Search

Prosjektets hovedmål var å skaffe kunnskap om hvordan ulike nivåer av sink (Zn) og EPA+DHA i dietten påvirker sammensetning, funksjon og robusthet til barrierevev hos laks. Forsøk med laks fôret 3 ulike nivåer av Zn og omega-3 i dietten fra parr til postsmolt-størrelse, viste at nivået av omega-3-fettsyrer i dietten påvirker opptaket av Zn i tarmen og Zn-nivået i helkropp. Zn-nivået i fôret påvirker på sin side sammensetningen av membranfosfolipidene, noe som igjen vil være av betydning for funksjonen til transportproteiner i tarmen. Histologiske analyser av skinnkvalitet viste at lave nivåer av både omega-3 og Zn ga dårligere skinnkvalitet enn høyere nivåer. omega-3 og Zn hadde effekter på ulike lag i skinnet, der omega-3 påvirket mest de dypere lagene i skinnet, påvirket Zn mest det ytre laget. Både lave doser omega-3 og Zn i fôret ga i tillegg dårligere sårhelingsevne. Lavt nivå av omega-3 i fôret førte til endret funksjon og sammensetning av tarmmembranen, inkludert reduksjon i aktiv ionetransport og endret kapasitet til osmoregulering. Ulike nivåer av både Zn og omega-3 førte til endret uttrykk av et stort antall gener i gjeller, endringer knyttet til en rekke funksjoner som vevsorganisering, metabolisme, signaloverføring m.m., men betydningen av disse endringene for fysiologisk funksjon er ikke kjent. Gjeller fra alle diettgrupper hadde normal morfologi. Våre observasjoner tyder på at samspillet mellom nivåene av omega-3 (EPA+DHA) og Zn i dietten påvirker en rekke funksjoner i barrierevev. Omega-3 er en begrenset ressurs, og bruken av Zn i fôr er regulert. Derfor er det er viktig å sikre effektivt opptak og utnyttelse av disse næringsstoffene i laksen. Samspillseffekten mellom Zn og omega-3 og deres helseeffekt bør være et viktig fokus for videre studier. Importance of nutrition for skin, intestine and gill health in Atlantic salmon

Bi-produkter fra matproduksjon har stort potensiale til å kunne bli brukt som høy-verdi produkter, og bioaktive peptider fra restråstoff har vist seg å inneha mange helsefremmende effekter. Mye av forskningen de siste 20 årene har vært på identifisering av peptider fra melkeproteiner, men peptider kan dannes av alle råvarer som inneholder protein, inkludert kjøtt og fisk. Det er lite publisert om bioaktive peptider i restråstoff fra kjøttproduksjon, mens bioaktive peptider fra hydrolysater av fisk er mer studert. Bioaktive peptider kan fremstilles på ulike måter, men industrielt er hydrolyse (spalting av proteiner til peptider) en vanlig fremgangsmåte. Dette kan være en spesifikk eller uspesifikk prosess, avhengig av hvilket enzym man bruker, og sluttproduktet varierer deretter. Kunnskap om prosess, renhet og bioaktivitet er viktig for optimal utnyttelse av det valgte råstoff. For å kunne måle helseeffekter er det svært viktig med en bredt sammensatt metodeplattform for uttesting av biologisk aktivitet, fra de enkleste in vitro assays til omfattende intervensjonsstudier. Det meste av forskningen på bioaktive peptider har fokusert på blodtrykkssenkende peptider og peptider med antioksidant effekt, men peptider kan også gi effekt på tarmhelse, metthet, muskler, bindevev og beinutvikling for å nevne noen. Noen peptider er også vist å ha bivirkninger. Å styrke forskning som bidrar til bærekraftige løsninger i samfunn og næringsliv er svært viktige satsningsområder hos nasjonale og internasjonale myndigheter, og dette gjenspeiles i programutlysninger både hos Forskningsrådet og i Horizon 2020. Bioøkonomien innebærer en visjon om kretsløps¬tankegang og full utnyttelse av råvarer, restråstoff og avfall fra våre primærnæringer. Nofima ønsker å ta aktivt del i forskningen rundt dette. Nofima har gjennomgående høy kompetanse på hele prosessen fra råvare til produkt, fra lab til fabrikk, og har lang erfaring med bruk av marint restråstoff. Nofima har også høy kompetanse på sensorikk og forbrukerinnsikt, og videre et godt faglig nettverk, som i tillegg til industri, universiteter og forskningsinstitutter også inkluderer medisinske miljøer. Videre har Nofima en bredt sammensatt metodeplattform for uttesting av biologisk aktivitet, inkludert in vitro fordøyelse, in vitro fermentering (tykktarmsmodell) og cellekulturer. En utfordring med bioaktive peptider er å sikre at bioaktiviteten er bevart etter fordøyelse, og dette er en problemstilling Nofima kan studere med dagens metodeplattform. Nofima kan også studere effekt av hydrolysater/peptider på proteinfordøyelse og samspilleffekter i fordøyelseskanalen. Nofima har høy kompetanse på kjøtt, og kan bidra med forskning på restråstoff fra kjøttproduksjon, et område som ikke er prioritert av nasjonale konkurrenter. Det vil være naturlig å studere effekt av hydrolysater/peptider på muskelvekst, bindevev- og beinutvikling da Nofima har pågående aktiviteter og mye kunnskap på dette området, men det vil også være mulig å studere andre typer bioaktivitet avhengig av hva industrien ønsker.

