autoreferat - Wydział Technologii Żywności

Transkrypt

Załącznik 2
AUTOREFERAT
Opis dorobku i osiągnięć naukowych
Dr Marta Tomczyńska-Mleko
Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin
Wydział Agrobioinżynierii
Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
ul. Akademicka 15, 20-950 Lublin
Tel. (81) 4456896
e-mail: [email protected]
Lublin 2016
dr Marta Tomczyńska-Mleko
Załącznik 2
1. Dane personalne:
Imię i nazwisko: Marta Tomczyńska-Mleko
Data urodzenia: 20 luty 1977 r.
Miejsce urodzenia: Wojsławice, woj. lubelskie
2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe – z podaniem nazwy, miejsca i roku ich
uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej
2012 – doktor nauk rolniczych w dyscyplinie technologia żywności i żywienia – Uniwersytet
Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, tytuł rozprawy doktorskiej: „Napowietrzone żele
białek serwatkowych jako matryca dla składników bioaktywnych”.
2009-2010 – studia podyplomowe – technologia żywności, Uniwersytet TechnologicznoPrzyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy
2006-2008 – studia doktoranckie – prawo żywnościowe, Uniwersytet Marii Curie
Skłodowskiej w Lublinie,
2004 – magister administracji, Uniwersytet Marii Curie Skłodowskiej w Lublinie
3. Doświadczenie zawodowe
3.1. Dotychczasowe zatrudnienie w jednostkach naukowych
2014 do teraz – adiunkt, Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin
Wydział Agrobioinżynierii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
2014 – asystent, Instytut Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin
Wydział Agrobioinżynierii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
2013 - 2014 - specjalista naukowo-techniczny, Katedra Biotechnologii, Żywienia Człowieka i
Towaroznawstwa Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
2012 (1 miesiąc) - research scientist, Graduate School of Human Life Science, Osaka City
University, Japonia
2010 (1 miesiąc) - research scientist, The Department of Agricultural, Food and Nutritional
Science, University of Alberta, Edmonton, Kanada
2009 (1 miesiąc) - research scientist, Laboratoire de Physico-chimie et Génie Alimentaires,
Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy, Francja
2008 – 2013 – pracownik inżynieryjno-techniczny, Katedra Biotechnologii, Żywienia
Człowieka i Towaroznawstwa Żywności, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
2006 – 2008 - pracownik administracyjny – Akademia Rolnicza w Lublinie
2
Załącznik 2
3.2. Doskonalenie zawodowe (wybrane programy)
2012 (1 miesiąc) - research scientist, Graduate School of Human Life Science, Osaka City
University, Japonia. Badania nad nowymi metodami określania właściwości reologicznych
żeli pod kierunkiem prof. dr. Katsuyoshi Nishinari.
2010 (1 miesiąc) - research scientist, The Department of Agricultural, Food and Nutritional
Science, University of Alberta, Edmonton, Kanada. Badania nad serami modyfikowanymi
pod wpływem wysokiego ciśnienia pod kierunkiem prof. dr. Lecha Ozimka.
2009 (1 miesiąc) - research scientist, Laboratoire de Physico-chimie et Génie Alimentaires,
Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy, Francja. Badania nad powłokami z
kazeiny micelarnej pod kierunkiem prof. dr. Stephane Desobry.
4. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r.
o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki
(Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.)
A/ tytuł osiągnięcia naukowego
„Wykorzystanie fizykochemicznych właściwości funkcjonalnych białek do otrzymywania
nowych produktów”
B/ autor/autorzy publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa
O.1. Tomczyńska-Mleko M., Brenner T., Nishinari K., Mleko S., Kramek A. Rheological
and thermal behavior of mixed gelatin/konjac glucomannan gels. Journal of Texture
Studies, 2014, 45(5), 344-353.
(IF* = 1,367, wg. MNISW 25 pkt)
Mój wkład w tę publikację polegał na tworzeniu koncepcji przeprowadzenia badań,
zebraniu
literatury,
wykonaniu
badań
laboratoryjnych,
analizie
i opracowaniu wyników, dyskusji wyników, napisaniu manuskryptu. Mój udział
procentowy szacuję na 70%.
O.2. Tomczyńska-Mleko M., Brenner T., Nishinari K., Mleko S., Szwajgier D., Czernecki
T., Wesołowska-Trojanowska M. Rheological properties of mixed gels: gelatin, konjac
3
Załącznik 2
glucomannan and locust bean gum. Food Science and Technology Research, 2014, 20(3),
607-611.
(IF = 0,345, wg. MNISW 15 pkt)
zebraniu
literatury,
wykonaniu
badań
laboratoryjnych,
analizie
i opracowaniu wyników, dyskusji wyników, napisaniu manuskryptu. Mój udział
procentowy szacuję na 70%.
O.3. Tomczyńska-Mleko M. New product development: carbonated beverage with
different protein and creatine for sportsmen and physically active people. Agro Food
Industry Hi-Tech, 2014, 25(5), 53-56.
zebraniu
literatury,
wykonaniu
badań
laboratoryjnych,
analizie
i opracowaniu wyników, dyskusji wyników, napisaniu manuskryptu, pełnieniu roli
autora korespondencyjnego. Mój udział procentowy to 100%.
O.4. Tomczyńska-Mleko M. New product development: a supplement combining coconut
water with whey protein or egg white albumen. Agro Food Industry Hi-Tech, 2014, 25(6),
60-64.
zebraniu
literatury,
wykonaniu
badań
laboratoryjnych,
analizie
O.5. Tomczyńska-Mleko M., Nishinari K., Handa A. Ca-induced egg white protein gels
with various microstructure. Food Science and Technology Research, 2014, 20(6), 12071212.
zebraniu
literatury,
wykonaniu
badań
laboratoryjnych,
analizie
autora korespondencyjnego. Mój udział procentowy szacuję na 90%.
O.6 Tomczyńska-Mleko M. Development of a new product: egg white albumen gels with
4
Załącznik 2
differentiated magnesium release. Journal of Elementology, 2015, 20(2), 463-475.
zebraniu
literatury,
wykonaniu
badań
laboratoryjnych,
analizie
O.7. Tomczyńska-Mleko M., Terpiłowski K., Mleko S. New product development:
cellulose/egg white protein blend fibers. Carbohydrate Polymers, 2015, 126, 168-174.
Mój wkład w powstanie tej pracy polegał na tworzeniu koncepcji przeprowadzenia
badań, zebraniu literatury, wykonaniu doświadczenia, analizie, opracowaniu
i dyskusji wyników, napisaniu manuskryptu. Mój udział procentowy szacuję na 90%.
O.8. Tomczyńska-Mleko M., Terpiłowski K., Mleko S. Physicochemical properties of
cellulose/whey protein fibers as a potential material for active ingredients release. Food
Hydrocolloids, 2015, 49, 232-239.
Mój wkład w powstanie tej pracy polegał na tworzeniu koncepcji przeprowadzenia
badań, zebraniu literatury, wykonaniu doświadczenia, analizie, opracowaniu
i dyskusji wyników, napisaniu manuskryptu. Mój udział procentowy szacuję na 90%.
*
IF - Impact Factor - zgodnie z rokiem wydania. W przypadku publikacji z 2015 roku podano IF z roku
2014.
 Sumaryczny Impact Factor publikacji wchodzących w skład osiągnięcia naukowego
według listy Journal Citation Reports (JCR), zgodnie z rokiem opublikowania: 11,321
 Suma punktów za publikacje wchodzące w skład osiągnięcia naukowego według
wykaz czasopism naukowych MNiSW, zgodnie z rokiem opublikowania: 185
Oświadczenia współautorów prac, określające szczegółowo ich indywidualny wkład
w powstanie publikacji znajdują się w Załączniku 6.
C/ Omówienie celu naukowego ww. prac i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich
ewentualnego wykorzystania
W latach 2012 – 2015 przeprowadziłam prace badawcze oraz studia literaturowe
dotyczące wykorzystania fizykochemicznych właściwości funkcjonalnych białek do
5
Załącznik 2
otrzymania nowych produktów. W pracy wykorzystałam albuminę jaja kurzego, białka
serwatkowe oraz żelatynę. Uzyskane rezultaty opublikowałam w postaci cyklu prac (O.1 O.8), które uważam za swoje największe osiągnięcie w dotychczasowej działalności
naukowej i przedkładam je jako podstawę do ubiegania się o nadanie stopnia doktora
habilitowanego w dziedzinie nauk rolniczych w dyscyplinie technologia żywności i żywienia.
Wprowadzenie
Pojęcie właściwości funkcjonalnych w nauce o
żywności występuje w dwóch
znaczeniach. Jedno jest związane z fizykochemicznymi właściwościami produktów
spożywczych i oznacza wszystkie funkcje jakie składnik żywności może pełnić w jej matrycy
poza właściwościami odżywczymi. Zaliczamy do nich żelowanie, emulgowanie, zdolność
tworzenia pian i filmów, tworzenie włókien, ekstruzję i rozpuszczalność. Drugie znaczenie
jest całkiem odmienne i związane jest z funkcją żywieniową, jaką produkt spożywczy pełni w
organizmie człowieka, np. efekt prebiotyczny, efekt probiotyczny czy właściwości
antyutleniające. Prezentowane badania związane były z fizykochemicznymi właściwościami
funkcjonalnymi białek. Zostały przebadane następujące właściwości funkcjonalne: żelowanie
(O.1, O.2, O.4, O.5, O.6), zdolność do tworzenia włókien (O.7, O.8) i rozpuszczalność (O.3).
Otrzymywane produkty oparte były na albuminie jaja kurzego (O.3, O.4, O.5, O.6, O.7),
białkach serwatkowych (O.3, O.4, O.8) oraz żelatynie (O.1, O.2). Aby uzyskać odpowiednie
właściwości funkcjonalne w niektórych przypadkach dodawano inne składniki: gumę konjac
(O.1, O.2), mączkę chleba świętojańskiego (O.2), wodę kokosową (O.4) i celulozę (O.7, O.8).
Oddziaływania pomiędzy łańcuchami różnych biopolimerów mogą być większe lub
mniejsze niż oddziaływania pomiędzy tymi samymi substancjami, co może prowadzić do
łączenia się łańcuchów albo zjawiska rozdziału faz (Harrington i Morris 2009). Mieszaniny
białek i polisacharydów tworzą żelowe struktury, używane coraz częściej w technologii
żywności, medycynie i inżynierii materiałowej. Celem dwóch pierwszych prac (O.1, O.2)
było otrzymanie żelu o teksturze odpowiedniej dla osób o specjalnych potrzebach. Wzrost
średniej długości życia człowieka postawił przed technologami żywności nowe zadania,
polegające na projektowaniu żywności skierowanej do tej, charakteryzującej się specjalnymi
potrzebami grupy ludzi. Wzrasta zapotrzebowanie na produkty spożywcze przeznaczone dla
osób z problemami przeżuwania i połykania. Chodzi zarówno o osoby starsze jak i młodsze,
posiadające różnego rodzaju schorzenia. Takie produkty powinny charakteryzować się
optymalnymi właściwościami reologicznymi, koloidalnymi i trybologicznymi (Chen 2009,
6
Załącznik 2
Ishihara i inni 2011). Żelatyna jest naturalnym polimerem otrzymywanym z kolagenu i była
ona już wykorzystywana jako baza otrzymywania takich żeli. Żele żelatynowe charakteryzują
się unikalnymi właściwościami organoleptycznymi i zdolnością do wydzielania aromatów.
Najbardziej użyteczną właściwością żelatyny jest jej zdolność do tworzenia termicznie
odwracalnych żeli z punktem topnienia poniżej temperatury ludzkiego ciała. Właściwość ta
sprawia, że są one wyjątkowo użyteczne w produkcji żywności, która posiada zdolność do
„rozpływania się” w ustach. Żele otrzymywane z białek globularnych czy białek mięśni
zazwyczaj nie posiadają takich zdolności.
Mieszane żele białkowo-polisacharydowe oferują szerokie spektrum właściwości
teksturalnych,
barierowych
oraz
zdolności
do
uwalniania
substancji
aktywnych.
