Το Έργο
Οι αμυλούχες κρέμες αποτελούν από τις πρώτες θρεπτικές επιλογές ημιστερεάς τροφής για τα βρέφη. Καθώς όμως το πεπτικό σύστημα των βρεφών δεν έχει αναπτυχθεί πλήρως, η κατανάλωση αμυλούχων τροφών έχει ως αποτέλεσμα τη μειωμένη ενεργειακή πρόσληψη και την εμφάνιση πεπτικών δυσλειτουργιών. Η νέα τάση στην τεχνολογική έρευνα που αφορά στις αμυλούχες βρεφικές τροφές, είναι η ελεγχόμενη μερική προϋδρόλυση του αμύλου από μίγματα ενζύμων (αμυλάσες). Η διαδικασία αυτή αναμένεται να έχει ως αποτέλεσμα να καταστήσει τις τροφές πιο εύπεπτες για τα βρέφη, μειώνοντας το ιξώδες και αυξάνοντας την απορρόφηση ενέργειας και θρεπτικών από το βρέφος, καθώς και τη γλυκύτητα του τελικού προϊόντος. Τα ένζυμα, που είναι σήμερα διαθέσιμα προς χρήση, δεν είναι κατάλληλα για την παραπάνω διεργασία, καθώς η δράση τους δεν είναι προσαρμοσμένη στο άμυλο των δημητριακών που χρησιμοποιούνται στις παιδικές τροφές (ρύζι, βρώμη, σιτάρι κ.λπ.). Επιπλέον, δεν απενεργοποιούνται πλήρως μετά τη χρήση τους, με αποτέλεσμα να συνεχίζεται ανεξέλεγκτα η υδρόλυση επηρεάζοντας άμεσα τα ρεολογικά χαρακτηριστικά (μεγάλη μείωση ιξώδους) του προϊόντος. Με βάση τα παραπάνω, και με στόχο την επίλυση του παραπάνω τεχνολογικού προβλήματος, στο παρόν έργο η ΓΙΩΤΗΣ Α.Ε. θα συνεργαστεί με δυο ακαδημαϊκούς φορείς με σκοπό την ανάπτυξη μιγμάτων αμυλασών εξειδικευμένων για χρήση στα άλευρα παιδικών τροφών, οι οποίες θα είναι απολύτως ασφαλείς για κατανάλωση από βρέφη και θα προέρχονται από ψυχρόφιλους μικροοργανισμούς έτσι ώστε να απενεργοποιούνται πλήρως σε χαμηλές θερμοκρασίες.
Το έργο COLDZYME έχει ως κύριο στόχο την ανάπτυξη, παραγωγή και αξιολόγηση, “tailor-made” μιγμάτων ψυχρόφιλων αμυλασών για την προϋδρόλυση του αμύλου στα άλευρα των βρεφικών τροφών της ΓΙΩΤΗΣ Α.Ε.. Τα αμυλολυτικά ένζυμα θα αξιολογηθούν ως προς τη δράση τους σε υποστρώματα αλεύρων ρυζιού που η εταιρεία χρησιμοποιεί για τα προϊόντα της, καθώς και η επίδραση τους στα επιθυμητά ρεολογικά και οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος.
Οι επιμέρους στόχοι του έργου διαμορφώνονται κατά συνέπεια ως ακολούθως:
Με την ολοκλήρωση του COLDZYME, ο φορέας ΓΙΩΤΗΣ Α.Ε. θα έχει στη διάθεσή του ένα πλήρως αξιολογημένο ως προς την κινητική, τη σταθερότητα, τις διαδικασίες παραγωγής και την ενσωμάτωση στην παραγωγική διαδικασία της εταιρείας σύνολο ενζύμων, απολύτως κατάλληλο για την άμεση ανάπτυξη καινοτόμων προϋδρολυμένων παιδικών τροφών.
Αρχικά, θα διεξαχθεί η πλήρης αξιολόγηση και ο χαρακτηρισμός μιας ομάδας ψυχρόφιλων αμυλολυτικών ενζυμικών συστημάτων, όπου ως πηγές αυτών θα χρησιμοποιηθούν γονιδιώματα μικροοργανισμών που έχουν απομονωθεί από ψυχρόφιλα περιβάλλοντα, όπως είδη των γενών Bacillus, Arthrobacter, Bifidobacterium, κ.ά. Tα ένζυμα θα μελετηθούν πλήρως ως προς τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους και τη κινητική δράση τους και θα παραχθούν με τη χρήση εργαστηριακών βιοαντιδραστήρων σε ποσότητες ικανές για πιλοτικές δοκιμές. Απώτερος στόχος είναι η ανάπτυξη ενός αριστοποιημένου μίγματος αμυλασών για το αμυλούχο υπόστρωμα, το οποίο εκτός από τα επιθυμητά χαρακτηριστικά που θα επιφέρει στο τελικό προϊόν, θα εμφανίζει μηδενική δραστικότητα, τόσο κατά τα επόμενα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας, όσο και κατά τη διάρκεια της παρασκευής της τροφής από τον τελικό καταναλωτή. Ταυτόχρονα θα αποτιμάται και το διαθρεπτικό προφίλ των συνταγών με το υδρολυμένο άμυλο, ενώ παράλληλα θα γίνεται σύγκριση με τα προϊόντα του ανταγωνισμού.
