Tallinna Tehnikaülikoolis on erialane kompetents ja professionaalsed õppejõud – tagamaks koolituse kõrget taset, viivad kursuseid läbi oma ala spetsialistid nii TTÜst kui ka mujalt
Toiduteadus ja -tehnoloogia
Eesmärgid ja uurimistemaatika
1. Uurimisgrupi eesmärgiks on läbi teadus- ja rakendusuuringute ning õpetustegevuse aidata muuta Eesti inimese toitumist tervislikumaks. Toidud peavad olema maitsvad ja süües õigetes kogustes tervist toetavad. Analüüsime toidusüsteemides toimuvaid protsesse alates toormest, selle käitlemisest kuni inimese tarbimiseelistuste ja seedimiseni. Selleks rakendame nii sensoorseid, bioloogilisi, keemilisi, füüsikalisi ja matemaatilisi uurimisvõtteid. Uurimisvõtete paljusus ja kaetus oma ala ekspertidega võimaldab lahendada laia ringi toidu käitlejate ette kerkivaid probleeme.
2. Teaduspõhine toidutööstuse protsesside arendamine suurema väärtuslisandiga tootmise suunas. Tegeleme protsessidega, mis võimaldavad parandada toodete kvaliteeti, suurendada protsessi saagiseid, ning võimaldada kuluefektiivsemat tootmist. Samuti uurime ka uudsete alternatiivsete toidutoormete kasutamist.
Uurimismeetodid
Uuringute läbiviimiseks kasutame komplektselt ja vastavalt vajadusele:
Sensoorsed meetodeid s.h. SPME-GC/MS-olfaktomeetria toidu maitse ja aroomi kvantitatiivsel analüüsil ning tarbija eelistusuuringutes.
Bioloogilisi meetodeid mikroobikooslusluste uuringutes toidus, käitlemisettevõtetes, inimese seedetraktis ja muudes toidusüsteemides ning nendega seotud probleemide lahendamisel. Näiteks, toitumise ja seedetrakti mikrobioota vaheliste seoste leidmiseks või jämesoolebakterite kiudainete ainevahetuse uurimiseks, aga ka toidus olevate mikroorganismide analüüsil.
Klassikalise biotehnoloogia meetodeid, s.h. kaasaegseid mikroorganismide kultiveerimismeetodeid kääritusprotsessides kasutatavate starterkultuuride omaduste kirjeldamisel, starterkultuuride tootmisprotsessi optimeerimisel ning toidutööstuses kasutatavate lisaainete mikroobse sünteesi optimeerimisel. Kasutame nn. muutuvstaatseid läbivoolukultuure, mis võimaldavad suure läbilaskevõimega uurida keskkonnaparameetrite mõju mikroobirakkude kasvule ja huvipakkuvate ainete sünteesi saagistele.
Füüsikalis-keemilisi meetodeid kasutame komplekselt nii toidu koostise kui ka sellega seotud protsesside analüüsil. Kasutame kaasaegseid instrumentaalanalüütika meetodeid, s.h. HPLC, GC, UPLC-MS(/MS). Kvantitatiivsuse parandamiseks kasutame sisestandardeid s.h. isotoopmärgistatuid. Toidu mikrostruktuuri uuritakse, valgus- ja polarisatsioonimikroskoobiga, voolavusomadusi viskosimeetriga ning mehaanilisi omadusi tekstuuri analüsaatoriga.
Matemaatilised meetodid leiavad kasutust toiduga toimuvate protsesside statistilisel analüüsil ning fermentatsiooniprotsesside modelleerimisel.
Uurimisteemad ja lahendatavad probleemid
Allpool on toodud olulisemad uurimisgrupi teemad. Põhiosalejad erinevates uuringutes kajastuvad viimase perioodi põhiartiklite autorite nimistutes.
Seedetrakti mikrobioota seosed inimese toitumise, ainevahetuse ja tervisega.
Kaasaegne toiduainete tootmine ja muud keskkonnategurid on põhjustanud olulisi muudatusi meie seedetrakti mikrobiootas. Terve mikrobioom on aluseks heale tervisele ja oluliselt mõjutatav toitumisega. Toitumine aga on seotud toiduainete tootmisega. Mikrobioota ja toitumise ning inimese poolt mitteseeduvate toidukomponentide (peamiselt kiudainete) lagundamise ja bakterite vaheliste seoste leidmine võimaldab välja töötada personaalseid toitumiskavasid ja arendada toiduainete tehnoloogiaid, mis aitavad vältida düsbioosi seedetraktis ning seeläbi parandada inimese tervist ja heaolu.
