Search

Proteini glutena spadaju u visokonutritivno vredne proteine koji čine osnovnu hemijsku građu zrna žitarica, kao što su pšenica, raž i ječam. Međutim, ovi proteini odlikuju se visokim sadržajem glutamina i prolamina što ih čini otporne na enzime (Pepsin, Tripsin i Himotripsin) prisutne u digestivnom traktu ljudi. Kao posledica toga, konzumiranjem proizvoda bogatih glutenom obrazuju se velike peptidne frakcije koje iniciraju imunogenu reakciju, čineći tako ovaj protein jednim od najznačajnih prehrambenih alergena. Upravo naveden problem poslužio je kao polazna osnova za kreiranje cilja ove doktorske disertacije, u kojoj su istraživanja bazirana na primeni enzima kao biokatalizatora prirodnog porekla i nekonvencionalnih termičkih tretmana, poput mikrotalasnog zračenja, zarad proizvodnje i modifikacije nealergenih proteina glutena. Generalno, u okviru ove disertacije pristupilo se definisanju parametara netermičkih postupaka za modifikaciju proteina glutena iz pšenice kakav je mikrotalasno zračenje pod kontrolisanim uslovima u odgovarajućem reaktoru, a sve u cilju smanjenja alergenosti, odnosno sadržaja alergenih epitopa glutena. Osim toga, u cilju smanjenja alergenosti pšeničnog glutena pristupilo se i razvoju biotehnološkog postupka zasnovanog na primeni proteolitičkih enzima velike specifičnosti. Ovaj postupak je optimizovan uz pažljivo definisanje svih važnih procesnih parametara, ali je i upotpunjen i/ili dopunjen kombinovanjem sa mikrotalanim zračenjem. Kao izvor pšeničnog glutena, u okviru eksperimenata, korišćena su dva supstrata: • prvi, model protein glutena poreklom iz pšenice (bogat frakcijama glutenina i gliadina), i • drugi, komercijalno dostupna sirovina koja se koristi u svakodnevnoj ishrani ljudi, pšenično belo brašno. U svakoj fazi eksperimentalnog rada vršena je detaljna karakterizacija modifikovanog pšeničnog glutena, kako model proteina, tako i pšeničnog brašna. Karaktertizacija je podrazumevala ispitivanje alergenih svojstava modifikovanih proteina, Gluten proteins belong to highly nutritionally valuable proteins that make up the basic chemical structure of cereal grains, such as wheat, rye and barley. However, these proteins are characterized by a high content of glutamine and prolamin, which makes them resistant to enzymes (Pepsin, Trypsin and Chymotrypsin) present in the human digestive tract. As a consequence, by consuming products rich in gluten proteins, large peptide fractions are formed that initiate an immunogenic reaction, thus making gluten proteins one of the most important food allergens. The problem just mentioned served as the starting point for creating the goal of this doctoral dissertation, in which research is based on the application of enzymes as biocatalysts of natural origin and unconventional thermal treatments, such as microwave radiation, for the production and modification of non-allergenic gluten proteins. In general, within the framework of this dissertation, the parameters of non-thermal procedures for the modification of wheat gluten protein, such as microwave radiation under controlled conditions in a suitable reactor, were defined, all with the aim of reducing allergenicity, i.e. the content of allergenic gluten epitopes. In addition, in order to reduce the allergenicity of wheat gluten, the development of a biotechnological procedure based on the application of highly specific proteolytic enzymes was also undertaken. This procedure was optimized with careful definition of all important process parameters, but it was also completed and/or supplemented by combining it with microwave radiation. As a source of wheat gluten, two substrates were used in the experiments: • the first, a model of gluten protein originating from wheat (rich in glutenin and gliadin fractions), and • the second, a commercially available raw material used in the daily diet of people, wheat white flour. In each phase of the experimental work, a detailed characterization of the modified wheat gluten, both the

