Keemia ja biotehnoloogia instituut

Oleme Tallinna Tehnikaülikooli keemia ja biotehnoloogia teaduskonna toidutehnika ja inseneribioloogia labor. Meie uurimistöö on keskendunud globaalsele bioloogilise jätkusuutlikkuse väljakutsetele, sealhulgas toidu ja sööda, aga ka biokeemiliste ainete ja materjalide kestlikule tootmisele. Oma töös arendame uusi biopõhiseid protsesse, kus kasutame rakuvabrikuid erinevate orgaaniliste jäätmete, näiteks toidu- ja puidutööstuse jäätmete, muundamiseks lisandväärtusega toodeteks.

Tuginedes oma uurimisrühma multidistsiplinaarsetele oskustele, oleme loonud rakutehase projekteerimise ja bioprotsesside optimeerimise tsükli Design-Build-Test-Learn. Uute rakuvabrikute loomisel kasutame metaboolset modelleerimist; töötame välja uusi sünteetilise bioloogia tööriistu rakuvabrikute tõhusamaks konstrueerimiseks; ja kasutame protsessi iseloomustamiseks ja optimeerimiseks meie labor-skaalas bioreaktori platvormi. Lisaks kasutame 3D printimist „elavate materjalide” arendamiseks, mis parandavad biotehnoloogial põhinevaid tootmisprotsesse.

Neid lähenemisviise kombineerides on meie eesmärk tõlkida fundamentaalteaduslikud tulemused tööstuslikes biotehnoloogia rakendustes, ehitades tõhusamaid tootja-rakke. Arendame koos oma rahvusvaheliste ja kohalike partneritega ringmajanduse kõiki väärtusahelaid, et tagada minimaalse jäätmevooga lisandväärtusega toodete jätkusuutlik tootmine.

Liikmed:

Petri-Jaan Lahtvee, Kaas-professor/Töögrupi juht
Nemailla Bonturi, Vanemteadur
Rahul Kumar, Vanemteadur
Srdjan Gavrilovic, Teadur
Juliano Sabedotti de Biaggi, Teadur
Alīna Reķēna, doktorant
Henrique Sepulveda Del Rio Hamacek, doktorant
Gabriel Luz Chaves, doktorant
Inna Lipova, doktorant
Sadia Khalid, insener
Andreia Axelrud Nunes, insener

GRUPI KODULEHT
 

2023

Monteiro de Oliveira P, Pinheiro M.J, Sabedotti de Biaggi J, Tšitšerin A, Tammekivi E, Herodes K, Bonturi N, Lahtvee P.J (2023). Improving xylose consumption in Rhodotorula toruloides through heterologous expression of xylose reductase and xylulokinase. bioRxiv 2023.05.10.540254

Reķēna A, Pinheiro M.J, Bonturi N, Belouah I, Tammekivi E, Herodes K, Kerkhoven E.J, Lahtvee P.J (2023). Genome-scale metabolic modeling reveals metabolic trade-offs associated with lipid production in Rhodotorula toruloides. PLoS Comput. Biol., DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1011009

2022

Bonturi N, Pinheiro M.J, Monteiro de Oliveira P, Rusadze E, Eichinger T, Liudžiūtė G, Sabedotti De Biaggi J,Brauer A, Remm M, Alves Miranda E, Ledesma-Amaro R, Lahtvee P.J (2022). Development of a dedicated Golden Gate Assembly platform (RtGGA) for Rhodotorula toruloides. bioRxiv, DOI: 10.1016/j.mec.2022.e00200

Reier K, Lahtvee P.J, Liiv A, Remme J (2022). A conundrum of r-protein stability: unbalanced stoichiometry of r-proteins during stationary phase in Escherichia coli. bioRxiv, DOI: 10.1101/2022.03.02.482697 

2021

Monteiro De Oliveira P, Aborneva D, Bonturi N, Lahtvee P.J (2021). Screening and growth characterization of non-conventional yeasts in a hemicellulosic hydrolysate. Front. Bioeng. Biotechnol, DOI: 10.3389/fboe.2021.659472

Sánchez B.J, Lahtvee P.J, Campbell K, Kasvandik S, Yu R, Domenzain I, Zelezniak A, Nielsen J (2021). Benchmarking accuracy and precision of intensity-based absolute quantification of protein abundances in Saccharomyces cerevisiae. Proteomics, DOI: 10.1002/pmic.202000093

