A KÖZPONTI KÖRNYEZET- ÉS ÉLELMISZER-TUDOMÁNYI KUTATÓINTÉZET AZ MTA ÉLELMISZERTUDOMÁNYI TUDOMÁNYOS BIZOTTSÁGA A MAGYAR ÉLELMISZER-TUDOMÁNYI ÉS TECHNOLÓGIAI EGYESÜLET és a BUDAPESTI CORVINUS EGYETEM ÉLELMISZERTUDOMÁNYI KAR közös rendezésében 2013. február 22-én tartandó 350. TUDOMÁNYOS KOLLOKVIUM előadásainak rövid kivonata 323. füzet Budapest
350. TUDOMÁNYOS KOLLOKVIUM Az MTA Élelmiszertudományi Tudományos Bizottsága, a Központi Környezet- és Élelmiszer-tudományi Kutatóintézet a Magyar Élelmiszer-tudományi és Technológiai Egyesület és a Budapesti Corvinus Egyetem Élelmiszertudományi Kar közös rendezésében Helyszín: Budapesti Corvinus Egyetem Élelmiszertudományi Kar Tudásközpont előadóterme 1118 Budapest, Villányi út 39-43., G-épület Elnök: Halász Anna 2013. február 22-én, pénteken, 9.30 órakor 9.30-9.45 Fenyvesi Éva Új irányok a ciklodextrinek élelmiszeripari alkalmazásában 9.50-10.05 Styevkó Gabriella Maltóz és szacharóz alapú oligoszacharidok biokatalitikus előállítása 10.10-10.25 Némethné Szerdahelyi Emőke Húspeptidek vizsgálata táplálkozási szempontból 10.30-11.00 SZÜNET 11.00-11.15 Szöllősi Attila Mikrobiális energia cellák vizsgálata 11.20-11.35 Ásványi Balázs Élesztőtörzsek alkalmazása a savó alapú egysejt-fehérje előállításban 11.40-11.55 Kovács Erzsébet T. Élelmiszerek szerkezetének kialakítására alkalmazott enzimek és azok hatásmechanizmusának vizsgálata További információ: Cserhalmi Zsuzsanna (214-1248, zs.cserhalmi@cfri.hu) Salgó András (salgo@mail.bme.hu) 1
Új irányok a ciklodextrinek élelmiszeripari alkalmazásában A ciklodextrinek élelmiszeripari alkalmazása a hetvenes években kezdődött, amikor felismerték, hogy az aromanyagok stabilitása jelentősen javul a komplexálás során. Az élelmiszeriparban alkalmazott további lipofil anyagok (vitaminok, színezékek, zsírsavak, stb.) is jobban oldódnak, a szervezetben jobban hasznosulnak amellett, hogy a megnövekedett stabilitás miatt tovább is tárolhatóak. Ma már számos táplálék-kiegészítő tartalmaz ciklodextrint (vitaminok, flavonoidok, karotinoidok, halolaj, fűszersók, stb.). Új irány a fitoszterolok komplexálása. A ciklodextrinek az élelmiszeripar engedélyezett segédanyagai lettek. A β- ciklodextrin E számot kapott (E-459). Az alfa- és gamma-ciklodextrin korlátlan mennyiségben fogyaszthatók, míg a béta-ciklodextrin ajánlott napi adagja 0,5 g/testsúly kg. Manapság előtérbe került a zsírsavak, trigliceridek komplexálása, amit egyrészt növényi olajok megszilárdítására alkalmaznak (margarin előállítására hidrogénezés nélkül így elkerülve a transz-zsírsavak keletkezését), másrészt a ciklodextrinnek a tápcsatornába juttatásával a táplálékkal elfogyasztott zsírok megkötésére. Utóbbi esetben üres ciklodextrint fogyasztunk, mely kivonja a táplálékból és emulzióba viszi a zsírokat, ezzel rontva emészthetőségüket. A legújabb kutatási eredmények szerint nemcsak a zsírok, hanem a szénhidrátok emésztését is gátolja a ciklodextrin csökkentve az étkezés utáni vércukor szint emelkedés mértékét és az inzulinigényt. Cukorbetegség fontos táplálék-kiegészítő szere lehet a közeljövőben. Fenyvesi Éva CYCLOLAB Kutató-fejlesztő Laboratórium Kft. 2
