Projekti / Programi
Plazemska dekontaminacija mikotoksinov in inaktivacija plesni v živilski industriji
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.07 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
Tehnologija živil rastlinskega izvora |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T430 |
Tehnološke vede |
Tehnologija hrane in pijač |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
atmosferska zračna plazma, inaktivacija plesni, razgradnja mikotoksinov, opis razpadnih mehanizmov, toksičnost razpadnih prouktov
Raziskovalci (14)
Organizacije (3)
Povzetek
Mikotoksini so strupeni sekundarni metaboliti filamentoznih gliv oziroma plesni, ki predstavljajo enega izmed glavnih virov okužb hrane. Po zadnjih podatkih naj bi bilo z njimi okužene več kot 25 % svetovne zaloge žitaric, kar predstavlja velik izziv za živilsko industrijo in kmetijstvo, saj je trdovratne mikotoksine zelo težko odstraniti. Prav tako je zaradi zakonodaje in doseganja visokih standardov varne hrane okužena živila potrebno zavreči, kar predstavlja veliko ekonomsko breme za proizvajalce hrane na globalnem nivoju. Živilska industrija tako potrebuje novo in učinkovitejšo metodo za rešitev tega problema. Rezultati preliminarne študije raziskovalcev na Institutu »Jožef Stefan« so pokazali, da so mikotoksini lahko zelo uspešno odstranjeni s pomočjo hladne plazme pri atmosferskem tlaku in da je učinkovitost takšnega pristopa znatno višja v primerjavi s konvencionalnimi metodami. Tehnologija hladne plazme pri atmosferskem tlaku ima torej velik potencial kot nova učinkovita metoda za dekontaminacijo mikotoksinov in lahko doseže preboj tako v slovenskem kot tudi svetovnem merilu.
Za razvoj tehnologije do takšne mere in njene končne industrijske uporabnosti bo začetne vzpodbudne rezultate potrebno nadgraditi, začenši z natančnim ovrednotenjem kompleksnih mehanizmov interakcij plazme z organskim materialom, kot so mikotoksini, in njihovo nadaljnjo razgradnjo. Predlagan projekt tako za doseganje ciljev tega kompleksnega izziva predlaga uporabo najsodobnejših diagnostičnih tehnik, ki bodo omogočile identifikacijo razpadnih produktov, ki nastanejo po plazemski obdelavi, in posledično tudi pomembnih razgradnih poti. Pregled trenutnega stanja na tem področju kaže, da zanesljive informacije o poteku razpada plazemsko obdelanih mikotoksinov še niso na voljo, kar predstavlja še dodatno priložnost za odkrivanje novih dognanj in dokazovanje v svetovnem merilu. Poleg tega projekt zajema tudi preučitev vpliva plazme na matriks obdelanega živila, kar dodatno doprinese k celostnemu pristopu in zagotavljanju boljših možnosti končne implementacije tehnologije hladne plazme pri atmosferskem tlaku v industrijsko merilo, pri čem bo dosegala najvišje standarde učinkovitosti, varnosti in zanesljivosti.
Pomen za razvoj znanosti
Uporaba tehnologije hladne plazme za dekontaminacijo in izboljšanje varnosti hrane, ki jo uživamo je bila v preteklosti že uspešno potrjena, vendar pa ostaja njen vpliv na dekontaminacijo mikotoksinov še neraziskan. Kot je bilo že omenjeno, je cilj predlaganega projekta prvič predstaviti celovito sliko kompleksnih interakcij med reaktivnimi plazemskimi vrstami, molekulami mikotoksinov in prehranske matrice. To bo vključevalo razlago plazemsko podprtih mehanizmov razgradnje, identifikacijo glavnih razpadnih produktov, ovrednotenje tvorbe morebitnih toksičnih razpadnih produktov ter prepoznavo vseh morebitnih sprememb v sestavi ali strukturi hrane, do katerih bi prišlo tekom izpostavitve. Ta prizadevanja bodo prinesla nove mejnike pri uporabi tehnologije hladne atmosferske plazme, kar bo imelo tudi velik vpliv na akademskem področju.V zadnjem času so bili v visoko kakovostnih mednarodnih revijah z visokim faktorjem vpliva, kot sta Nature in Science objavljeni članki na temo mikotoskinovI-III. Rezultati tega projekta bodo imeli veliko znanstveno vrednost, zato pričakujemo, da bodo pridobljeni rezultati primerni za objavo v najkakovostnejših znanstvenih revijah, kot sta Nature chemistry in Nature biotechnology, katerih področji objav sovpadata s tematiko predlagane raziskave.