Galaktomannany występują jako polisacharydy zapasowe w endospermie nasion roślin
rodziny Legiminosay. Guma konjac (Konjac glucomannan - KGM) jest ekstrahowana z mąki
otrzymywanej z rośliny Amorphophallus konjac C. Koch., i składa się z D-mannozy i Dglukozy w stosunku 1,6:1 połączonych wiązaniami β-1, 4 (Nishinari i inni 1992). Mączka
chleba świętojańskiego (Locus bean gum – LBG) otrzymywana z rośliny Ceratonia siliqua
jest glukomannanem zawierającym w przybliżeniu 1 cząsteczkę galaktozy na 4 cząsteczki
mannozy i jest tylko częściowo rozpuszczalna w zimnej wodzie. Rozpuszcza się całkowicie w
wysokiej temperaturze i w pewnych warunkach może tworzyć termoodwracalne słabe żele
(Alves i inni 2000). W literaturze nie znajdują się żadne doniesienia na temat mieszanych żeli
KGM/LBG. Dla żeli mieszanych KGM/żelatyna/kappa-karagenian zaobserwowano, iż moduł
elastyczny tych żeli zmniejszał się wraz ze wzrostem stężenia żelatyny, a żele zawierające
0,8% żelatyny topiły się w temperaturze ciała (Kato i inni 2011). Lee i inni (2006) otrzymali
błony przy użyciu mieszaniny żelatyny i KGM. Zaobserwowali oni oddziaływania pomiędzy
tymi hydrokoloidami zachodzące przy użyciu wiązań wodorowych.
Dobrze zbilansowane odżywianie jest bardzo ważne dla fizycznej wydolności
człowieka. Suplementy białkowe są zazwyczaj produkowane w postaci proszków do
rozpuszczania w wodzie lub sokach. Ostatnio pojawiły się suplementy płynne, zawierające od
25 do 60 gramów białka w jednym opakowaniu. W niektórych krajach, takich jak Stany
Zjednoczone czy Japonia jest już możliwość zakupu takich napojów nawet w automatach. W
Korei Południowej i Japonii produkowane są gazowane napoje z dodatkiem odtłuszczonego
mleka w proszku. Według składu opisanego na etykiecie jednego z takich produktów jedna
puszka (250 cm3) zawiera 130 kcal, 31 g węglowodanów i nie zawiera tłuszczu oraz białka.
Oczywiście nie jest to prawdą, gdyż napój ten zawiera białko w niskim stężeniu pochodzące z
odtłuszczonego mleka. Na świecie nie są produkowane gazowane napoje oparte na dobrej
7
Załącznik 2
rozpuszczalności białek serwatkowych lub albuminy jaja kurzego, które mogłyby służyć jako
źródło białka i być substytutem pełnego posiłku.
Jednym z najbardziej popularnych suplementów stosowanych przez sportowców i
osoby aktywne fizycznie jest kreatyna. Posiada ona pozytywny wpływ na przyrost siły oraz
masy mięśniowej (Persky i Rawson 2010). Powoduje szybszą regenerację ATP (Cooper i inni
2012). Podobnie jak inne suplementy kreatyna jest sprzedawana w formie proszku
dodawanego do wody lub soku (Buford i inni 2007). Roztwory wodne kreatyny są
produkowane komercyjnie, jednakże badania pokazują, iż podczas przechowywania następuje
konwersja kreatyny do kreatyniny. Proces ten ma bardzo niekorzystny wpływ na zdrowie
człowieka. Wzrost stężenia kreatyniny może powodować uszkodzenie nerek (Ganguly i inni
2003). Na stabilność chemiczną kreatyny wpływa pH: w środowisku kwaśnym produkt ten
szybciej ulega konwersji do kreatyniny (Nigel i Marinos 1988). W literaturze nie ma badań na
temat wpływu różnych roztworów białek na stabilność kreatyny. W sprzedaży na polskim
rynku nie ma gazowanych napojów ze znaczącą zawartością białka oraz kreatyny.
Woda kokosowa jest klarownym, półprzezroczystym płynem otrzymywanym z
młodych, zielonych kokosów. Woda kokosowa spożywana jako orzeźwiający napój wpływa
korzystnie na organizm człowieka (Preetha i inni
2012). Składniki wody kokosowej
charakteryzujące się bioaktywnością są stosowane w biotechnologii i badaniach
biomedycznych (Yong i inni 2009). Obecnie woda kokosowa traktowana jest jako aktywna
forma roztworu służącego do dożylnego nawadniania organizmu w krótkim okresie czasu.
Wartość kaloryczna wody kokosowej wynosi 17,4 kcal/100g. Zawiera ona znaczne ilości
witaminy B2, B3, B5, biotyny i kwasu foliowego. Poza tym zawiera alkohole cukrowe,
witaminę C, wolne aminokwasy, fitohormony, enzymy i czynniki wzrostu (DebMandal i
Mandal 2011). Woda kokosowa jest znakomitym źródłem związków mineralnych. Ich
stężenie wynosi 0,4 %, co determinuje ich właściwości izotoniczne. Głównym składnikiem
mineralnym w wodzie kokosowej jest potas, który stanowi 0,2 % i jest go 10 razy więcej niż
sodu (Prades i inni 2012). Średni stosunek sodu do potasu w diecie ludzi w krajach
rozwiniętych wynosi 1,27, co ma bardzo negatywny wpływ na ich zdrowie. Właściwy
stosunek sodu do potasu (0,49) w organizmie pomaga w retencji wody i obniżeniu ciśnienia
krwi (Coxson i inni 2013). Potas jest również pierwiastkiem, który pełni wiele innych,
istotnych funkcji w organizmie człowieka. Jest używany przez autonomiczny system
nerwowy, który kontroluje funkcje mózgu oraz pracę serca. Potas posiada zdolność do
redukowania udarów (Gurhan i inni 1993). Jest on konieczny do pracy mięśni i pomaga w
8
Załącznik 2
redukcji bólu po treningu siłowym (Tapiawala i inni 2004). Powinno się dostarczać około 1
gram potasu dziennie poza 1-1,5 g, który występuje w żywności (Greek 1991).
Albumina jaja kurzego jest często wykorzystywanym w przemyśle spożywczym
białkiem żelującym. Żelowanie na gorąco przekształcające przezroczyste „białko” jaja
kurzego w biały żel jest jednym z najbardziej popularnych procesów żelowania. Albumina
jaja kurzego jest kompletnym białkiem i zawiera wszystkie niezbędne aminokwasy
(Vanniekerk i Vanheerden 1993). Razem z białkami serwatkowymi jest ona używana jako
źródło białka w suplementach dla osób aktywnych fizycznie. Koncentraty i izolaty białka jaja
kurzego charakteryzują się znakomitymi właściwościami żelującymi i pianotwórczymi
(Foegeding i inni 2000). Ogrzewane roztwory tworzą żele, a ich właściwości zależą od składu
preparatu, pH oraz składu jonowego roztworu i warunków ogrzewania (Broersen i inni 2000).
Na początku lat dziewięćdziesiątych wynaleziono nową metodę żelowania (Foegeding i
Barbut 1993). Ogrzewanie roztworów izolatów białek serwatkowych prowadzi do ich
rozfałdowania
i
polimeryzacji
przy
równoczesnym
wzroście
lepkości
roztworu
(Vardhanabhuti i Foegeding 1999). Natywny roztwór białka charakteryzuje się pH powyżej
punktu izoelektrycznego i dla białek serwatkowych wynosi około 5. W tych warunkach
zachodzi odpychanie pomiędzy ujemnie naładowanymi cząsteczkami białek, co zapobiega
utworzeniu matrycy żelowej. Po ostudzeniu do temperatury pokojowej dodawane są jony,
które neutralizują ładunki znajdujące się na powierzchni białek. Zjawisko takie nazywane
„efektem ekranowania” umożliwia silniejsze oddziaływania pomiędzy cząsteczkami białek
(Barbut i Foegeding 1993). Ten rodzaj procesu nie był nigdy zastosowany w stosunku do
komercyjnej albuminy jaja kurzego, jako że żeluje ona po wstępnym podgrzaniu już przy
stężeniu 3% (Holt i inni 1984, Croguennec i inni 2002). W ostatnim czasie zastosowano żele
jako matryce do kontrolowanego uwalniania substancji aktywnych (Mleko i inni 2010).
Taheri i inni (2012) wyprodukowali na bazie albuminy jaja kurzego nanocząsteczki służące
jako nośniki substancji aktywnych. Rosenzweig i inni (2013) używali albuminy jaja kurzego
do produkcji tabletek, które dostarczały polifenoli podczas kontrolowanego uwalniania.
Tabletki wyprodukowane na bazie albuminy jaja kurzego charakteryzowały się większą
wytrzymałością na siły mechaniczne niż polimery otrzymane z celulozy.
Niedobór magnezu (hypomagnasaemia) jest problemem występującym zarówno w krajach
mniej jak i bardziej rozwiniętych. W tych drugich spożywanie dużych ilości kawy powoduje
wypłukiwanie tego minerału z organizmu. Innym powodem występowania zjawiska
niedoboru magnezu jest to, iż jadalne, wysokowydajne odmiany zbóż i warzyw zawierają
mniej związków mineralnych, w tym magnezu, niż tradycyjne, starsze, charakteryzujące się
9
mniejszą
wydajnością
Załącznik 2
(Grzebicz
2011).
Niedobory
magnezu
mogą
skutkować
występowaniem wielu zaburzeń związanych z funkcjonowaniem organizmu (Cieślewicz i inni
2013). Z tego powodu zalecana jest suplementacja tego pierwiastka. Jony magnezu w formie
organicznej są lepiej przyswajalne i tolerowane przez organizm niż nieorganiczne, co objawia
się m.in. rzadszym występowaniem dolegliwości żołądkowych (Bardan i Cretin 2009).
Komercyjny izolat lub koncentrat albuminy jaja kurzego zawiera dużą ilość substancji
mineralnych, co powoduje, iż uzyskanie żeli z tych substancji, przy użyciu metody
ogrzewania roztworów białek na gorąco jest stosunkowo proste. W ostatnich latach
pochodząca z Japonii firma Kewpie Corporation wyprodukowała izolat albuminy jaja kurzego
o bardzo niskiej zawartości substancji mineralnych. Izolat ten może więc znaleźć
zastosowanie w badaniach nad kontrolowanym uwalnianiem substancji aktywnych z matryc o
ściśle określonych właściwościach. Jako model do uwalniania z matrycy zastosowane mogą
być z powodzeniem jony metali.
Ostatnio w nauce zwraca się uwagę na otrzymywanie kompozytowych włókien
polisacharydowo-białkowych z powodu ich potencjalnego wykorzystania jako materiały
pakujące oraz służące do uwalniania substancji aktywnych. Po raz pierwszy otrzymano
jadalne nanowłókna z roztworu octanu celulozy w 80 % kwasie octowym i albuminy jaja
kurzego w 50 % kwasie mrówkowym przy użyciu metody ”elektrospiningu” (Wongsasulak i
inni 2010). Zhang i inni (2011) otrzymali nowy rodzaj włókien otrzymywanych na bazie
celulozy i izolatu białek sojowych przy użyciu metody bezpośredniego rozpuszczania.
Tradycyjnym odczynnikiem do bezpośredniego rozpuszczania celulozy jest odczynnik
Schweizer’a, który jest wodnym amoniakalnym roztworem wodorotlenku miedzi(II). Pewne
modyfikacje tej metody są wciąż stosowane w przemyśle i chemii analitycznej (Burchard i
inni 1994). Ostatnio Ahmadi i inni (2015) otrzymali żele białek serwatkowych w procesie
żelowania na zimno z dodatkiem celulozy. Celuloza spowodowała osłabienie tekstury żeli
białek serwatkowych. W literaturze nie ma żadnych doniesień na temat mieszanych włókien
celulozy z białkami serwatkowymi lub albuminą jaja kurzego.
Cel badań
Celem
badań
było
zastosowanie
różnych
fizykochemicznych
właściwości
funkcjonalnych białek w celu otrzymania nowych produktów. Szczegółowe cele dla
poszczególnych publikacji wchodzących w skład osiągnięcia są następujące:
10
Załącznik 2
O.1, O.2. W literaturze nie ma żadnych doniesień na temat mieszanych żeli żelatyny, gumy
konjac i mączki chleba świętojańskiego i jest bardzo niewiele informacji na temat wpływu
gumy konjac na żele żelatynowe w technologii żywności. Celem tych badań było przebadanie
fizykochemicznych właściwości żeli w celu otrzymania matrycy żelowej o teksturze
odpowiedniej dla ludzi z trudnościami w przeżuwaniu i przełykaniu.
