Innowacyjne technologie i dodatki jako element podnoszenia atrakcyjności oferty przemysłu mleczarskiego Konferencja z cyklu „Nauka – praktyce”, 31 maja 2016, Wrocław Dr inż. Marek Szołtysik, Dr Anna Dąbrowska, Prof. dr hab. Józefa Chrzanowska Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wydział Nauk o Żywności Katedra Technologii Surowców Zwierzęcych i Zarządzania Jakością

Obszary badawcze zespołu mleczarskiego w Katedrze Technologii Surowców Zwierzęcych i Zarządzania Jakością Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Innowacyjne rozwiązania technologiczne i dodatki Biotechnologia Technologia mleczarstwa

Badania realizowane w Katedrze Technologii Surowców Zwierzęcych i Zarządzania Jakością Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu „Szczepionki drożdżowe dla serowarstwa”, Grant KBN, 2000-2002, kierownik projektu: Prof. dr hab. Maria Wojtatowicz „Otrzymywanie utrwalonych szczepionek i preparatów enzymatycznych z Yarrowia lipolytica”, Grant MNiSzW, 2005-2007, kierownik projektu: Prof. dr hab. Józefa Chrzanowska „Analiza porównawcza profili lotnych związków zapachowych serów handlowych i wytwarzanych z udziałem drożdży Yarrowia lipolytica”, Grant wewnętrzny UP we Wrocławiu, 2007, kierownik projektu: Dr inż. Marek Szołtysik

Badania realizowane w Katedrze Technologii Surowców Zwierzęcych i Zarządzania Jakością Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu „Zastosowanie techniki PCR w czasie rzeczywistym do analizy zafałszowań mleka koziego mlekiem krowim”, Grant MNiSzW, 2007-2010, kierownik projektu: Dr Anna Dąbrowska „Preparaty smakowo-zapachowe otrzymywane przy udziale kultur i enzymów pochodzenia drożdżowego”, Grant MNiSzW/NCN, 2009-2012, kierownik projektu: Dr inż. Marek Szołtysik „Wykorzystanie enzymów proteolitycznych z niekonwencjonalnych źródeł do otrzymania peptydów aktywnych biologicznie na bazie białek mleka”, Grant NCN, 2011-2014, kierownik projektu: Dr Anna Dąbrowska „ Wykorzystanie drożdży Y. lipolytica i D. hansenii, enzymów oraz toksyn killerowych do otrzymywania preparatów przydatnych w przemyśle i agrotechnice”, POIG 01.03.01-02-080/12, 2013-2015, kierownik projektu: Dr inż. Marek Szołtysik

Zastosowanie drożdży jako kultur starterowych w serowarstwie

Kultury starterowe stosowane w serowarstwie Sery szwajcarskie Streptococcus thermophilus, Lactobacillus helveticus, Lb. bulgaricus, Lb. lactis, Lb. casei, Propionibacterium shermani Sery holenderskie Lactoccocus lactis, Lc. cremoris, Lc. diacetilactis, Leuconostoc cremoris Ser Cheddar Lactoccocus lactis, Lc. cremoris Sery maziowe Lactoccocus lactis, Lc. cremoris, Lc. diacetilactis, Brevibacterium linens Sery z porostem pleśniowym Lactoccocus lactis, Lc. cremoris, Lc. diacetilactis, Penicillium camemberti Sery z przerostem pleśniowym Lactoccocus lactis, Lc. cremoris, Lc. diacetilactis, Penicillium roqueforti

Mikroflora niestarterowa (dzika) NSLAB Lactobacillus (L. casei, L. plantarum, L. brevis) Micrococcus (M. conglomerans, M. caseolyticus, M. freundenrechii, M. varians) Drożdże

Występowanie drożdży w serach Typ sera Izolowane gatunki drożdży j.t.k./g Sery niedojrzewające Kluyveromyces marxianus, C. lipolytica, inne Candida sp. Cryptococcus laurentii, Sporobolomyces roseus <103-106 Sery dojrzewające z udziałem pleśni (Camembert i Roquefort) Debaryomyces hansenii / C. famata, K. marxianus, C. sphaerica, C. intermedia, C. catenulata, C. lipolytica, Geotrichum candidum, Pichia fermentans, Saccharomyces cerevisiae 105-109 Sery twarde i półtwarde (Cheddar i Gouda) C. famata, C. lipolytica, S. cerevisiae, K. marxianus, C. catenulata, Rhodotorula glutinis, Crypt. albidus 104-106

