Impact of Processing Conditions and Membrane Fractionation on Chloropropanol Formation during Protein Hydrolysate Production from Meat Trimming By-products

تنتج صناعة اللحوم العالمية كل عام كميات هائلة من المواد المتبقية. فمن بقايا الذبائح إلى الأنسجة الضامة والدهون التي غالباً ما يتم التخلص منها، تمثل هذه المنتجات الثانوية مستودعاً ضخماً للبروتين الذي، إذا لم يُستخدم، يساهم في الهدر والإجهاد البيئي. ولتحويل هذه النفايات إلى شيء ذي قيمة، غالباً ما يقوم علماء الأغذية بتحويل هذه البقايا إلى هيدروليزات بروتينية (protein hydrolysates). فكر في هذه الهيدروليزات على أنها بروتينات تم تكسيرها إلى قطع أصغر وأكثر فائدة، مما يجعلها أسهل على الجسم في الهضم ويسمح باستخدامها كمكونات في كل شيء، من الحساء إلى ألواح تغذية الرياضيين. تتضمن العملية أخذ بقايا اللحوم الخام، وإذابة البروتينات، ثم استخدام الإنزيمات — وهي أدوات بيولوجية تعمل مثل المقصات — لقص سلاسل البروتين الطويلة إلى قطع أقصر. وبينما تعد هذه الطريقة ممتازة للاستدامة والتغذية، إلا أنها تطرح سؤالاً حاسماً لسلامة الغذاء: هل عملية تكسير هذه البروتينات نفسها تخلق مواد ضارة خفية؟

إحدى هذه المجموعات من المواد تُعرف باسم الكلوروبروبانولات (chloropropanols). وهي مركبات كيميائية يمكن أن تتشكل عندما تتفاعل الدهون والزيوت مع الكلور تحت ظروف معينة، لا سيما عند وجود الحرارة والحموضة. وهي ليست مكونات مضافة إلى الغذاء، بل هي نواتج ثانوية عرضية لعملية التصنيع. ومن بين هذه المركبات، لفت نوعان محددان انتباه الباحثين الصحيين بشكل أكبر، وهما: 3-MCPD و 2-MCPD. وبينما يعد 3-MCPD النسخة الأكثر شيوعاً والمعروفة، والموجود في مختلف الأطعوات المصنعة، فقد أثار كلاهما مخاوف بسبب الآثار السامة المحتملة على أعضاء مثل الكلى. ويكمن التحدي في فهم متى وكيف تظهر هذه المركبات بالضبط أثناء إنتاج المكونات البروتينية، خاصة عندما تكون المادة الأولية هي اللحم، الذي يحتوي طبيعياً على دهون يمكن أن تعمل كمادة خام لهذه المواد الكيميائية غير المرغوب فيها.

في دراسة حديثة، سعى الباحثون لرسم مسار هذه الملوثات عبر خط إنتاج الهيدروليزات البروتينية المصنوعة من بقايا اللحوم. بدأ الفريق، الذي يعمل في جامعة أتاتورك، بنهج بسيط ولكنه صارم. فقد أخذوا بقايا اللحوم — وهي مخاليط من العضلات والدهون والأنسجة الضامة من الماشية — وأخضعوها لسلسة من التجارب المنضبطة. أولاً، قاموا بإذابة البروتينات في الماء، مع ضبط حموضة الخليط إلى ثمانية مستويات مختلفة، تتراوح من الحموضة الشديدة إلى القلوية الشديدة. صُممت هذه الخطوة لمعرفة ما إذا كانت البيئة الكيميائية أثناء الاستخراج ستؤدي إلى تشكيل مركبات ضارة. وبمجرد إذابة البروتينات، أضاف الفريق إنزيماً يسمى "ألكالاز" (Alcalase) لتكسيرها إلى ببتيدات أصغر، وهي عملية تُعرف بالتحلل المائي الإنزيمي. تضمنت هذه الخطوة تسخين الخليط إلى درجات حرارة محددة للسمام بإنزيم بالعمل، ثم إيقاف التفاعل بمزيد من الحرارة.