Maltóz és szacharóz alapú oligoszacharidok biokatalitikus előállítása Az oligoszacharidok (OS-ok) fontos szerepet játszanak számos biológiai folyamatban például gyulladásos folyamatokban, bakteriális és vírusos fertőzésekben, sejt-sejt kommunikációban és immunválasz reakciókban stb. Továbbá léteznek olyan oligoszacharidok, amelyek fizikai-kémiai illetve fiziológiai tulajdonságaik révén prebiotikus élelmiszer összetevőként is hasznosíthatók. E szénhidrátok szintézise kémiai és enzimes módszerrel is lehetséges. Az enzimes módszerek előnye, hogy a biokatalizátorok régio- és sztereospecifitással rendelkeznek illetve a reakciókörülmények széles köre alkalmazható. A kereskedelemben kapható prebiotikus oligoszacharidok nagy részét enzimek transzglikoziláz aktivitásának felhasználásával állítják elő. A Pectinex ultra SP-L enzimkészítmény bizonyítottan rendelkezik transzfruktoziláz és transzgalaktoziláz aktivitással. E termék specifikusságát tanulmányozva megállapítható, hogy az enzimkészítmény az invertázon és a laktázon kívül más karbohidroláz aktivitással is rendelkezik, így elméleti lehetőség nyílik más típusú OS-ok szintézisére. Jelen munkánkban maltóz és szacharóz alapú OS-ok előállítására fókuszáltunk a Pectinex ultra készítmény alkalmazásával. A Pectinex hidrolitikus aktivitásainak meghatározásához a felszabaduló glükóz mennyiségét határoztuk meg GOD- POD módszerrel. A biokonverzió nyomonkövetésére HPLC illetve TLC módszert alkalmaztunk. Az enzimrögzítési kísérletek során 4-féle kovalens hordozót vizsgáltuk: Eupergit C, Eupergit C250L, Sepabeads EC-EA, Sepabeads EC-EP. A rögzítési hatékonyság megállapításához fehérjetartalom meghatározást és aktivitásvizsgálatokat végeztük. Megállapítottuk, hogy a Pectinex katalizál glikozil-transzfer reakciókat különböző mono- és biszubsztrátum rendszerekben. Az enzimkészítmény fruktozil-transzferáz és galaktozil-transzferáz aktivitása mellett képes a maltózt hidrolizálni illetve glükozil-transzfer reakciót katalizálni (maltózról maltózra) így malto-oligoszacharidot előállítani. Megállapítottuk továbbá, hogy a glükozidáz/maltáz enzim optimális ph-ja ph3,5, hőmérséklet optimuma 65 C. Hidrolitikus aktivitásának kinetikai jellemzői a következők: K M = 8,03 g/100ml, v max = 303 umol glükóz/ml enzim. Maltóz:szacharóz biszubsztrátum esetében új, feltehetően triszacharid típusú oligoszacharidot detektáltunk. Megállapítottuk, hogy maltóz:szacharóz szubsztrátum esetén az optimális arány 1:9. Meghatároztuk az optimális szénhidrát koncentrációt is. Maltóz:szacharóz 1:9 arányú kombinációja esetén az optimális szubsztrátum tartalom 60 g/100ml volt (54 g/100ml szacharóz + 6 g/100ml maltóz). Ebben az esetben 4,02 g/100ml OS koncentrációt értünk el, mely kétszerese volt a csak szacharózt tartalmazó kontrol mintában elért DP 3 tartalomhoz képest. E szénhidrát koncentrációt alkalmazva maltóz monoszubsztrátum esetében nem detektáltunk OS szintézist. Következtetésként elmondható, hogy a maltóz:szacharóz 1:9 arányú kombinációjával, 60 g/100ml kiinduló szénhidrát koncentrációt alkalmazva olyan fruktozil-transzfer reakció megy végbe, melyben a szacharóz mellett a maltóz is akceptorként vesz részt így szintetizálva új oligoszacharidot, fruktozil-maltózt. Tekintve, hogy a Pectinex fruktoziltranszferáz enzime maltóz jelenlétében képes új oligoszacharidot szintetizálni, rögzítési kísérleteket is végeztük. Megállapítottuk, hogy a 4 vizsgált hordozó közül a legnagyobb hatékonysággal (75%) a Sepabeads EC-EA hordozóhoz lehet (kovalens kötéssel) rögzíteni az enzimet. Összegzésként elmondható, hogy elért eredményeink ígéretesnek tűnnek és utat nyithatnak új oligoszacharid szintézis technológia kidolgozására. A munkánkat a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség támogatta. Projektek nyilvántartási száma: TÁMOP-4.2.1./B-09/1-KMR-2010-0005, TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0023 és TECH_09-A3-2009-0194. Dr. Nguyen Duc Quang pedig részesül a Bolyai Kutatói Ösztöndíj támogatásában. Styevkó Gabriella, Styevkó Csilla, Hoschke Ágoston, Nguyen D. Quang BCE Élelmiszertudományi Kar, Sör- és Szeszipai Tanszék 3
