Die Zielstellung des Vorhabens besteht in der Erhöhung der Wertschöpfung der bei der Erbsenverarbeitung entstehenden Nebenprodukte (Erbsenschale und Kotyledonen-Rückstand), welche reich an Ballaststoffen und bioaktiven sekundären Pflanzenstoffen sind, aber bisher nur unzureichend vermarktet werden. Dabei sollen zum einen die technofunktionellen Eigenschaften der Außenfasern aus den Erbsenschalen durch kombinierte enzymatisch-mechanische Aufschlussverfahren verbessert werden und deren ernährungsphysiologisches Potential anhand der Gehalte an assoziierten Sekundärmetaboliten charakterisiert werden. Zum anderen verfolgt die Verfahrensentwicklung das Ziel, neben der Innenfaser, Pektin als zusätzlichen funktionellen Wertstoff aus dem Kotyledonen-Rückstand zu gewinnen und anhand seiner funktionellen Eigenschaften als Gelbildner und Emulsions- bzw. Schaumstabilisator zu bewerten. Der analytische Schwerpunkt des Vorhabens liegt auf der Ermittlung der Konzentrationen an Proteinen, Saponinen und Flavonoiden in den jeweiligen Zwischen- und Endprodukten und der Bewertung von Möglichkeiten zur Gewinnung und Nutzung dieser wichtigen ggf. gesundheitspräventiven Substanzen. Im Ergebnis der Forschungsarbeiten werden neue Wege zur nachhaltigen Nutzung heimischer Körnerleguminosen und deren anfallenden Nebenproduktströme für die Herstellung hochfunktioneller Lebensmittelzutaten aufgezeigt und somit ein wichtiger Beitrag für die Humanernährung und eine nachhaltige Be- und Verarbeitung geleistet.
Die Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae hat sich als ein beliebter Produktionsorganismus in der industriellen Biotechnologie etabliert. Dies beruht auf der außergewöhnlichen Einfachheit, mit der man hier zielgerichtete genetische Modifikationen durchführen kann. Tatsächlich konnten bereits einige natürliche Limitationen der Bäckerhefe überwunden werden, die anfangs einer Nutzung von Abfallbiomasse als Rohstoff entgegenstanden. Ein robuster genetisch veränderter Industriestamm, der Inhibitoren in Lignozellulose-haltigen Hydrolysaten tolerieren und neben Glukose auch Xylose zu Ethanol vergären kann, steht als Ausgangsplattform für das YEASTPEC Projekt zur Verfügung. Neben Lignozellulose-haltigen Abfallströmen gibt es preiswerte agro-industrielle Nebenströme, die reich an Pektin sind und daher ebenfalls attraktive Substrate für die industrielle Biotechnologie darstellen. In Europa, ist vor allem das gepresste Fruchtfleisch von Zuckerrüben (Zuckerindustrie) und Früchten (Fruchtsaftindustrie) in hohen Mengen verfügbar. Außer Glukose, sind die Hydrolysate dieser bisher weitgehend unerschlossenen Rohstoffe reich an Galakturonsäure (GalA) und Arabinose. Innerhalb des YEASTPEC Projektes soll ein robuster Industriestamm entwickelt werden, der Enzyme für die Hydrolyse der Polysaccharide in pektinhaltigen Abfällen ausscheiden und alle im Hydrolysat vorherrschenden Zucker, d.h. Glucose, GalA und Arabinose zu Ethanol vergären kann. Das inherente Redoxproblem des Stoffwechselweges für die GalA Vergärung soll durch Zufütterung von Glycerol gelöst werden, wodurch zusätzliche Reduktionsequivalente bereit gestellt werden. Glycerol ist das hauptsächliche Nebenprodukt der gegenwärtigen Biodieselproduktion und steht daher ebenfalls in hohen Mengen preiswert zur Verfügung. Der generierte Industriestamm soll zusätzlich für eine erhöhte Robustheit während der industriellen Fermentation, insbesondere gegenüber schwachen Säuren, verbessert werden.
Das YEASTPEC-Konsortium will die fermentative Verwertung von Pektin bzw. Pektinbausteinen (v.a. D-Galakturonsäure, GalA, und Arabinose, Ara), einem Reststoff der Agroindustrie, durch entsprechend modifizierte Stämme der Hefe Saccharomyces cerevisiae erreichen. In dem Teilvorhaben des Verbundpartners GEM sollen Enzyme identifiziert werden, die für die Freisetzung der monomeren Bestandteile von Pektin geeignet sind und in Hefe exprimiert werden können.
