Biorefining Protein from UK Grasslands - Can We Combine Novel Protein with Surplus Bread Crusts to Sustainably Feed Healthier Food to More People?

来自英国草原的生物精炼蛋白质 - 我们能否将新型蛋白质与剩余面包皮结合起来,以可持续方式为更多人提供更健康的食物?

基本信息

  • 批准号:
    2644513
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

British grassland farming covers 72% (12.6 million ha) of the utilised agricultural area, supporting 9.7 and 34 million cattle and sheep respectively1. Coupled with the drive towards zero-carbon 2040, diversification away from livestock production and plant-protein imports (e.g. Soya and other pulses) to alternative on-shore grown plant-protein fit for human consumption may provide longer-term environmentally beneficial economic security for UK farmers.The opportunity for plant-protein production on an existing agricultural level exists within the UK. Approximately 70% of the UK's commercial forage grass (Loillium/Festuca spp. <10% crude protein) and clover (Trifolium spp. <20% crude protein) varieties have been bred at Aberystwyth University (AU). Previous research has demonstrated that this protein is readily extractable as a liquid stream following pressing of grass and/or clover, while the remaining fibre can be used as an animal feed showing nutritional equivalence with the original grass (lamb trials-STARS project AU, beef trials-Aarhus University2,3). Furthermore, grass contains soluble fructan (-2,1 and -2,6-fructosylpolysaccharides, 20% DM), an effective pre-biotic (AU; UK & European Patent, US patent filed). Red clover juice, also contains secondary metabolites (phytoestrogens and pinitol etc.) with known nutraceutical/functional properties. Both of these perennial crops sequester carbon, while clovers have the added advantage of nitrogen fixation, thereby reducing fertiliser inputs. A method to convert this protein-rich material into a protein-rich food ingredient and/or product is through co-fermentation processes (e.g. tempeh production). However, most of the native bacteria used are pathogenic (i.e. Klebsiella pneumoniae)4, thus the investigation of alternative co-culture with a GRAS status organism, will not only be of nutritional value, but also regulatory and marketing benefit.Vegetarian and flexitarian diets are a growing, long-term trend, with the latter achieving 9% growth per annum. Among the future needs of these discerning consumers are a strong preference for non-GM, ethically sourced plant-protein supported by traceable supply chain credentials ensuring environmental and socially responsible farm to fork manufacture. Samworth Brothers Ltd (SBL) are a leading UK sandwich provider; producing 30-50 tonnes per week of excess bread crusts from their manufacturing operations whose disposal route is as animal feed. Using plant-protein from UK grown crops to keep this bread in the human food chain is a future aspiration of Samworth Brothers. The development of new protein-rich ingredients involves many challenges to the food industry as the product must have a high nutritional value (amino acid profile and digestibility), no allergenicity, adequate technological properties (e.g. solubility, foamability etc.), acceptable flavour and mouthfeel (astringency). Through co-fermentation anti-nutritional factors can be degraded, protein structures are developed, and other metabolites (vit B12) and flavours (umami) are produced; thus, controlling the substrate, organism and process could help develop a novel biorefining process producing high quality vegetable protein-rich food product(s).The hypothesis to be tested in this studentship is: Protein-rich juice extracted from forage grass/clover and combined with surplus bread crusts can undergo bioconversion by mixed microbial consortia producing a safe, sustainable, novel human food ingredient from grasslands (fig1).The objectives of this studentship are: 1) Optimisation of extraction, concentration and purification of grass/clover juice rich in protein and nutraceuticals (fructans, phytoeostrogens and pinitol).2) Development of a biorefining process for protein-rich juice through solid-state Lactobacillus spp., Propionibacterium freundenreichii (GRAS) and Rhizopus spp fermentation, using excess bread crusts as a scaffold (laboratory and pilot plant s
英国的草地农业占已利用农业面积的72%(1260万公顷),分别饲养了970万头牛和3400万只羊。再加上2040年零碳排放的推动,从畜牧业生产和植物蛋白进口(如大豆和其他豆类)转向适合人类消费的岸上种植植物蛋白的多样化,可能会为英国农民提供长期的环保经济保障。在英国现有的农业水平上,植物蛋白生产的机会是存在的。英国大约70%的商业牧草(Loillium/Festuca spp. <10%粗蛋白质)和三叶草(Trifolium spp. <20%粗蛋白质)品种是在阿伯里斯特威斯大学(AU)培育的。先前的研究表明,在压榨草和/或三叶草后,这种蛋白质很容易作为液体流提取,而剩余的纤维可以用作动物饲料,显示与原始草的营养相当(羔羊试验- stars项目AU,牛肉试验-奥胡斯大学2,3)。此外,草含有可溶性果聚糖(-2,1和-2,6-果糖多糖,20% DM),一种有效的益生元(AU;英国和欧洲专利,美国专利申请)。红三叶草汁还含有次生代谢物(植物雌激素和蒎醇等),具有已知的营养/功能特性。这两种多年生作物都能固碳,而三叶草具有固氮的额外优势,从而减少肥料投入。将这种富含蛋白质的材料转化为富含蛋白质的食品成分和/或产品的方法是通过共发酵过程(例如豆豉生产)。然而,大多数使用的本地细菌是致病性的(如肺炎克雷伯菌)4,因此研究与GRAS状态生物的替代共培养不仅具有营养价值,而且具有监管和营销效益。素食主义者和弹性素食主义者的饮食是一个增长的长期趋势,后者每年增长9%。在这些挑剔的消费者的未来需求中,有一种强烈的偏好是非转基因的,道德来源的植物蛋白,由可追溯的供应链证书支持,确保对环境和社会负责的农场到餐桌制造。Samworth Brothers Ltd (SBL)是英国领先的三明治供应商;每周生产30-50吨多余的面包皮,其处理方式是作为动物饲料。使用来自英国种植作物的植物蛋白使这种面包留在人类食物链中是Samworth兄弟公司未来的愿望。开发新的富含蛋白质的成分对食品工业来说是一个挑战,因为产品必须具有高营养价值(氨基酸分布和消化率),无过敏性,适当的技术性能(如溶解度,起泡性等),可接受的风味和口感(涩味)。通过共发酵,可以降解抗营养因子,形成蛋白质结构,并产生其他代谢物(维生素B12)和风味(鲜味);因此,控制底物、生物和过程可以帮助开发一种新的生物精制工艺,生产高质量的富含植物蛋白的食品。本研究要验证的假设是:从牧草/三叶草中提取的富含蛋白质的汁液,与剩余的面包皮结合,可以通过混合微生物群落进行生物转化,从草原中生产出安全、可持续、新颖的人类食品成分(图1)。本研究的目标是:1)优化富含蛋白质和营养成分(果聚糖、植物雌激素和蒎醇)的草/三叶草汁的提取、浓缩和纯化。2)以面包渣为原料,通过固态乳酸杆菌、无酸丙酸杆菌(GRAS)和根霉(Rhizopus)发酵制备富含蛋白质的果汁(实验室和中试)

项目成果

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