Projekti / Programi
Biokemijska in biofizikalno-kemijska karakterizacija naravnih snovi
01. januar 2018
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.00 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
|
| 1.04.00 |
Naravoslovje |
Kemija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B420 |
Biomedicinske vede |
Prehrana |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
rastlinski materijali, polifenoli, kapsulacija, metabolni produkti, interakcije polifenolov z biološkimi molekulami, strukturne lastnosti živil, funkcionalna živila, oleogeli, termostabilni proteini, arheolipidi, sodobne analitske metode
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
13. september 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
354 |
8.775 |
7.869 |
22,23 |
| Scopus |
364 |
9.930 |
8.942 |
24,57 |
Raziskovalci (24)
Organizacije (2)
Povzetek
Živilska industrija se sooča z novimi izzivi, med katerimi so gotovo tudi funkcionalna živila s pozitivnimi učinki na zdravje. Fenolne spojine imajo mnogo in vitro dokazanih učinkov na preprečevanje različnih bolezni. Novejše raziskave so usmerjene k ugotavljanju stabilnosti fenolnih spojin med predelavo in shranjevanjem ter k spremljanju njihove biološke razpoložljivosti. Predlagani program se osredotoča na naslednja področja: (a) identifikacija bioaktivnih snovi v agroživilskih stranskih produktih; (b) in vitro simulacija prebave bioaktivnih snovi v živilih; (c) razvoj tehnologij za povečanje stabilnosti, biološke razpoložljivosti in aktivnosti snovi s pozitivnimi učinki na zdravje. Pri predelavi rastlin nastaja velika količina stranskih produktov, njihova nadaljnja uporaba in zmanjševanje njihove količine je prispevek k trajnostnemu razvoju. Oljčne in hmeljne liste, hmeljne storžke in njihove peletov, lupine granatnega jabolka, semena grozdja in invazivne tujerodne dresnike bomo uporabili kot vir bioaktivnih snovi. Morebitni pozitivni učinki fenolnih spojin so omejeni z njihovo stabilnostjo med predelavo in med shranjevanjem ter z njihovo biološko dostopnostjo. Kapsulacija bioaktivnih snovi v različne nosilne materiale ščiti spojine in poveča njihovo uporabo v živilskih matriksih. Liposomi so biokompatibilni in biološko razgradljivi dostavljalni sistemi, arheosomi iz arhejskih lipidov pa so stabilnejši pri visoki temperaturi, nizkem ali visokem pH in v prisotnosti fosfolipaz. Ultra-deformabilni arheosomi in arhealni hidrogeli tako predstavljajo nove dostavljalne sisteme kot tudi rastlinske celične stene, ki so naravna zaščita bioaktivnih snovi, in jih razgradijo le črevesne bakterije. Biološko dostopnost bioaktivnih snovi bomo preučevali z in vitro modelom gastrointestinalnega trakta. Zmanjševanje količine maščob in dodajanje naravnih snovi sta le dva izmed novejših trendov v prehrambni industriji. Nasičene maščobe in trans maščobe lahko nadomestimo z oleogeli z ustreznimi teksturnimi lastnostmi. Spremenjena receptura živilskega proizvoda lahko povzroči krajši rok uporabnosti, izgubo prožnosti, slabše teksturne lastnosti ter težave med proizvodnjo, neprivlačen videz izdelka in zmanjšanje senzorične kakovosti. Prehranske vlaknine so odlični prebiotiki. Beta-glukani imajo odobrene celo zdravstvene trditve. Metode za povečanje njihove vsebnosti predstavljajo velik izziv, saj lahko le polimeri z dovolj visoko molekulsko maso dosežejo pozitivno fiziološko učinkovitost. Pernizin, termostabilna proteaza iz A. pernix, ki jo lahko izražamo v E. coli in S. rimosus, je aktivna v območju pH 5-10 in pri temperaturi 70-100 °C. Patentirano znanje nam bo omogočilo razvoj novih postopkov za pripravo beljakovinskih hidrolizatov, razgradnjo beljakovinskih agregatov. Napredne analitske metode za ugotavljanje interakcij med sestavinami živil, oksidativne stabilnosti, viskoznih in teksturnih lastnosti nam bodo omogočile razvoj novih živilskih izdelkov.
