Smiltsērkšķu veģetatīvās biomasas biorafinēšanas pārstrāde, izmantojot inovatīvas tehnoloģijas un visaptverošu analītisko izpēti, lai iegūtu Latvijas bioekonomikai perspektīvus produktus ar augstu pievienoto vērtību, ieskaitot serotonīnu

Projekta statuss

Aktīvs

Projekta izpildes laiks

01.07.2020 līdz 30.06.2023

Projekta tips

ERAF-1.1.1.1.

Projekta numurs

1.1.1.1/19/A/146

Uzsaukums, aktivitāte

Darbības programmas "Izaugsme un nodarbinātība" 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa "Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā" 1.1.1.1. pasākums "Praktiskas ievirzes pētījumi"

Sadarbības partneri

Vadošais partneris - Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūts

Sadarbības partneris - SIA “EkoKompozit”, Latvija

Projekta mērķis

piedāvāt bezatlikumu inovatīvu tehnoloģiju, kas nodrošinās smilstērkšķu veģetatīvās biomasas visas unikālās bioloģiski aktīvo savienojumu kopas izmantošanu, ekstraktu formā, individuālu savienojumu (serotonīns, proantocianidīni) un cietu granulētu kompleksu veidā, tie būs vērtīgi nacionālajai bioekonomikai un dažādiem starptautisku tirgu segmentiem.

Projekta galvenās darbības:

  1. Rūpnieciskie pētījumi priekšizpētes ziņojuma sagatavošanai par SBT šķirņu nozīmību un perspektīvām to audzēšanas iespējām Baltijas reģionā (Iesaistīts partneris - SIA "EkoKompozit");
  2. Virzienu izstrāde efektīvai, ar augstu pievienoto vērtību un liela apjoma smiltsērkšķu bez augļu biomasas, piemēram, lapu un zaru, izmantošanai (Iesaistīts partneris - SIA "EkoKompozit");
  3. Rūpnieciski pētījumi par ozonam droša freona HFC R134a pielietošanu kā šķīdinātāju lipofilu savienojumu ekstrakcijai no smiltsērkšķu veģetatīvo daļu biomasas un kā līdzekli hidrofilu ar serotonīnu bagātinātu ekstraktu attīrīšanai (Iesaistīts partneris - SIA "EkoKompozit");
  4. Frakcionētā bioloģisko aktīvo savienojumu ekstrakcija no smilstērkšķu izvēlētu šķirņu dažādām veģetatīvajām daļām to visaptverošai analīzei un valorizācijas perspektīvu novērtēšanai     
  5. Ekstraktu un granulētas cietas lignocelulozes SBT biomasas bioloģiskās aktivitātes raksturojums ar uzsvaru uz turpmāko izmantošanu (Iesaistīts partneris - SIA "EkoKompozit");
  6. Projektā iegūto rezultātu vispārināšana un nepieciešamās produktu analīzes to sertifikācijai (Iesaistīts partneris - SIA "EkoKompozit").

Projekta galvenie rezultāti:

  • Kopējais zinātnisko rakstu skaits: 7.
  • Biorafinēšanas tehnoloģijas prototips (TRL 4) - zināšanas.
  • Freona ekstrakcijas tehnoloģijas prototips (TRL4).
  • Serotonīna ieguve (TRL4),
  • Latvijas patenta iegūšana (un licences pārdošana nākotnē 5 gadus pēc projekta beigām).
  • Pārtikas piedevas prototips (TRL4).
  • Augšanas stimulators, produkta prototips (TRL4),
  • Biostimulants (TRL4), produkta prototips.
  • Dzīvnieku barība, produkta prototips (TRL4).

 

Projekta īstenošanas termiņš: 36 mēneši.

Projekta kopējais finansējums: kopējās projekta izmaksas: 645000.00 EUR, publiskais finansējums: 596625.00 EUR (92.5%), līdzfinansējums: 48375.00 EUR (7,5%).

Vadošais partneris: kopējā projekta summa 371930,00 EUR, no tā ERAF finansējums 57,80% apmērā jeb 214975.54 EUR un Valsts budžeta finansējums 34.70% apmērā jeb 129059.71 EUR un cits publiskais finansējums 7.5% apmērā jeb 27894.75 EUR;

Sadarbības partneris: kopējā projekta summa 273070,00 EUR, no tā ERAF finansējums 57,80% apmērā jeb 157834.46 EUR un Valsts budžeta finansējums 34.70% apmērā jeb 94755.29 EUR un privātais finansējums 7.5% apmērā jeb 20480.25 EUR”.