Húspeptidek vizsgálata táplálkozási szempontból Korábban a húsokat és a hústermékeket jellemzően nem tartották a bioaktív vegyületek gazdag forrásának, inkább csak jó minőségű fehérjeforrásként, illetve számos vitamin és ásványi anyag forrásaként tekintettek rájuk. Napjainkban viszont a húsokban található számos bioaktív komponens a tudományos érdeklődés középpontjába került. Közöttük az egyik fontos csoport a biológiailag aktív peptidek, amelyek vagy már eleve jelen vannak a nyersanyagban, vagy az élelmiszer előállítása során felhasznált mikroorganizmusok proteolitikus aktivitásának eredményeképpen illetve az elfogyasztást követően az emésztőenzimek hatására keletkeznek. A KÉKI-ben korábban számos kísérletet végeztünk, olyan speciális táplálkozási igényeket kielégítő húsalapú előhidrolizált fehérjetermékek létrehozására, amelyek fehérjeallergia szempontjából nem jelentenek kockázatot, érzékszervi tulajdonságaik megfelelőek és felszívódási tulajdonságaik előnyösek. Az utóbbi időben vizsgálataink a húsokban előforduló imidazol dipeptidekre a karnozinra és az anszerinre koncentrálnak. Ezeknek a peptideknek antioxidáns tulajdonsága, és ezzel összefüggésben számos pozitív fiziológiai és terápiás hatása van. A feldolgozott termékek szempontjából lényeges tulajdonságuk, hogy hőstabilak és a proteázokkal szemben viszonylag ellenállóak. Ezt az is jelzi, hogy különféle húsalapú élelmiszerekben is jelentős mennyiségű karnozint illetve anszerint mutattunk ki. Mesterséges gyomor- és bélfolyadékban vizsgálva a tápcsatorna enzimeinek hatását a karnozinra, megfigyeltük, hogy az in vitro emésztés végére a kiindulási karnozin tartalomnak több mint a fele megmaradt. Jelenleg állatetetési kísérletekben vizsgáljuk a karnozin felszabadulását és felszívódását az emésztés során. Kutatásainkban arra keressük a választ, hogy a különféle élelmiszer-előállítási módok hogyan befolyásolják a hústermékek karnozin tartalmát, és annak hasznosíthatóságát. Az eredmények új, húsbázisú hozzáadott értékű élelmiszerek illetve étrendkiegészítők fejlesztését alapozhatják meg, amelyek hozzájárulhatnak az egészségmegőrző táplálkozáshoz a szervezetben zajló káros oxidatív hatások kivédésével és az immunrendszer támogatásával. Némethné Szerdahelyi Emőke Központi Környezet- és Élelmiszer-tudományi Kutatóintézet, Biológiai Osztály 4
Mikrobiális energia cellák vizsgálata A mikrobiális energia cella (MFC) egy speciális bioreaktor, ahol a baktériumok vagy gombák által katalizált oxidációs folyamatok hozzák létre az elektromos áramot. A szubsztrátumként szolgáló szerves anyagokat az egyes mikrobák különböző anyagcsere utakon elektronokká, protonokká és széndioxiddá alakítják át. Az MFC alkalmazása elsősorban a szennyvíz kezeléséhez nyújthat megoldást. Az utóbbi években az intenzív fejlesztésnek köszönhetően számos a cellákban rejlő alkalmazási lehetőség is felmerült, pl. a cella jól alkalmazható olyan helyeken, amelyek távol esnek a fejlett infrastruktúrától (meteorológiai műszerek, stb.), vagy akár orvosi endoszkópok energiaellátásában. Ezen energiaforrás kiaknázásában még számos tudományos és technológiai akadályt kell legyőzni, beleértve a mikroorganizmus törzsek kiválasztásának nehézségeit vagy a bioreaktor gazdaságos létrehozását. Jelen munkánkban az egyes törzsek elektrontermelő-képességének gyors kimutatására alkalmas szelekciós módszer kidolgozását tűztük ki célul, valamint megvizsgáltuk az nikkel elektród MFC működésére gyakorolt hatását. Az általunk kidolgozott gyors kiválasztó módszer a növekedési tápközegbe bevitt vas(iii) ionok vas(ii) ionokká való mikrobás redukcióján alapul. A folyamat kémiai háttere tulajdonképpen az, hogy az adott mikroorganizmus az általa megtermelt