Saimnieks LV / 2021.gads (Decembris.)

Saskaņā ar Pārtikas un lauksaimniecības organizācijas (FAO, 2018) datiem kviešu un rudzu ražošanas apjoms pēdējo piecdesmit gadu laikā ir palielinājies no 257.4 milj. t (1961) līdz 747.9 milj. t (2018), kas sastāda 190.5 % saražotās produkcijas pieauguma. Aptuveni 85 % jeb 635.7 milj. t saražoto kviešu un rudzu tiek izmantoti miltu ražošanā, bet 10–15 % jeb 74.8–111.1 milj. t ir blakusprodukti – klijas, kas ir graudu apvalka cietā daļa. Diemžēl šobrīd šis blakusprodukts tiek izmantots neefektīvi un (galvenokārt pēc miltu ražošanas) nonāk poligonos vai arī kā pārtikas piedeva dzīvnieku barībā. Maizes izstrādājumu ražošanā tiek izmantos aptuveni 10–15 % kliju.

Klijas galvenokārt sastāv no nešķīstošām šķiedrām, celulozes, hemicelulozes un lignīna; pārsvarā šīs vielas dabā visbiežāk sastopamas kā augu šūnu sienas neatņemama sastāvdaļa. Pēc sastāva un ķīmisko saišu veida klijām ir sarežģīta struktūra, līdz ar to cilvēka organisms nevar tās pilnībā asimilēt. Nepieciešamo enzīmu trūkums cilvēka kuņģa un zarnu traktā padara klijās esošās vielas nesagremojamas. Līdz ar to klijām ir zema enerģētiskā vērtība. Pateicoties nešķīstošajai šķiedrvielai, klijas cilvēku organismā darbojas kā pārtikas sūklis vai kaitīgo vielu uzsūcējs, izvada lieko šķidrumu un uzlabo kuņģa motoriku, paātrinot vielmaiņas galaproduktu izdalīšanos.

Ja pārtikas produkta izgatavošanas procesā pievieno nedaudz kliju, tas ietekmē produkta organoleptiskās īpašības (garšu, krāsu, izskatu, mīkstumu, apjomu utt.). Piemēram, pievienojot maizes izstrādājumiem klijas (galvenokārt kviešu), samazinās to apjoms, palielinās poru izmērs un tie kļūst nevienmērīgi. Tas ir saistīts ar kliju spēju piesaistīt 3–4 reizes vairāk šķidruma par pašu svaru. Tādēļ produktiem, kuriem ir pievienotas klijas, uzglabāšanas laiks ir īsāks. Lai samazinātu kliju negatīvo ietekmi uz tehnoloģiskajiem procesiem ražošanas laikā, uzlabotu galaprodukta kvalitāti un palielinātu kliju pielietojamību pārtikas rūpniecībā, nepieciešams ieviest inovatīvus tehnoloģiskos risinājumus ar mērķi samazināt kliju nešķīstošo šķiedrvielu daudzumu. Viens no tādiem risinājumiem var būt fermentatīvā hidrolīze, kas ietver sevī dažādu enzīmu izmantošanu, rezultātā tie selektīvi ietekmē kliju nešķīstošās sastāvdaļas, t.i., celulozi, hemicelulozi, lignīnu, daļēji noārdot iekšējo struktūru un veidojot bioloģiski aktīvus ogļhidrātus (cukurus), piemēram, oligosaharīdus, kā arī atbrīvojot vērtīgas vielas, kas pirms apstrādes atradās saistītā veidā. Iepriekš minētās metodes ir videi draudzīgas, jo fermentatīvās hidrolīzes procesā tiek izmantoti tikai dabas izcelsmes enzīmi, kas izdalīti no mikroskopiskām sēnēm bez ķīmijas. Vielas, kas veidojas fermentatīvās hidrolīzes procesā cilvēka kuņģa un zarnu traktā, kalpo kā uzturvielu avots pienskābajām baktērijām un bifidobaktērijām, kuru daudzums cilvēku novecošanās procesā ievērojami samazinās, rezultātā pavājinās imūnsistēma un labvēlīgas mikrofloras dominēšana. Enzimātiski apstrādātas klijas minimāli ietekmē tehnoloģisko procesu, būtiski neietekmējot galaprodukta organoleptiskās īpašības, t.i., nemaina produkta garšu, smaržu, apjomu un porainību. Kliju enzimātiskā apstrāde ļauj būtiski palielināt pievienoto kliju daudzumu izstrādājuma pamata receptūrai, vienlaikus būtiski bagātinot to ar vērtīgām un viegli asimilējamām vielām. Pētījumi, kas tika veikti Dārzkopības institūtā, liecina, ka kliju apstrāde ar enzīmiem ļauj atbrīvot bioloģiski aktīvo vielu, ko sauc par ferulīnskābe (jeb ferulskābe, hidroksicinnamīnskābi). Kā norādīts veikto klīnisko pētījumu publicētajos zinātniskajos rakstos, ferulīnskābei ir zema toksicitāte, unikālas pretiekaisuma īpašības, efektīvas patogēno mikroorganismu apkarošanas spējas, kā arī nelabvēlīga vēža šūnu (resnās zarnas, ādas, plaušas un krūts) ietekme. Zinātniskajos rakstos ir minēta arī šīs molekulas antiaritmiskā un antitrombotiskā aktivitāte. Ferulīnskābes pozitīvā ietekme ir pierādīta klīniskajos pētījumos, kuru mērķis bija izpētīt vielas spēju pazemināt zema blīvuma lipoproteīna holesterīna (sliktā holesterīna) līmeni. Šis atklājums deva būtisku stimulu pieprasījuma pieaugumam pēc ferulīnskābes visā pasaulē.