 

Projekta īstenošanas gaita

31.03.2022 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.01.2022 – 31.03.2022

Tika veikti rūpnieciski pētījumi par ozonam droša freona HFC R134a pielietošanu kā šķīdinātāju lipofilu savienojumu ekstrakcijai no smiltsērkšķu  veģetatīvo daļu biomasas. Tiek pārbaudīti dažādi režīmi darbam ar freona ekstrakcijas iekārtu, identificētās jaunās metodes stipras un vājas puses.

Tika veikta analītiskā pirolīze smiltsērķša biomasas paraugiem un, pamatojoties uz analītiskās pirolīzes analīžu rezultātiem, kas parādīja, ka smiltsērkšķu lapas satur vairāk lipofīlo savienojumu, nekā zariņi, un atbilstoši plānam, tika uzsākti pētījumi freona ekstrakcijai no smiltsērkšķa lapām. Tiek atstradāti ekstrakcijas režīmi lapu ekstrakcijai.

Tika sagatavota un iesniegta publikācija žurnalā “Plants”: Sea Buckthor (Hippophae rhamnoides) Waste Biomass after Harvesting as a Source of Valuable Biologically Active Compounds with Nutraceutical and Antibacterial Potential.

Tika veikti pētījumi un veikta datu apkopošana, lai noteiktu perspektīvākos virzienus esktraktu turmākai izmantošanai.

Tika uzsākta esktraktu pārbaude uz augu dīgtspēju. Par pētījumu materiālu tiek ņemti zirņi.

Sezonālie paraugi - smiltsērkšķa zari ar pumpuriem no ziemas-pavasara apgriešanas - tika sagatavoti eksperimentiem un analīzēm.

30.12.2021 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.10.2021 – 30.12.2021

Dažādu proporciju maisījumu ar kombinēto barību un putnu barību izmēģinājumi dzīvnieku barības izgatavošanai. Dzīvnieku barības prototipu granulu īpašību noteikšana. Tika noteikts enerģijas patēriņš granulu izgatavošanai. Tika sagatavota zinātība.

Tika veikta jaunākas literatūras analīze par freona ekstrakcijuun par galveno ekstrakcijas parametru ietekmi uz ekstrakcijas procesu ar sašķidrināto freonu.

Tika veikta izdalīto proantocianidīnu ķīmiskā raksturošana. Tika veikti testi ekstraktu antimikrobiālo īpašību raksturošanai.

30.09.2021 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.07.2021 – 30.09.2021

Otrs smiltsērkšķa biomasas perspektīvs izmantošanas veids ir tās izmantošana lopbarības piedevas ražošanai. Šī piedeva var tikt granulēta un izmantota gan tīrā veidā, gan jaucot kopā ar komerciālo lopbarību. Smiltsērkšķa sugas "Marija Bruvele" biomasa pirms granulēšanas tika sasmalcināta (daļiņu izmērs: 1-4 mm) un kondicionēta. Pēc kondicionēšanas Marija Bruvele biomasa tika granulēta. Pētījumu rezultātiem tiek gatavota publikācija. Tika sagatavots dzīvnieku barības piedevu granulu prototips - 1 gab. (aktivitate 2.3.).

Tika palaista freona ekstrakcijas iekārta, darbība ar iekārtu ir iesākta un tika veikti pirmie eksperimenti ar paraugiem lipofilo frakciju atdalīšanai. Lipofīlo savienojumu ekstrakcijai no SBT biomasas tiek izmantots freons R134a. Freona ekstrakta iznākums bija ap 3 % no biomasas. Šīm ekstraktam tiek pārbaudīta antibakteriālā aktivitāte ar mērķi šo ekstraktu izmantot pārtikas rūpniecība. Pētījumi turpinās (aktivitāte 3.).

Lai iegūtu ekstraktus ar augstāko mērķsavienojumu saturu, kas nodrošinās augstāko bioloģisko aktivitāti, iegūtie ekstrakti tika frakcionēti lipofīlo savienojumu un cukuru atdalīšanai (4. aktivitāte).

Tiek iesākta SBT biomasas secīga ekstrakcija dažādos variantos (4.1. aktivitāte). Tika noteikts proantocianidīnu un serotonīna saturs smiltsērkšķu ekstraktos. Ir sagatavota zinātība (4.2. aktivitāte). Tiek gatavoti materiāli publikācijai, apkopojot 4.1. un 4.2 aktivitāšu rezultātus.

Tika iesākta proantocianidīnu izdalīšana no SBT hidrofīla ekstrakta to ķīmiskai raksturošanai (aktivitāte 4.3.).

