KSP: Sensor-guided enzymatic protein hydrolysis and separation technologies for tailored biomanufacturing of bioactive peptides

Enzymatisk proteinhydrolyse (EPH), en prosess hvor enzymer brukes til å bryte ned proteiner til peptider (dvs. små kjeder av aminosyrer) og aminosyrer, er en bioteknologisk løsning som brer om seg innen utnyttelse av restråstoffer fra matproduksjon. Det økonomiske potensialet er stort, og teknologien kan bidra til en vesentlig verdiøkning av tradisjonelle restråstoffer. Bioaktive peptider er et av produktene som kan produseres ved bruk av EPH. Slike spesialiserte bioaktive peptider kan finne anvendelser som helsefremmende ingredienser eller tilskudd med kolesterolsenkende, blodsukkerregulering og blodtrykkssenkende effekter.Med dagens EPH-prosesser produseres i stor grad et ikke-raffinert proteinhydrolysat, dvs. en meget kompleks blanding av store proteiner, mindre peptider og aminosyrer. Denne kompleksiteten gjør at behovet er stort for nedstrøms prosessering av proteinhydrolysater til fraksjoner med mer spesifikke og markedstilpassede egenskaper. TailoTides har hatt en tverrfaglig tilnærming til målet om å utvikle nye EPH-prosesser for produksjon av skreddersydde bioaktive peptider fra animalske og marine restråstoffer (dvs. skjærebein av fjærfe og Calanus finmarchicus). Dette har skjedd gjennom å kombinere forskning innen bioteknologi, molekylærbiologi, analytisk kjemi, sensorteknologi og separasjonsteknologi. I tillegg til å utvikle EPH-prosesser, har prosjektet bidratt til nye anvendelser av peptider fra restråstoffer av henholdsvis fjærfe og C. finmarchicus med helsefremmende effekter, som for eksempel mot type 2-diabetes. Prosjektet har identifisert en rekke bioaktive egenskaper ved peptider som vi har isolert fra begge råvarene. Dette inkluderer blant annet evnen til å senke blodtrykk, øke glukose opptak og proteinsyntese i muskelceller, samt at de bioaktive peptidene virker lokalt på tarmceller. En av de mest spennende funnene er at vi har identifisert peptidfraksjoner fra industrielt fremstilt kylling-restråstoff som har dobbel effekt, både på regulering av blodsukker og blodglukose. Videre er det brukt avanserte analytiske teknologier for å optimalisere hydrolyseprosessen og øke utbyttet av de verdifulle bioaktive peptidene fra kylling. Vi ser også at bioaktive peptider er stabile gjennom fordøyelsen, samt at de virker lokalt på tarmceller. Peptider fra Calanus finmarchicus hadde særlig positiv effekt på glukoseopptak og proteinsyntese i muskelceller. Dette funnet er lovende med tanke på muskelvekst og regulering av blodsukker, og kan virke forebyggende på livsstilssykdommer. I tillegg til at vi har optimalisert hydrolyseprosessen, har vi utforsket bruk av membranfiltrering for å oppkonsentrere peptidene i etterkant. Dette har vist seg å være en effektiv og lovende nedstrøms prosess, med potensiale for industriell bruk. Prosjektet har resultert i åtte vitenskapelige publikasjoner, samt andre formidlingsresultater, inkludert populærvitenskapelige artikler og presentasjoner på konferanser. Prosjektet har i tillegg arrangert en åpen workshop med tema kommersialisering av peptider, hvor industri, akademia, og andre relevante interessenter ble invitert. Dette var en stor suksess, hvor mer enn 60 deltakere deltok, flere partnere demonstrerte smaksprøver, noe som viste potensialet for kommersialisering. Det har blitt gjennomført årlige møter i konsortiet, med et sluttmøte i september 2024. Post.Doc-studenten som har vært ansatt som en del av prosjektet har nå blitt ansatt som forsker ved Nofima. Prosjektet ble gjennomført som planlagt, mulig utnyttelse av resultater og funn er pågående.

The project TailoTides had several outcomes both in the scientific and industrial front. In the scientific front, for example, we have developed a new strategy for bioactivity-guided optimization of enzymatic protein hydrolysis. The generic aspect of this method is expected to be transferred to other biotechnological processes (e.g. fermentation). Similarly, on the industrial front, we have worked on industrially relevant raw-materials and have disclosed new potential application areas (through identification of bioactive ingredients) for poultry by-products and Calanus finmarchicus. The project resulted in knowledge that will have both short- and long-term impact on the EPH industry in general. For example, we have discovered potential health promoting peptides from poultry byproducts that can find application as nutraceuticals. Particularly, our findings related to dual blood glucose and blood pressure reducing effect of these peptides is commercially attractive. We intend to explore such commercialization aspect of the scalable bioactive peptide fraction isolated from poultry by-product. In this regard, we have sent a qualification application to the research council (354476) and received feedback. We intend to re-send the application after attending to the inputs.

Enzymatic protein hydrolysis (EPH) is a biotechnological solution well-recognized as a central element of the circular bioeconomy mobilization in the food industry that can potentially transform food processing by-products to revenue streams. Bioactive peptides are one of the potential high-end products that can be produced using EPH. However, in order to realize this potential, a number of technological barriers are yet to be solved and EPH has to be transformed from a traditional crude hydrolysate production platform to a tailored biomanufacturing process. TailoTides combines bioactivity-guided enzymatic protein hydrolysis, advanced water filtration technologies and sensor technologies for tailored production of bioactive peptides from underutilized agricultural and marine biomasses (i.e., poultry by-products and Calanus finmarchicus). With a focus on health promoting bioactive peptides towards selected cardiometabolic diseases, TailoTides aims at: -Discovery of bioactive peptides based on advanced in vitro screening tecnologies -Development of tailored enzymatic protein hydrolysis process for production of potent hydrolysates -Development of industrially-relevant separation and refining process based on advanced technologies from water treatment sector. -Development of sensor and bioanalytical technologies for a controlled and optimal production of the desired bioactive peptides. TailoTides represents a highly cross-disciplinary project which brings cutting-edge science in biotechnology, molecular biology, analytical chemistry, sensor technology and separation technologies together with industrial experience in EPH. A successful implementation of results from TailoTides is expected to generate new scientific knowledge that can potentially transform and set new standards to the current practices in EPH industry.