Raziskovalni projekti

VSEBINSKI OPIS PROJEKTA

Na področju razvoja materialov so bile prikazane številne lastnosti za povezovanje biopolimerov in sorodnih molekul kot naravnih gradnikov za votle oziroma porozne in neporozne strukture z različno stopnjo notranje in zunanje organiziranosti, ki nakazujejo na del njihovega potenciala za uporabo v kapsulacijskih tehnikah. Polimeri, kot so strukturne komponente celične stene rastlin (pektin) in alg (alginat) ali škrob in njegovi derivati nudijo številne možnosti za pripravo prehransko varnih materialov z nadzorovano velikostjo, morfologijo in površinskimi ter strukturnimi lastnostmi. Številne od teh strukturnih komponent je mogoče pridobiti iz odpadnih surovin živilsko predelovalne industrije, s področja dejavnosti slovenske agroživilske industrije gre predvsem za odpadke predelave sadja (jabolčne lupine in ostanki po predelavi citrusov).

V projektu bomo zadevne naravne snovi (predvsem rastlinske polisaharide in druge komponente rastlinskega izvora) temeljito okarakterizirali in jih uporabili kot gradnike za samodejno oziroma usmerjeno organizacijo. Pridobljene supramolekularne strukture bodo služile kot samostojni ovoji ali pa kot namenske strukturne šablone za širok nabor različnih postopkov kapsuliranja mikroorganizmov za izdelke, ki so namenjeni za zauživanje in/ali za stik z živili. Izbrane nosilce bomo uporabili na dveh primerih uporabe za kapsuliranje mikroorganizmov, to je za (i) kapsuliranje kvasovk za optimiranje pridobivanja etanola in (ii) za podaljšano zadrževanje v prebavilih in kot prebiotik za lastni izolat probiotičnih mlečnokislinskih bakterij. V obeh primerih bomo določili parametre učinkovitosti kapsuliranja, procesno in biološko aktivnost, kakor tudi sposobnost kapsulacijskega sistema za fermentacijo oziroma dostavo mikroorganizmov na celičnem nivoju.

Projekt bo usmerjen v namensko pripravo mikrokapsulacijskih nosilcev rastlinskega izvora z natančno definiranimi površinskimi lastnostmi. Na ta način bomo sistematično preučili fizikalno, kemijsko in biološko ozadje, ki uravnava učinkovitost ujetja, preživetja in aktivnosti mikroorganizmov v napredne nosilce, s čimer bomo omogočili prehod iz uveljavljenih sistemov na osnovi alginatnih hidrogelov. Pripravljene nosilce bomo optimizirali za kapsuliranje modelnih mikroorganizmov ter preverili primernost razvitih mikrokapsulacijskih sistemov za reševanje specifičnih aktualnih izzivov v biotehnoloških aplikacijah proizvodnje in uporabe probiotikov ter fermentiranih tekočih živil.

FAZE PROJEKTA IN NJIHOVA REALIZACIJA

Raziskovalno delo v projektu je razdeljeno v štiri delovne sklope:

• DS0: Koordinacija, vodenje projekta in razširjanje znanja
• DS1: Priprava nosilnih materialov in razvoj kapsulacijskih postopkov
• DS2: Karakterizacija kapsulacijskih sistemov
• DS3: Razvoj probiotikov
• DS4: Procesna optimizacija fermentiranih pijač

Projekt traja tri leta. V prvem letu (0–12M) bomo pripravili in okarakterizirali gradnike (uporaba nativnih oblik β- in α- ali γ- ciklodekstrina), razvili osnovne postopke priprave praznih materialov (od 3 do 5 variacij postopka) in izvedli preliminarne kapsuliranja z nemodificiranimi materiali. V drugem in tretjem letu bomo nadaljevali s kapsuliranje z naprednimi materiali in postopki in po potrebi izvedli dodatne funkcionalizacije (3–7 funkcionaliziranih oblik ali induciranih morfologij) ter na podlagi presevne analize izvedli izbor kandidatnih nosilcev za preučevanje na primerih uporabe (12–30M). V ta namen bomo predhodno okarakterizirali površinske lastnosti modelnih mikrobnih kultur ter določili možne in potrebne oblike funkcionalizacije. V sklopu presevne analize bomo primerjali različne metode priprave (za elektropredenje in pripravo mikro-kroglic oziroma mikro-kapsul po 4 do 8 končnih formulacij), koncentracije mikroorganizmov (tri do štiri koncentracijska območja), kapsuliranje individualnih celic (single-cell) s kapsuliranje večjega števila celic (multi-cell) v posameznem delcu (3 do 6 formulacij za primerjavo), različne povprečne velikosti delcev (4 do 5 velikostnih razredov v domeni >1 mm do ~1 µm) ter različne površinske lastnosti delca (zlasti zeta potencial), glede na ugotovljene lastnosti celične kulture in število funkcionaliziranih gradnikov. V polovici drugega leta bomo pričeli s preskusno uporabo in po potrebi izvedli ponovne modifikacije postopkov kapsuliranja (18–36M). Procesno optimizacijo in razvoj probiotikov bomo izvedli in zaključili v tretjem letu (24–36M). Predvidoma bomo za vsako vrsto uporabe preskusili od 5 do 10 vzorcev. Karakterizacija materialov in procesov bo potekala sočasno s pripadajočimi aktivnostmi.

Bibliografske reference

SICRIS povezava