Lactic acid has been widely used in food, cosmetics, pharmaceutical and chemical industry. In recent years, the most important application of lactic acid is in production of poly-lactic acid (PLA) polymers, which are most frequently applied biocompatible and biodegradable plastic materials. Dominant route for lactic acid production is fermentation by lactic acid bacteria. High yields of D- or L-lactic acid in fermentation on low-cost carbon and nitrogen sources are key factors for sustainable lactic acid production. The aim of this research was to evaluate the possibility of lactic acid production on a combined substrate based on potato stillage from bioethanol production and sugar beet molasses from sugar industry. The main goal was to develop a process based on utilization of low-cost feedstocks that will enable efficient and sustainable lactic acid production and valorization of by-products remained after lactic acid fermentation in animal nutrition. Chemical composition of the stillage and molasses indicate that the combination of these substrates can provide necessary nutrients and fermentable sugars for the growth of lactic acid bacteria and efficient lactic acid production. Among three assayed strains, Lactobacillus paracasei NRRL B-4564 gave the highest lactic acid production and growth on cheap and complex waste substrate. In order to enhance lactic acid production, L. paracasei was successfully adapted to inhibitory compounds contained in sugar beet molasses. Fed-batch fermentation by adapted L. paracasei A-22 resulted in 51 % higher lactic acid concentration (169.9 g/L) compared to fermentation with parent strain (107.1 g/L). Immobilization of L. paracasei onto sugar beet pulp, brewers’ spent grain and sunflower seed hull enabled efficient lactic acid production in five successive batches and valorization of fermented support materials in ruminant nutrition..., Mlečna kiselina nalazi široku primenu u prehrambenoj, kozmetičkoj, farmaceutskoj i hemijskoj industriji. Poslednjih godina najvažnija primena mlečne kiseline je u proizvodnji polimera mlečne kiseline koji predstavljaju najčešće korišćene biorazgradive i biokompatibilne plastične materijale. Mlečna kiselina se dominantno proizvodi fermentacionim putem pomoću bakterija mlečne kiseline. Visoki prinosi D- ili L-mlečne kiseline u fermentaciji jeftinih izvora ugljenika su ključne odlike održivog fermentacionog postupka. Predmet istraživanja u okviru ove doktorske disertacije bio je da se ispita mogućnost proizvodnje mlečne kiseline na kombinovanom supstratu na bazi otpadne krompirove džibre iz proizvodnje bioetanola i melase šećerne repe kao sporednog proizvoda industrije šećera. Osnovni cilj je definisanje tehnološkog postupka koji će primenom jeftinih sirovina omogućiti efikasnu i ekonomski održivu proizvodnju mlečne kiseline i valorizaciju sporednih proizvoda fermentacije u ishrani preživara. Hemijskom analizom je pokazano da kombinovani supstrat na bazi krompirove džibre i melase šećerne repe predstavlja dobar izvor azota, fermentabilnih šećera i mineralnih materija neophodnih za rast bakterija mlečne kiseline i proizvodnju mlečne kiseline. Selekcijom soja koji efikasno fermentiše šećere prisutne u kombinovanom otpadnom supstratu, za proizvodnju mlečne kiseline je odabran soj Lactobacillus paracasei NRRL B-4564. U cilju poboljšanja efikasnosti proizvodnje mlečne kiseline, L. paracasei je uspešno adaptiran na potencijalno inhibitorna jedinjenja prisutna u melasi šećerne repe. U dolivnoj fermentaciji pomoću adaptiranog L. paracasei A-22 koncentracija mlečne kiseline (169,9 g/L) je bila za 51% veća u odnosu na koncentraciju mlečne kiseline koja je ostvarena pomoću neadaptiranog soja (107,1 g/L). Imobilizacija L. paracasei na repin rezanac, pivski trop i ljusku suncokreta je omogućila efikasna proizvodnju mlečne kiseline u ponovljenoj šaržnoj fermentaciji i istovremenu va

The scope of this doctoral research is the development of new enzymatic processes..., Predmet naučnog istraživanja doktorske disertacije jeste razvoj enzimskog postupka proizvodnje biološki aktivnih peptida...

Predmet naučnog istraživanja doktorske disertacije jeste razvoj enzimskog postupka proizvodnje biološki aktivnih peptida..., The scope of this doctoral research is the development of new enzymatic processes...

