم مر أو معدني، ولديه شدة حلاوة جيدة وتشابه كبير للسكر. ومع ذلك، كما يُلاحظ غالبا مع المحليات غير الكربوهيدراتية، يتميز البرازين ببداية متأخرة للحلاوة وطعم عرق السوس واستمرار واضح للحلاوة.

بناءً على البيانات الحسية المتاحة، يمكن اعتبار البرازين مناسبا للاستخدام في المنتجات الغذائية منخفضة السعرات الحرارية. بالمقارنة مع المحليات عالية الكثافة المتاحة حاليا، فإن للبرازين بعض الخصائص المميزة التي تجعله إضافة محتملة للمنتجات الحالية. ومع ذلك، فإن التكاليف العالية للموافقة والإنتاج، بالإضافة إلى نطاق المنتجات المحدود المحتمل، هي الأسباب الرئيسية التي تجعل البرازين لا يزال غير متوفر في كل الاسواق.

واحدة من التحديات الرئيسية التي تواجه استخدام البرازين في التطبيقات الصناعية هي صعوبة الحصول عليه من مصادره الطبيعية بنفس الطعم الحلو. لكن مع التقدم في التكنولوجيا الحيوية، تم تعزيز انتاج البرازين باستخدام أنظمة مختلفة مثل البكتيريا والخميرة والنباتات. أظهرت أنظمة الانتاج باستخدام الخميرة، بما في ذلك Pichia pastoris، كفاءة عالية واقتصادية في إنتاج البرازين، مع الحفاظ على الخصائص المماثلة للبروتين الطبيعي.

بالإضافة إلى ذلك، يفتح الحصول الكبير على البرازين من خلال التكنولوجيا الحيوية أفاقًا جديدة لتطبيقات الأغذية، حيث يمكن استخدام البرازين كبديل منخفض السعرات الحرارية وعالي القوة.

باختصار، يظهر البرازين كبديل مثير للاهتمام للسكر في صناعة الأغذية والمشروبات، حيث يوفر حلا طبيعيا وصحيا للمستهلكين الذين يسعون لتقليل استهلاك السكر والسعرات الحرارية. من خلال الاستفادة من خصائصه الحلوة واستقراره في درجات الحرارة العالية، يمكن للبرازين أن يكون إضافة ممتازة لمجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية بما في ذلك المشروبات والمخبوزات ومنتجات الألبان.

مع ذلك، يبقى هناك حاجة مستمرة للبحث والتطوير لتحسين طرق استخراج البرازين، ودراسة تأثيره على جودة المنتجات النهائية، وتقييم سلامته وفاعليته على المدى الطويل. بالنظر إلى التحديات والفرص المتعلقة بالاستفادة من البرازين، فإن هذا المجال يبقى مثيرا للاهتمام ويستحق المزيد من الدراسات والاستكشافات للجصول على إمكانياته الكاملة في مجال الغذاء والتغذية.