Butelmann T, Priks H, Parent Z, Johnston T.G., Tamm T, Nelson A, Lahtvee P.J, Kumar R (2021). Metabolism Control in 3D-Printed Living Materials Improves Fermentation. ACS Applied Bio Materials. DOI: 10.1021/acsabm.1c00754

Illarionov A, Lahtvee P.J, Kumar R (2021) Potassium and sodium salt stress characterization in the yeasts Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus, and Rhodotorula toruloides. Appl Environ Microbiol 87:e03100-20. DOI:10.1128/AEM.03100-20

2020

Pinheiro M.J, Bonturi N, Belouah I, Miranda EA, Lahtvee P.J (2020). Xylose Metabolism and the Effect of Oxidative Stress on Lipid and Carotenoid Production in Rhodotorula toruloides: Insights for Future Biorefinery. Front. Bioeng. Biotechnol, DOI: 10.3389/fbioe.2020.01008

Johnston T.G, Fillman J.P, Priks H, Butelmann T, Tamm T, Kumar R, Lahtvee P.J, Nelsson A (2020). Cell‐Laden Hydrogels for Multikingdom 3D Printing. Macromolecular Bioscience, 2000121. DOI: 10.1002/mabi.202000121

Priks H, Butelmann T, Illarionov A, Johnston TG, Fellin C, Tamm T, Nelsson A, Kumar R, Lahtvee P.J (2020). Physical confinement impacts cellular phenotype within living materials. ACS Applied Bio Materials, DOI: 10.1021/acsabm.0c00335

Kumar R, Lahtvee P.J (2020). Proteome overabundance enables respiration but limitation onsets carbon overflow. bioRxiv 2020.02.20.957662, DOI: 10.1101/2020.02.20.957662

Lopes H.J.S, Bonturi N, Miranda E.A (2020). Rhodotorula toruloides Single Cell Oil Production Using Eucalyptus urograndis Hemicellulose Hydrolysate as a Carbon Source. Energies 13(4), 795, DOI: 10.3390/en13040795

Lopes H.J.S, Bonturi N, Kerkhoven E.J, Miranda E.A, Lahtvee P.J (2020). C/N ratio and carbon source-dependent lipid production profiling in Rhodotorula toruloides. Applied Microbiology and Biotechnology, DOI: 10.1007/s00253-020-10386-5

Rocha-Meneses L, Otor O.F, Bonturi N, Orupõld K, Kikas T (2020). Bioenergy Yields from Sequential Bioethanol and Biomethane Production: An Optimized Process Flow. Sustainability, 12, 272. DOI: 10.3390/su12010272

2019

Rocha-Meneses L, Ferreira J.A, Bonturi N, Orupõld K, Kikas T (2019). Enhancing Bioenergy Yields from Sequential Bioethanol and Biomethane Production by Means of Solid-Liquid Separation of the Substrates. Energies, 12, 3683. DOI: 10.3390/en12193683

2017

Lahtvee P.J, Sánchez B.J, Smialowska A, Kasvandik S, Elsemman I, Gatto F, Nielsen J (2017) Absolute quantification of protein and mRNA abundances demonstrate variability in gene-specific translation efficiency in yeast. Cell Systems 4:495-504.e5. DOI: 10.1016/j.cels.2017.03.003

Sánchez B.J, Zhang C, Nilsson A, Lahtvee P.J, Kerkhoven E.J, Nielsen J (2017) Improving the phenotype predictions of a yeast genome-scale metabolic model by incorporating enzymatic constraints. Molecular Systems Biology, 13:935, DOI: 10.15252/msb.20167411

Hermano Santos Diniz R, Villada J.C, Tocantins Alvim MC, Pereira Vidigal P.M, Vieira N.M, Lamas-Maceiras M, Esperanza Cerdán M, González-Siso M.I, Lahtvee P.J, Batista da Silveira W (2017) Transcriptome analysis of the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus CCT 7735 under ethanol stress. Applied Microbiology and Biotechnology, DOI: 10.1007/s00253-017-8432-0

Babazadeh R, Lahtvee P.J, Adiels CB, Goksör M, Nielsen J, Hohmann S (2017) The yeast osmostress response is carbon source dependent. Scientific Reports, 7, 990. DOI: 10.1038/s41598-017-01141-4