Bioactive peptides are a rapidly developing field of research. During the research it was observed that some peptides which do not show a particular bioactivity become bioactive after ingestion and passing through the gastrointestinal system. That was the stimulus for the development of research on the effect of enzymatic hydrolysis of the bioactive properties of proteins. According to the current state of scientific knowledge, every protein can contain fragments that possess some of many bioactivities. Bioactive peptides, derived by enzymatic hydrolysis of whey protein, have demonstrated characteristics as health-promoting agents..., Bioaktivni peptidi predstavljaju granu naučne oblasti koja se veoma brzo razvija. Tokom istraživanja proteina uočeno je da neki proteini nakon digestije ispoljavaju bioaktivnosti koje ne poseduju u svojoj nativnoj formi. To je bio podsticaj za istraživanje uticaja enzimske hidrolize na bioaktivnost proteina. Trenutni naučni stav je da svaki protein može posedovati fragmente koji ispoljavaju neku od mnogih bioaktivnosti. Bioaktivni peptidi dobijeni enzimskom hidrolizom surutke ispoljili su mnoge pozitivne efekte na ljudsko zdravlje...

Number of whey based products on the market is negligible compared to the number of fermented dairy products, which suggests that the improvement of the whey fermentation process could result in new unconventional products that take up a significant place in the wide range of dairy products intended for direct consumption. In accordance with that, the aim of this PhD thesis was the production and characterisation of functional fermented whey based beverages. In order to produce the functional fermented whey based beverages, selection of microorganisms, optimisation of the fermentation process and the characterisation of the produced beverages were carried out. During the selection, optimisation and characterisation, fermentation time, titratable acidity, pH value, amino acid content, antioxidative activity, viscosity, syneresis, as well as nutritional composition of produced beverages were followed. In vitro characterisation of probiotic character of the selected microorganisms, by tracking ability to survive under simulated gastric juice, antimicrobial activity and resistance to antibiotics using conventional microbiological techniques were also performed. Within the nutritional characterisation, percentage of whey protein degradation obtained after the fermentation, was examined. Manufactured beverages were nutritionally characterised by recalculating the nutritional value, which was the starting point of its declaration in accordance with the Serbian Regulations on declaration, labelling and advertising of food 85/2013. Also, in accordance with the nutritional composition of the beverages, nutritional and/or health claims approved by EFSA (European Food Safety Authority) and according to EU Regulation 1169/2011 and Regulation 432/2012 were given. The product was packaged in a specially created packaging that complies with the regulations for dairy products, and thus obtained beverage was fully prepared for the market. When examining the possibilities of whey base, Količina proizvoda od surutke na tržištu je zanemarljivo mala u odnosu na količinu fermentisanih mlečnih proizvoda. To navodi na zaključak da bi se unapređenjem procesa fermentacije surutke mogli dobiti novi nekonvencionalni proizvodi koji bi zauzeli značajnije mesto u paleti mlečnih proizvoda namenjenih širokoj potrošnji. U tom smislu, cilj ove doktorske disertacije je bio proizvodnja i karakterisanje funkcionalnih fermentisanih napitaka na bazi surutke. U cilju proizvodnje funkcionalnih fermentisanih napitaka na bazi surutke izvršena je selekcija odgovarajuće kulture mikroorganizama, optimizacija procesa fermentacije i karakterizacija proizvedenog fermentisanog napitka. Tokom selekcije, optimizacije i karakterizacije praćeno je: vreme trajanja fermentacije, sadržaj mlečne kiseline, promena pH, preživljavanje mikroorganizama, sadržaj aminokiselina, sadržaj antioksidanasa, viskozitet, sinerezis kao i nutritivni sastav proizvedenog napitka. Takođe je izvršeno in vitro karakterisanje probiotske aktivnosti odabranih mikroorganizama praćenjem sposobnosti preživljavanja u uslovima simuliranog gastričnog soka, antimikrobne aktivnosti i rezistencije na antibiotike primenom klasičnih mikrobioloških tehnika. U sklopu nutritivne karakterizacije praćena je razgradnje proteina surutke nakon fermentacije. Proizvedeni napitak je nutritivno okarakterisan preračunavanjem nutritivne vrednosti proizvoda, što je predstavljalo polaznu tačku njegovog deklarisanja u skladu sa Pravilnikom o deklarisanju RS, označavanju i reklamiranju hrane 85/2013, ali i EU Regulative 1169/2011. Pored toga, u skladu sa nutritivnim sastavom, napitku su dodeljene nutritivne i/ili zdravstvene izjave odobrene od strane EFSA (European Food Safety Authority), prema EU Regulativi 11924/2011 i Direktivi 432/2012. Proizvod je upakovan u specijalno kreiranu ambalažu, koja je u skladu sa propisima za pakovanje mlečnih proizvoda, čime je dobijeni napitak u potpunosti pripremljen za plasman na tržište. Ispitivanje mog