بعد تكسير البروتينات، واجه الباحثون نقطة قرار حاسمة في العملية: ما إذا كان سيتم ترشيح الخليط أم لا. لقد استخدموا تقنية ترشيح غشائي لفصل السائل إلى جزأين؛ جزء يحتوي على قطع البروتين الأصغر التي يمكن أن تمر عبر المرشح، بينما يحتفظ الجزء الآخر بالجزيئات الأكبر وأي دهون أو معقدات متبقية كبيرة جداً بحيث لا تستطيع المرور عبره. ومن خلال اختبار السائل في ثلاث مراحل متميزة — مستخلص البروتين الأولي، والهيدروليز غير المُرشح، والكسر النهائي المُرشح — استطاع الفريق تحديد مكان ظهور أي ملوثات بدقة. وقد استخدموا معدات مختبرية عالية الحساسية للبحث عن آثار 2-MCPD و 3-MCPD، بحثاً عن مستويات منخفضة تصل إلى بضعة أجزاء في المليار.

قدمت نتائج هذا التحقيق صورة واضحة ومطمئنة إلى حد ما، وإن كانت مشوبة ببعض التفاصيل الهامة. فقد وجد الباحثون أن الاستخراج الأولي للبروتينات، بغض النظر عما إذا كان الماء حمضياً أم قلوياً، لم ينتج كميات قابلة للكشف من أي من الملوثين. إن القصة الحقيقية ظهرت خلال المراحل اللاحقة من المعالجة. فعندما حلل الفريق الهيدروليز البروتيني غير المُرشح، وجدوا آثاراً لـ 2-MCPD. وقد تفاوتت المستويات اعتماداً على الظروف المحددة، لكن المركب كان موجوداً في الخليط الذي لم يتم ترشيحه بعد. ومع ذلك، عندما فحصوا مستخلصات البروتين قبل التحلل المائي، أو الجزء المُرشح النهائي الذي يحتوي فقط على أصغر قطع البروتين، لم يكن 2-MCPD موجوداً في أي مكان. بدا الأمر كما لو أن الملوث ظهر أثناء عملية التكسير ولكنه أُزيل عند تمرير الخليط عبر المرشح.

ولعل الأمر الأكثر أهمية هو الغياب التام لـ 3-MCPD. فرغم وجود الدهون وتطبيق الحرارة والحموضة، لم يظهر هذا المركب المحدد في أي من العينات، ولا حتى بكميات ضئيلة. يشير هذا إلى أن الظروف المستخدمة في هذه الطريقة الإنتاجية المحددة لا تفضل إنشاء 3-MCPD، أو أن مستوياته منخفضة جداً بحيث تظل غير قابلة للكشف بالطرق الحالية. كما سلطت الدراسة الضوء على أن تشكل 2-MCPD يبدو مرتبطاً بوجود بقايا الدهون والمعالجات الحرارية المطبقة أثناء تفاعل الإنزيم. إن حقيقة أن الجزء المُرشح كان خالياً من الملوث تشير إلى حل عملي: فخطوة الترشيح الغشائي من المرجح أنها أزالت السلائف الدهنية الكبيرة أو المعقدات المسؤولة عن تشكل 2-MCPD.

توفر هذه النتائج خارطة طريق قيمة لصناعة الغذاء. فهي تشير إلى أنه بينما تعد عملية إنتاج الهيدروليزات البروتينية من مخلفات اللحوم ممارسة مستدامة ومفيدة، فإن ظروف العملية مهمة. وتقترح الدراسة أن تشكل بعض الملوثات ليس نتيجة حتمية لاستخدام بقايا اللحوم، بل هو نتيجة محددة لكيفية معالجة البروتينات. ومن خلال فهم أن الملوث يظهر أثناء مرحلة التحلل المائي ويمكن تقليله عن طريق الترشيح، يمكن للمصنعين تعديل أساليبهم لضمان السلامة دون التضحية بالقيمة الغذائية للمنتج النهائي. ويؤكد البحث أنه مع التحكم الدقيق في العملية، لا سيما فيما يتعلق بالحرارة والترشيح، فمن الممكن إنتاج مكونات بروتينية عالية الجودة تكون صديقة للبيئة وآمنة للاستهلاك في آن واحد.