O.3, O.4. Na świecie nie są produkowane suplementy diety dla sportowców oraz osób
aktywnych
fizycznie
w
postaci
gazowanych
napojów
z
kreatyną
(O.3)
oraz
wysokobiałkowych suplementów łączących w sobie wysokowartościowe źródło białka z
wodą kokosową jako źródłem soli mineralnych (szczególnie potasu) oraz witamin (O.4).
O.5, O.6. Celem tych badań było użycie specjalnego izolatu albuminy jaja kurzego o niskiej
zawartości soli mineralnych w celu otrzymania nowych produktów. W literaturze światowej
nie ma żadnych doniesień na temat żeli otrzymywanych z komercyjnej albuminy jaja kurzego
przez indukowanie za pomocą jonów. Celem tych badań było otrzymanie żeli albuminy jaja
kurzego przy użyciu jonów wapniowych i przebadanie ich właściwości fizykochemicznych i
mikrostruktury (O.5). Żele albuminy jaja kurzego otrzymywane na gorąco i przedstawione w
literaturze dotyczą preparatów o wysokiej zawartości soli mineralnych. Zastosowanie
specjalnego preparatu o niskiej zawartości jonów dało możliwość otrzymania żeli o
zróżnicowanej zawartości jonów magnezu i zróżnicowanej mikrostrukturze. Żele te zostały
użyte jako suplement diety o regulowanym wydzielaniu magnezu. W badaniach został użyty
sztuczny żołądek (O.6).
O.7, O.8. W literaturze nie są znane badania nad mieszanymi włóknami otrzymanymi z
celulozy oraz białek serwatkowych i albuminy jaja kurzego. Celem badań było otrzymanie
mieszanych włókien celulozowo – białkowych przy użyciu metody bezpośredniego
rozpuszczania celulozy za pomocą odczynnika Schweizer’a i tworzenie włókien przez
jednoczesne formowanie się celulozy i żelowanie białek serwatkowych (O.7) lub białek
albuminy jaja kurzego (O.8) w procesie indukowania za pomocą kwasu siarkowego.
Przebadano właściwości reologiczne otrzymanych włókien kopolimerowych. Struktura
włókien została przebadana przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej, transmisyjnej
mikroskopii elektronowej, rozpraszania promieniowania X oraz spektroskopii ramanowskiej.
Wyniki i dyskusja
11
Załącznik 2
O.1. Całkowite stężenie substancji żelujących (żelatyna + KGM) zostało ustalone na
poziomie 6 % a zawartość KGM zmieniała się w zakresie od 0 – 0,5 %. Przygotowano dwa
rodzaje żeli: jeden bez żadnych dodatków (NA) i drugi zawierający 25 % sacharozy, 0,15 %
cytrynianu sodu i 0,25 % bezwodnego kwasu cytrynowego (żele DJ). Skład żeli DJ był
podobny do tych, które są produkowane komercyjnie. Temperatura żelowania była zawsze
niższa niż temperatura topnienia a cukier w żelach DJ powodował wzrost temperatury
żelowania i topnienia odpowiednio o 4 i 6 oC. KGM nie miał wpływu na temperaturę
żelowania i topnienia żelatyny. W takim razie dodatek tego polisacharydu nie ma wpływu na
zjawisko „rozpływania się” żelatyny w ustach. Wzrost stężenia KGM prowadził do wzrostu
modułu elastycznego. Wzrosty te były większe dla żeli DJ niż dla żeli NA. Wynika to
prawdopodobnie z działania KGM jako aktywnego wypełniacza powodującego wzrost
modułu elastycznego. Przez dodatek KGM można otrzymać żele o zróżnicowanej teksturze w
stosunku do żeli żelatynowych bez narażenia na ryzyko osób o upośledzonym procesie
przeżuwania. Aby przeanalizować akceptowalność mieszanych żeli przeprowadzono testy
analizy sensorycznej. Największą twardość stwierdzono dla żeli żelatynowych z dodatkiem
sacharozy. Dodatek KGM spowodował zmniejszenie się odczucia twardości zarówno dla żeli
NA jak i DJ. Wyniki te są zgodne z wartościami naprężenia przy pęknięciu, które zmniejszało
się wraz ze wzrostem stężenia KGM. Można więc konkludować, że sensoryczne odczucie
twardości zgadzało się z badaniami przy użyciu reologii dużych odkształceń a nie reologii
małych odkształceń. Sensoryczne odczucie twardości dla żeli DJ było skorelowane zarówno z
sensorycznym odczuciem trudności w przeżuwaniu, jak i przełykaniu. Wszystkie te trzy
wielkości zmniejszały się wraz ze wzrostem zawartości KGM. Dla żeli NA zarówno
sensoryczne odczucie trudności w przeżuwaniu jak i przełykaniu rosło wraz ze wzrostem
zawartości KGM ale wciąż pozostawało niższe niż dla żeli DJ. Zmniejszanie się
sensorycznego odczucia trudności w przeżuwaniu i przełykaniu żeli DJ związane
było
również z rosnącymi wartościami dla odczucia poślizgu. Rezultaty otrzymane dla żelu DJ
świadczą o tym że cel badań został osiągnięty, a mianowicie że dodatek KGM do deserów
opartych na żelatynie nie wpływa na bezpieczeństwo ich przeżuwania. Charakteryzując się
takimi samymi właściwościami topliwości jak czysta żelatyna, mieszane żele stanowią
alternatywę do produkcji deserów żelatynowych.
O.2. W celu stworzenia matrycy żelowej o teksturze odpowiedniej dla ludzi z problemami
przeżuwania i połykania, w stosunku do badań zaprezentowanych w publikacji O.1, dodano
12
Załącznik 2
jeszcze jeden składnik – mączkę chleba świętojańskiego (Locus Bean Gum - LBG). Dodatek
KGM i LBG do żeli o zawartości 4 % żelatyny spowodował wzrost wartości modułu
zachowawczego (G’) i stratności (G”). Dla wszystkich mieszanych żeli G’ było około 4 razy
większe niż G”, przy niskiej częstotliwości (0,1 Hz) i około 11 razy większe przy wysokiej
częstotliwości (10 Hz). Wskazuje to na lepkosprężystą relaksację, która występuje nawet przy
częstotliwościach powyżej 0,1 Hz. Wartości modułu elastycznego wskazują wyraźnie na to,
że LBG ma większy wpływ na reologię małych odkształceń żeli żelatynowych i powoduje
większe wzrosty G’. Jest to prawdopodobnie spowodowane wzrostem stężenia żelatyny
wywołanym przez LBG w procesie rozdziału faz, co prowadzi do wzrostu modułu
elastycznego (Alvez i inni 2000). Wpływ LBG i KGM na moduł elastyczny żeli
żelatynowych był odwrotny niż wpływ tych substancji na naprężenie graniczne przy
pęknięciu. Trójskładnikowe żele żelatyna/LBG/KGM charakteryzowały się mniejszymi
wartościami siły przebijania niż czyste żele żelatynowe i o podobnej wartości do sił
obserwowany dla binarnych żeli żelatyna/KGM i żelatyna/LBG. Odwrotny wpływ
polisacharydów roślinnych na reologię małych i dużych odkształceń żelatyny był już
wcześniej stwierdzony. Alvez i inni (2000) badając mieszane żele żelatyna/LBG stwierdzili,
że wzrost stężenia LBG powodował wzrost wartości G’ i zmniejszenie się maksymalnej siły
penetracji. Napowietrzanie żeli białek serwatkowych dawało struktury charakteryzujące się
większymi
wartościami
modułów
stratności
i
zachowawczego
w
stosunku
do
nienapowietrzonych żeli, ale z niższą wartością twardości TPA (Tomczyńska - Mleko 2009).
Napowietrzanie żeli białek serwatkowych z następującym po nim procesem ponownego
łączenia się żelu podczas spoczynku powodowało powstawanie bardziej homogennej
struktury, charakteryzującej się większą gęstością usieciowania, co dawało większe wartości
G’ a mniejsze wartości naprężenia przy pęknięciu. Wynikało to z wprowadzenia banieczek
powietrza, które powodowały obniżenie tego naprężenia (Tomczyńska – Mleko 2010).
Otrzymane wyniki pokazały, że mieszanie różnych hydrokoloidów prowadzi do otrzymania
żeli o różnych właściwościach reologicznych. Zarówno małe jak i duże odkształcenia
odgrywają rolę podczas procesu przeżuwania i przełykania. Czyste żele żelatynowe mogą
powodować problemy dla osób starszych z trudnościami w przeżuwaniu i przełykaniu.
Dodatek LBG i/lub KGM do żelatyny zmniejszał sensoryczne odczucie twardości. Jest to w
zgodzie z danymi otrzymanymi w procesie przebijania. Żele, które zostały uznane przez panel
jako najtrudniejsze do przeżuwania i przełykania były żelami żelatynowymi, oraz żelami
otrzymanymi przez dodatek 1 % LBG; 0,5 % KGM + 1 % LBG oraz 0,5 % KGM + 2% LBG.
Te mieszane żele charakteryzowały się również największą kleistością. Wydaje się że,
13
Załącznik 2
członkowie panelu mieli największe problemy z przeżuwaniem i przełykaniem twardych żeli
żelatynowych oraz miękkich, ale bardzo lepkich mieszanych żeli ze stosunkowo dużym
dodatkiem LBG. Paneliści oceniali lepkie żele jako trudne do przeżuwania, ponieważ
przyklejały się one do zębów oraz twardego podniebienia i nie mogły być zlokalizowane w
odpowiedniej pozycji w ustach aby efektywnie być rozdrabnianymi w procesie przeżuwania.
Żele ocenione jako najłatwiejsze do przeżuwania i przełykania zawierały 5% żelatyny, 1%
KGM i 0,5% LBG. Czyste żele żelatynowe są twardsze i charakteryzują się większym
poślizgiem i wobec tego mogą powodować trudności dla osób starszych z problemami
przeżuwania i połykania.
O.3. W niniejszych badaniach otrzymano nowe napoje o wysokiej zawartości białka.
Najniższe wartości oceny punktowej koloru stwierdzono dla napoju z koncentratem białek
serwatkowych (whey protein concentrate – WPC) z powodu żółtawego koloru proszku.
Najwyższe wartości dla smaku odnotowano dla napojów otrzymywanych z dodatkiem
odtłuszczonego mleka i WPC, prawdopodobnie z powodu największej słodkości pochodzącej
z najwyższego stężenia laktozy w tych napojach. Stwierdzono liniowe korelacje pomiędzy
lepkością a parametrami analizy sensorycznej oraz napięciem powierzchniowym i tymi
parametrami. Stwierdzono wysoką liniowa korelację pomiędzy lepkością i percepcją zapachu.
Nie znaleziono korelacji pomiędzy napięciem powierzchniowym i odczuciem zapachu,
ponieważ wzrost zawartości tłuszczu powoduje spadek napięcia powierzchniowego, ale
również wzrost stężenia związków zapachowych na granicy faz. Zmniejszenie lepkości oraz
napięcia powierzchniowego może powodować wzrost ruchliwości wody w roztworze co
prowadzi do wzrostu odczucia słodkiego smaku (Hutteau i inni 1998). Uważa się również, że
wzrost lepkości prowadzi do zmniejszenia się wydzielania się aromatów, jednakże wielkość
tego wpływu zależy od obecności innych składników (Malkki i inni 1993, Yanes i inni 2002).
Mniejsze wartości napięcia powierzchniowego wskazują na tworzenie się niepolarnych
regionów
posiadających
zdolność
do
wyłapywania
niskopolarnych
związków
odpowiedzialnych za powstawanie aromatów (Secouard i inni 2006).