Primäres Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur stofflichen Verwertung von Hemicellulosen (HC). In Bioraffinerien beschränkt sich deren Verwertung derzeit weitestgehend auf die Erzeugung von Dampf, Strom oder Ethanol. Für letzteres existieren noch technische Herausforderungen damit sich dieses Vorhaben lohnt. Um HC erfolgreich zu Nutzen, ist eine gezielte Abtrennung und stoffliche Verwertung von HC ein essentieller Weg. Ziel ist es, HC beim Biomasseaufschluss möglichst vollständig von der Cellulose zu trennen und so zu isolieren, damit sie einer separaten stofflichen Nutzung zugefügt werden kann. Mögliche Einsatzgebiete der isolierten HC (Flotationsmittel, Flockungsmittel, Flammschutzmittel und Papieradditiv) sollen untersucht werden. Aussichtsreich ist die Anwendung der Flotationsmittel, wo derivatisierte Stäke als Produkt bereits Anwendung findet. 1) Charakterisierung der Stoffströme 2) Aufschluss, Isolierung und Reinigung von Hemicellulose (HC) aus Weizenstroh und Haferspelzen 3) Aufschluss, Isolierung und Reinigung von HC und Pektin aus Rübenschnitzel 4) Modifizierung und Derivatisierung der HC für den Flotationsprozess und Testung der Substanzen im Labormaßstab 5) Herstellung und Testung von Flammschutzmitteln auf Basis von HC und Pektinen 6) Herstellung und Testung von Papieradditiven auf Basis von HC 7) Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudie.
Objective: The objectives of the project are: - to reduce the environmental impact of onion waste disposal by converting - waste streams into useful products resulting in low-wastood production; - to optimise existing, and to develop new food processes for extracting and - ailoring onion flavours; adapt for extraction from waste; - to develop combination processes for the extraction and modification of fructo-oligosaccharides, gelling pectins and dietary fibre (DF) from onion waste; - to exploit the unique properties of onion parenchyma for producing fibre supplements suitable for texturally-sensitive foods. General Information: Over 450,000 tonnes of onion waste are produced annually in Europe mainly from onion processing industries in the UK, Holland, Spain, Italy. The waste makes poor fodder. Disposal commonly involves landfill (cost of 5-40 ECU per tonne) which is not suitable , environmentally, due to the rapid growth of phytopathogens e.g. Sclerotium cepivorum (white rot). Hence, there is considerable industrial and political pressure to convert the waste into useful products. This project will bring together European partners from the Food industry (SME's), Research Institutes and Universities to develop means for exploiting onion waste for the extraction of high quality, and commercially valuable onion oil, fructoligosaccharides (FOS), gelling pectins and low-lignin-dietary fibre for se in texturally sensitive foods. Onion waste will be provided by partner 4 and 6 (SME's) and fractionated by partner 2. Onion flavour compounds, for which there is a considerable market, will be enhanced by tailoring the biochemistry of flavour release (P1) and extracted by steam distillation (P6) and supercritical CO2 (P2) (so far untried on onions). It is estimated that oil extraction will give a minimum value of 30 ECU/ton waste P6. In addition to containing significant quantities of fructo-oligosaccharides, the flavour-free residue will comprise mainly cell wall material. Unusually for fruit and vegetables, this will be almost devoid of lignin and phenolics making it ideal for the production of a range of dietary fibre supplements suitable for use in fibre-poor, texturally-sensitive foods including dairy products (SME sub-contractor S1), drinks, sauces and desserts (P5). There is a lack of commercially available DF for such products (S1). Such supplementation will help to enhance ingestion of functionally-important DF throughout the EU. Modification of the crude fibre will involve physico-chemical (e.g. extrusion (P1)) and biochemical treatments (P2, S2), individually and in combination processes. Process development will rely on feedback of rheological behaviour of the product in food (P5) and physicochemical properties of DF (P3). Additional gelling pectins will be extracted from onion skins (further 70 ECU per ton waste (P1)). ... Prime Contractor: BBSRC Institute of Food Research; Norwich; UK.