Development of novel nanocomposite biomaterials for biomedical applications requires comprehensive evaluation and characterization of biomaterials such as determination of the chemical composition, physical properties, biocompatibility and functionality. In addition, successful development of biomaterials for potential biomedical applications requires all inclusive association of all the results for reliable prediction of the behavior and functionality of biomaterials in the desired application. The aim of this doctoral thesis was to investigate possibilities for production of antimicrobial hydrogels in different forms from alginate colloid solutions with electrochemically synthesized silver nanoparticles, as well as comprehensive evaluation of the obtained nanocomposits under in vitro and in vivo conditions. In vitro studies included assessment of cytotoxicity, biomechanical properties, antimicrobial activity and silver release, while in vivo studies comprised functionality evaluation of the nanocomposites for potential biomedical applications in wound tretman..., Razvoj novih nanokompozitnih biomaterijala za biomedicinsku primenu zahteva različita ispitivanja i karakterisanje biomaterijala kako sa stanovišta hemijskog sastava i fizičkih svojstava, tako i sa stanovišta biokompatibilnosti i funkcionalnosti. Uz to, da bi se razvio optimizovan biomaterijal potrebno je rezultate svih ispitivanja povezati i objasniti radi mogućnosti pouzdanog predviđanja ponašanja i funkcije biomaterijala u željenoj bimedicinskoj primeni. Cilj istraživanja u ovoj doktorskoj disertaciji je bio ispitivanje mogućnosti dobijanja antimikrobnih hidrogelova u različitim oblicima iz koloidnih rastvora alginata sa elektrohemijski sintetisanim nanočesticama srebra i sveobuhvatna karakterizacija proizvedenih nanokompozita u in vitro i in vivo uslovima. In vitro karakterizacija je obuhvatila ispitivanja citotoksičnosti, biomehaničkih karakteristika, antimikrobne aktivnosti i otpuštanja srebra, dok je u in vivo studijama ispitana funkcionalnost nanokompozita za potencijalnu biomedicinsku primenu u tretmanu rana...

Mlečna industrija na globalnom nivou generiše veoma veliku količinu surutke po litri prerađenog mleka, u zavisnosti od primenjenog procesa i finalnog proizvoda. Oko 50,0% od ukupne količine svetske surutke se tretira i transformiše u različite prehrambene proizvode. Od ove količine oko 45,0% se koristi direktno u tečnom obliku, 30,0% u obliku surutke u prahu,15,0% kao laktoza, a ostatak kao proteinski koncentrati. Zbog svog nutritivno vrednog sastava, surutka je veoma dobar supstrat za primenu u različitim biotehnološkim procesima kao što su proizvodnja mikrobne biomase i mikrobnih metabolita. Ipak, bez obzira na to, svega polovina svetske surutke se iskorišćava u prehrambenoj i industriji vrenja, dok se ostatak ispušta u vodotokove bez prethodne obrade. Ispuštanje surutke u vodotokove sa jedne strane predstavlja gubitak nutritivno vredne sirovine, a sa druge strane prouzrokuje velike ekološke probleme obzirom na visoke vrednosti HPK. Da bi se rešio problem odlaganja surutke za sada najbolja alternativa je iskorišćavanje surutke procesima prerade kojima može biti proizveden proizvod sa dodatom vrednošću čime se u potpunosti ili delimično mogu umanjiti troškovi njenog odlaganja. Količina proizvoda od surutke danas je zanemarljivo mala u odnosu na fermentisane mlečne proizvode, što navodi na zaključak da bi se fermentacijom surutke mogli dobiti proizvodi koji bi zauzeli značajnije mesto u paleti proizvoda namenjenih širokoj potrošnji. Hidrolizat proteina surutke (whey protein hydrolysate, WPH) predstavlja jedan od najprikladnijih izvora hranljivih materija za brojne mikroorganizme, pre svega laktobacile. Najčešće se dobija direktnom hidrolizom proteina surutke odgovarajućim proteolitičkim enzimima. Suplementacijom surutke sa samo 1-3% WPH, a zatim izvođenje mlečno kisele fermentacije supstrata kao što su surutka i mleko sa probiotskom starter kulturom može se značajno povećati broj probiotskih bakterija mlečne kiseline nakon samo 4h fermentacije i očuvati njihova stab