Bonturi N, Crucellob A, Carvalho Vianab A.J, Alves Miranda E (2017) Microbial oil production in sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate without nutrient supplementation by a Rhodosporidium toruloides adapted strain. Process Biochemistry, 57:16-25. DOI: 10.1016/j.procbio.2017.03.007

2016

Lahtvee P.J, Kumar R, Hallström B.M, Nielsen J (2016) Adaptation to different types of stress converge on mitochondrial metabolism. Molecular Biology of the Cell 27: 2505-2514. DOI: 10.1091/mbc.E16-03-0187

2015

Kerkhoven E.J, Lahtvee P.J, Nielsen J (2015) Applications of computational modeling in metabolic engineering of yeast. FEMS Yeast Research 15: 1-13. DOI: 10.1111/1567-1364.12199

Kumar R, Lahtvee P.J, Nielsen J (2015) Systems biology: Developments and Applications. Molecular Mechanisms in Yeast Carbon Metabolism, Editors: J. Piskur and C. Compagno. 83-96. DOI: 10.1007/978-3-642-55013-3_4

2014

Lahtvee P.J, Seiman A, Arike L, Adamberg K, Vilu R (2014) Protein turnover forms one of the highest maintenance costs in Lactococcus lactis. Microbiology 160: 1501-1512. DOI: 10.1099/mic.0.078089-0

Meie rühma uurimisfookuseks on taim-patogeen interaktsioonide geneetilised, molekulaarsed ning rakubioloogilised aspektid. Oma uurimistöös kasutame peremeestaimedena eelkõige erinevaid kõrrelisi ning mudeltaimi - müürlooka ja tubakaid.

Uue põlvkonna sekveneerimismeetodite abil identifitseerime ja iseloomustame kõrrelistest kultuurtaimi nakatavaid viiruseid Eestis ning naabermaades. Koordineerime EUPHRESCO ERA-Net projekti “Teravilju nakatavate viiruste epidemioloogia ja diagnoosimine”, milles osaleb 24 rahvusvahelist partnerorganisatsiooni.

Uurime sobemoviiruste liike. Kuulume “Rahvusvaheline Viiruste Taksonoomia Komitee” Solemoviridae uurimisrühma ning seoses PARROT projektiga “Sobemoviiruste tekkimine ja lahknemine“ teeme koostööd “Prantsuse Säästva Arengu Riikliku Uurimisinstituudiga“.

Taimede molekulaarbioloogia valdkonnas uurime CRISPR/Cas9 tehnoloogia abil translatsiooni ning RNA vaigistamise supressiooniga seotud ABCE valke.

Osaleme EEA-RESEARCH-64 projektis “Raiheina kohanemisvõime ja vastupidavuse parandamine ohutute ja säästvate toidusüsteemide jaoks CRISPR/Cas9 tehnoloogia abil”, mis on finantseeritud EMP Balti teaduskoostöö programmi raames. Partneriteks on Läti Ülikool, Norra Loodusteaduste Ülikool (NMBU) ning Leedu Põllumajanduse ja Metsanduse Uurimiskeskus. Raihein (Lolium perenne) on Euroopas domineeriv söödarohuliik kuna omab kõrget toiteväärtust ja suurt taastumisvõimet. Võrreldes teiste jahedas kliimas kasvavate söödarohuliikidega, on raihein vähem konkurentsivõimeline kasvatamiseks Põhjamaade- / Läänemere piirkonnas. Kasutades CRISPR-põhist täppisaretust plaanime kindlaks teha geenid, mis on seotud põua- ja külmataluvusega ning biomassi kasvu mehhanismidega. Sööda tootmise parandamise kaudu saavad piima- ja lihatööstus otsest kasu ning seetõttu aitab see projekt kaasa jätkusuutlike toidusüsteemide loomisele.

Koordineerime EMP projekti „Uuenduslik platvorm Eesti-Norra bioinformaatika ja geenide täppismuutmise teaduspõhiseks õpetamiseks“, kus partneriks on Norra Loodusteaduste Ülikool (NMBU). Aastal 2022 toimus bioinformaatika kursus Norras, nii TalTech’i kui ka NMBU tudengitele. Järgmisel aastal toimub sarnane kursus, mis käsitleb CRISPR/Cas tehnoloogiat, meie ülikoolis.

