Projekti / Programi
Mlečnokislinska fermentacija kot način obogatitve mikroalgne biomase z novimi nutrienti
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.03.00 |
Biotehnika |
Rastlinska produkcija in predelava |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 4.01 |
Kmetijske vede in veterina |
Kmetijstvo, gozdarstvo in ribištvo |
mikroalge; mlečnokislinska fermentacija; nova živila; bioaktivne spojine
Raziskovalci (19)
Organizacije (4)
Povzetek
Mikroalge predstavljajo dober vir hranil in bioaktivnih spojin in tako lahko prispevajo k zdravju ljudi. Trenutno se mikroalge na slovenskem tržišču pojavljajo v obliki prehranskh dopolnil (tablete, kapsule in tekočine). Njihova učinkovitost in izvor sta v splošnem neznana, kajti za prehranska dopolnila ne veljajo strogi predpisi kot za zdravila ali živila. Zato je zelo pomembno redno spremljanje takšnih izdelkov, ki so na voljo na tržišču. Sestava in hranilna vrednost mikroalg je močno odvisna od geografskega območja in letnega časa. V okviru projekta bomo opredelili kontrolne parametre in standardne metode za njihovo določanje. Tako bodo uporabljene napredne analitske tehnike za zagotavljanje kakovosti, varnosti in sledljivosti prehranskih dopolnil na osnovi spiruline in klorele, ki so na voljo na tržišču. Po drugi strani pa bo vzpostavitev kultivacijskih sistemov v večjem merilu omogočila, da bodo mikroalge Spirulina in Chlorella proizvedene pod optimiziranimi in kontroliranimi pogoji. To bo privedlo do nadzorovane kakovosti proizvodov, ki pa se lahko še izboljša z nadaljnjimi postopki obdelave. Mlečnokislinska fermentacija se lahko uporabi tako za izboljšanje hranilne kot tudi funkcionalne vrednosti substratov, mikrobiološke varnosti, senzoričnih lastnosti ter za podajšanje roka uporabnosti. Lahko poveča učinkovitost izvirnih bioaktivnih spojin z njihovim sproščanjem ali s tranformacijo z mlečnokislinskimi bakterijami in lahko obogati substrat z njihovimi metaboliti (npr. polisaharidi, biaoktivni peptidi, vitamin B12, kratkorežne maščobne kisline). Tako se lahko izboljša funkcionalna vrednost takšnih substratov. Ker mikroalge Spirulina in Chlorella vsebujejo veliko funkcionalnih bioaktivnih spojin (npr. polinenasičene maščobne kisline, fenolne spojine, steroli, beljakovine, aminokisline, peptidi, vitamini A, C, E, K, polisaharidi, pigmenti) z različnimi aktivnostmi, bo mlečnokislinska fermentacija uporabljena za pripravo živilskih proizvodov na osnovi mikroalg , ki imajo boljše hranilne in funkcionalne lastnosti v primerjavi z izvorno biomaso. Za preverbo te hipoteze bomo izvedli kemijsko, biokemijsko in mikrobiološko karakterizacijo biomase pred in po fermentaciji kot tudi analize bioaktivnosti z uporabo molekularnih, celičnih in živalskih modelov za preučitev fizioloških učinkov. Čeprav so se nekatere študije ukvarjale z mlečnokislinsko fermentacijo mikroalg, doslej ni bilo poročil o oceni vpliva mlečnokislinske fermentacije na sestavo hranil in bioaktivnih spojin mikroalgne biomase ter na njihovo mikrobiološko stabilnost in bioaktivnost v smislu pridobivanja novih funkcionalnih živilskih proizvodov. Tako kot Spirulina in Chlorella, ki sta med mikroalgami najbolj preučeni glede hranilnih in funkcionalnih lastnosti, obstajajo še druge mikroalge, ki naseljujejo različne okoljske niše in lahko sintetizirajo različne metabolite. Mnogi od teh imajo potencialne aplikacije v živilski, farmacevtski in kozmetični industriji. Tako bomo raziskali ekstremne okoljske niše v Sloveniji, kot so soline, zdravilni vrelci in podzemne jame. To so lahko zanimiva mesta pri iskanju mikroalg, ki vsebujejo nove metabolite in tako predstavljajo kandidate za nove živilske sestavine. Z izjemo kraških jam taki ekstremni habitati v Sloveniji še niso bili raziskani. Na kratko, predlagani projekt bo osredotočen na (1) mikroalge Spirulina in Chlorella iz prehranskih dopolnil, ki so na voljo na slovenskem tržišču z neznanim poreklom in učinkovitostjo, (2) tiste, ki izhajajo iz kontroliranih sistemov gojenja v večjem merilu z znanim poreklom in nadzorovano kakovostjo, ki pa jo je še vedno mogoče izboljšati z biotehnološkim pristopom in tako pridobiti funkcionalno živilo ter (3) mikroalge iz ekstremnih habitatov v Sloveniji kot potencialne kandidate za nove živilske sestavine kot tudi druge biotehnološko zanimive produkte.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru predlaganega projekta bomo izvedli temeljne znanstvene študije na področju mlečnokislinske fermentacije mikroalg Spirulina in Chlorella kot dveh najbolj razširjenih in komercialno dostopnih mikroalg. Fermentirane produkte mikroalg z novimi identificiranimi metaboliti bomo opisali z vidika kakovosti in mikrobiološke varnosti ter bioaktivnosti na molekularnem, celičnem in živalskem modelu z namenom določitve farmakološkega potenciala in za razvoj novih funkcionalnih živil. Slovenski trg s prehranskimi dopolnili, ki vsebujejo Spirulino in Chlorello, bo prvič preučen glede na poreklo in kakovost izdelkov. Eden pomembnejših znanstvenih prispevek bo oblikovanje novih sistemov za kapsuliranje z namenom stabilizacije, ciljne dostave in nadzorovanim sproščanja bioaktivnih spojin. Kot prvi bomo