Lactic acid is a significant chemical for food, cosmetic, pharmaceutical and chemical industry. Currently, Serbia imports lactic acid and utilization of distillery stillage, a waste water from bioethanol production, as a cheap substrate for lactic acid fermentation could be an efficient and environmentally friendly approach. The main goal of this work was to investigate the possibilities of integrated production of lactic acid and animal feed on an industrial distillery stillage from bioethanol production on starch feedstock. Chemical analysis of the stillage has shown high content of proteins and valuable composition of minerals for the growth of LAB. In the selection process, Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469 was chosen as the most promising strain for integrated production of lactic acid and biomass suitable for animal feed. The kinetics of lactic acid and biomass production in the batch fermentation and the impact of temperature, inoculum concentration, shaking and pH control were evaluated. The temperature of 41°C, shaking (90 rpm) and inoculum concentration of 5% (v/v) were selected for the fermentation. Among two different neutralizing agents (powdered CaCO3 and 30% solution of NaOH) a solution of 30% NaOH was selected for pH adjustment in four hour intervals during the fermentation. This system enabled the most optimal pH control and resulted in high lactic acid productivity and extensive growth of Lb. rhamnosus ATCC 7469. Significant improvements of the process were achieved in fed-batch fermentation where the final concentration of lactic acid was increased for 47.6 % and volumetric productivity for 21 % over the batch process. Maximal lactic acid productivity in fed-batch fermentation was 1.80 g L-1 h-1, with lactic acid yield of 0.87 g g-1 and lactic acid concentration of 97.1 g L-1. The number of viable cells at the end of fermentation was 109 CFU ml-1. The fermentation with a recirculation of immobilized Lb. rhamnosus ATCC 7469 onto zeolite was studied, Mlečna kiselina je važna supstanca za prehrambenu, farmaceutsku i hemijsku industriju. Srbija trenutno uvozi mlečnu kiselinu pa bi korišćenje destilerijske džibre, otpadne vode iz procesa proizvodnje bioetanola, kao jeftinog supstrata u proizvodnji mlečne kiseline moglo biti efikasna i ekološki povoljna strategija. Osnovni cilj ove disertacije je bio da se ispita mogućnost integrisane proizvodnje mlečne kiseline i stočne hrane na industrijskoj destilerijskoj džibri iz proizvodnje bioetanola na skrobnim sirovinama. Hemijskom karakterizacijom džibre je pokazano da je džibra bogata proteinima i da sadrži odgovarajući sastav jona metala za rast bakterija mlečne kiseline. U toku selekcije mikroorganizama odabran je soj Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469, kao odgovarajući soj za paralelnu proizvodnju mlečne kiseline i biomase pogodne za stočnu ishranu. U šaržnom sistemu je ispitan uticaj temperature, koncentracije inokuluma, mešanja i kontrole pH. Nakon optimizacije, odabrana je temperature od 41 °C, mešanje od 90 obrt/min, koncentracija inokuluma 5 % (v/v). Ispitana je mogućnost korišćenja CaCO3 i 30% NaOH kao sredstava za neutralizaciju i kontrolu pH vrednosti i odabran je dodatak 30% NaOH u četvorosatnim intervalima kao najpovoljniji za integrisani postupak proizvodnje mlečne kiseline i stočne hrane. Primenom NaOH je ostvarena visoka produktivnost i intenzivan rast Lb. rhamnosus ATCC 7469. Značajno unapređenje procesa je postignuto primenom dolivnog postupka gde je konačna koncentracija mlečne kiseline u medijumu povećana za 47,6% a zapreminska produktivnost za 21% u odnosu na šaržni postupak. Maksimalna postignuta produktivnost mlečne kiseline je iznosila 1,80 g L-1 h-1, sa prinosom mlečne kiseline od 0,87 g g-1 i koncentracijom mlečne kiseline od 97,1 g L-1. Broj vijabilnih ćelija po završetku fermentacije je bio 109 CFU ml-1. Recirkulacioni šaržni postupak sa imobilisanim Lb. rhamnosus ATCC 7469 na zeolitu je takođe isptivan. Snažna adsorpcija ćelija na površinu zeol