Teeme koostööd Eesti Taimekasvatuse Instituudiga töötamaks välja kaasaegseid täppisaretus- ja genotüpiseerimismeetodeid (CRISPR/Cas, SSR, KASP, SNPs) odra aretusmaterjali kiireks ja kuluefektiivseks genoomipõhiseks selekteerimiseks.

Koostöös Meresüsteemide Instituudiga iseloomustame Rootsi järvedest pärit rohevetikaliiki.

Taimebioloogia infrastruktuuri projekti raames (TAIM) pakume kahte teenust:

• Taimede viiruslike haiguste põhjustajate tuvastamine uue põlvkonna sekveneerimise abil.
• Taimegenoomi või taimeviiruse genoomi täppismuutmine kasutades CRISPR/Cas9 tehnoloogiat.

GRUPI KODULEHT

Uurimisrühma liikmete loetelu:

Cecilia Sarmiento – vanemteadur, uurimisrühma juht
Triin Vahisalu – vanemteadur
Irena Jakobson - teadurO
Lenne Nigul – insener
Signe Nõu – insener
Kairi Kärblane – insener
Ferenz Sustek – doktorant, nooremteadur
Anna Ivanova-Pozdejeva – doktorant (koos Eesti Taimekasvatuse Instituudiga)
Evelyn Pil - doktorant (koos Meresüsteemide Instituudiga)
Mirjam Nuter - magistrant
Greete Urvak - magistrant
Grete Jõgisoo  - magistrant (koos Eesti Taimekasvatuse Instituudiga)
Marlene Kaljumäe - magistrant (koos Meresüsteemide Instituudiga)
Pille Leesmäe  - magistrant (koos Meresüsteemide Instituudiga)
Laura Johanna Kadak - magistrant (koos Meresüsteemide Instituudiga)
Katariina Laretei – magistrant (koos Meresüsteemide Instituudiga)
Mihhail Drozdov - bakalaureuse üliõpilane
Katariina Laretei – bakalaureuse üliõpilane (koos Meresüsteemide Instituudiga)
Kristian Pärt  – bakalaureuse üliõpilane (koos Meresüsteemide Instituudiga)
Mariliis Pukk – bakalaureuse üliõpilane (koos Meresüsteemide Instituudiga)

Merits, A.; Abroi, A.; Kurg, R.; Žusinaite, E.; Truve, E.; Sarmiento, C.; Sõmera, M.; Saar, T.; Viltrop, A.; Lutsar, I.; Avi, R.; Karki, T.; Huik, K.; Kõljalg, S.; Brilene, T.; Roots, I.; Inno, H. (2022). Üldine ja Meditsiiniline viroloogia. Tartu: Tartu Ülikooli kirjastus [ilmumas].

Guarino, F.; Cicatelli, A.; Castiglione, S.; Galea Agius, D. R; Orhun, G. E.; Fragkostefanakis, S.; Leclercq, J.; Dobránszki, J.; Kaiserli, E.; Lieberman-Lazarovich, M.; Sõmera, M.; Sarmiento, C.; Vettori, C.; Paffetti, D.; Poma, A. M. G.; Moschou, P. N.; Gašparović, M.; Yousefi, S.; Vergata, C.; Berger, M. ... Martinelli, F. (2022). An epigenetic alphabet of crop adaptation to climate change. Frontiers in Genetics, 13, 818727−818727. DOI: 10.3389/fgene.2022.818727.

Sõmera, M.; Fargette D.; Hébrard, E.; Sarmiento, C.; ICTV Report Consortium (2021). ICTV Virus Taxonomy Profile: Solemoviridae. Journal of General Virology, 102 (12). DOI: 10.1099/jgv.0.001707.

Sarmiento, C.; Sõmera, M.; Truve, E. (2021). Solemoviruses (Solemoviridae). In: Bamford, D.; Zuckerman, M. (Ed.). Encyclopedia of Virology, 4th edition. Elsevier. DOI: 10.1016/B978-0-12-814515-9.21288-5.

Mõttus, J.; Maiste, S.; Eek, P.; Truve, E.; Sarmiento, C. (2021). Mutational Analysis of Arabidopsis thaliana ABCE2 Identifies Important Motifs for its RNA Silencing Suppressor Function. Plant Biology, 23 (1), 21−31. DOI: 10.1111/plb.13193.