Ziel dieses Teilprojektes ist die Entwicklung neuer Enzyme für die Extraktion von Polysaccharariden und anderen Stoffen aus Orangenschale und Getreidespreu. Dabei soll die Freisetzung von Monosacchariden und Zuckersäuren verbessert werden. Weiterhin sollen Mikroorganismenstämme entwickelt werden, die entweder Cellulose oder Hemicellulosen oder Pektin spalten, um selektiv entweder Hexosen oder Pentosen oder Galakturonsäure zu erhalten. Die neuen Enzyme sollen mit gentechnischen Methoden hinsichtlich Endprodukthemmung, pH-Optimum und Prozessstabilität optimiert werden. Abschließend wird eine biochemische Charakterisierung der neu entwickelten Enzyme durchgeführt. Zunächst werden neue mikrobielle Stämme des Projektpartners VTi auf ihre Enzymbildung untersucht. Bei den effektivsten Stämmen wird versucht, die Produktion von nicht erwünschten Enzymaktivitäten durch Gen-Knockout zu verhindern. Zur Verringerung der Endprodukthemmung, zur Erhöhung der Prozessstabilität sowie zur Optimierung des pH-Spektrums wird die Methode der ortsspezifischen Mutagenese eingesetzt. Abschließend werden biochemische Arbeitstechniken wie Gelelektrophorese, HPLC und Photometrie eingesetzt, um die neuen Enzyme zu charakterisieren.
Eine große Anzahl filamentöser Pilze wächst auf totem oder verrottendem Pflanzenmaterial und trägt so zu einer schnellen Umsetzung von Lignin und verschiedenen Polysacchariden - wie Cellulose, Hemicellulose und Pektin - bei. Hemicellulosen und Pektine sind Heteropolysaccharide, die hauptsächlich aus Pentosen, Hexosen und Zuckersäuren bestehen. Ihre Primärstruktur ist Organismus spezifisch und kann sogar zwischen verschiedenen Geweben ein und derselben Pflanze variieren. Die Pentose L-Arabinose kommt sowohl in Hemicellulosen als auch Pektin vor. Ein L-Arabinose Abbauweg ist daher für viele Mikroorganismen, die auf totem Pflanzenmaterial wachsen, von Vorteil und hat auch einen Einfluss auf mikrobielle Fermentation in denen erneuerbare Rohstoff wie billige Pflanzenbiomasse verwendet werden, um sie entweder in wertvolle Feinchemikalien umzuwandeln oder daraus billige Enzyme zu produzieren. Pilze haben spezifische Abbbauweg für Pentosen wie L-Arabinose oder D-Xylose entwickelt. Die meisten für diesen Abbauweg verantwortlichen Gene wurden kloniert und funktionell charakterisiert. Das Enzym L-Xylulose Reductase katalysiert die dritte Stufe des fünfstufigen Prozesses, die Reduktion der L-Xylulose zum Xylitol. Ein für eine L-Xylulose Reductase kodierendes Gen wurde aus dem filamentösen Pilz Hypocrea jecorina (Anamorph: Trichoderma reesei) kloniert. Die Rolle diese Gens im L-Arabinose Stoffwechsel wurde durch ein paar Ergebnisse in Frage gestellt. Unsere Daten deuten eher darauf hin, dass es sich bei diesem Enzym um eine D-Mannitol 2-dehydrogenase handelt, die in Prozesse wie Sporulation oder Sporenkeimung involviert ist. Enzyme mit L-Xyluloseaktivität sind zusätzlich in eine Reihe anderer wichtiger metabolischer Prozesse involviert. Dazu gehören der D-Galactose Stoffwechsel und die Induktion der Zellulasen. In diesem Projekt sollen daher Enzyme mit L-Xylulosereduktaseaktivität in H. jecorina identifiziert und charakterisiert werden und ihre Rolle in den verschiedenen Stoffwechselwegen geklärt werden. Der filamentöse Pilz unserer Wahl ist Hypocrea jecorina, ein Organismus mit einer breiten biotechnologischen Anwendung im Bereich der Weißen Biotechnologie. Auf Grund seiner exzellenten Sekretionskapazitäten, werden von diesem Pilz produzierte Enzyme in den verschiedensten Industrie und Nahrungsmittelbereichen eingesetzt. Die Sequenzierung seines Genoms wurde abgeschlossen und bildet eine exzellente Basis für die weitere Forschung mit diesem Organismus.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 17 |
| Europa | 2 |
| Wissenschaft | 6 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 17 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 17 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 16 |
| Englisch | 1 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 11 |
| Webseite | 6 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 14 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
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| Mensch und Umwelt | 17 |
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| Weitere | 17 |