exoelektronokat átadja a vas(iii) ionoknak. Savas közegben a vas(iii) ionok az ammónium-rodaniddal színes komplexet képeznek, amely fotometriásan kimutatható. Ennek alapján a vas(iii) fogyása nyomon követhető egy spektrofotométeres módszerrel. Megállapítottuk, hogy a vas(iii) ammónium-tiocianát komplex 460nm hullámhosszon mutatott maximális abszorbanciát. Korrelációt tapasztaltunk az abszorbancia és az MFC-ben képződő elektromos feszültség változásai között, így alkalmas az exoelektron termelőképesség kimutatására. A módszer előnye az energia cellával való szkríneléssel szemben, hogy a mérések száma jelentősen növelhető, valamint kis mennyiségben is kimutatható. A mikrobiális energia cellák elterjedését nagymértékben gátolja, hogy a nagy teljesítményű MFC létrehozásához drága anyagok használata szükséges, például proton szelektív membrán vagy nemesfém tartalmú katalizátorok. A cella léptéknövelésének elengedhetetlen feltétele egy olyan katód katalizátor koncepció kialakítása, ami nem tartalmaz drága nemes fémeket. Nikkel egy általánosan alkalmazott katalizátor a szintézis- és élelmiszeriparban. Fizikai és kémiai tulajdonságai képessé teszik a platina és palládium katalizátorok helyettesítésére. A galvanizálással a katód felületére vitt nikkel jelentősen növelte a mikrobiális energia cella teljesítményét a katalizátor nélküli alkalmazáshoz képest. Habár a nikkel katalizátorral ellátott energia cellák eredményeink nem érték el a platinát és palládiumot alkalmazó energia cellák elektromos áramképzését, a költség hatékonysága mégis nagyságrendekkel meghaladja a nemesfémű katalizátoros MFC energia termelését. A munkánkat a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség a TÁMOP-4.2.1./B-09/1-KMR- 2010-0005, TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0023 és TECH_09-A3-2009-0194 projekteken és a Magyar Tudományos Akadémia a Bolyai Kutatói Ösztöndíjon keresztül támogatja. Szöllősi Attila, Hoschke Ágoston, Rezessyné Szabó Judit, Nguyen Duc Quang BCE Élelmiszertudományi Kar, Sör- és Szeszipai Tanszék 5
Élesztőtörzsek alkalmazása a savó alapú egysejt-fehérje előállításban Föld országaiban évente mintegy 170-190 millió tonna savó keletkezik, melynek volumene évente kb. 2%-al nő. A Magyarországon évente keletkező mintegy 700 millió dm 3 édes, vagy savanyú sajtsavó fele a monogasztrikus állatok takarmányozásában, vagy az élelmiszeriparban jut szerephez. A fennmaradó rész a csatornahálózatba, vagy természetes vizeinkbe kerül, súlyosan károsítva az ottani ökoszisztémát. A sajtsavóban található leggyakoribb szénhidrát, a laktóz hasznosításának egyik lehetséges alternatívája az egysejt-fehérje (single-cell protein SCP) előállítás. Ennek során a sajtsavót élesztőgombával oltják be, amely aerob körülmények között elszaporodva fehérjévé (az élesztő tömegének mintegy 50%-a) konvertálja annak laktóz tartalmát. Az ilyen módon feldolgozott sajtsavó világviszonylatban is kevesebb, mint 1%. A jövőben a molekuláris szintű technikák segítségével létrehozott új mikroba törzsek, és a hagyományos biotechnológiai eljárások együttes alkalmazása várható. Vizsgálataink célja egy SCP előállítására alkalmas, üzemi körülmények között is használható élesztőtörzs kiválasztására irányult. Munkánk során az optimális fermentációs paramétereket (hőmérséklet, kémhatás, keverés, levegőztetés), a szaporodási (maximális telepszám /N max /, fajlagos szaporodási sebesség /µ max /), valamint termelési mutatókat (maximális szárazanyag /x max /, hozamok /dx/dt; Y x/s /) határoztuk meg. Kísérleteinket a Nyugat-Magyarországi Egyetem Élelmiszertudományi Intézetének Akkreditált Élelmiszervizsgáló laboratóriumában