Mūsdienās ferulīnskābi rūpnieciskā mērogā iegūst ķīmiskās sintēzes ceļā. Taču šāda veida ražošana ir darbietilpīgs un dārgs process, kurā tiek izmantotas toksiskas vielas, reaģenti un katalizatori, kas ir kaitīgi gan cilvēkiem, gan apkārtējai videi. Ir jāpiebilst, ka fermentatīvā hidrolīze neparedz tādu vielu izmantošanu, kuras negatīvi ietekmē dzīvus organismus un ekosistēmu kopumā. Jāatzīmē, ka iepriekš minētā tehnoloģija ļauj iegūt dabisku un salīdzinoši lētu ferulīnskābi, pielietojot attīrīšanu, tā varētu kļūt par konkurentu ķīmiski iegūtajai ferulīnskābei.

Zinātnieki atzīmē, ka, fermentācijas procesā pielietojot no mikroskopiskām sēnem Aspergillus spp. un Trichoderma spp. iegūtus enzīmus, atkarībā no meteoroloģiskajiem apstākļiem graudaugu veģetācijas periodā, izmantotajām lauksaimniecības metodēm, izejvielu kvalitātes, kas būtiski ietekmē kliju uzglabāšanas laiku, ferulīnskābes iznākums var būt līdz 20 g no kilograma kliju. Jāatzīmē, ka, pielietojot neapstrādātas klijas ekstrakcijas procesā, izmantojot klasiskos šķīdinātājus, piemēram, metanolu, etanolu, dietilēteri u.c., ferulīnskābes iznākums ir tikai 0.07–0.1 g no kilograma izejvielas. Fermentatīvās hidrolīzes ceļā iegūtās ferulīnskābes cena var atšķirties atkarībā no izmantotā fermentu preparāta vai fermentu maisījuma. Feruloilesterāzes enzīms, kas atzīts kā efektīvākais preparāts, kas spēj atbrīvot ferulīnskābi no blakusproduktiem līdz 20 g no kilograma izejvielas, maksā 152 EUR par 10 ml. Šī fermenta aktivitāte ir ļoti augsta – lai apstrādātu tonnu izejvielu, pietiek tikai ar dažiem simtiem mikrolitru šī preparāta. Analītiskajā ķīmijā (šķidruma hromatogrāfijas analītiskais standarts) izmantojamās ferulīnskābes cena ir diezgan augsta, 20 mg supertīra pulvera maksā 158 EUR. Zemākas kvalitātes produkts ir ievērojami lētāks, cena par 100 g ir 135 EUR.