popisali biotsko raznovrstnost mikroalg ekstremofilnih habitatatov Slovenije. Pričakujemo, da bomo svoje rezultate predstavili na različnih konferencah in jih objavili v revijah z visokim faktorjem vpliva. Uporaba organizmov na dnu prehranjevalne verige, kot so mikroalge pomeni velik korak v zviševanju učinkovitosti proizvodnje hrane in lahko znatno prispeva k zmanjšanju skupne količine odpadkov v urbanih okoljih. Še več, sestava teh organizmov je lahko zanimiva s hranilnega in funkcionalnega vidika, saj imata tako Spirulina kot Chlorella odlično proteinsko sestavo in druge, za prehrano in zdravje pomembne bioaktivne komponente. Projekt bo z jasno osredotočenostjo na zdravje in varnost prispeval k izoblikovanju novih rešitev v živilskem sektorju, ki bodo zagotovile dostop uporabnikov do uravnotežene prehrane. V bodoče lahko projekt doprinese in vpliva tudi na povečanje konkurenčnosti in vzpostavitev bolj verodostojne in varne živilske verige, kar je povezano z ekonomskimi vplivi. Vključenost slovenskega podjetja Algen, ki začenja gojiti mikroalge, nam bo omogočila izjemno priložnost za prenosa znanja iz akademije v gospodarstvo. Del projekta bo namenjen razvoju novih metod nadzora kakovosti (posledično vrednost pravilnega označevanja) živil iz mikroalg iz določene regije. Iz navedenega je razvidno, da projekt ponuja možnost izdelave novih, raznolikih produktov visokega standarda, ki lahko izboljšajo konkurenčnost tako slovenske kot tudi evropske živilske industrije in hkrati povečajo zaželenost na globalnem nivoju. Projekt je multidisciplinaren in med-institucionalen, saj vključuje uveljavljene raziskovalce iz različnih področij naravoslovja, biotehnologije in medicine. Vse sodelujoče skupine skupaj imajo znanje, dolgoletne izkušnje in opremo, ki zagotavljajo uspešno izvedbo projekta in visoko kakovost njihovih rezultatov. Poleg tega se vsi udeleženci aktivno vključujejo v pedagoške procese v Sloveniji in v tujini. Sodelovanje mladih raziskovalcev in magistrskih študentov v projekt bo zagotovilo edinstveno priložnost za sodelovanje, usposabljanje, prenos rezultatov raziskav v prakso in zagotovitev trdne osnove za razvoj poklicnih poti.
Pomen za razvoj Slovenije
In the framework of the proposed project, we will perform basic scientific studies on the lactic acid fermentation of microalgae Spirulina and Chlorella as two the most widespread and commercially available microalgae. The fermented product of microalgae with the new identified metabolites will be characterized in the context of quality and microbiological safety as well as bioactivity, on molecular, cell and animal model to determine pharmacological potential for developing the novel functional food. The selection of appropriate The Slovenian market with food supplements containing Spirulina and Chlorella will be for the first time investigated for their origin and quality. The main scientific contribution will be design the new encapsulation systems for stabilization, target delivery and control release of the bioactive compounds from microalgae. The significant impact on the scientific field of biodiversity of microalgae will have the taxonomic description of microalgae populated the extremophilic habitats in Slovenia. We expect to present our results at different conferences and to publish them in high-ranking journals from the field. The use of lower organisms can be a big step in increasing the efficiency of food production and may help in reducing the total amount of waste created in urban environments. Further, the composition of these organisms may be attractive from a nutritional perspective, since Spirulina and Chlorella have an excellent protein composition and other important nutrients and bioactive components. With a clear focus on health and safety, the project will help to contribute to formulate new food solutions ensuring that consumers have access to a balanced diet. Looking into the future, the project can influence and offer unique opportunities to increase competitiveness and build a more trusted and secure food supply and thus will have an economic impact. The involvement of Algen that has begun farming microalgae will provide an opportunity to transfer knowledge from Academia to Industry. Thus, the project has the ability to combine high standards with diverse and interesting food products that can make Slovenian as well as the European food sector competitive and its products desirable globally. The project involves well establish researchers in the field of natural sciences, biotechnology and medicine giving multidisciplinary and inter-institutional approach. Together, all the participating groups have the knowledge, long-term experience and equipment, guaranteeing a successful conduction of the project and high quality of their results. In addition, all participants actively participate in the pedagogic and tutorial processes at universities in Slovenia and abroad. The involvement of young researchers will provide a unique opportunity for collaboration, training, transfer of research results into practice and provide a sound basis for career development.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