Dette er en delrapport i FHF-prosjektet «Låssetting av sommermakrell» fase 2, der en kvalitetsbedømmelsen etter låssettingsperioden er blitt utført. Metodene som er blitt benyttet til kvalitetsbedømmelse er instrumentell måling av tekstur og histologi. Fisken som er blitt vurdert er fra låssetting serien beskrevet i fase 1 i prosjektet. Det ble målt tekstur på fileter fra fisk etter ulike tidspunkter av låssetting (dag 0, dag 1, dag 3, dag 7, dag 14, dag 25 og dag 37). Teksturanalysene viste en signifikant økning i fasthet etter dag 3 med låssetting, og med høyeste verdier i slutten av låssettingsperioden. På bakgrunn av de histologiske undersøkelsene ser det ut som om musklene i den første perioden etter låssettingen (dvs. etter 3 og 14 dagers låssetting) går inn i en noe unormal tilstand, med både nedbryting og krymping av muskelfibre, samt mindre tettpakkede muskelfibre. Etter 37 dagers låssetting ser det ut som om musklene nærmer seg en normaltilstand igjen (dvs. lik kontrollgruppen og dag 0 låssettingsgruppen), men med noe større muskelfibre. Parametere som størrelse på fisk, muskelfiberstørrelse, og mengde bindevev er kjent å kunne gi fastere tekstur. Flere analyser i forhold til disse parameterne vil være nødvendig for endelig kunne forklare mulig årsak til økte teksturverdier utover i låssettingsperioden på makrellfilet.

Det er begrenset kjennskap til hvordan pinnebein er festet til muskelen, hvilke strukturer som inngår og hvilke prosesser som er involvert i nedbrytningen når disse løsner. Målsetningen til dette prosjektet har vært å få mer kunnskap om dette. Pinnebein fra torsk og laks ble dissekert ut fra fileter lagret på is ved ulike tidspunkter etter slakt, og analysert med ulike metoder. I torsk fester bindevevet beina til muskelen, men hos laks utgjør også fettvev en stor del av festestrukturen. Sammensetningen av bindevevskomponenter og typer enzymer som uttrykkes i dette festet var forskjellig på mRNA nivå mellom laks og torsk. Vi ser at kollagener, elastin, lektin-bindende proteiner og proteoglykaner er viktig i dette festet. Det ble påvist flere typer nedbrytningsenzymer, både matriks metalloproteinaser, serin proteaser og elastaser, i bindevevet rundt beina hos begge arter, og disse har forskjellig aktivitetsprofil under lagring post mortem. Nedbrytningen av festestrukturen skjer i bindevevsdraget innerst mot pinnebeina. Denne studien viser at festet av pinnebein i torsk og laks er forskjellig, og utvikling av metoder og betingelser for optimal fjerning bør tilpasses hver enkelt art. Videre ser vi at det er forskjeller i regulering av enzymer som bryter ned bindevev rundt pinnebein sammenlignet med bindevev i muskel. Denne kunnskapen bør man prøve å utnytte til å løsne beina ved hjelp av naturlige prosesser, med minimal påvirkning på muskelmasse i fiskefileten. Kunnskap om prosess og behandling av fisken som påvirker enzymaktiviteten vil kunne være en naturlig innfallsvinkel i det videre arbeidet med å løsne pinnebeina. An experiment has been conducted to study how pinbones are attached to the muscle, what components are present, and how these are degraded. The results show that there are major differences between salmon and cod. When developing methods for automatic removal of bones it is important to take this into consideration. Another major finding was that the enzyme profiles and connective tissue composition around the pinbones differed from the profile in the muscle tissue. This allows us to optimise the process of bone loosening with minimal effects on muscle tissue texture, and thus reduced fillet damage. Fish processing and treatment affects enzyme activity, and knowledge on how this can be utilized for improved pinbone releasing is an interesting approach that merits further studies.