Przeprowadzono badania stabilności kreatyny w napojach w okresie 30-u dni. Dla wodnych
roztworów 46,1 % kreatyny przekształciło się w kreatyninę. Dla różnych roztworów białek i
napojów stopień degradacji kreatyny zawierał się w przedziale 21,3 – 28, 9 %. Są to bardzo
dobre wyniki, jako że w napojach występujących na rynku znaleziono mniej niż 2 % kreatyny
w stosunku do 100 % deklarowanych na opakowaniu. Cukier posiadał również słaby efekt
ochronny, gdyż mniejszy stopień rozkładu kreatyny stwierdzono w roztworach z dodatkiem
14
Załącznik 2
cukru i w napojach. Wykres pomiędzy ln (stężenie kreatyny) w czasie przedstawiał linie
prostą co wskazuje na to, że degradacja kreatyny w roztworze do kreatyniny przebiegała za
pomocą kinetyki reakcji I rzędu. Taki sam rząd kinetyki był obserwowany przez Dasch’a i
Sawhney’a (2002). Stała prędkości degradacji I stopnia wynosiła 0,0205 dla wody i 0,0082
dla napojów z WPC. Dla reakcji I rzędu prędkość degradacji jest największa na początku
procesu. Średnia prędkość degradacji na dzień została obliczona z kąta nachylenia linii
korelacji. W moich badaniach wynosiła ona 0,151 mg/dzień/ml dla wody i 0,073 mg/dzień/ml
dla napojów z WPC. W praktyce przechowywanie 500 cm3 napoju w pojemniku przez 30 dni
prowadzi do strat kreatyny w ilości 2,3 grama w wodzie w stosunku do 1,1 grama napoju z
WPC. Pittas i inni (2010) stwierdzili, że kombinacja białek, węglowodanów i kreatyny jest
optymalna dla wydzielania insuliny i zatrzymywania kreatyny w organizmie. Obecne badania
pokazały, że pozytywna rola białek serwatkowych w mieszaninie z kreatyną jest nie tylko
związana z optymalizacją retencji kreatyny w organizmie przez wydzielaną insulinę, ale
również z ochronną rolą białek serwatkowych w stosunku do konwersji kreatyny do
kreatyniny.
Gazowane napoje z dodatkiem różnych białek i kreatyny mogą być interesująca ofertą dla
przemysłu spożywczego. Na światowym rynku nie znajduje się obecnie taki produkt. Napój o
objętości 500 cm3 dostarczałby 20 gramów wysokojakościowego białka i 5 gramów kreatyny.
Wydaje się, że z powodu najmniejszego stopnia degradacji kreatyny, jakości białka, ceny i
wysokiej wartości oceny sensorycznej napój z dodatkiem koncentratu białek serwatkowych
byłby najlepszym kandydatem dla wdrożenia w procesie produkcji przemysłowej.
O.4.
W niniejszych badaniach otrzymano nowy rodzaj deseru o wysokiej zawartości białek przy
użyciu wody kokosowej. Stężenie sodu w wodzie kokosowej było około 10 razy mniejsze niż
stężenie potasu, co powoduje, że stanowi ona doskonałe źródło tego ostatniego. Żelowanie
wstępnie ogrzewanych roztworów izolatu albuminy jaja kurzego i izolatu białek
serwatkowych indukowane przez dodatek 10% wody kokosowej, było monitorowane przy
użyciu
reologii
małych
odkształceń.
Zaobserwowano
wzrost
wartości
modułu
zachowawczego, co może być wyjaśnione wzrostem wielkości agregatów spowodowanym
efektem ekranowania przez jony obecne w wodzie kokosowej. Różnice we wzroście modułu
zachowawczego w czasie dla różnych białek odpowiadały zróżnicowanej mikrostrukturze
otrzymanych
żeli.
Dla
izolatu
albuminy
jaja
kurzego
zaobserwowano
strukturę
drobnousieciowaną. Inną strukturę zaobserwowano dla żeli izolatu białek serwatkowych.
15
Załącznik 2
Otrzymano żel ziarnisty o większej średnicy agregatów w stosunku do żelu otrzymanego z
albuminy jaja kurzego. Wzrost stężenia białka powodował powstawanie mocniejszych żeli
charakteryzujących się większymi wartościami modułów oraz większymi wartościami
spójności, przylegalności i żujności, co wpływa na sensoryczne odczucie tekstury żeli.
Stwierdzono liniową korelację pomiędzy parametrami profilowej analizy tekstury a lepkością
mierzoną przy użyciu lepkościomierza ultradźwiękowego. Liniowa korelacja została
znaleziona pomiędzy wartościami lepkości dynamicznej x gęstość a twardością TPA oraz
pomiędzy wartościami lepkości dynamicznej x gęstość i żujnością TPA (dla obu korelacji
R2=0,89). Dla żeli charakteryzujących się wyższą żujnością potrzeba więcej energii w
procesie przeżuwania, jako że więcej energii jest potrzebne aby przezwyciężyć siły tarcia
pomiędzy cząsteczkami żelu, co determinuje jego lepkość. Odkrycie mówiące o tym, że
tekstura otrzymanych żeli koreluje z lepkością badaną przy użyciu ultradźwięków, może być
zastosowane w przemyśle. Pomiary lepkości przy użyciu ultradźwięków z powodu swojego
niedestrukcyjnego charakteru pozwalają na pomiar właściwości
otrzymanych żeli
bezpośrednio na linii produkcyjnej. Analiza TPA jest metodą dużych odkształceń, w której
próbka musi być usunięta z linii produkcyjnej. Otrzymane żele były neutralne w smaku i
charakteryzowały się konsystencją gęstego naturalnego jogurtu. Stabilność otrzymanych żeli
była badana przez pomiar synerezy przy użyciu aparatu turbiscan. Transmisja światła przez
próbkę była mierzona w górnej i dolnej powierzchni próbki. Większą synerezę stwierdzono
dla próbek otrzymywanych z białka serwatkowego. Wraz ze wzrostem stężenia białka
obserwowano spadek synerezy. Większa synereza obserwowana dla żeli otrzymywanych z
izolatów białek serwatkowych może być wyjaśniona przez różnicę w mikrostrukturze.
Struktura ziarnista w porównaniu do struktury drobnousieciowanej charakteryzuje się
większymi porami, co umożliwia migrację fazy ciekłej (Laux i inni 2014, Foegeding i inni
1990). Właściwy skład mineralny wody kokosowej umożliwił powstawanie zarówno żeli
indukowanych przy użyciu jonów jak i żeli indukowanych na gorąco. Otrzymane żele z
izolatu jaja kurzego oraz izolatu białek serwatkowych z dodatkiem (indukowane pod
wpływem jonów) lub w wodzie kokosowej (indukowane na gorąco) mogą być doskonałym
suplementem, dostarczającym dużej ilości potasu oraz wysokowartościowych białek,
zawierających dużą ilość aminokwasów egzogennych. Zdolność badanych dyspersji do
tworzenia odpowiedniej tekstury może być wykorzystana do produkcji deserów i innych
produktów spożywczych. Potencjalne użycie jonów potasu z dodatkiem aromatów i witamin
byłoby gorszym rozwiązaniem dla produkcji tych suplementów, gdyż woda kokosowa
zawiera inne wartościowe składniki, takie jak mikroelementy, alkohole cukrowe, wolne
16
Załącznik 2
aminokwasy, fitohormony, enzymy, oraz czynniki wzrostu. Poza tym badania na
biodostępność makro i mikro elementów pokazały, że ich organiczne formy są bardziej
biodostępne niż nieorganiczne (Coudray i inni 2005).
O.5. W niniejszej pracy po raz pierwszy otrzymano indukowane jonami żele albuminy jaja
kurzego. Jako czynnik żelujący użyto jonów wapniowych. Stwierdzono wykładniczy wzrost
lepkości wraz ze stężeniem jonów wapniowych w żelach oraz wyższe wartości modułu
zachowawczego i stratności. Zaobserwowano wzrost modułów wraz z częstotliwością.
Charakterystyka reologiczna żeli odpowiadała tzw. słabym żelom fizycznym. Wzrost stężenia
jonów
wapniowych
powodował
wzrost
twardości,
przylegalności
oraz
żujności
indukowanych żeli, co było zgodne z wartościami obserwowanymi dla lepkości i ich
modułów.
Należało oczekiwać, iż będzie potrzebna większa energia do przeżuwania
twardszych i bardziej przylegalnych żeli. Stwierdzono liniową korelacje pomiędzy lepkością
dynamiczną x gęstość żeli a żujnością, twardością i przylegalnością ze współczynnikami
determinacji wynoszącymi odpowiednio 0,99; 0,98; oraz 0,82. Podobne korelacje
stwierdzono wcześniej dla żeli białek serwatkowych indukowanych przy użyciu magnezu
(Tomczyńska-Mleko i inni 2014). Zaobserwowano, iż żele, które charakteryzowały się
bardziej zagregowaną mikrostrukturą posiadały powierzchnie o większej chropowatości.
Stwierdzono liniową korelację pomiędzy różnymi współczynnikami chropowatości (R2 =
0,995). Żele otrzymane przez dodatek 25 lub 30 mM wapnia charakteryzowały się podobną
chropowatością powierzchni, co było zgodne z obserwowaną mikrostrukturą. Niniejsze
badania są pierwszymi na temat chropowatości żeli otrzymywanych z albuminy jaja kurzego.
Chropowatość powierzchni żeli może wpływać na ich zastosowanie jako matryce do
wydzielania substancji aktywnych. Tomczyńska Mleko i Mleko (2014) zaobserwowali, że
żele białek serwatkowych o różnej mikrostrukturze i różnej powierzchni kontaktu z pepsyną
w sztucznym żołądku charakteryzowały się zróżnicowanym czasem wydzielania aktywnych
składników. Zastosowanie w niniejszych badaniach izolatu jaja kurzego o niskiej zawartości
jonów umożliwiło otrzymanie żeli w procesie żelowania „na zimno” o zróżnicowanej
mikrostrukturze. Tego rodzaju żele z powodu różnej chropowatości powierzchni mogą być
użyte jako matryce do wydzielania substancji aktywnych o planowanym czasie wydzielania.
O.6.
W niniejszych badaniach zastosowano dodatek jonów magnezu w celu otrzymania żeli
albuminy jaja kurzego o niskim stężeniu białka. Był on konieczny do zwiększenia efektu
17
Załącznik 2
ekranowania łańcuchów białek i zmniejszenia odpychania pomiędzy jednoimiennie
naładowanymi cząsteczkami. Proces żelowania albuminy jaja kurzego pod wpływem
temperatury był monitorowany przy użyciu lepkościomierza ultradźwiękowego. Większe
stężenie jonów wapniowych powodowało wzrost lepkości tworzonego żelu. Podobne
zjawisko zaobserwowano dla badań prowadzonych przy użyciu reometru oscylacyjnego.
Otrzymane próbki żeli zachowywały się jak fizyczne słabe żele z wartościami modułu
zachowawczego większymi około 5 razy od wartości modułu stratności. Otrzymane żele
mogą być użyte jako suplement diety dla sportowców i ludzi aktywnych fizycznie. Izolat
albuminy jaja kurzego jest bardzo dobrym źródłem białka o bardzo dużej zawartości
aminokwasów egzogennych. Przeprowadzono badania wydzielania magnezu z żeli w
sztucznym żołądku. Dla badanych żeli otrzymano wartości współczynnika n w równaniu
Ritger’a i Peppas’a (1987) zbliżone do 0,4, co wskazuje, że mechanizmem odpowiedzialnym
za wydzielanie jonów z żeli był mechanizm dyfuzji. Wzrost stężenia jonów magnezowych
powodował wzrost szybkości ich wydzielania. Jest to prawdopodobnie związane z różną
mikrostrukturą
otrzymanych
żeli.
Przy
wyższym
stężeniu
jonów
magnezowych
zaobserwowano powstawanie bardziej zagregowanej mikrostruktury. Wyższe stężenie jonów
magnezowych powodowało powstawanie żeli o większej chropowatości. Również w tym
przypadku stwierdzono liniową korelację pomiędzy współczynnikami chropowatości (R2 =
0,99).
Większa chropowatość powierzchni powoduje prawdopodobnie szybszy proces
hydrolizy przy użyciu pepsyny zwiększając pole powierzchni. Otrzymane żele mogą być
użyte jako suplementy diety dostarczające duże ilości wysokowartościowego białka oraz
jonów magnezu.
O.7.
