Din cele mai vechi timpuri, cerealele reprezintă hrana de bază în alimentația umană din întreaga lume. Grâul (Triticum aestivum L. și Triticum durum L.) este o cereală foarte cultivată (> 218 milioane ha), fiind cea mai consumată mâncare, cu o producție anuală mondială de >717 milioane tone în 2017. Ovăzul (Avena sativa L.) , chiar dacă este consumat în cantități mai mici, are o tendință de creștere a producției (>25 de milioane de tone în 2017) datorită recunoașterii sale ca aliment sănătos, cu conținut ridicat de compuşi bioactivi. Creșterea producției de făină în vederea satisfacerii nevoilor populației globale crescânde este de o îngrijorare majoră datorită sub-produselor industriale generate. Raportul „European Flour Millers” din 2016 a subliniat că în Europa sunt prelucrate peste 45 de milioane de tone/an de grâu și ovăz, care generează peste 6,5 milioane de tone de tărâțe utilizate doar în hrana animalelor.
Progresele recente în domeniul biotehnologiei si cel alimentar asigură că sub-produsele rezultate în urma procesării industriale a alimentelor sunt percepute ca o sursă bogată de compuși bioactivi. Tărâțele abundă în compuși valoroși (de exemplu, fibre dietetice, minerale, vitamine, polifenoli sau fitosteroli) cu un impact pozitiv asupra stării de sănătate. Compușii fenolici majoritari care se regăsesc în tărâțele de grâu și tărâțele de ovăz aparțin subclaselor de acizi fenolici și flavonoizi. Acizii fenolici sunt reprezentați în procente ridicate de acidul ferulic, acidul cafeic, acidul vanilic, acidul p-coumaric, acidul sinapic, acidul dihidroxibenzoic și avenantramidele (2c, 2p, 2f). Ovăzul este singura sursă naturală de avenantramide solubile în apă (alcaloizi care conțin grupari fenol) cu o capacitate antioxidantă foarte puternică in vitro și in vivo. Tărâțele de grâu și tărâțele de ovăz sunt printre cele mai ieftine surse naturale de compuşi fenolici, dar cu biodisponibilitate redusă. Motivul principal pentru biodisponibilitatea lor scăzută provine din poziția lor structurală fiind esterificată sau legată covalent de arabinoxilan; doar compuşii liberi și unii conjugaţi sunt accesibili și absorbiţi la nivelul intestinului subțire.
Având în vedere aceste limitări, o strategie prioritară vizează eliberarea compuşilor fenolici legați de fibre, înainte de consum, pentru un efect crescut asupra sănătății, datorită bioaccesibilității ridicate a compușilor, printr-o abordare tehnologică integrată.
Necesitatea abordărilor de pre-tratament este deosebit de importantă pentru a produce enzime. Producția de enzime microbiene necesită o cunoaștere detaliată a metodelor de pretratare care ar trebui aplicate tărâțelor înainte de începerea fermentației pentru a produce enzime microbiene în vederea eliberarării compușilor bioactivi (de exemplu, măcinarea pentru reducerea dimensiunii prin formarea de pulbere ultrafină rezultând o creștere a suprafeței accesibile pentru conversia celulozei în glucoză; descompunerea cu ultrasunete a rețelei complexe de polimerizare în biomasă, facilitând astfel o degradare enzimatică mai bună). Pre-tratamentele integrate implică ultrasunete (metodă fizică) combinate de exemplu cu apă fierbinte pentru o accesibilitate îmbunătățită a fracțiunilor bogate în celuloză de către microorganisme. Astfel de abordări nu necesită utilizarea de reactoare sau substanțe chimice rezistente la coroziune, iar formarea compușilor toxici este absentă.
Privind din perspectiva biotehnologiilor alimentare, bioprocesarea prin fermentația pe substrat solid (FSS) câștigă popularitate datorită impactului pozitiv economic și asupra mediului. Procesul de fermentaţie de către microorganisme a fost folosit de secole pentru a crește caracterul nutrițional al alimentelor și multe studii folosesc diferite sub-produse/reziduuri ca substrat pentru creșterea microorganismelor. Enzimele produse de microorganisme în condițiile unei fermentaţii pe substrat solid pot fi utilizate pentru a îmbunătăți eliberarea de compuşi fenolici și fibre din matricele cerealelor. Aceste enzime sunt capabile să taie legăturile chimice, crescând accesibilitatea și activitatea biologică a acestora. FSS este superioră fermentației lichide datorită productivității mai mari, a apei și a cerințelor de energie mai reduse, aerarea ușoară, cerere mai mică de sterilitate, asemănare cu habitatul natural al microorganismelor, utilizarea reziduurilor agro-industriale ieftine ca substraturi solide și impactul pozitiv asupra mediului.
S-a dorit construirea și evaluarea unui sistem biotehnologic atractiv, folosind S. cerevisiae (drojdia de panificaţie) ca sursa de microorganism GRAS și ieftin în condițiile FSS, cu scopul final de îmbunătățire a conținutului și compoziției fenolice, și activitatii biologice a tărâţelor de grâu şi ovăz derivate industrial.
Aspectul inovativ al prezentului proiect vizeaza îmbunătățirea bioaccesibilitatii conținutului fenolic și a fibrelor din tărățele de grâu și de ovăz prin intermediul unei abordări tehnologice integrate (pretratament și fermentație) în vederea formulării unui prototip de produs alimentar sustenabil (ASTRO) ce asociază inteligent biodisponibilitatea și sinergismul compușilor de interes, susținând sănătatea umană printr-un consum de fibre adecvat și ingerare de compuși antioxidanți eficienți.
Proiectul propus s-a bazat pe studii preliminare de cercetare și modele experimentale de tratamente și FSS asupra tărâțelor de grâu și de ovăz, a căror rezultate au fost publicate în jurnale ISI Q1. Totodată, prototipul ASTRO a fost realizat la nivel de laborator împreună cu studenții care au participat la Simpozionul Științific Studențesc USAMV 2019, unde au primit premiul I.
Fii primul care evalueaza proiectul.