Projekt predstavlja visoko tvegano, vendar v primeru uspeha visoko nagrajeno aktivnost. Uspeh zahteva celovito razumevanje kompleksnih procesov, kot sta nastanek, prenos in interakcija reaktivnih plazemskih vrst preko vseh štirih agregatnih stanj. Za zmanjšanje tveganj, povezanih s prepoznavanjem teh ključnih vrst, bomo uporabili več naprednih komplementarnih metod. Za zmanjšanje tveganja, da rezultati ne bi bili sprejeti s strani industrije, tesno sodelujemo z različnimi partnerji, ki bodo vključeni v projekt in ki bodo s svojim znanjem doprinesli k razumevanju kompleksnih procesov v živilski industriji.
Poleg znanstvene kakovosti bodo rezultati tudi koristili področju tako slovenske kot tudi svetovne živilske industrije. Vpliv tehnologije, če bi jo lahko prenesli na industrijski nivo, bi bil preprosto ogromen, ne samo v slovenskem prostoru, pač pa bi to prineslo koristi za zdravje ljudi na vsem svetu. Pred razvojem proizvodnih linij, pa je potrebno rešiti še številne znanstvene probleme, ki bi s pojavili pri prenosu tehnologije iz laboratorija v industrijo. S podporo in svetovanjem slovenskega prehrambnega podjetja Mlinotest d.d. bomo skušali glavne industrijske izzive vključiti že v okviru temeljnih raziskav z mislijo na prenos tehnologije. Njihovo zanimanje za naše raziskave so potrdili tudi s podpornim pismom. Glej:priloga.
Pomen za razvoj Slovenije
The utility of cold plasma to decontaminate and enhance the safety of the food we eat is proven beyond doubt yet it’s impact on mycotoxin contamination remains unexplored. As already mentioned the aim of the proposed research is to establish, for the first time, a complete picture of the complex interactions between reactive plasma species, mycotoxin molecules and the underlying food matrix. This will include uncovering the plasma mediated degradation pathways, identifying major degradation products, evaluating possible toxic metabolite formation, and identifying any resulting changes to the composition or structure of the food product resulting from the treatment. These efforts will break new ground in the field of low temperature plasma science, yielding significant academic impact. Notably, several recent reports focusing on mycotoxins have appeared in the highest quality international journals, including Nature and ScienceI-III. The outcomes from this project will have enormous scientific merit and it is fully anticipated they will be suitable for publication in the highest quality journals, with Nature chemistry and Nature Biotechnology identified in particular due to their relevance to the proposed work. The project represents a high risk, high reward activity. Success demands that a comprehensive understanding of the complex generation, transport and interaction of chemical species produced in a non-equilibrium plasma be uncovered across four phases of matter. To mitigate against the risks associated with advanced diagnostics we are employing multiple complimentary techniques and to mitigate against risks associated with industry acceptance of the results we are working closely with other partners involved in the proposed project in order to bring a vast amount of experience in assessing food processing technologies and an international reputation for excellence and independence in the agri-tech sector. Beyond scientific quality, the outcomes of the research will have the potential to deliver tangible benefits for the Slovenian and global food industry. The impact of the technology, could it be realised on an industrial scale, is simply enormous; with tangible benefits to the health and wealth of the nation. Before developing the production line, however, we have to solve scientific problems encountered in transferring of the technology from lab to the industry. With the support and advising of Slovenian Food Industry Company (Mlinotest d.d.) that is interested in the potential implementation of the process, we will try to include the major industry relevant challenges already as a part of the basic research with the thought of the upscaling process. Their interest was also confirmed with their support letter – see attachments.
IEzzati et al. Nature 559 (2018)
IILetouze et al. Nature Comm 8, 1315 (2017)
IIIThakare et al. Science Adv. 3, 3 (2017)