Dodatek izolatu albuminy jaja kurzego (Egg White Izolate – EWI) powodował wzrost
wartości modułów zachowawczego i stratności. Otrzymane biopolimery zachowywały się jak
słabe fizyczne żele z wartościami modułu zachowawczego kilka razy większymi niż moduły
stratności i z tendencją do wzrostu ich wartości wraz z częstotliwością. Włókna celulozowe
otrzymane w niniejszych badaniach charakteryzowały się luźną mikrostrukturą zawierającą
10 mikrometrowe wolne przestrzenie. Powierzchnia tych włókien była chropowata. Dodatek
EWI spowodował wzrost chropowatości z tendencją do tworzenia mikrowłókien, która nie
była obserwowana dla samej celulozy. W niniejszych badaniach czynnikiem żelującym były
jony hydroniowe pochodzące z kwasu siarkowego. Otrzymane włókna EWI bez dodatku
18
Załącznik 2
celulozy posiadały strukturę drobnousieciowanego żelu i bardzo gładką powierzchnię. Obrazy
otrzymane przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej pokazały, że włókna EWI
składały się z mikrowłókien o średniej średnicy około 80 nm. Zarówno we włóknach
celulozowych jak i celulozowo-białkowych stwierdzono istnienie krystalicznej celulozy.
Dyfraktogramy XRD pokazały pik krystaliczny przy 2θ = 21-23o podobny do tych, jaki był
prezentowany we wcześniejszych badaniach (Hult i inni 2003, Nazir i inni 2013). Celuloza
krystalizowała w postaci monoklinicznego systemu celulozy II (Kaduk 2013). Pik
zaobserwowany dla celulozy przy 2θ = 11,9o zniknął przy włóknach mieszanych, co sugeruje
zniszczenie
międzycząsteczkowych
wiązań
wodorowych
w
celulozie
przez
silne
oddziaływania pomiędzy cząsteczkami celulozy i EWI. W spektrum w podczerwieni dla
mieszanych włókien stwierdzono większą intensywność piku dla struktury beta pofałdowanej
kartki przy 976 cm-1, co świadczy o tym, iż oddziaływania pomiędzy EWI a celulozą
spowodowały tworzenie się struktur beta pofałdowanej kartki. Dla włókien mieszanych
stwierdzono mniejszy pik przy 1078 cm-1 reprezentujący grupy –C-OH, co jest
prawdopodobnie związane z oddziaływaniami pomiędzy celulozą a białkami albuminy jaja
kurzego (Ngarize i inni 2004). W spektrum celulozy nie stwierdzono piku przy 1113 cm -1 ,
który jest charakterystyczny dla celulozy I a nie dla celulozy II i amorficznej. Dla spektrum
białka najbardziej ważne są wibracje grupy amidowej I, przedstawiające rozciąganie wiązania
C=O i wibracje grupy amidowej II obrazujące deformacje wiązań N-H i rozciągania wiązań
C-N. Pik charakterystycznej wibracji grupy amidowej I stwierdzono przy 1670 cm -1 i grupy
amidowej II przy 1462 cm-1. Nieobecność piku przy 1692 cm-1 charakterystycznego dla
natywnego stanu białka udowadnia że białko EWI było zdenaturowane. W pracy otrzymano
pierwszy raz mieszane włókna celulozowo-białkowe na bazie albuminy jaja kurzego. Włókna
te zawierały jony Cu2+ o stężeniu 79 mM. Według WHO dzienne zapotrzebowanie na miedź
wynosi 1,3 mg, a górne bezpieczne spożycie miedzi wynosi 10 mg dziennie (WHO 1996,
Trumbo i inni 2001). Jako że miedź jest konieczna w etiologii i terapii różnych chorób (np. w
chorobie Menkesa i Wilsona) suplementacja żywności w ten pierwiastek może być w
niektórych przypadkach konieczna. Pacjenci mogliby otrzymywać do 4,37 grama włókien
celulozowo-białkowych dziennie. Otrzymane włókna mogą znaleźć potencjalne zastosowanie
jako nośnik do wydzielania leków i w inżynierii tkankowej. Celuloza z miedzią może być
użyta jako materiał antymikrobiologiczny (Emam i inni 2012).
O.8.
19
Załącznik 2
Dodatek izolatu białek serwatkowych do celulozy spowodował wzrost sztywności
otrzymanych włókien – nastąpił wzrost zarówno G” jak i G’. Można to wyjaśnić
powstawaniem połączeń pomiędzy cząsteczkami celulozy przy użyciu mikrowłókien
białkowych. Zarówno na powierzchni jak i w przekroju włókien WPI zaobserwowano gładką,
drobnousieciowaną strukturę. Otrzymane włókna utworzone były z agregatów białkowych o
bardzo małej średnicy, co powodowało, że były one przezroczyste. Zregenerowane włókna
celulozowe wykazywały zwartą strukturę, o pustych przestrzeniach wielkości kilku
mikrometrów. Cząsteczki celulozy ulegały samoorganizacji w strukturę fibrylarną. Fizyczna
regeneracja włókien zachodząca bezpośrednio z „roztworu” celulozy przebiega głównie przez
fizyczne usieciowanie i wiązania wodorowe (Zhang i inni 2010). Włókna mieszane były
bardziej gładkie niż celulozowe i zawierały mniejsze puste przestrzenie. Celuloza nie jest
trawiona w układzie pokarmowym człowieka natomiast otrzymane włókna utworzone z
celulozy i izolatu białek serwatkowych mogą znaleźć zastosowanie jako nowy materiał
posiadający zdolność do wydzielania aktywnych substancji. Wolne trawienie białek
serwatkowych tworzyłoby porowaty materiał z możliwością regulacji wydzielania substancji
aktywnych (Tomczyńska-Mleko i Mleko 2014, Tomczyńska-Mleko i inni 2014). Bardzo
interesującą mikrostrukturę zaobserwowano na powierzchni regenerowanych włókien
celulozowych. Zaobserwowano powstawanie hierarchicznej nanostruktury w kształcie kwiatu.
Strukturę krystalograficzną tej substancji scharakteryzowano przy użyciu dyfrakcji
promieniowania X. Badania te wykazały, że struktura ta jest złożona z sześciohydratu
siarczanu amonowo-miedziowego(II). Średnia grubość krawędzi „płatka kwiatu” wynosiła
około 90 nanometrów. Otrzymany materiał może być potencjalnie bardzo interesujący. Mikro
i nano materiały związków miedzi znajdują różnorodne zastosowania: otrzymywanie
sensorów, ogniw słonecznych i ich katalizatorów. Mogą tworzyć super hydrofobowe powłoki,
znajdujące wiele zastosowań, takich jak zjawisko samooczyszczenia się lub antykorozja.
Hierarchiczne
nanostruktury o
kształcie
kwiatu
otrzymane
z
CuO
są
dobrymi
fotokatalizatorami, przyspieszającymi degradację organicznych barwników i znajdują
potencjalne zastosowanie w oczyszczaniu wody i ochronie środowiska (Cheng 2009).
Otrzymana w naszych badaniach powierzchnia włókien celulozowych może być traktowana
jako nanoreaktor do „uprawy
kwiatów” z
sześciohydratu siarczanu amonowo-
miedziowego(II).
W mieszanych włóknach zaobserwowano wzrost intensywności piku przy liczbie falowej 970
cm-1, należącego do wibracji rozciągania wiązania grupy CO. Podobny pik jest
charakterystyczny dla struktury celulozy II a nie występuje w celulozie I (Zhbankov i inni
20
Załącznik 2
2002). Dla mieszanych włókien celulozowo-białkowych pik przy 1078 cm-1 jest o wiele
mniejszy niż dla włókien celulozowych, co obrazuje redukcję w ilości grup –C-OH
spowodowaną prawdopodobnie przez interakcje cząsteczek celulozy z cząsteczkami białek.
Również pik obserwowany dla celulozy przy liczbie falowej 1334 cm-1, który odpowiada
drganiom zginającym – C-OH, jest łagodniejszy niż dla mieszanych włókien, co również
sugeruje redukcję w liczbie tych grup spowodowaną przez oddziaływania pomiędzy celulozą
a białkami serwatkowymi. Dla włókien celulozowych nie znaleziono piku przy liczbie
falowej 1113 cm-1, który jest charakterystyczny dla celulozy I a nie występuje w przypadku
celulozy II oraz celulozy amorficznej. Zaobserwowano charakterystyczne piki w badaniu
włókien białkowych przy 518 cm-1, 758 cm-1 oraz 834-856 cm-1, które opowiadają
odpowiednio wiązaniom disiarczkowym, tryptofanowi oraz dubletowi tyrozynowemu białek
serwatkowych (Alomirah 2002). W niniejszych badaniach po raz pierwszy otrzymano
mieszane włókna z celulozy i białek serwatkowych, łącząc metodę tworzenia włókien
celulozowych z żelowaniem białek pod wpływem jonów hydroniowych. Otrzymane mieszane
włókna mogą być użyte w medycynie, inżynierii tkankowej oraz jako matryce do wydzielania
substancji aktywnych. Zastosowanie innej metody wydzielania włókien celulozowych i
poprawa wytrzymałości włókien mogłyby w praktyce służyć do otrzymywania włókien
używanych w przemyśle włókienniczym. Potencjalnie można by otrzymywać np. jadalne
tkaniny.
Literatura
Ahmadi M. i inni. Food Chem., 174, 97-103 (2015).
Alomirah H.F. Separation and structural characterization of alpha-lactalbumin and betalactoglobulin from whey products. Ph.D. Thesis. McGill University, Montreal, Canada
(2002).
Alves M.M. i inni. Int. J. Biol. Macromol., 21, 41-47 (2000).
Badran A.M., Cretin P. Nutr. Clin. Metabol., 23, 9-15 (2009).
Broersen K. i inni. J. Food Sci., 65, 1338-1342 (2000).
Buford T. i inni. J. Int. Soc. Sports Nutr., 4, 4-8 (2007).
Burchard W. i inni. Angew. Chem. Int. Ed., 33, 884-887 (1994).
Chen J. Food Hydrocoll., 23, 1–25 (2009).
Cheng G. B. Electr. Mater. Lett., 5, 201-204 (2009).
Cieślewicz A. i inni. J. Elem., 18, 317-327 (2013).
21
Załącznik 2
Cooper R. i inni . J. Int. Soc. Sports Nutr., 33, 1-11 (2012).
Coudray C. i inni. Magnes. Res., 18(4), 215-223 (2005).
Coxson P.G. i inni. Hypertens., 61, 564-570 (2013).
Croguennec T., Nau F., Brule G. J. Food Sci., 67, 608-614 (2002).
Dash A.K., Sawhney A. J. Pharmaceut. Biomed., 29, 939–945 (2002).
DebMandal M., Mandal S. Asian Pac. J. Trop. Med., 4, 241-247 (2011).
Emam H.E. i inni. Carbohyd. Polym., 90, 1345-1352 (2012).
Foegeding E.A. i inni. Food Hydrocoll., 9, 237–249 (1990).
Foegeding E.A. i inni. (2000). Hydrocolloids 1: Physical Chemistry and Industrial
Application of Gels, Polysaccharides and Proteins. Ed. K. Nishinari, Elsevier Science
Publishers, 357-366
Foegeding E.A., Barbut, S. J. Food Sci., 58, 867–871 (1993).
Ganguly S. i inni. AAPS Pharm. Sci. Tech., 4, 119-128 (2003).
Green H.J. Can. J. Physiol. Pharmacol., 69, 290-297 (1991).
Grzebisz W. J. Elem., 16, 299-323 (2011).
Gurhan G.C. i inni. N. Engl. J. Med., 328, 833-838 (1993).
Harrington J.C., Morris, E.R. Food Hydrocoll., 23, 460-467 (2009).
Holt D.L. i inni. J. Food Sci., 49, 137-141 (1984).
Hult E.L. i inni. Cellulose, 10, 103-110 (2003).
Hutteau F. i inni. Food Chem., 63, 9-16 (1998).
Ishihara H. i inni. Food Hydrocoll., 25, 1016-1024 (2011).
Kaduk J., Poly Crystallography Inc., Naperville, IL, USA; Blanton, T., Eastman Kodak
Company, Rochester, NY, USA., Private Communication (2013).
Kato A. i inni. J. Jap. Soc. Food Sci. Technol., 6, 252-258 (2011).
Laux D. i inni. J. Food Eng., 126, 62-64 (2014).