Właściwości fizjologiczne i biochemiczne drożdży wpływające na ich występowanie i wzrost w serach Fermentacja / asymilacja laktozy Utylizacja kwasu mlekowego Utylizacja kwasu cytrynowego Wzrost w niskiej temperaturze Wzrost w niskim pH Wzrost w obecności podwyższonego stężenia NaCl Produkcja pozakomórkowych enzymów proteolitycznych i lipolitycznych

Znaczenie drożdży w produkcji i dojrzewaniu serów Czynniki negatywne: Czynniki pozytywne: Drożdżowy, lekko gorzki posmak Drożdżowy lub owocowy zapach Niepożądana barwa, brązowienie (C.catenulata, Y. lipolytica) Hamowanie wzrostu kultur starterowych Zmiany tekstury serów (produkcja gazów, puchnięcie, śluzowacenie) Udział w tworzeniu smaku i aromatu serów Stymulowanie wzrostu innych drobnoustrojów starterowych Hamowanie wzrostu lub eliminacja mikroorganizmów niepożądanych

Kryteria selekcji niestarterowych szczepów drożdży jako potencjalnych kultur starterowych w serowarstwie Możliwość wzrostu w temp. 10-20OC oraz przy 5-15% stężeniu NaCl Uzdolnienia do asymilowania/fermentowania laktozy Uzdolnienia do asymilowania kwasu mlekowego i cytrynowego Brak uzdolnień do generowania barwników (głównie brązowienie serów) Stymulowanie rozwoju mikroflory starterowej Brak wrażliwości na działanie toksyn killerowych wytwarzanych przez inne gatunki drożdży Wysoka aktywność proteolityczna i lipolityczna

przyspieszenie dojrzewania serów, uzyskanie pełniejszego aromatu, Rezultat prowadzonych badań – utrwalona szczepionka drożdżowa wspomagająca proces dojrzewania serów Zalety stosowania: przyspieszenie dojrzewania serów, uzyskanie pełniejszego aromatu, ograniczenie występowania dzikiej mikroflory drożdżowej, odpowiedzialnej za powstawanie wad gotowych produktów, większa standaryzacja produkcji.

Wykorzystanie enzymów z drożdży Y Wykorzystanie enzymów z drożdży Y. lipolytica do otrzymywania dodatków funkcjonalnych o smaku i zapachu sera

Preparaty smakowo-zapachowe Naturalne – wyodrębniane bezpośrednio z surowców i produktów żywnościowych, Syntetyczne – otrzymywane w wyniku syntezy chemicznej, Identyczne z naturalnymi – pozyskiwane na drodze przekształceń biochemicznych różnych substratów prowadzonych przez mikroorganizmy i ich enzymy.

Enzymy hydrolityczne drożdży Yarrowia lipolytica Wewnątrzkomórkowe aminopeptydazy dipeptydyloaminopeptydazy karboksypeptydazy lipazy Zewnątrzkomórkowe proteaza aspartylowa (AXP) proteaza serynowa (AEP) lipaza (Lip2) Czynniki warunkujące poziom sekrecji pozakomórkowych enzymów proteolitycznych Yarrowia lipolytica: pH środowiska: obojętne lub zasadowe pH dla AEP i kwaśne dla AXP (max. poziom mRNA tych enzymów odpowiednio w pH 5,5-7,5 i 4,5-6,5) rodzaj źródła C, N i S w podłożu, obecność w nim polipeptydowego induktora.

Rezultat prowadzonych badań – naturalny preparat o smaku i zapachu sera Zalety stosowania: obniżenie kosztów produkcji, uzyskanie dodatku aromatycznego, którego skład i struktura związków chemicznych nie różni się od naturalnych odpowiedników, możliwość wzmacniania lub odtwarzania smaku i zapachu sera w wielu artykułach żywnościowych, w tym żywności niskokalorycznej, właściwości stabilizowania pian i emulsji.