SBT paraugiem (hidrofīliem ekstraktiem) tiek noteikta antioksidatīvā aktivitāte izmantojot DPPH un ABTS testus. Materiāli tiek gatavoti publikācijai (5.1. aktivitāte). Tiek organizēts darbs 5.2. aktivitātes izpildei, smiltsērkšķa ekstraktu antimikrobiālās aktivitātes noteikšanai.

07.07.2021 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.04.2021 – 30.06.2021.

Pārskata periodā tika veikta smiltsērkšķu biomasas dažādu veģetatīvo daļu paraugu sagatavošana pētījumiem. Paraugu sasmalcināto analizējamo paraugu daļiņu izmērs bija 1-4 mm. Rezultāti ir apkopoti atskaitē (aktivitāte 1.2.).

Smiltsērkšķa (SBT) paraugu žāvēšanai tika izmantoti dažādi žāvēšanas tehnoloģiskie paņēmieni, izmantojot elektrisko žāvēšanas iekārtu ar automātisko temperatūras regulēšanu, dabisko konvektīvo žāvēšanu, sublimāciju un žāvēšanu oriģinālā innovatīvajā mikroviļņu krāsnī. Piemērotākais žāvēšanas paņēmiens tika novērtēts, kā efektivitātes kritēriju izmantojot energopatēriņu un iztvaikota ūdens daudzumu atkarībā no ilguma un temperatūras (aktivitāte 2.1.). Viens no perspektīvākajiem smiltsērkšķa biomasas izmantošanas veidiem ir ekstraktu iegūšana. Šiem ekstraktiem piemīt augsta antioksidatīvā un antibakteriālā aktivitate. Tika sagatavots posteris konferencei MSAC 2021: "Shoots and bark of Sea buckthorn eighth varieties cultivated under the same growing conditions as a source of natural antioxidants". Sarmite Janceva, Anna Andersone, Liga Lauberte, Galina Telysheva, Andrejs Bruvelis.

Tiek iesākta SBT biomasas secīga ekstrakcija dažādos variantos. Iegūtie rezultāti parāda, ka secīga ekstrakcija nodrošina produktu ar augstāko proantocianidīna saturu. Materiāli tiek gatavoti publikācijai (aktivitāte 4.1.).

Veicot hifrofīlo ekstraktu fitoķīmisko raksturojumu, tiek noteikts, ka dominējošie polifenolu savienojumi ir proantocianidīni. Proantocianidīnu saturs smiltsērkšķu ekstraktos variē no 25 līdz 70 %. Serotonīna saturs ekstraktos variē no 1 līdz 8%, atkarībā no izdalīšanas paņēmiena, ekstraģenta un izdalīšanas apstākļiem. Tika sagatavota zinātība (aktivitāte 4.2.).

Smiltsērkšķa paraugu ekstraktiem tiek noteikta antioksidatīvā aktivitate izmantojot DPPH un ABTS testus. SBT paraugiem tika novērota augsta antioksidantā aktivitāte, IC50 (antioksidantu masas koncentrācija, kas ir nepieciešama, lai panāktu 50 % brīvo radikāļu inhibēšanu) vērtība svarstās no 6 līdz 11 mg/L. Materiāli tiek gatavoti publikācijai (aktivitāte 5.1.).

13.04.2021 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.01.2021 – 31.03.2021.

Smiltsērkšķu paraugu ķīmiskā raksturošana tika veikta, izmantojot sekojošas analītiskās metodes: analītiskā pirolīze, gāzes hromatogrāfija, elementanalīze, ekstrakcija ar dažādas polaritātes videi draudzīgiem šķīdinātājiem, kas ļāva noteikt paraugu komponento un funkcionālo sastāvu. Iesākti pētījumi smago metālu (As, Pb, Cd, nitrīti) noteikšanā, izmantojot AAnalyst ™ 700 atomu absorbcijas spektrometru un rentgenfluorescences (XRF) spektrometru.

Lai novērtētu smiltsērkšķu biomasu potenciālu kā bioloģiski aktīvo savienojumu, galvenokārt, kā serotonīnu ieguves avotu, laboratorijas apstākļos tika iesākti šo savienojumu izdalīšanas pētījumi. Pēc ekstrahenta izvēles, efektīvākai serotonīna ekstrakcijai noteikti piemērotākie ekstrakcijas režīmi, t.i., ekstrakcijas laiks un temperatūra. Iegūtie hidrofīlie ekstrakti tika ķīmiski raksturoti, nosakot tiem serotonīna daudzumu. Savstarpēji tika salīdzināta serotonīna tīrība (serotonīna saturs ekstraktvielā) – izdalīšanas laiks - enerģijas patēriņš. T

19.01.2021 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.10.2020 – 31.12.2020.