Li B. i inni. Food Res. Intern., 39, 544–549 (2006).
Malkki Y. i inni. Food Hydrocoll., 6, 525-532 (1993).
Mleko S. i inni. Agro Food Ind. Hi Tec., 21, 26-28 (2010).
Nazir M.S. i inni. Bioresources, 8, 2161-2172 (2013).
Ngarize S. i inni. Food Hydrocoll.,, 18, 49-59 (2004).
Nigel J.F., Marinos E. Clin. Chim. Acta, 175, 199-210 (1988).
Nishinari K. i inni. Food Hydrocoll., 6, 199–222 (1992).
Persky A.M., Rawson E.S. Agro Food Ind. Hi Tec., 21(4), 17-19 (2010).
Pittas G. i inni. J. Sports Sci., 28, 67-74, (2010).
22
Załącznik 2
Prades A. i inni. Fruits, 67, 87-107 (2012).
Preetha P.P. i inni. Food & Function, 3, 753-757 (2012).
Ritger P. Peppas N. J. Control Release, 5, 37-42 (1987).
Rosenzweig O. i inni. Drug Deliv., 20(3-4), 180-189 (2013).
Secouard S. i inni. Flavour Frag. J., 21, 8-12 (2006).
Tapiawala S. i inni. JAPI, 52, 505-506 (2004).
Tomczyńska-Mleko M. Milchwissenschaft - Milk Sci. Intern., 65, 180-183 (2010).
Tomczyńska-Mleko M., Mleko, S. Food Res. Intern., 62, 91-97 (2014).
Tomczyńska-Mleko M. i inni. Acta Aliment. Hung., 43, 465-472 (2014).
Tomczyńska-Mleko M. i inni. Food Sci. Technol. Res., 20, 60-64 (2014).
Trumbo P. i inni. J. Amer. Diet Assoc., 101, 294-301 (2001).
Vanniekerk P. J., Vanheerden I.V. S. Afr. Med. J., 83, 842-846 (1993).
Vardhanabhuti B., Foegeding E.A. J. Agric. Food Chem., 47, 3649-3655 (1999).
WHO/FAO/IAEA. World Health Organization, Geneva, Macmillan-Ceuterick, India-Belgium
(1996).
Wongsasulak S. i inni. J. Food Eng., 98, 370-376 (2010).
Yanes M. i inni. Food Hydrocolloid., 16, 605-511 (2002).
Yong J.W.H. i inni. Molecules, 14, 5144-5164 (2009).
Zhang S. i inni. Iran. Polym. J., 19, 949-957 (2010).
Zhang S. i inni. J. Eng. Fiber Fabr., 6, 31-37 (2011).
Zhbankov R.G. i inni. J. Mol. Struct. 614, 117-125 (2002).
5. Charakterystyka innych osiągnięć naukowych
5.1. Osiągnięcia naukowe przed doktoratem
Na
początku
moich
zainteresowań
naukowych
jako
doktorantka
prawa
żywnościowego studiująca na Uniwersytecie Marii Curie–Skłodowskiej w Lublinie
zainteresowałam się zależnościami pomiędzy prawem żywnościowym a technologią
żywności. Interesowało mnie to, jak prawo żywnościowe wpływa na możliwość powstawania
nowych technologii i vice versa, jak nowe technologie wymuszają zmiany w prawie
żywnościowym. W tym czasie opublikowałam dwie prace przeglądowe na temat prawnych i
technologicznych aspektów napromienienia kazeiny oraz produkcji deserów mlecznych
(II.C.1., II.C.2.). Byłam wówczas zatrudniona na stanowisku pracownika technicznego w
Katedrze Biotechnologii, Żywienia Człowieka i Towaroznawstwa Żywności Uniwersytetu
23
Załącznik 2
Przyrodniczego w Lublinie i zdałam sobie sprawę z tego, że moje zainteresowania bardziej
nachylają się w kierunku technologii żywności niż prawa żywnościowego. Zaczęłam
wówczas pomagać w pierwszych projektach badawczych pod kierunkiem prof. dr. hab.
Waldemara Gustawa. Pierwszy projekt badawczy dotyczył otrzymywania serów z
ultrafiltrowanego mleka. Badałam wpływ podpuszczki i transglutaminazy na produkcję sera
Feta i Danbo. Wyniki zostały opublikowane w 2008 roku (II.A.1.). Następny projekt dotyczył
badań nad wpływem -karagenu na żelowanie koncentratów białek serwatkowych (II.A.2.).
W tym okresie zdecydowałam się na robienie doktoratu w dyscyplinie ”technologia żywności
i żywienia człowieka”. Rozpoczęłam studia podyplomowe z Technologii Żywności na
Uniwersytecie Technologiczno-Przyrodniczym im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy
na Wydziale Technologii i Inżynierii Chemicznej, które ukończyłam w 2010 roku. W celu
rozwoju swoich umiejętności laboratoryjnych i poznania zaawansowanej aparatury oraz
metodologii naukowej pracowałam jeden miesiąc w 2009 roku jako specjalista do spraw
badań w Politechnice Loterańskiej (Laboratoire de Physico-chimie et Génie Alimentaires,
Institut National Polytechnique de Lorraine) w Nancy we Francji pod kierunkiem prof. dr.
Stephane Desobry. Moje badania dotyczyły otrzymywania powłok kazeinowych z kazeiny
micelarnej. Następnie przez okres jednego miesiąca w 2010 roku pracowałam jako specjalista
do spraw badań na Uniwersytecie w Edmonton, w Kanadzie (Faculty of Agricultural, Food
and Nutritional Science, University of Alberta). Prowadziłam badania pod kierunkiem prof.
dr. hab. Lecha Ozimka na temat właściwości serów otrzymywanych pod wpływem wysokiego
ciśnienia. Równocześnie w Lublinie prowadziłam badania na temat nowej metody oceny
zdolności żelowania białek serwatkowych. Opracowałam szybką metodę – test badający
zmętnienie, za pomocą którego możliwe było określenie jakości izolatów białek
serwatkowych za pomocą metody „płytkowej” (II.A.5.).
W tym czasie byłam również zainteresowana zjawiskiem odwracalności procesu żelowania
białek globularnych. Opierając się na tych właściwościach opracowałam metodę
otrzymywania napowietrzonych żeli z koncentratów białek serwatkowych. Z zakresu
powyższej tematyki opublikowałam kilka prac (II.A.3., II.A.4., II.A.6.). Jeden z
prowadzonych projektów badawczych dotyczył reologicznych właściwości tzw. „ciasta
anielskiego” wyprodukowanego z rozfałdowanej i ponownie sfałdowanej albuminy jaja
kurzego pod wpływem pH (II.A.8.). Zaczęłam interesować się w szerszym zakresie
zastosowaniem żeli na bazie białek serwatkowych jako potencjalnych nośników substancji
aktywnych (II.A.7.). Moim celem stało się opracowanie żelu, który pływając w żołądku
uwalniałby aktywne związki, wspomagając w ten sposób leczenie różnego rodzaju chorób.
24
Załącznik 2
Idealnymi dodatkami w modelu obrazującym proces wydzielania substancji aktywnych z
matrycy żelowej wydawały się jony metali. Jednakże matryca żelowa utworzona z
koncentratów białek serwatkowych zawierała zbyt wysoką zawartość natywnych jonów, co
uniemożliwiało badanie ich wpływu. Musiałam opracować system jednoczesnego
napowietrzania i żelowania roztworu izolatu białek serwatkowych w procesie „żelowania na
zimno”.
Opierając się na wstępnych wynikach badań wystąpiłam o grant finansowany przez
Narodowe Centrum Nauki w Krakowie, który otrzymałam 9 grudnia 2011 roku (grant numer
2011/01/N/NZ9/04563, pt.: Opracowanie metody otrzymywania napowietrzonych żeli białek
serwatkowych jako matryc do wydzielania substancji aktywnych. Większość badań służących
napisaniu pracy doktorskiej została wykonana w ramach tego projektu. Badania rozpoczęłam
od analizy zmian w strukturze drugorzędowej i napięciu powierzchniowym roztworów
izolatów białek serwatkowych pod wpływem pH i temperatury. Badania te pozwoliły na
określenie właściwości roztworów białek, które były wykorzystane w dalszych etapach
badań. Użyłam kilku różnych jonów (Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+), różnego stężenia białka oraz pH
do otrzymania matrycy żelowej o różnej mikrostrukturze. Prowadząc badania nad
napowietrzonymi żelami opracowałam nową metodę pozwalającą określić wielkości frakcji
gazowej zdyspergowanej w badanej napowietrzonej matrycy za pomocą pomiaru lepkości
przy użyciu lepkościomierza ultradźwiękowego (II.A.13.). Wykorzystałam napowietrzone
żele jako matryce do kontrolowanego uwalniania kationów metali w warunkach
symulowanego trawienia w sztucznym żołądku. W tym celu zastosowałam sztuczny żołądek,
zaprojektowany i skonstruowany w Katedrze Biotechnologii, Żywienia Człowieka i
Towaroznawstwa Żywności Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie przez Prof. dr hab., dr
h.c. multi Zdzisława Targońskiego. Napowietrzone żele były otrzymane przy użyciu metody
żelowania na zimno indukowanego przez jony wapnia, magnezu oraz żelaza(II). Tak powstały
nowy produkt charakteryzował się zróżnicowanymi właściwościami reologicznymi oraz
różną mikrostrukturą. Wartym podkreślenia jest fakt, iż otrzymane napowietrzone żele
charakteryzowały się stabilnością struktury przez okres 41 dni w temperaturze 7oC z
wyjątkiem jonów magnezowych. Dla napowietrzonych żeli indukowanych jonami wapnia
zaobserwowano spadek średniej średnicy banieczek powietrza, co mogło być spowodowane
uwalnianiem się powietrza przez kanaliki na granicy faz żel/powietrze. Włączenie banieczek
powietrza w matrycę żelową czyniło ją bardziej podatną na hydrolizę w sztucznym żołądku.
Całkowite wydzielenie jonów z matrycy nienapowietrzonych i napowietrzonych żeli
trawionych w sztucznym żołądku trwało kilka godzin, co umożliwia ich zastosowanie w
25
Załącznik 2
niższych odcinkach przewodu pokarmowego (żele nienapowietrzone) i jako pływające w
żołądku matryce żelowe (napowietrzone żele). Napowietrzone żele z dodatkiem jonów żelaza,
wapnia i magnezu mogą być użyte jako suplementy wzbogacające organizm ludzki w te
ważne mikroelementy. Przeprowadzone badania stały się podstawą do napisania mojej
dysertacji doktorskiej pod tytułem „Napowietrzone żele białek serwatkowych jako matryca
dla składników bioaktywnych”, którą obroniłam w 2012 roku przed Wysoką Radą Wydziału
Technologii Żywności Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie.
Promotorem mojej pracy doktorskiej był prof. dr hab. Waldemar Gustaw, który w tym czasie
pracował w Katedrze Biotechnologii, Żywienia Człowieka i Towaroznawstwa Żywności
Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie, w której ja również pracowałam. Otrzymałam
stopień doktora w dziedzinie nauk rolniczych w dyscyplinie „Technologia żywności i
żywienia człowieka” w specjalności „technologia mleka”.
5.2. Osiągnięcia naukowe po doktoracie
Wyniki otrzymane w doktoracie opublikowałam w postaci 7 oryginalnych prac
naukowych zamieszczonych w czasopismach z listy A Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa
Wyższego (II.A.10., II.A.11., II.A.12., II.A.13., II.A.15., II.A.16., II.A.17.).
Po doktoracie kontynuowałam badania na temat odwracalności procesu żelowania.
Badałam układy białek serwatkowych z mączką chleba świętojańskiego (II.A.9.). Żele po
zniszczeniu ich struktury były częściowo odwracalne i proces ten zależał od stężenia mączki.
Proces ten może być użyty do otrzymywania deserów mlecznych, które po napełnieniu nimi
opakowań wrócą do struktury żelowej.