Adamberg, K; Kolk, K; Jaagura, M; Vilu, R; Adamberg, S (2018). The composition and metabolism of faecal microbiota is specifically modulated by different dietary polysaccharides and mucin: an isothermal microcalorimetry study. Beneficial Microbes, 1−14.10.3920/BM2016.0198.
Adamberg, K., Adamberg, S. (2018). Selection of fast and slow growing bacteria from fecal microbiota using continuous culture with changing dilution rate. Microbial Ecology in Health and Disease, 29 (1), #1549922.10.1080/16512235.2018.1549922.
Vitamiin ko-ensüümide süntees ja kättesaadavus toitumisahelas.
Inimese seedetraktis toimub lihtvitamiinide (näiteks tiamiini, riboflaviini) absorbtsioon, toidutoormes on aga põhiosa B vitamiine mitteabsorbeeritavate liitvitamiinide (ko-ensüümide, vitamiin glükosiidide) kujul. Viimased muutuvad osaliselt toidu töötlemise ja seedimise käigus lihtvitamiinideks. Milline on lihtvitamiinide osakaal toidusedelis ja kuivõrd mõjutab see vitamiinide omastatavust inimese seedetraktis pole selge. Postuleeritakse, et inimese võime kasutada toortoitu, sh. muundada liitvitamiinid lihtvitamiinideks on evolutsiooni käigus oluliselt degradeerunud ja seetõttu tasuks toitumissoovitustes üle minna lihtvitamiinidele. Selleks oleme välja töötanud UPLC-MS-sisestandard meetodi, mis võimaldab määrata toidus üheaegselt erinevaid B-rühma lihtvitamiine.
Paalme, Toomas; Vilbaste, Allan; Kevvai, Kaspar; Nisamedtinov Ildar (2017). Assessment of bioavailable B vitamin content in food using in vitro digestibility assay and LC-MS SIDA Volume: 409 Issue: 27 Pages: 6475-6484
Toidu sensoorne ja instrumentaalanalüüs
Arendasime välja meetodid toidu sensoorse kujunemise ja püsivuse uurimiseks: maitse ja aroomi kujunemist vürtsikilu, mee, siidri, veini ja kalja valmistamise protsessis; kõrvalmaitsetele ja -lõhnade tekke põhjuste tuvastamiseks maitseainetes ja teistes toodetes. Arendasime välja SPME-GC/MS-olfaktomeetria meetodid võõrlõhnade identifitseerimiseks ning meetodi füüsikaliste konstantide (refraktsiooni- ja absorptsiooni indeksite) kasutamiseks toidu kvantitatiivsel analüüsil. Viimane võimaldab kasutades proovi fikseerimiseks ja ekstraheerimiseks sise-standardi (näiteks sipelghappe) lahust ja uuritavate ainete füüsikalisi konstante teostada toidu kvantitatiivset kromatograafilist analüüsi ilma täiendavaid kalibratsiooniprotseduure läbi viimata.
Seisonen, S.; Vene, K.; Koppel, K. (2016). The current practice in the application of chemometrics for correlation of sensory and gas chromatographic data. Food Chemistry, 210 (1), 530−540.10.1016/j.foodchem.2016.04.134.