Hydroliza enzymatyczna białek mleka i otrzymywanie peptydów aktywnych biologicznie

Bioaktywne peptydy Wiele białek pokarmowych może być źródłem biologicznie aktywnych peptydów. Peptydy te, nieaktywne wewnątrz sekwencji białka źródłowego, mogą zostać uwolnione, zarówno podczas trawienia w układzie pokarmowym, jak i w czasie przetwarzania żywności.

Enzymy proteolityczne stosowane w przetwórstwie żywności Enzymy zwierzęce pepsyna trypsyna chymotrypsyna pankreatyna Enzymy roślinne papaina ficyna bromelaina Enzymy mikrobio-logiczne proteinaza Bacillus licheniformis (Alcalase) proteinaza Endothia parasitica (Suparen) proteinaza Mucor miehei (Rennilase) Hydroliza

Aktywności biologiczne peptydów

Funkcjonalne produkty mleczne

Aktywność przeciwutleniająca Źródłem aktywności antyoksydatywnych peptydów, pochodzących z różnych białek, są w szczególności aminokwasy, takie jak histydyna, tyrozyna, metionina, lizyna i tryptofan. Obecność reszt proliny zwiększa aktywność peptydów. Grupy hydrofobowe sprzyjają interakcji z kwasem linolenowym. Kwas glutaminowy, asparaginowy oraz grupy fosforanowe stanowią miejsca wiążące dla składników mineralnych.

Aktywność przeciwutleniajaca hydrolizatów kazeiny otrzymanych z udziałem zewnątrzkomórkowej proteinaz serynowej z drożdży Y. lipolytica pH Czas hydrolizy, godz. Aktywności biologiczne Aktywność przeciwutleniająca DPPH Zdolność redukcji jonów Fe3+ (FRAP) Zdolność chelatowania jonów Fe2+ 5,4 0,390 ± 0,020 2,79 ± 1,00 370 ± 32 3 0,450 ± 0,014 4,03 ± 0,90 630 ± 19 24 0,420 ± 0,012 4,35 ± 1,00 675 ± 20 6,5 0,290 ± 0,013 8,07 ± 0,80 465 ± 16 0,510 ± 0,013 17,60 ± 1,20 846 ± 12 20,05 ± 1,10 986 ± 23 8,0 0,020 ± 0,011 8,01 ± 1,40 589 ± 24 0,860 ± 0,015 26,94 ± 0,80 1326 ±18 0,860 ± 0,016 39,00 ± 2,00 1559 ± 27

Oszacowanie wchłaniania Średnia odpowiedź na doustna podawanie żelaza (jako siarczan, glukonian, mleczan lub glicynian żelaza Fe2+) Dawka całkowita, mg żelaza/dzień Oszacowanie wchłaniania Wzrost hemoglobiny, g/L krwi na dzień % mg 35 40 14 0,7 105 24 25 1,4 195 18 1,9

Aktywność inhibitorowa wobec konwertazy angiotensyny (ACE)

Aktywność antydiabetyczna - inhibicja α-glukozydazy Obniżenie poziomu glukozy we krwi węglowodany α-glukozydaza Inhibitor α-glukozydazy

Aktywność antydiabetyczna -inhibicja peptydazy dipeptydylowej DPP-4 Stymulacja wydzielania insuliny Obniżenie poziomu glukozy we krwi GLP-1 Hamowanie wydzielania glukagonu DPP-4 (hydrolizuje GLP-1) Inhibitor DPP-4

Rezultat prowadzonych badań – żywnościowe dodatki funkcjonalne o aktywności biologicznej Zalety stosowania: możliwość uzyskiwania nowych, innowacyjnych artykułów żywnościowych i suplementów diety, produkcja żywności nutraceutycznej wspomagającej profilaktykę i leczenie chorób cywilizacyjnych takich jak: otyłość, cukrzyca i nadciśnienie tętnicze, wzrost konkurencyjności polskiego mleczarstwa.

Dziękuję za uwagę