Pamatojoties uz literatūras datiem, projekta partneru personīgas pieredzes un papildu analītiskajiem pētījumiem, tika atlasītas perspektīvākās Latvijā augošās smiltsērkšķu šķirnes, par kritēriju izmantojot to augsto produktivitāti, ogu kvalitāti, eļļas ķīmisko sastāvu un SBT šķirņu stabilitāti attiecībā pret biotisko un abiotisko stresu. Rezultātā tika atlasītas 10 smiltsērkšķu šķirnes paraugi (dažādas veģetatīvās daļas – dzinumi, saknes, lapas ar zariņiem un ogām u.c.). Eksperimentālie pētījumi tika iesākti ar analizējamo paraugu sagatavošanu, t.i., attīrīšanu un žāvēšanu. Attīrot pētāmo paraugu no cieto daļiņu piemaisījumiem, piemaisījumu daudzums paraugā bija mazāks par 1%. Pēc attīrīšanas analizējamais paraugs tika žāvēts ar dažādiem paņēmieniem un sasmalcināti at naža tipa dzirnavām.

26.11.2020 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.10.2020 – 31.10.2020

Tika uzsākti pētījumi par smiltsērkšķa biomasas žāvēšanas malšanas režīmu piemērotības izpēti. Izpētītas trīs dažādas sagatavošanas metodikas. Uzsākti pētījumi par konvektīvo / konduktīvo žāvēšanas režīmu izvēli un to parametru (temperatūra, ātrums) ietekmi uz ūdens noņemšanas ātrumu, enerģijas patēriņu un žāvētas biomasas sastāvu. Uzsākti pētījumi par smiltsērkšķa biomasas malšanas režīmu izvēles ietekmi uz daļiņu izmēra sadalījumu un enerģijas patēriņu tā procesā. Veikta tehnisko un ķīmisko parametru apzināšana un atlase specifiski smiltsērkšķu paraugiem pamatojoties uz mērķsavienojumu īpašībām. Freona ekstraktora tehniskās specifikācijas izveide un tā iegādes organizēšana. Tika veikti eksperimenti ar atlasīto šķirni dzinumu ūdens ekstraktu mikrobioloģiskās aktivitātes noteikšanu. Eksperimentos uzrādija ļoti spēcīgas antibakteriālās īpašības.

30.09.2020 - Projekta progresa pārskats par periodu 01.07.2020 – 30.09.2020

Tika uzsākti pētījumi par smiltsērkšķa šķirnu daudzveidību, šķirnu izplatība Latvijā un kuras šķirnes vislabāk der Latvijas laika apstākļiem. Veikta vairāku šķirņu atlase, Eiropas apstākļos visbiežāk audzētās smiltsērkšķu šķirņes, plaši izplatītas Baltijas reģionā: Leikora, Tarmo, Rumānija, Duet, Bot.Ļubitelskaja. Tā pat tika uzsākti pētījumi par šķirnēm Latvijā un kuras šķirnes vislabāk der Latvijas laika apstākļiem, kas dod labāku ražu un ir izturīgākas pret slimībām. Atlasītas atsevišķas vietējās šķirnes. Tika savākti dažādu smiltsērkšķa šķirņu un dažādu veģetatīvo daļu (lapas, dzinumi) paraugi no līdzīgiem augšanas apstākļiem, no vienas audzētavas. Veikta to sasmalcināšana, samalšana, daļiņu izmēra noteikšana sijājot, to uzglabāšana - 20 °C temperatūrā. Noteikts paraugu mitrums, pelnu saturs un elementu kompozīcijas sastāvs. Izveidotas tehniskās ekstrakcijas shēmas dažādu veģetatīvo daļu ekstrakcijai atšķirīgos režīmos (temperatūras, ekstrakcijas ilguma) ekstrakcijas ietekmes novērtēšanai. Veikta dažādu šķīdinātāju (heksāna, etanola, etilacetāta) secīga ekstrakcija dažādos režīmos, iegūti atšķirīga sastāva ekstrakti un izvērtēta to ietekme uz ķīmisko sastāvu. Izveidotas dažādas analītiskās pieejas, kuru pamatā ir hromatogrāfijas metodes – vispārīga  ķīmiskā profila un specifisku savienojumu noteikšanai. Pieeju izstrādei tika izmantots vienas šķirnes paraugs, veicot ekstraktu ieguvi atšķirīgos režīmos un ar divām ekstrakcijām.

01.07.2020 - Uzsākta projekta izpilde. Izveidota pētniecības projekta sadaļa LVKĶI mājas lapā.