Laaksonen, Oskar; Kuldjarv, R.; Paalme, T.; Virkki, M , Yang, BR (2017) Impact of apple cultivar, ripening stage, fermentation type and yeast strain on phenolic composition of apple ciders FOOD CHEMISTRY Volume: 233 Pages: 29-37
Peptiidide roll pärmide lämmastikuallikana toidu fermentatsiooniprotsessides
Pärmidega läbiviidavate toidu kääritusprotsesside, s.h. alkohoolsete jookide kääritusprotsesside efektiivsus sõltub olulisel määral asendamatute toitekomponentide, s.h lämmastikuühendite piisavast sisaldusest. Pärmile omastatava lämmastiku (ingl. k. Yeast Assimilable Nitrogen ehk YAN) hulka arvestatakse ja määratakse nii ammoonium kui vabad aminohapped. Peptiidide osa YAN sisalduses tööstusprotsessides arvesse ei võeta kuna siiani puudub täpne arusaam, millised on omastatavad peptiidid ning kuidas nende omastatavust keerulistes toorainemaatriksites määrata. Seda hoolimata sellest, et paljud kääritatavad toorained (õllevirre, linnasemeski) sisaldavad suurel hulgal peptiide. Lisaks, kasutatakse järjest rohkem lämmastiku limitatsioonis olevate kääritusprotsesside (s.h veinide ning viskimeskide) lisaainetena pärmi autolüsaate, mis lisaks vabadele aminohapetele sisaldavad suurel hulgal peptiide.Käesoleva uurimistöö teaduslik-tehnilisteks väljakutseteks on mõista, milline on peptiidide roll pärmide lämmastikuallikana toidu fermentatsiooniprotsessides ning saada parem ülevaade pärmile omastatavate peptiidide struktuurist, s.h nende suurusest ning aminohappelisest järjestusest.
Kevvai, K.; Kütt, M.-L.; Nisamedtinov, I.; Paalme, T. (2016). Simultaneous utilization of ammonia, free amino acids and peptides during fermentative growth of Saccharomyces cerevisiae. Journal of the Institute of Brewing, 122 (1), 110−115.10.1002/jib.298.
Toidu mikroobikooslused ja nende evolutsioon.
Antud uuringute eesmärgiks on arendada meetodeid ja strateegiaid hapendatud toitude mikroobikoosluste kontrolliks ja kvaliteedi tagamiseks. Põhisuunaks on haputaignas domineerivate tüvede genoomide analüüs ja haputaigna tsüklis kiiremat kasvu võimaldavate geenikombinatsioonide tuvastamine, molekulaarmarkerite valideerimine pagaritööstuse hallitusseente identifitseerimiseks, hallituseente leviku järgimiseks tootmisahelas ning hallitusvastaste toime määramine piimhappebakteritel in vitro ja in vivo testide abil. Erinevad mikroorganismid leiduvad toidu tootmise kõikides etappides mõjutades toidu kvaliteeti ja ohutust. Mikrobikoosluste määramine ja liikmete iseloomustamine võimaldab leida nii koosluse tekke mehhanisme kui ka töötada välja meetmeid nende kontrolliks.
Viiard, E.; Bessmeltseva, M.; Simm, J.; Talve, T.; Aaspõllu, A; Paalme, T.; Sarand, I. (2016). Diversity and Stability of Lactic Acid Bacteria in Rye Sourdoughs of Four Bakeries with Different Propagation Parameters. PLoS ONE, e0148325.10.1371/journal.pone.0148325.
Toidu kvaliteet ja struktuur
Toidu struktuur, tekstuur ning tarbijate toote eelistused ja valikud on omavahel tihedalt seotud. Toidu struktuuri muutused, mis on tingitud toidutoormest, tehnoloogiast või säilitamisest, võivad põhjustada muutuseid tekstuuris ja seeläbi mõjutada tarbijate ootusi. Peale bioloogiliste ja keemiliste protsesside mõjutavad toidu kvaliteeti ja säilivust ka füüsikalised protsessid nagu kristalliseerumine, klaasistumine ja difusioon. Selleks, et vältida sellistest termodünaamilistest protsessidest tingitud muutuseid toidu struktuuris, peab mõistma toidusüsteemide faaside käitumist, kristallide nukleatsiooni ja kasvukineetikat ning nii toidutoorme, tootmis- ja säilimistingimuste mõju sellele kineetikale. Uurime jääd struktureerivate valkude mõju jää rekristalliseerumisele, laktoosi kristallisatsiooni jäätistes ning üleküllastatud suhkrulahuste kristalliseerumiskineetikat. Samuti uuritakse erinevate toidutoormete, tootmistehnoloogiate ja säilitamistingimuste mõju toidutoodete mikro- ja makrostruktuurile, tekstuurile ja sensoorsetele omadustele.
Kaleda, A.; Tsanev, R.; Klesment, T.; Vilu, R.; Laos, K. (2018) Ice cream structure modification by ice-binding proteins. Food Chemistry, 246, 164-171
• uurimisrühma tegevusvaldkond:
1.7 Teised loodusteadused (Other natural sciences)
2.11 Teised tehnika- ja tehnoloogia teadused (Other engineering and technologies)