Målet med dette prosjektet var å øke verdiskapningen av marint restråstoff ved å utvikle bioteknologiske løsninger som kan frigjøre P fra fiskebein og gjøre P mer tilgjengelig for laks, samt å utvikle nye marine P ingredienser som kan bidra til en mer bærekraftig, kostnads- og miljøvennlig utnyttelse av tilgjengelige marine ressurser. Det er utviklet og optimalisert en prosess for syrehydrolyse av P i beinfraksjon fra sildeavskjær, og resultatene våre viser at omtrent 90 % av P i avskjæret kan frigjøres ved hydrolyse i sterke syrer (H2SO4). Det er gjennomført et 13 ukers fôringsforsøk med laksesmolt etter sjøutsett. Basert på resultat for vekst, røntgen, P fordøyelighet, P retensjon, spesifikt P nivå i hel fisk, bein og skjell, samt utnyttelse av P fra fôret, kan det konkluderes med at P i FBH fra sild er like biologisk tilgjengelig som for krystallinske former av P (mono Na-P). Det er dokumentert at P behovet i laksesmolt er dekket med 0,7 % løselig P i fôret. Smolt fôret med Lav P kontroll diett (0,46 % løselig P) viste oppregulering av en markør for opptak av P i tarm (NaPi) og av en markør for beindannelse i virvler (ALP) noe som indikerer at disse markørene kan fungere som sensitive P mangelmarkører i smolt. Nye P anbefalinger basert på løselig P gir grunnlag for å formulere laksefôr nær reelt P behov slik at man kan oppnå høy P fordøyelighet og P retensjon i fisk og redusert P utslipp til miljøet. Bedre utnyttelse av tilgjengelige marine ressurser kan bidra til en mer bærekraftig, kostnads- og miljøvennlig fiskeoppdrett og godt omdømme for norsk oppdrettsfisk globalt.

Det forventes at verdens befolkning vil øke raskt de kommende årene, samtidig vil den globale etterspørselen av kjøtt stige og igjen føre til økt energiforbruk, miljøforurensning og mer slaktning av dyr. Dyrking av kjøtt in vitro er under utvikling for å gi et potensielt mer bærekraftig alternativ til dagens kjøttproduksjon. Teknisk sett er det mulig å dyrke kjøtt på laboratoriet, som Mark Post demonstrerte ved å produsere den første in vitro-hamburgeren i 2013. Likevel gjenstår det mye før dette kan bli et kostnadseffektivt produkt på markedet. Oppskalering av muskelcelledyrking i bioreaktorer med mikrobærere, er et skritt i denne retningen. I dag er de kommersielle mikrobærere laget av ikke-spiselig syntetiske materialer, som krever at cellene blir fjernet fra kulene under høstingen, noe som gir en mer kompleks produksjonsprosess. Hovedmålet med denne studien var å isolere primære muskelceller fra storfe og dyrke cellene både i 2D-systemer, og i oppskalerte 3D-systemer med spiselige mikrobærere. I samarbeid med det pågående forskningsprosjektet «GrowPro-Sustainable bio-production of animal proteins for human consumption» ved Nofima AS på Ås, isolerte vi muskelceller og dyrket dem i 2D-systemer, spinner-flasker og i en bioreaktor for å måle cellevekst. Vi kontrollerte ulike parametere som celletetthet, celle-viabilitet og biokjemiske prosesser under celledyrking i 2D- og 3D-systemer. For å oppnå en mer bærekraftig og effektiv oppskaleringsproduksjon ble to spiselige mikrobærere, laget av eggeskallmembran (ESM) og kollagen fra restråstoff av kalkun, plassert i spinner-flasker. To kommersielle mikrobærere, Cytodex 1 og 3, ble også plassert i spinner-flasker. Lys- og fluorescensmikroskopi ble brukt til å karakterisere utviklingen av muskelcellene i løpet av en periode på 8 dager. De biokjemiske prosessene; DNA, protein, glukose, laktat, ammoniakk og L-glutamin, ble målt i 2D- og 3D-systemene. De spiselige kollagenkulene ble laget med flytende nitrogen og kryssbundet med riboflavin for å stabilisere kulene. Muskelcellene i 2D-systemene prolifererte og spontandifferensierte seg over perioden på 8 dager. Celleveksten