1. Charakterystyka właściwości prozdrowotnych soplówki jeżowatej.

Soplówka jeżowata (Hericium erinaceus) jest gatunkiem grzyba o wysokich właściwościach prozdrowotnych. W prowadzonych długoterminowych testach nie wykazano jej toksyczności, w tym genotoksyczności, względem organizmu człowieka (Chen i in. 2022).

W literaturze naukowej można znaleźć liczne doniesienia potwierdzające, że metabolity wtórne wytwarzane w owocnikach soplówki jeżowatej wykazują m.in. aktywność antyoksydacyjną, przeciwzapalną, przeciwalergiczną, bakteriobójczą, łagodzą stany depresyjne (Khan i in. 2013, Phan i in. 2014, Friedman 2015, Sokol i in. 2015, Jiang i in. 2016, Li i in. 2018, Hetland i in. 2020). Polisacharydy, β- i α-glukany, wykazują z kolei działanie immunostymulujące i przeciwnowotworowe, wspierają prawidłową kondycję mikrobiomu i obniżają poziom cholesterolu (Malinowska i in. 2008, Kim i in. 2011a, 2011b, Diling i in. 2017a, 2017b, He i in. 2017, Yang i in. 2021).

dla Hericium erinaceus metabolity, hericenony i erinacyny, wykazują zdolność do pobudzania syntezy czynnika wzrostu nerwów (NGF), co jest niezwykle istotne we wspieraniu terapii chorób neurodegeneracyjnych, takich jak np. choroba Parkinsona, Alzheimera, Huntingtona, stwardnienie rozsiane oraz wspomaganiu prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego i mózgu, w tym przebiegu procesów związanych z pamięcią i koncentracją (Phan i in. 2014, Li i in. 2018, Skubel i in. 2022). Szeroki przegląd literatury naukowej oraz wyniki badań własnych związanych z pozyskiwaniem oraz analizą metabolitów wtórnych soplówki jeżowatej omawia w swej pracy dr Wojciech Krzyczkowski (Krzyczkowski, 2012).

2. Wpływ warunków uprawy na plonowanie i jakość owocników soplówki jeżowatej.

W pierwszym etapie wykonywanych prac B+R zamierza się wykonać optymalizację procesu uprawy soplówki jeżowatej. Będzie ona obejmowała modyfikację podłoży uprawowych poprzez dodatek produktów odpadowych rolnictwa ekologicznego (w tym łuski kawy, wytłoki aronii). Powszechnie wiadomo, że wysokość plonowania oraz zawartość związków bioaktywnych w owocnikach uprawianej soplówki jeżowatej jest ściśle powiązana ze składem zastosowanego podłoża (Siwulski i Sobieralski, 1998, 2005, Pawlak i in., 2003, Siwulski i Zawirska-Wojtasiak, 2007).

Najczęściej podłoże uprawowe zawiera trociny drzew liściastych i dodatki takie jak: słoma pszenna i ryżowa, łuski bawełny, kolby kukurydzy, otręby lub ziarna zbóż, odpady z produkcji trzciny cukrowej, śrutę kostną i sojową, sacharozę. Stosuje się również fortyfikację podłoży poprzez dodatek mikro- i makroelementów oraz antyoksydantów, co znacznie wpływa na funkcjonalność prozdrowotną owocników soplówki jeżowatej.

Zawartość związków aktywnych w owocnikach grzyba zależy również od zastosowanej odmiany (Siwulski in., 2009). W związku z tym planuje się wprowadzić do uprawy 4 różne odmiany grzyba, aby wyselekcjonować odmianę o najwyższych parametrach jakościowych i funkcjonalnych.

W trakcie uprawy grzybów największe zagrożenie stanowi rozwój pleśni i innych drobnoustrojów, co ma niekorzystny wpływ na plonowanie i zawartość związków bioaktywnych w owocnikach (Kim i in., 2016, Ghimire i in., 2021). Dodatkowo drobnoustroje obecne w owocnikach grzybów stanowią zagrożenie bezpieczeństwa konsumenta (Kragh i in., 2022). W związku z tym, aby ograniczyć zanieczyszczenie mikrobiologiczne środowiska hali uprawowej i podłoży zamierza się wykorzystać oczyszczacze powietrza wykorzystujące zjawisko zimnej plazmy i fotokatalitycznej oksydacji.

Oczyszczacze te działają na zasadzie emisji mieszaniny zjonizowanych i niezjonizowanych cząsteczek, atomów w stanie podstawowym i wzbudzonym, wolnych rodników, w tym reaktywnych form tlenu (ang. reactive oxygen species, ROS) i azotu (ang. reactive nitrogen species – RNS) oraz elektronów i fotonów. Te reaktywne cząsteczki uszkadzają komórki mikroorganizmów poprzez dezintegrację ściany i błony komórkowej oraz degradację materiału genetycznego (Katsigiannis i in., 2022, Veerana i in., 2022). Zastosowany nowatorski sposób dezynfekcji środowiska uprawy grzybów umożliwi wzrost plonowania i zanieczyszczenia owocników zarodnikami pleśni i innymi drobnoustrojami.