Po doktoracie rozszerzyłam również swoje badania na temat właściwości
powierzchniowych
napowietrzonych
żeli
białek
serwatkowych,
które
częściowo
zaprezentowałam w swoim doktoracie. Wyniki opublikowałam w czasopiśmie „Food
Biophysics” (II.A.18.). Napowietrzone żele zostały otrzymane przy użyciu chlorku wapnia,
chlorku
magnezu,
chlorku
żelaza(II),
przez
indukowanie
żelowania
wstępnie
zdenaturowanych roztworów białek. Struktura otrzymanych żeli zależała od rodzaju i stężenia
dodanej soli. Wyższe stężenie soli powodowało powstawanie żelu o większym średnim
arytmetycznym odchyleniu profilu chropowatości oraz większej maksymalnej wysokości
chropowatości. Napowietrzone żele posiadające optymalne właściwości zatrzymywania we
wnętrzu matrycy banieczek powietrza charakteryzowały się podobną chropowatością
powierzchni. Za zmiany w zwilżalności żeli odpowiedzialna była topografia powierzchni. Kąt
26
Załącznik 2
zwilżania przez próbkę cieczy zależał od składowych jej napięcia powierzchniowego. Aby
określić całkowitą wartość swobodnej energii powierzchniowej zastosowano model oparty na
histerezie
kąta
zwilżania.
Podejście
oparte
na
składowych
swobodnej
energii
powierzchniowej pozwoliło tylko na obliczenie parametrów energii elektronów donorowych i
komponentu dyspersji w przypadku dodatku soli magnezu i żelaza. Zwilżalność zależąca od
rodzaju powierzchni została opisana dla powierzchni hydrofilowych przez model Wenzel’a, a
dla powierzchni hydrofobowych model Cassie-Baxtera.
Obecnie kontynuuję współpracę z Zakładem Zjawisk Międzyfazowych Uniwersytetu Marii
Curie-Skłodowskiej w Lublinie. Prowadzimy wspólne badania nad wykorzystaniem zimnej
plazmy do obróbki różnych powierzchni i wpływu tej obróbki na właściwości żeli nałożonych
na te powierzchnie. Przygotowujemy kilka publikacji z tej tematyki.
Innych rozszerzeniem moich badań do doktoratu było zastosowanie mojej metody
otrzymywania napowietrznych żeli białek serwatkowych do produkcji napowietrzonych żeli
albuminy jaja kurzego przez indukowanie za pomocą jonów wapniowych (II.A.23.).
Otrzymany materiał może być użyty do produkcji żywności oraz znaleźć zastosowanie w
innych aplikacjach, w inżynierii materiałowej oraz do uwalniania leków i nutraceutyków z
matrycy żelowej.
Po doktoracie zaczęłam współpracę z japońskimi ośrodkami naukowymi. Zostałam
zaproszona aby zaprezentować wyniki swoich badań na temat napowietrzonych żeli białek
serwatkowych na Międzynarodowym Seminarium na temat Hydrokoloidów Żywności, które
odbyło się 5 września 2012 roku w Osace. Pełne koszty udziału w tym seminarium zostały
pokryte przez organizatorów. Równocześnie zostałam zatrudniona na jeden miesiąc jako
specjalista naukowy w Osaka City University. Prowadziłam badania nad nowymi metodami
określania tekstury żeli w laboratorium światowej sławy specjalisty w reologii żeli,
prezydenta Japanese Society for Food Science and Technology, prof. dr. Katsuyoshi
Nishinari. Wykonywałam badania nad mieszanymi żelami białkowo-polisacharydowymi przy
użyciu metody rozciągania pierścienia oraz metody małych odkształceń wynalezionej przez
prof. Nishinari polegającej na wzdłużnych oscylacjach próbki. Wyniki swoich badań
zaprezentowałam na seminarium, które odbyło się na Wydziale Żywności i Żywienia w
Osaka City University. W Japonii zaczęłam współpracę z R & D Division, Institute of
Technology, Kewpie Corporation w Tokio. Rozpoczęłam badania nad temat zastosowania
nowych opatentowanych niskozmineralizowanych izolatów albuminy jaja kurzego do
otrzymywania nowych produktów spożywczych. W 2014 roku zostałam międzynarodowym
członkiem Japanese Society for Food Science and Technology. Wyniki moich badań były
27
Załącznik 2
omawiane w Handbook of Gels Technology, opublikowanym w 2014 roku dla japońskich
technologów żywności w języku japońskim przez prof. Nishinari. Obecnie prof. Nishinari jest
zatrudniony w Chinach i podjęłam dalszą współpracę zmierzającą do wspólnych badań ze
stroną chińską. Aktualnie złożona do wydawnictwa jest książka na temat nowych technologii
używanych w japońskim przemyśle spożywczym, której jestem współautorem.
Po obronie pracy doktorskiej kontynuowałam współpracę z European Journal
Magazine publikując w tym branżowym czasopiśmie prezentującym prace o charakterze
przeglądowym, mogące mieć zastosowanie aplikacyjne dla przemysłu. Po doktoracie
opublikowałam w powyższym czasopiśmie dwie prace przeglądowe (II.C.9., II.C.10.). Jedna
z nich dotyczyła możliwości wykorzystania napowietrzonych żeli białek serwatkowych
indukowanych jonami metali do projektowania nowych produktów (II.C.9.). W pracy tej
starałam się ukazać możliwości zastosowania mojej nowej metody do otrzymywania
napowietrzonych żeli, które byłyby bazą dla nowych produktów spożywczych. Inkorporacja
fazy powietrznej w matrycę żelową umożliwia zaprojektowanie produktu dietetycznego z
nowymi, pożądanymi właściwościami teksturalnymi i sensorycznymi. Tego typu żele mogą
znaleźć również zastosowanie w produkcji mlecznych deserów z podwyższoną zawartością
białka. Ostatnio zauważalny jest trend, zgodnie z którym przemysł mleczarski jest coraz
bardziej zainteresowany produkcją dietetycznych produktów spożywczych o podwyższonej
zawartości białka dla osób aktywnych fizycznie.
W mojej kolejnej pracy przeglądowej opublikowanej w European Dairy Magazine rozważam
celowość zastosowania białek serwatkowych jako składnika poprawiającego właściwości
chleba (II.C.10.). Dodatek preparatów białkowych stwarza nowe możliwości do produkcji
wyrobów piekarniczych o podwyższonej zawartości białka dla osób zainteresowanych
aktywnością fizyczną i sportem.
W 2013 roku rozpoczęłam współpracę z Instytutem Medycyny Wsi w Lublinie. Jako
rezultat tej współpracy opublikowałam dwie prace w czasopiśmie Journal of Pre-Clinical and
Clinical Research. Pierwsza z publikacji dotyczyła treningu siłowego i suplementacji diety w
Wojsku Polskim, na przykładzie wybranej jednostki wojskowej (II.B.1.). Badania ankietowe
wykazały, iż w ocenianej jednostce wojskowej większość żołnierzy była zaangażowana w
ćwiczenia siłowe. Większość żołnierzy trenowała 3-4 razy w tygodniu. Rezultaty badań
wykazały, że żołnierze posiadali dobrą wiedzę na temat metod treningowych oraz byli
świadomi tego, jakie konsekwencje może powodować przetrenowanie. Wszyscy respondenci
regularnie kupowali suplementy i wydawali na nie średnio ok. 100 zł miesięcznie. Na wybór
suplementu głównie wpływał jego skład. Interesujący jest fakt, że nikt nie zaznaczył, iż
28
Załącznik 2
kupował kreatynę lub wolne aminokwasy. Prawdopodobnie respondenci byli nieświadomi, że
kreatyna jest uważana za najlepszy legalny środek anaboliczny. Żołnierze głównie
zaopatrywali się w odżywki białkowe i białkowo-węglowodanowe. Podczas treningu 90%
żołnierzy piło wodę mineralną, a 10% napoje izotoniczne. 90% żołnierzy czerpało wiedzę
dotyczącą treningu z różnych źródeł, ale nie od instruktora. Badania wykazały, że żołnierze
posiadają dużą wiedzę dotycząca treningu siłowego, jednakże powinni być bardziej
wyedukowani na temat suplementów używanych do treningu.
Następna publikacja opublikowana wspólnie z Instytutem Medycyny Wsi dotyczyła problemu
zakrzepicy żył głębokich (deep venous trombosis - DVT) nogi (II.B.2.). Ta nagła choroba
stanowi problem dla tysięcy osób każdego roku. Pomimo wielu publikacji w czasopismach
medycznych, wiedza na temat ryzyka powstawania DVT jako powikłania pourazowego po
uszkodzeniu mięśni jest ograniczona. Celem prowadzonych badań było przestudiowanie
przypadku pacjenta cierpiącego na zakrzepicę żył głębokich i ocena czynników ryzyka w
powstawaniu DVT, która często kończy się śmiercią pacjenta. Powodem podjęcia niniejszych
badań był fakt, iż badany pacjent był członkiem mojej rodziny i posiadałam
całą
dokumentację medyczną i historię jego choroby. Zakrzepicę zdiagnozowano w tradycyjny
sposób za pomocą metody ultrasonograficznej. Przy pomocy elektrokardiografii stwierdzono
u pacjenta migotanie przedsionków. Wszystkie inne czynniki ryzyka zostały określone za
pomocą analizy historii choroby. Badania wykazały, że prawdopodobnymi czynnikami
rozwoju DVT były: uraz mięśni łydki, migotanie przedsionków, podróż samolotem,
intensywne ćwiczenia oraz pobyt w jacuzzi. Pacjent zaraz po urazie dalej starał się uprawiać
sport, co mogło przyspieszyć proces powstawania zakrzepów. Po 24 dniach od powstania
DVT badania przy użyciu ultrasonografii nie wykazały żadnej rekanalizacji żyły. Badania
wykazały, iż w przypadku osób odczuwających ból kończyn należy dokładnie studiować
czynniki, które mogły doprowadzić do zakrzepicy i zdiagnozować ją przy użyciu
ultrasonografii żył głębokich. Brak właściwej diagnozy i rozpoznania zakrzepicy może
prowadzić do dalszych komplikacji, albo nawet spowodować nagłą śmierć. Może to być
szczególnie ważne na terenach wiejskich z uwagi na to, iż praca na roli pociąga za sobą duże
ryzyko urazów kończyn. Te pozornie odległe badania wpisują się w moje zainteresowania
dotyczące suplementacji diety sportowców i osób aktywnych fizycznie, metod treningowych i
ich wpływu na organizm człowieka.
W latach 2012-2016 brałam udział w badaniach w kilku projektach badawczych i
byłam współautorem kilku publikacji. W grupie badawczej dr. hab. Bartosza Sołowieja
(Zakład Technologii Mleka i Hydrokoloidów Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie)
29
Załącznik 2
brałam udział w badaniach nad wpływem pH i modyfikowanych skrobi kukurydzianych na
teksturę, właściwości reologiczne i topliwość analogów sera topionego (II.A.14., II.A.24.).
W 2013 roku rozpoczęłam współpracę z naukowcami z Katedry Biotechnologii,
Żywienia Człowieka i Towaroznawstwa Żywności nad fizykochemicznymi właściwościami
glutenu. Celem prowadzonych badań było przebadanie właściwości reologicznych glutenu
otrzymanego z kilku odmian pszenicy z lat 2010, 20111, 2012 (II.B.3.). Po wymyciu glutenu
określono jego elastyczność i rozpływalność. W celu określenia właściwości reologicznych
glutenu używano następujących metod: rozciągania przy użyciu analizatora tekstury, pomiaru
lepkości przy użyciu lepkościomierza ultradźwiękowego oraz reologii dynamicznej przy
użyciu reometru oscylacyjnego. Zawartość białka w różnych odmianach pszenicy wahała się
pomiędzy 11,74 a 14,24 %. Stwierdzono istotne różnice we właściwościach reologicznych
glutenu otrzymanego z tej samej odmiany pszenicy w różnych latach. Gluten zachowywał się
jak materiał elastyczny, podobny do ziarnistych żeli, z tendencja do zmniejszania się modułu
zachowawczego w porównaniu do modułu stratności przy wyższych częstotliwościach, co
może sugerować pękanie wiązań. Stwierdzono liniową korelację pomiędzy lepkością
mierzoną przy użyciu ultradźwięków a maksymalną siła rozciągania oraz pomiędzy lepkością
glutenu a modułem zachowawczym. Wszystkie zastosowane metody reologiczne dały
rezultaty zgodne z podstawowym badaniem elastyczności glutenu, przeprowadzanym według
Polskiej Normy. Próbki o większej elastyczności charakteryzowały się wyższą lepkością,
wyższą
maksymalną
siłą
rozciągania,
oraz
wyższym
modułem
zachowawczym.