på Cytodex 1 and 3 hadde lignende utfall, men Cytodex 1 viste seg å gi en høyere celletetthet. Muskelcellene festet seg på begge de spiselige mikrobærerne, men ESM pulveret mistet muskelcellene etter at det nye mikrobærerne ble tilsatt etter dag 6. Kollagenkulene viste seg å være en egnet matrise for muskelcellene å proliferere på. Den oppskalerte produksjonen i bioreaktoren ga et mer stabilt miljø for cellene, grunnet stor tilgang til næringsstoffer og tilgjengelig vekstareal, vist ved de målte biokjemiske prosessene. Selv om denne studien leder oss et skritt nærmere in vitro kjøttproduksjon, er det fortsatt mange utfordringer som må løses før det når forbrukermarkedet. The world’s populations are expected to increase rapidly the coming years and global demand for meat will rise and result in increased energy consumption, environmental pollution and more animal suffering. Cultivation of meat in vitro is under development to give a potentially more sustainable and efficient alternative to today’s livestock production. Technically, it is possible to grow meat in the laboratory, which Mark Post demonstrated by producing the first in vitro hamburger in 2013. However, a lot of work remain to make this a cost-effective product on the market. Up-scaling of muscle cells using bioreactor and cell culture with edible microcarriers is a step in this direction. Today, the commercial microcarriers are made of non-edible synthetic materials, which requires a removal step in the harvesting of bovine muscle cells from the microcarriers, making the production process more complex. The main goal of this study was to isolate primary muscle cells from sirloin and cultivate the cells in 2D systems, and in up-scaled 3D systems with edible microcarriers. In collaboration with the ongoing research project “GrowPro-Sustainable bio-production of animal proteins for human consumption” at Nofima AS in Ås, we isolated skeletal muscle cells and cultivated them in 2D systems, spinner flasks and a benchtop bioreactor to measure the cell growth. We monitored different parameters like cell density, cell viability and biochemical processes during cultivation of muscle cells in 2D and 3D systems. To potentially achieve a more sustainable and efficient up-scaled production, two edible microcarriers were made of eggshell membrane (ESM) and collagen from residual raw materials of turkey, and was placed in the spinner flasks. Two commercial microcarriers, Cytodex 1 and 3, were also used in spinner flasks. Light and fluorescence microscopy was used to characterise the skeletal muscle cells development over the time-course of 8 days. Biochemical processes in 2D and 3D cell culture systems, such as DNA, protein, glucose, lactate, ammonia and L-glutamine, were measured using assay kits. The edible collagen beads were made using liquid nitrogen and they were cross-linked with riboflavin to make them more stable. The muscle cells in 2D systems were proliferating and spontaneously differentiated over the time-course of 8 days. The cell growth on Cytodex 1 and 3 gave similar trends in growth, however Cytodex 1 appeared to give a higher cell density. The muscle cells were attaching on both of the edible microcarriers, however, the muscle cells on ESM de-attached after new beads were added after day 6. The collagen beads appeared to be a suitable matrix for the muscle cells to proliferate on. The up-scaled production in the benchtop bioreactor was more stable due to the large access of nutrients and growth area, shown from the measured biochemically processes. This study arrives one step closer to the in vitro meat production, however, there are many challenges that must be solved before it reaches a consumer’s market.

