Tailor-making specialized collagen peptides for high-end markets using by-products from the Norwegian poultry and salmon industry

Målet med SpectaColl er å kunne skreddersy produksjon av kollagenpeptider fra fjærfe- og lakserestråstoffer til spesialiserte produkter innen mat, helse og farmasøytisk sektor. I prosjektet har vi jobbet med målrettet produksjon av kollagenpeptider, og det første eksperimentelle designet i prosjektet var rettet mot optimalisering av viktige prosessparametere for produksjon av kollagenpeptider fra fjærferestråstoffer. Totalt 15 kommersielle enzymblandinger (av næringsmiddelkvalitet) ble screenet for å forstå deres evne til selektivt å løse ut enten muskelprotein eller bindevev / kollagen. Andre prosessparametere som temperatur og hydrolysetid ble også optimalisert. Dette har resultert i en ny flertrinnsprosess med høyt kollagenpeptidutbytte. I tillegg til utbytte ble den enzymatiske proteinhydrolysen også optimalisert mot in vitro bioaktivitet (dvs., potensiell helsefremmende effekt rettet mot diabetes). Tilsvarende screening og optimalisering av prosessparametere pågår nå for demineralisering og ekstraksjon av kollagenpeptider fra laksebeinmel. Analytiske metoder for karakterisering av kollagenpeptider er også utviklet i prosjektet. Kollagenpeptider har spesielle egenskaper til å danne et 3D-intermolekylært nettverk som fører til geldannelse. Derfor er analysemetoder for å studere peptidsammensetning i slike matriser generelt utfordrende. Vi har utviklet prøveforberedelsesprotokoller samt analyseprotokoller for å studere molekylvektsfordelingen til kollagenpeptider ved bruk av størrelsesfordelingskromatografi (SEC). Denne metoden har også blitt brukt til å studere et sett med kollagenpeptider produsert i prosjektet. Vi undersøker nå den mulige sammenhengen mellom molekylvektsfordelingen av kollagenpeptidene og viktige kvalitetsegenskaper som f.eks. geleringskapasitet. Vi har også videreutviklet en kromatografisk metode for fraksjonering eller isolering av bioaktive peptider fra kollagenhydrolysater. Dette vil danne grunnlaget for et fremtidig design av nedstrøms prosesseringsmetoder, som for eksempel membranfiltrering. I tillegg har andre spektroskopiske teknikker, som NMR og FTIR, blitt brukt for å karakterisere hydrolysatene produsert i Spectacoll. Kollagenpeptider isolert fra fjærferestråstoffer har blitt screenet for helsefremmende effekter mot både antidiabetisk aktivitet og hudhelse. For antidiabetisk aktivitet ble et sett med kollagenpeptider (produsert med vår nye flertrinns hydrolyseprosess) screenet for DPP-IV-hemming. Denne screeningen viste at sammenlignet med muskelpeptider generert fra en enklere hydrolyseproses, er de lavmolekylære kollagenpeptidene fra flertrinnsprosessen potente hemmere av DPP-IV. Sekvensering av peptidene som utgjør den bioaktive fraksjonen er nå i gang. For å evaluere effekten av kollagenpeptider på hudhelse, har vi testet både kollagenpeptidblandinger så vel som fraksjonerte kollagenpeptider med en in vitro-analyse ved bruk av hudceller (keratinocytter så vel som fibroblaster). De foreløpige resultatene viser at kollagenpeptider kan ha en gunstig proliferativ effekt på keratinocytter. Ytterligere bioaktiviteter for å evaluere antiinflammatoriske effekter av kollagenpeptidene har blitt utført, og dataanalyse er i gang. I et parallelt arbeid har vi også studert de emulgerende egenskapene til store kollagenpeptider og deres bruk i oleogeler som erstattere av animalsk fett. En blanding av fjærfekollagen med planteoljer i et spesifikt forhold har resultert i en stabil gel. Optimalisering av kollagen-til-olje-forholdet samt karakterisering av de reologiske egenskapene til oleogelene er i gang. Resultater fra Spectacoll har blitt formidlet til både det vitenskapelige miljøet og allmenheten gjennom presentasjoner på konferanser og workshops. Vitenskapelige artikler så vel som populærvitenskapelige artikler rettet mot allmennheten er også under utarbeidelse. I tillegg har det blitt arrangert et seminar dedikert på kollagenpeptider. Dette seminaret involverte mer enn 60 deltakere fra både akademia og industri.

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. Collagen peptides are one of the potential high-end products that can be produced using EPH. However, in the traditional EPH process, collagen peptides either remain as insolubilized residues or they are extracted as minor constituents in complex crude hydrolysates. SPECtaCOLL aims at developing a novel and tuneable technology to tailor make collagen peptides from underutilized Norwegian agricultural and marine biomasses (i.e., poultry and salmon by-products). Moreover, the project is set to explore potential high-end application of the collagen peptides as ingredients in medical and food applications. SPECtaCOLL aims at realizing the potential of collagen peptides through the following key and highly interconnected pillars: 1) Development of novel and tuneable EPH process for selectively tailor making collagen peptides without the need for elaborate down stream processing 2) Development and application of advanced bioanalytical tools for EPH process optimization and product characterization 3) Exploring the potential of application of collagen peptides derived from poultry and salmon by-products as functional ingredients in medical, food and skin health applications SPECtaCOLL crosses value chains enabling synergies between the agricultural and marine sectors and combines advanced scientific competences in biotechnology, analytical chemistry, and medical sciences together with three industrial partners highly experienced in EPH. A successful implementation of results from SPECtaCOLL is expected to generate new scientific knowledge that can potentially set new standards and increase value creation of Norwegian agricultural and marine biomasses.