Fundamentalne metody reologiczne zastosowane w niniejszych badaniach mogą dać lepszy
wgląd w lepkosprężyste zachowanie glutenu, co może zostać wykorzystane w kontroli jakości
ciasta. W innej publikacji przedstawiliśmy wyniki badań dotyczące właściwości
reologicznych glutenu, otrzymywanego z sześciu nowych rodów pszenicy i określaliśmy
korelacje pomiędzy ich właściwościami (II.B.4.). Stwierdzono istotne różnice we
właściwościach reologicznych glutenu dla różnych rodów. Gluten zachowywał się jak
materiał lepkosprężysty z wartościami modułu zachowawczego kilka razy większymi od
modułu stratności. Dynamiczna analiza mechaniczna wykazała, że gluten może być
traktowany jak słaby żel fizyczny. Stwierdzono liniową korelację pomiędzy modułem
zachowawczym a maksymalną siłą rozciągania, co może dowodzić tego, że ten sam czynnik
jest odpowiedzialny za właściwości reologiczne małych i dużych odkształceń i
prawdopodobnie jest to stopień usieciowania glutenu.
Wspólnie z grupą badawczą dr. hab. Cezarego Kwiatkowskiego (Katedra Herbologii i
Technik Uprawy Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie) prowadziłam badania nad
30
Załącznik 2
zawartością różnych chemicznych składników w korzeniach marchwi (Daucus Carota L), w
zależności od stymulatorów wzrostu międzyplonów ścierniskowych (II.A.19.). Inne badania
dotyczyły zawartości błonnika pokarmowego, aminokwasów, dihydroksyfenoli i niektórych
makro i mikro składników w ziarnie konwencjonalnie i ekologicznie uprawianej pszenicy,
pszenicy orkiszowej oraz prosa. (II.A.21.).
W grupie badawczej dr Małgorzaty Kaweckiej-Radomskiej (Instytut Gleboznawstwa,
Inżynierii
i
Kształtowania
Środowiska
Uniwersytetu
Przyrodniczego
w
Lublinie)
wykonywałam badania na temat biochemicznych zmian w glebie terenów rekreacyjnych
spowodowanych przez ich użytkowanie. Próbki gleb pochodziły z placów zabaw, boisk
piłkarskich i stadnin koni (II.A.22.). Były to interesujące badania, które pokazały, że
użytkowanie terenów rekreacyjnych powoduje zmiany w składzie chemicznym i
biologicznym gleby. Większe obciążenie powoduje zmniejszenie się zawartości enzymów w
glebie. Wyniki badań pokazały, że zawartość metali ciężkich w glebie pochodzących z
placów zabaw była poniżej wartości dopuszczalnych. Tylko w przypadku jednego placu
zabaw i jednej stadniny koni stwierdzono podwyższoną zawartość kadmu. Monitorowanie
biochemicznych zmian w terenach rekreacyjnych, a szczególnie na placach zabaw, jest bardzo
ważne w celu zapewnienia bezpiecznego wypoczynku dla człowieka.
W 2014 roku założyłam grupę badawczą prowadzącą badania na temat otrzymywania
nowych biopolimerów opartych na białkach i glinokrzemianach. Bioplastiki otrzymywane na
bazie białek mogą być używane do produkcji nośników enzymów, matryc do kontrolowanego
uwalniania składników aktywnych, opakowań aktywnych i naturalnych włókien. Stosuje się
je w inżynierii tkankowej oraz do otrzymywania opatrunków medycznych. Zespół badawczy
opracował ostatnio biopolimery oparte na koncentracie białek serwatkowych oraz
montmorylonicie (II.A.20.). Otrzymano je jako żele indukowane pod wpływem ogrzewania a
następnie utwardzano je przez odparowanie wody. Suszenie żeli spowodowało powstawanie
bardzo twardego biodegradowalnego naturalnego materiału. Twardość otrzymanego
biopolimeru była około 3 razy większa niż twardość racicy krowy (Winkler B. and
Margerison J.K. Mechanical properties of the bovine claw horn during lactation. J. Dairy Sci.
2012, 95, 1714–1728). W celu otrzymywania biodegradowalnych naczyń zastosowano
utwardzanie przez odparowanie wody z mieszanych żeli złożonych z pszennego glutenu,
koncentratu białek serwatkowych i montmorylonitu (II.A.25.). Trójskładnikowe biopolimery
otrzymywano jako żele indukowane na gorąco, które następnie utwardzano przez
odparowanie wody. Dodatek 7 % montmorylonitu i 5 % białek serwatkowych do glutenu
spowodował około 4-krotny wzrost wartości modułu zachowawczego. Wzrost wartości
31
Załącznik 2
modułów wraz z dodatkiem montmorylonitu i koncentratu białek serwatkowych do glutenu
był prawdopodobnie spowodowany działaniem montmorylonitu, który zmniejszył mobilność
łańcuchów glutenu oraz możliwymi interakcjami pomiędzy glutenem a białkami
serwatkowymi przy użyciu wiązań disiarczkowych. Wzrost stężenia glutenu oraz dodatek
koncentratu białek serwatkowych i montmorylonitu spowodowały wzrost lepkości żeli
mierzonej przy pomocy rozpraszania ultradźwięków.
Odparowanie wody z żeli powodowało powstawanie bardzo twardego materiału
charakteryzującego się dużymi wartościami siły przebicia. Otrzymane żele były bardzo
plastyczne i z łatwością można było z nich formować dowolne kształty. Mogą one być użyte
do
otrzymywania
biodegradowalnych
naczyń
(np.
doniczek)
o
właściwościach
mechanicznych podobnych do niebiodegradowalnych produktów otrzymywanych z gliny.
Przeprowadzono również badania na temat biopolimerów otrzymywanych z glutenu, białek
serwatkowych oraz kaolinitu i określono ich biodegradowalność w różnych glebach. W celu
realizacji tych badań zgromadziłam naukowców z różnych specjalizacji: prof. dr. hab.
Stanisława Mleko, specjalistę od reologii polimerów (Zakład Technologii Mleka i
Hydrokoloidów Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie), dr Martę WesołowskąTrojanowską, prowadzącą badania nad zastosowaniem glutenu (Katedra Biotechnologii,
Żywienia Człowieka i Towaroznawstwa Żywności Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie),
dr Małgorzatę Kawecką-Radomską z Instytutu Gleboznawstwa, Inżynierii i Kształtowania
Środowiska
Uniwersytetu
Przyrodniczego
w
Lublinie,
prowadzącą
badania
nad
biodegradowalnością polimerów w różnych glebach oraz dr. Konrada Terpiłowskiego,
specjalistę fizykochemii powierzchni z Zakładu Zjawisk Międzyfazowych Uniwersytetu
Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie.
W przyszłości zamierzam aplikować o grant na temat biodegradowalnych
biopolimerów i w razie jego otrzymania być jego kierownikiem. Badania pragnę rozszerzyć o
biodegradowalne biopolimery z białkami roślinnymi.
Obecnie w budynku AGRO I Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie organizuję od
podstaw laboratorium badawcze zajmujące się analizą właściwości fizykochemicznych
żywności.
W moim dalszym rozwoju naukowym dużą rolę przywiązuję do rozszerzenia
współpracy z japońskimi oraz chińskimi ośrodkami badawczymi.
32
Załącznik 2
6. Podsumowanie dorobku naukowego
Szczegółowy wykaz opublikowanych prac naukowych zawiera Załącznik 4.
Przedstawiony w nim dorobek publikacyjny obejmuje 65 pozycji, w tym:
-
40 oryginalnych prac twórczych,
-
9 artykułów przeglądowych (w tym jeden z listy Journal Citation Reports),
-
7 rozdziałów w monografiach,
-
1 artykuł popularnonaukowy,
-
6 komunikatów naukowych na konferencje międzynarodowe,
-
2 komunikaty naukowe na konferencje krajowe.
6.1. Wskaźniki dokonań naukowych
- Sumaryczny impact factor publikacji naukowych, według listy Journal Citation Reports
(JCR) zgodnie z rokiem opublikowania (w przypadku publikacji z 2015 roku oraz z 2016
roku podano IF z roku 2014) : 33,453
- Suma punktów za publikacje zgodnie z rokiem opublikowania: 784,375
- Liczba prac opublikowanych w czasopismach znajdujących się w bazie Journal Citation
Reports wynosi 33 (łącznie 706 punktów, co stanowi 90% ich ogólnej liczby),
- Indeks Hirscha opublikowanych publikacji według bazy Web of Science: 5 (na dzień 17
marca 2016 roku)
- Liczba cytowań publikacji według bazy Web of Science: 77 (na dzień 17 marca 2016 roku)
6.2. Przed uzyskaniem stopnia naukowego doktora
Mój dorobek publikacyjny przed uzyskaniu stopnia naukowego doktora obejmuje
18 pozycji, w tym: 9 oryginalnych prac twórczych (w tym 7 w czasopismach znajdującym się
w bazie Journal Citation Reports), 7 prac przeglądowych (w tym jedna w czasopiśmie
znajdującym się w bazie Journal Citation Reports i 2 w innym czasopiśmie zagranicznym w
języku angielskim), 1 komunikat na konferencję zagraniczną i 1 komunikat na konferencję
krajową.
6.3. Po uzyskaniu stopnia naukowego doktora
Po uzyskaniu stopnia naukowego doktora mój dorobek publikacyjny powiększył się
o 47 pozycji. Opublikowałam 31 oryginalnych prac twórczych, w tym 25 w czasopismach
znajdujących się w bazie Journal Citation Reports. Ponadto jestem autorem lub współautorem
2 prac przeglądowych w czasopiśmie zagranicznym w języku angielskim, 7 rozdziałów w
33
Załącznik 2
monografiach, 5 komunikatów na konferencje międzynarodowe, 1 komunikatu na konferencję
krajową oraz 1 artykułu popularno-naukowego.
6.4. Liczbowe zestawienie dorobku naukowego
Rodzaj publikacji
Przed doktoratem
Punkty
Liczba
IF
MNiSW
ŁĄCZNIE
Punkty
Liczba
MNiSW
Po doktoracie
Punkty
Liczba
IF
MNiSW
IF
Oryginalne prace
twórcze
9
138
4,24
31 (8*)
601
(185*)
28,973
(11,321*)
40
739
33,213
Artykuły
przeglądowe
7
17,375
0,24
2
-
-
9
17,375
0,24
Rozdziały
w monografiach
-
-
-
7
28
-
7
28
-
Artykuły
popularno naukowe
-
-
-
1
-
-
1
-
-
Komunikaty
naukowe
2
-
-
6
-
-
8
-
-
65
784,375
33,453
639
28,973
(185*)
(11,321*)
*
wchodzące w skład osiągnięcia naukowego, o którym mowa w art. 16 ust. 2 ustawy
RAZEM
18
155,375
4,48
47 (8*)
6.5. Zestawienie czasopism, w których opublikowano prace naukowe
Czasopismo
Punkty
MNiSW*
Liczba prac
Przed doktoratem
Czasopisma znajdujące się w bazie Journal Citation Reports (JRC)
Food Hydrocolloids
45
Carbohydrate Polymers
40
Food Research International
40
LWT - Food Science and Technology
32
1
Food Biophysics
30
Journal of Polymers and the
30
Environment
European Food Research and
25
Technology
Journal of Texture Studies
25
Agricultural and Food Science
25
Environmental Earth Science
25
Journal of Inorganic and Organometallic
20
Polymers
Journal of Food Process Engineering
20
Czech Journal of Food Sciences
20
Milchwissenschaft – Milk Science
20/15
4
International
Po doktoracie
Suma
punktów
1
1
1
1
45
40
40
32
30
1
30
2
50
1
1
1
25
25
25
1
20
1
2
20
40
2
110
34

autoreferat - Wydział Technologii Żywności

Transkrypt

Podobne dokumenty

pobierz plik artykułu - Inżynieria i Aparatura Chemiczna

Zagadnienia do egzaminu

Rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) nr 246/2013 z dnia 19

Pisak MAGNETYCZNY Pióro MAGNETYCZNE do

Plan wykładów