A shortage of available tissues and organs for transplantation has led to suffering and death for many people. Tissue engineering could be a possible solution to this shortage, and the most common approach is to use a biomaterial to create a three dimensional scaffold that can mimic the role of extra cellular matrix during in vivo tissue formation. A potential material to apply in tissue engineering could be the eggshell membrane (ESM), which share several similarities with the extra cellular matrix, and has been linked to improved wound healing. These properties make the eggshell membrane a promising material for tissue engineering using a 3D scaffold. The main purpose of this study was to observe the effects of ESM on muscle cells isolated from the sirloin of a newly slaughtered bovine in 2D and 3D environments. ESM was administrated to primary muscle cells in either powdered or hydrolyzed form in 2D environments. Powdered ESM was added directly or as a component of the cell-coating. The Effect of ESM on proliferation, viability and cytotoxicity was measured using different types of assays. Real time-PCR was used with several differentiation markers to study the effect of ESM on cell-differentiation. During the 3D experiments, cells were allowed to interact with either a pure collagen or ESM scaffold. Immuno-staining with fluorescent antibodies was then used to study cell-scaffold interaction. Differentiation was measured for cells interacting with the scaffolds using RT-PCR with several markers for differentiation markers and connective tissue. During the 2D experiments we observed that cells preferred to interact with the ESM material when presented as a component of the cell-coating. Further observations showed that ESM had a positive effect on the migration rates for cells, and that cells interacting with the material would seem to enter differentiation earlier. The use of immuno-staining showed that cells were able to migrate into the scaffold. It was concluded that cell performance was dictated by how ESM was presented. Cells seems to be positively affected by ESM in 2D and 3D environments, which promotes further study into the possible applications for the material in tissue engineering. Som en følge av mangel på organer og vev tilgjengelig for transplantasjon har flere personer endt opp med å få sin livskvalitet betraktelig redusert, eller dødd. En mulig løsning på dette problemet er å produsere kunstig vev og organer som kan fylle mangelen. Den mest vanlige måten å danne kunstig vev på er å bruke et biomateriale til å lage en 3D støttestruktur som kan etterligne rollen til den ekstracellulære matriks, som er viktig under vanlig dannelse av vev. Et material som har vist stort potensial er eggeskall membranen (ESM), som deler flere likheter med den ekstracellulære matriksen, og har blitt koblet til forbedringer under sårheling. Dette er egenskapene gjør eggeskall membranen til et lovende biomateriale for å danne en 3D støttestrukturen til produksjonen av vev. Målet til denne oppgaven har vært å undersøke hvordan ESM påvirket muskelceller isolert fra ytrefilene til nyslaktet storfe i 2D og 3D miljøer. ESM ble tilført primære muskel celler som pulver eller hydrolysat i 2D miljøer. Pulveret ble tilsatt direkte eller som en komponent i celle-coatingen. Effekten av ESM på proliferasjon, viabilitet og cytotoxitet ble målt med ulike assays, og celledifferensiering ble målt via Real Time-PCR med ulike differensieringsmarkører for mRNA. I 3D forsøk ble muskel celler tillatt å vokse på scaffolds som besto med og uten ESM. Immuno-blotting med fluoriserende antistoffer ble brukt til å studere hvordan cellene interagerte med scaffoldene. Celledifferensiering i scaffoldene ble målt med RT-PCR med ulike differensiering og bindevevs markører. Resultatene for 2D forsøkene viste at cellene foretrakk å interagere med lave konsentrasjoner av ESM pulver når det ble presenter som en komponent av celle-coatingen. Resultatene viste en nedgang i cytotoxitet, forbedret migrasjons hastighet og tidligere differensiering samt at viabilitet og proliferasjon virket upåvirket. I 3D forsøkene ble det observert at cellene var i stand til å forflytte seg inn i ESM scaffoldene. Det konkluderes med at måten ESM ble presentert på avgjorde effekten av materialet på muskelcellen. Cellen ser ut til å bli positivt påvirket av ESM i 2D og 3D miljøer, noe som legger til grunne for fremtidige studier for mulige bruksområder til materialet i vev skapelse. M-BIOTEK