végeztük. A kísérleti berendezés egy MX3- as (New Brunswick) mintavevővel összekapcsolt BioFlo III. (New Brunswick, USA) automata vezérlésű batch/continuous fermentor volt. Az élesztő szaporítást édes sajtsavón (ph 6.3, laktóztartalom 50 g/dm 3 ) végeztük 30 C, ph 4.5, 300 1/min fordulatszámú keverés, illetve 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 VVM (a percenként bejutatott levegő és a reaktor térfogatának hányadosa) levegőztetés mellett. A vizsgált paraméterek esetében a három párhuzamos adatsor eredményeit statisztikai módszerekkel, egy-, illetve kéttényezős varianciaanalízissel dolgoztuk fel, az általános lineáris modellt alkalmazva. Az átlagértékek közötti szignifikáns különbségeket Ducan-féle post-hoc módszerrel határoztuk meg, 5% elsőfajú hiba mellett. A vizsgált törzsek (Kluyveromyces lactis NCAIM Y 00260, Kluyveromyces marxianus NCAIM Y 00697 Kluyveromyces marxianus NCAIM Y 0463, Kluyveromyces marxianus NCAIM Y 00933, illetve Kluyveromyces marxianus LAF 4) között a szaporodási tulajdonságok tekintetében szignifikáns különbségek mutatkoztak. A legkedvezőbb eredményeket mutató két törzset (Kluyveromyces lactis NCAIM Y 00260, Kluyveromyces marxianus LAF 4 /µ max =0.217, illetve 0.168 1/h/) további vizsgálatoknak vetettük alá, amelyek során 0.5, 1.0, 1.5 VVM-es levegőztetések mellett meghatároztuk az SCP előállítás szempontjából jelentőséggel bíró termelési mutatókat. A maximális szárazanyag produkció (x max =25.71 g), és a hozamok dx/dt=; 0.520 g/dm 3 h; Y x/s =0.674 g/g) tekintetében is a K. lactis NCAIM Y 00260 eredményei bizonyultak kedvezőbbnek. Az eredményekből arra következtethettünk, hogy az SCP előállítás oxigén limitált volt, amelyet a termelési mutatók különböző levegőztetési szinteken (0.5, 1.0, 1.5 VVM) meghatározott átlagértékeinek szignifikáns különbségei is alátámasztottak. A szaporodási, valamint a termelési mutatók alapján - a vizsgált törzsek közül - sajtsavó alapú egysejt-fehérje (SCP) előállítására a Kluyveromyces lactis NCAIM Y 00260 törzset találtuk a legmegfelelőbbnek, melynek üzemi szintű alkalmazása érdekében konténer rendszerű egysejt-fehérje előállító fermentor megépítésére is sor került. Ásványi Balázs Nyugat-Magyarországi Egyetem Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar Élelmiszertudományi Intézet 6
Élelmiszerek szerkezetének kialakítására alkalmazott enzimek és azok hatásmechanizmusának vizsgálata A termékek minőségét mindig az alapanyagok összetétele, azok minősége, az alkalmazott technológia és a lehetséges adalékanyagok határozzák meg. Igaz ez a gabonaipari termékeknél is pl. kenyerek és tészták. Durum minőségű tésztát T. aestivum lisztből csak adalékanyagok alkalmazásával lehetséges előállítani, míg a nem hagyományos alapú tésztáknál pl. pszeudocereáliák, rizs illetve borsó esetében a szerkezet kialakítása a tojáson kívül enzimekkel lehetséges. Az enzimek közül a transzglutamináz, glükóz oxidáz és a lakkáz enzimek alkalmasak ilyen szerkezetek létrehozására. Az enzimek hatásmechanizmusát illetően eltérések találhatók. Különböző hagyományos és nem hagyományos alapú tésztarendszerek esetében az egyes enzimekkel és azok keverékeivel elvégzett kísérletek eredményei alapján szeretném felvázolni az egyes enzimek és azok keverékei hatását a fehérjeszerkezetre, az egyes fehérjefrakciókra, a szénhidrát állapotára illetve a szulfhidril csoportok mennyiségére illetve a jellemzők és az adott tésztarendszerek főzési és érzékszervi jellemzői közötti kapcsolatot bemutatni. A kísérletek alapján lehetséges az adott típusú rendszerre optimális és előnyös enzimkeverékek alkalmazása. Kovács Erzsébet T. Szegedi Tudományegyetem Mérnöki Kar 7