Το έργο εκτελείται σε 4 ενότητες εργασίας (ΕΕ):
Αναλυτικότερα, στην ΕΕ1 θα πραγματοποιηθεί ανάλυση γονιδιωμάτων και μεταγονιδιωμάτων από ψυχρόφιλες περιοχές, καθώς και ταυτοποίηση ψυχρόφιλων α-, β- αμυλασών και ισοαμυλασών με επιθυμητό κινητικό προφίλ. Τα επιλεγμένα ένζυμα θα μελετηθούν ως προς τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους, τη κινητική της δράσης τους πάνω σε φυσικά αμυλούχα υποστρώματα, καθώς και το προφίλ των παραγόμενων ολιγοσακχαριτών μέσω τεχνικών HPLC, HPLC MS/MS και NMR.
Στην ΕΕ2 θα γίνει βιοπληροφορική ανάλυση για τις επιλεγμένες αμυλάσες των μεσόφιλων μικροοργανισμών, με στόχο τον εντοπισμό αμινοξέων που θα μπορούσαν να ελαττώσουν τη θερμοσταθερότητα του κάθε ενζύμου με κατά το δυνατό λιγότερη επίδραση στις κινητικές του ιδιότητες. Θα εφαρμοστεί στοχευμένη μεταλλαξιγένεση και κλωνοποίηση των σχετικών ενζύμων σε κύτταρα E. coli όπου και θα χαρακτηριστούν βιοχημικά και κινητικά οι αντίστοιχες τροποποιημένες αμυλάσες.
Στην ΕΕ3 θα μελετηθεί η δράση των επιλεγμένων ενζύμων πάνω σε “πραγματικά” υποστρώματα αμύλου βρεφικών τροφών συναρτήσει των ρεολογικών και οργανοληπτικών χαρακτηριστικών του τελικού προϊόντος. Σε συστήματα βιοαντιδραστήρων, θα επιχειρηθεί η κλιμάκωση και αριστοποίηση της ενζυμικής παραγωγής από τα μετασχηματισμένα στελέχη που τα παράγουν, καθώς και η μοντελοποίηση της διεργασίας. Επιπλέον, θα πραγματοποιηθεί πιλοτική παραγωγή μιας σειράς τελικών προϊόντων με την προσθήκη των αξιολογημένων μιγμάτων ενζύμων.
Στην ΕΕ4 θα πραγματοποιηθεί τεχνικοοικονομική μελέτη ώστε να υπολογιστεί το κόστος ανά μονάδα μάζας τελικού ενζυμικού προϊόντος. Θα αξιολογηθεί η βιωσιμότητα της προτεινόμενης διεργασίας και θα γίνει εκτίμηση του αναγκαίου κεφαλαίου για μεταφορά της ενζυμικής παραγωγής σε μεγαλύτερη κλίμακα. Θα λάβει χώρα η ανάλυση κύκλου ζωής της συνολικής διεργασίας παραγωγής των προϊόντων και της διεργασίας.
Με την ολοκλήρωση των προγραμματισμένων εργασιών θα προκύψει μια τεκμηριωμένη και βασισμένη στην τρέχουσα τεχνολογική στάθμη, αποτίμηση της δυνατότητας οικονομικής εφαρμογής μιγμάτων ψυχρόφιλων αμυλασών για την παραγωγή προϋδρολυμένων βρεφικών τροφών.
Επιπλέον αποτελέσματα του έργου αποτελούν:
•Η δυνατότητα εφαρμογής της τεχνολογίας από τη ΓΙΩΤΗΣ ΑΕ για πρώτη φορά, γεγονός που θα ενισχύσει τη θέση της ως πρωτοπόρου στην ανάπτυξη βρεφικών τροφών, θα ενδυναμώσει την ανταγωνιστική της θέση στην Ελληνική αγορά και θα προσδώσει νέα ώθηση στις προσπάθειές της για διείσδυση σε νέες αγορές του εξωτερικού.
•Η αναβάθμιση και καθιέρωση των συμμετεχόντων ερευνητικών φορέων ως κέντρων αριστείας στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών στον τομέα της αξιολόγησης και της παραγωγής ενζύμων για τη Βιομηχανία Τροφίμων.
•Η δημιουργία προϋποθέσεων για ερευνητικές συνεργασίες με ακαδημαϊκούς φορείς, αλλά κυρίως με βιομηχανίες τροφίμων στον τομέα της ενζυμικής και μικροβιακής τροποποίησης πρώτων υλών και άλλων προϊόντων, όσο και με βιομηχανίες σύνθεσης και παραγωγής βιοκαταλυτών (ένζυμα).
•Η ανάδειξη της Ελληνικής Βιομηχανίας παιδικών τροφών ως φορέα ανάπτυξης νέων τεχνολογιών και όχι μόνο εφαρμογής τεχνολογίας από το εξωτερικό.
•Η δυνατότητα εφαρμογής και σε άλλους Κλάδους της Βιομηχανίας Τροφίμων με σημαντική επίδραση στην αύξηση της ανταγωνιστικότητάς της.
•Η αύξηση της απασχόλησης και ειδικότερα για νέους επιστήμονες υψηλού ακαδημαϊκού επιπέδου, καθιστώντας το έργο ως αντισταθμιστικό παράγοντα στο φαινόμενο διαρροής νέων επιστημόνων (brain drain) προς το εξωτερικό. Ειδικότερα, στα πλαίσια του έργου προβλέπεται η δημιουργία 4 νέων θέσεων απασχόλησης εξειδικευμένων επιστημόνων.
•Η περαιτέρω ενεργοποίηση των συμμετεχόντων ερευνητικών φορέων (ΕΚΠΑ, ΕΙΕ) σε δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά & ανακοινώσεις σε Συνέδρια, σε προσλήψεις νέων ερευνητών, στην υλοποίηση διδακτορικών διατριβών, και, στη συνεργασία τους με τη Βιομηχανίας Τροφίμων.