Ostatecznie w tym etapie zostanie wykonana ocena jakości sensorycznej owocników 4 odmian soplówki jeżowatej, ocena zawartości związków bioaktywnych (antyoksydantów, β- i α-glukanów) oraz ocena jakości mikrobiologicznej, co pozwoli wytypować odmianę o najwyższych parametrach jakościowych i funkcjonalnych, która będzie surowcem do produkcji suszu i produktów na bazie suszu w kolejnych etapach realizacji projektu.

3. Wpływ innowacyjnej technologii produkcji na jakość i funkcjonalność suszu i produktów na bazie suszu.

Zawartość związków bioaktywnych w trakcie procesów przetwórstwa grzybów w dużej mierze jest uzależniona od zastosowanych warunków. W przypadku procesu suszenia owocników soplówki jeżowatej bardzo ważnym parametrem jest czas i temperatura suszenia (Gąsecka i in., 2020). W trakcie realizacji projektu zamierza się wykorzystać pilotażową innowacyjną linię technologiczną do produkcji suszu, zawierającą prototypowe urządzenia wyposażone w moduły do dezynfekcji zawierające generatory zimnej plazmy (suszarnie do grzybów i młynek), co pozwoli na higieniczny proces produkcji suszu (Katsigiannis i in., 2022, Veerana i in., 2022).

Aby maksymalnie obniżyć straty związków aktywnych przed procesem suszenia zamierza się zastosować elektroporację komórek grzyba z wykorzystaniem pulsującego pola elektrycznego (PEF, pulsed electric field). Obróbka wstępna pulsującym polem elektrycznym (PEF) stanowi obiecującą technologię pozwalającą na skrócenie czasu i obniżenie temperatury suszenia, przez co proces staje się energooszczędny, a otrzymany susz cechuje się wysoką jakością prozdrowotną w porównaniu do konwencjonalnych metod suszenia (Liu i in., 2019, Ostermeier i in., 2020). Dodatkowo dochodzi do obniżenia stopnia zanieczyszczenia mikrobiologicznego surowca, gdyż elektroporacja PEF niszczy komórki drobnoustrojów.

Ostermeier i in. (2018) wykazali, że zastosowanie PEF jako obróbki wstępnej skutkowało nawet 30% skróceniem czasu suszenia cebuli. Warto zauważyć, że dodatkowy nakład energii na obróbkę PEF (0,2–20 kJ/kg) jest stosunkowo niski, biorąc pod uwagę nakład energii na rzeczywisty proces suszenia (4–6 MJ/kg odparowanej wody). Wykorzystanie PEF przed procesem suszenia pozwala na uzyskanie produktu o wysokiej jakości, oszczędność energii, zmniejszenie kosztów, zwiększenie przepustowości i osiągnięcie celów zrównoważonego rozwoju. W związku z tym, że znaczna grupa konsumentów preferuje spożywanie kapsułkowanych produktów o zdefiniowanej wartości odżywczej, planuje się wytworzenie produktów kapsułkowanych na bazie suszu z owocników soplówki jeżowatej z wykorzystaniem dodatku mikrokapsułek zawierających ekologiczne zliofilizowane wytłoki aronii.

Wytłoki aronii wykazują silne właściwości antyoksydacyjne oraz działanie przeciwgrzybicze (Zhang i in. 2021; Sady i in. 2021). Jednakże związki bioaktywne zawarte w wytłokach są bardzo wrażliwe na zewnętrzne warunki środowiskowe, przetwarzanie i przechowywanie (temperatura, tlen, światło) oraz warunki panujące w przewodzie pokarmowym (pH i enzymy).

W związku z tym, w celu zachowania bioaktywności oraz utrzymanie aktywnej formy biomolekuł, wydłużenie okresu trwałości oraz ukierunkowanego uwalniania w organizmie w całej długości przewodu pokarmowego planowane jest zastosowanie mikrokapsułkowania na bazie skrobi z korzenia kudzu oraz inuliny. Skrobia z korzenia kudzu wykazuje silne działanie przeciwzapalne względem kolonocytów, stosowany w leczeniu stanów zapalnych jelit (Wang i in. 2020). Natomiast inulina wykazuje właściwości immunomodulatora oraz stanowi pożywkę dla mikrobiomu jelitowego (Gibson & Kolida, 2007; Silva, Cooper, & Petrovsky, 2004).

Produkcja suszu kapsułkowanego będzie przebiegała z wykorzystaniem pilotażowej linii technologicznej, w której skład będzie wchodziła prototypowa suszarka rozpyłowa oraz kapsułkarka wyposażone w moduły do dezynfekcji. Suszarka rozpyłowa jest najtańszą metodą mikrokapsułkowania czyli zabezpieczania bioaktywnych substancji poprzez ich zamknięcie wewnątrz innego materiału (Gharsallaoui i in. 2007). Umożliwi to zabezpieczenie substancji bioaktywnych w wytłokach aronii oraz kontrolowane i stopniowe uwalnianie tych substancji w całej długości przewodu pokarmowego.

Efektem końcowym realizacji operacji będzie susz z owocników soplówki jeżowatej, susz kapsułkowany oraz susz kapsułkowany z dodatkiem mikrokapsułek zawierających ekologiczne wytłoki aronii o wysokich parametrach jakościowych i funkcjonalnych.