Pomen za razvoj znanosti
Svetovni sistem preskrbe s hrano prispeva k, a nanj tudi vplivajo klimatske spremembe, degradacija zemljišč in zmanjševanje biodiverzitete. Še več, živilska industrija je vedno znova izpostavljena novim izzivom, ki jih prinašata povečana urbanizacija svetovne populacije in spreminjajoči načini življenja. Že kar nekaj časa je v središču raziskav večja zahteva po takih funkcionalnih živilih, ki bi vsebovala rastlinske ekstrakte za izboljšanje zdravja. V zadnjih letih se posebno intenzivno raziskujejo fenolne spojine, sekundarni metaboliti rastlin, s številnimi in vitro dokazanimi učinki pri preprečevanju različnih vnetnih procesov in kroničnih ali degenerativnih sprememb. Na začetku so mnoge vire fenolnih spojin izkoristili za njihovo izolacijo, identifikacijo in določanjem in vitro funkcije. Nato so bili raziskovalci soočeni z rezultati epidemioloških študij, v katerih so določili zelo nizke koncentracije fenolnih spojin v človeškem organizmu, zakaj so fenolne spojine toksične pri višjih koncentracijah, kakšna je njihova stabilnost med procesi in v živilu, kako se absorbirajo in kakšna je njihova biorazpoložljivost, kako delujejo v človeškem organizmu in kako varni so. To so zelo pomembna dejstva, ki jih moramo znati pojasniti predno lahko priporočimo njihovo dnevno dozo. Raziskovalno delo našega programa je tako usmerjeno na: a) identifikacijo bioaktivnih komponent v odpadkih pri predelavi; b) spremljanje metabolizma bioaktivnih sestavin živil z in vitro modeli gastrointestinalnega trakta; c) razvoj tehnologij za povečanje stabilnosti, biorazpoložljivosti in aktivnosti novih spojin dodanih živilom za izboljšanje zdravja, tako da bo novo funkcionalno živilo imelo primerno kakovost in bo varno. V predlaganem programu bomo izrabili liste oljk, storžke in druge pripravke storžkov hmelja (kot pelete, ekstrakte), lupine granatnega jabolka, semena grozdja in tujerodne invazivne dresnike. Omenjeni viri so potencialno zelo obetavni rastlinski viri ekstraktov bogatih z bioaktivnimi spojinami pomembnimi za človekovo zdravje in počutje, če se jih dnevno vključi v prehrano. Izkoriščanje odpadkov je inovativen pristop za izboljšanje trajnostnega razvoja. Potencialni učinek fenolnih spojin je omejen z njihovo stabilnostjo med tehnološkim procesom, skladiščenjem in biorazpoložljivostjo. Kapsulacija bioaktivnih spojin v razne nosilce omogoči zaščito ključnih spojin in poveča uporabnost v različnih matriksih živil. Vključevanje kapsuliranih spojin v matriks raznih živil (kot kruh, sveže testo) je malo raziskano. Predvidevamo preizkusiti različne kapsulacijske sisteme kot so liposomi, iz arhealnih lipidov nastale arheosome, ki so stabilni pri visokih temperaturah, nizkih ali visokih pH in v prisotnosti fosfolipaz. Ultra deformacijski arheosomi in arheosomski hidrogeli so novi dostavni sistemi. Rastlinska celična stena je naravna zaščita za bioaktivne spojine kot so proteini in samo črevesne bakterije jo lahko razgradijo. Nekatere od njih je naša skupina v preteklosti že uspešno uporabila. In vitro modeli gastrointestinalnega trakta, ki oponašajo metabolične procese, se veliko uporabljajo pri spremljanju razgradnje hrane ali farmacevtskih proizvodov. So hitri, poceni, manj delavno intenzivni in so brez etičnih ovir. Vanje so vedno vključene stopnje razgradnje v ustih, želodcu in tankem črevesu, občasno pa tudi fermentacija v debelem črevesu. Lipidi, proteini, ogljikovi hidrati in voda so glavne sestavine živil in v glavnem odgovorne za strukturne spremembe, ki spremljajo tehnološko obdelavo, in za mehanske ter druge fizikalne lastnosti živil. Tvorijo kompleksen matriks, ki vpliva na končne značilnosti živil v prehranski verigi, v katerih so dokazano pomembni tudi aditivi. Zmanjševanje količin maščob ali dodajanje naravnih spojin za povečanje antioksidativne učinkovitosti sta samo dva od trendov v živilski industriji. Spreminjanje recepta živilskega izdelka lahko vodi v skrajšan rok uporabe, izgubo fleksibilnosti, slabšo teksturo in težav med proi