Ierobežotā informācija par iespējām izdalīt ferulīnskābi no ziemeļu platuma grādos audzētu augu blakusproduktiem rosināja Latvijas zinātniekus uzsākt pētījumus, kas tika vērsti uz Latvijas miltu ražošanas nozares blakusproduktu (galvenokārt kviešu, rudzu, auzu kliju) kā potenciālu ferulīnskābes avotu analīzi.

Sākot ar 2020. gada decembri, Dārzkopības institūts ar Latvijas Zinātniskās padomes atbalstu uzsāka īstenot projektu Augsti efektīva ferulskābes izdalīšana no lauksaimniecības industrijas blakusproduktiem ar celulozi degradējošiem enzīmiem (FerulCelluZyms) lzp-2020/2-0323.

Paredzēts, ka pētījumā iegūtie rezultāti varētu rast plašu pielietojumu pārtikas rūpniecībā, pārtikas piedevu, funkcionālo pārtikas produktu izstrādē, kā arī kosmetoloģijā ādas kopšanas līdzekļu un zāļu ražošanā. Turklāt kliju izmantošana samazinās to daudzumu un ilgtermiņā daļēji ietekmēs atkritumu problēmu (vides piesārņojumu).

Svarīgi uzsvērt, ka, izmantojot klijas ferulīnskābes ražošanā, to cena ievērojami samazinās. Pētījumā plānots iegūt ferulskābi, izmantojot videi draudzīgu biotehnoloģisko pieeju, kas nepieļauj vides piesārņojumu. Iegūtie rezultāti sniegs zinātniekiem un patērētājiem ieskatu par enzīmatiski apstrādāto kliju uzturvērtības un funkcionālo īpašību izmaiņām. Līdz šim ir noskaidrots, ka iegūtie kliju hidrolizāti, kuru sastāvā ir ferulīnskābe, spēj stimulēt pienskābes baktēriju un bifidobaktēriju augšanu, vienlaikus nomācot nosacīti patogēno mikroorganismu attīstību, kas galvenokārt sastopami pārtikā, rezultātā izraisot to bojāšanos.

Paredzams, ka iepriekš minētais atklājums dos iespēju klijas valorizēt pārtikas un farmācijas sektorā, izmantojot to bioapstrādes procesā radušos produktus kā dabiskus antioksidantus (konservantus) un vielas ar antimikrobiālām īpašībām.

Projekta ietvaros izstrādātas videi draudzīgas ferulīnskābes iegūšanas metodes ilgtermiņā ļaus aizstāt sintētisko ferulīnskābi ar dabīgo (dabisko).

Jāuzsver, ka iegūtie rezultāti būs labs pamats, lai uzsāktu uz ekoloģiju, vidi un klimata pārmaiņām vērsta projekta iesnieguma sagatavošanas procesu, piemēram, LIFE programmas ietvaros, kurā var izmantot industriālo simbiozi, apvienojot graudu pārstrādātājus, kā arī kliju piegādātājus un ferulīnskābes ražotājus.

Pēc projekta īstenošanas plānots izveidot stabilas partnerattiecības gan akadēmiskajā, gan industriālajā sfērā, iesaistot graudu pārstrādātājus, pārtikas un farmācijas ražotājus, lai attīstītu rūpniecisko sadarbību funkcionālās pārtikas un farmācijas jomās.

Ferulīnskābes fermentatīvās iegūšanas metodes priekšrocības ir iespēja racionāli izmantot klijas kā izejvielu bioloģiski aktīvo vielu ražošanai, tādējādi pozitīvi ietekmējot kliju daudzuma samazināšanos.

Šī tehnoloģija ir pielāgojama rūpnieciska mēroga apstākļiem un efektīvi izmantojama ferulīnskābes ražošanai, kuras cena būs būtiski zemāka kā šobrīd. Plānots 2021. gada decembrī fermentatīvo ferulīnskābes iegūšanas metodi no labības blakusproduktiem patentēt, un nepieciešamības gadījumā ikviens varēs iegādāties licenci (tiesības) šīs metodes lietošanai.

Par projektu un iegūtajiem rezultātiem ir publicēts populārzinātnisks raksts žurnālā Agrotops (2021. gada aprīlī) un zinātniskais raksts žurnālā Foods (2021. gada aprīlī), kā arī novembrī ir iesniegts otrs zinātniskais raksts žurnālā Foods un populārzinātniskais raksts ziņu portālā rus.delfi.lv.