Pomen za razvoj Slovenije
V zadnjem času slovenska živilska industrija izkazuje vedno večje zanimanje za razvoj tehnologij kapsuliranja kot možnosti za izboljšanje topnosti in biološke razpoložljivosti bioaktivnih spojin. Pri razvoju inovativnih izdelkov so potrebni novi pristopi z uvajanjem sodobnih metod analize za spremljanje učinkov različnih procesnih parametrov in dodatkov na kakovost končnega živila. Mednje sodijo izbrane eksperimentalne metode kot so mikroskopije, kalorimetrija, reometrija in metode, ki omogočajo spremljanje električnih lastnosti živil. Pri predelavi rastlin nastaja veliko stranskih produktov, katerih količina je zelo odvisna od pogojev predelave. V našem delu raziskav se bomo osredotočili na nekaj stranskih produktov pri pridelavi živil kot so oljne pogače, oljčni in hmeljni listi, storžki in peleti, lupine granatnega jabolka, grozdne peške in invazivne tujerodne dresnike. Z inovativno izrabo teh stranskih produktov bomo zmanjšali količino agroživilskih odpadkov in tako doprinesli k trajnostnemu razvoju. V okviru šestletnega programa, bi radi vključili bioaktivne spojine v različne nosilce in v matriks živil, kar bo omogočilo razvoj novih funkcionalnih živil in prehranskih dopolnil, primernih tako za odrasle kot za otroke. Stabilnost kapsuliranih spojin bomo proučevali pri pogojih shranjevanja živil in v razmerah simulirane prebave in vitro. Rezultati raziskav bodo omogočili nadaljnjo optimizacijo kapsulacijskih sistemov, kar bo vodilo k pripravi novih izdelkov s podaljšano obstojnostjo. Preprečevanje oksidacije živil (žarkosti) lahko dosežemo z dodajanjem naravnih antioksidantov, kot so naravne fenolne spojine in tako podaljšamo njihovo obstojnost. Razumevanje vloge glutena pri strukturnih lastnosti izdelkov je ključnega pomena pri razvoju novih kakovostnih in raznolikih brezglutenskih izdelkov. Izdelki z zmanjšano stopnjo nasičenih maščobnih kislin in/ali glutena bodo postali bolj dostopni. Živilska industrija poskuša nasičene maščobe (masti) in trans maščobe zaradi njihovih negativnih vplivov na zdravje ljudi nadomestiti z večkrat nenasičenimi maščobami, ki jih najdemo v rastlinskih oljih. Iz rastlinskih olj lahko pripravimo oleogele, ki imajo ustrezne teksturne lastnosti (trdoto, plastičnost, elastičnost) in so stabilni med dolgotrajnim skladiščenjem. Spojine, ki jih vključimo v oleogele, podaljšajo obstojnost oleogelov in so obenem tudi same bolj zaščitene pred oksidacijo ter omogočajo kontrolirano sproščanje med ali po zaužitju. Razvoj novih živilskih izdelkov z visoko vsebnostjo beta-glukanov in s temu ustrezno visoko dodano vrednostjo bi spodbudil primarno pridelavo sort ječmena, ki imajo visoko vsebnost beta-glukanov ter uporabo novih tehnologij mletja za obogatitev moke z njimi. Razvoj novih dostavnih sistemov, ki temeljijo na uporabi arheosomov, je lahko dobra osnova za nadaljnji razvoj sofisticiranih sistemov za prenos peptidov, nanodelcev, DNA in protiteles. Ker je naš cilj nadaljnji razvoj le-teh in njihova uporaba kot učinkovitih orodij v terapevtske namene in pri ciljnem dostavljanju v različna tkiva, sta naša največja izziva za prihodnost, kako povečati učinkovitost dostave proteinov in plazmidne DNA in kako doseči usmerjeno delovanje. Pridobljeno znanje bomo posredovali ne le študentom in mladim raziskovalcem, ampak tudi strokovnjakom, ki sodelujejo pri razvoju in proizvodnji novih živil z novimi funkcijami.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