Sõmera, M.; Massart, S.; Tamisier, L.; Sooväli, P.; Sathees, K.; Kvarnheden, A. (2021). A Survey Using High-Throughput Sequencing Suggests That the Diversity of Cereal and Barley Yellow Dwarf Viruses Is Underestimated. Frontiers in Microbiology , 12. DOI: 10.3389/fmicb.2021.673218.

Sõmera, M.; Kvarnheden, A.; Desbiez, C.; Blystad, D.-R.; Sooväli, P.; Kundu, J. K.; Gantsovski, M.; Nygren, J.; Lecoq, H.; Verdin, E.; Spetz, C.; Tamisier, L.; Truve, E.; Massart, S. (2020). Sixty Years after the First Description: Genome Sequence and Biological Characterization of European Wheat Striate Mosaic Virus Infecting Cereal Crops. Phytopathology, 110, 68−79. DOI: 10.1094/PHYTO-07-19-0258-FI.

Uurimisrühma juht: Kadri Järve, PhD, vanemteadur (+372 6204427, kadri.jarve@taltech.ee)

Uurimisrühma liikmed:

Irena Jakobson – teadur, PhD;

Hilma Peusha – peaspetsialist, PhD;

Galina Sokolova – vanemlaborant

ORCID:

Kadri Järve        orcid.org/0000-0002-4970-8689

Hilma Peusha    0000-0002-7597-6812

Irena Jakobson: 0000-0003-3535-4688

Uurimisrühma tegevust iseloomustavad võtmesõnad: põllukultuuride eelaretus, genotüpiseerimine

Uurimisrühma kompetentside tutvustus:

Töörühm tegeleb põllukultuuride resistentsusgeneetikaga, uurimisobjektideks on suvi- ja talinisu ning kartul. Liikidevahelise kaugristamise teel on saadud introgressiivsed haiguskindlad nisuliinid ja koostöös Tšehhi Eksperimentaalse Botaanika Instituudiga (dr. M. Valarik, dr. J. Šafář) tegeleme jätkuva projektina jahukastekindluse tekkes prevaleerivat rolli omava uudse resistentsusgeeni QPm.tut.4A identifitseerimisega. Seda geeni sisaldav introgressiivne liin on registreeriti 2021. aastal Eestis uue nisusordina. Samuti tegeleme nisu agronoomiliselt oluliste tunnuste (saagikus, varajasus, haiguskindlus muude seenhaiguste suhtes) parendamisega.

Riiklikus programmis ’Põllukultuuride geneetilise ressursi fenotüübiline ja molekulaarne iseloomustamine’ osaleme teraviljasortide ja –liinide molekulaarse markeerimise ja fenotüpiseerimisega (Riiklik Sordiaretusprogramm 2020–2030: projekt koostöös Eesti Taimekasvatuse Instituudiga: „Põllukultuuride eelaretus ja molekulaarsete ning koekultuurimeetodite rakendamine sordiaretuses“ (2020, projekti juht K. Järve).

Eesmärgid ja uurimistemaatika
Uurimisgrupi töö eesmärgiks on läbi teadus- ja rakendusuuringute ning õpetamistegevuste aidata muuta inimeste toitumist tervislikumaks. Toidud peavad olema maitsvad ja õigetes kogustes süües toetama tervist. Toidusüsteemides toimuvaid protsesse analüüsime alatest toormest ja selle käitlemisest kuni inimeste tarbimiseelistuste ja seedimiseni. Selleks rakendame nii sensoorseid, bioloogilisi, keemilisi, füüsikalisi kui ka matemaatilisi uurimisvõtteid. Uurimisgrupis on omal alal kogenud eksperdid, kes oskavad kasutada erinevaid uurimismeetodeid ning rakendada neid toidukäitlejatel tekkivate probleemide lahendamiseks.
Üheks olulisemaks suunaks on teaduspõhine toidutööstuse protsesside arendamine suurema väärtuslisandiga toodete tootmiseks. Tegeleme protsessidega, mis võimaldavad parandada toodete kvaliteeti, suurendada protsessi saagiseid ning võimaldada kuluefektiivsemat tootmist. Samuti uurime uudsete alternatiivsete toidutoormete kasutamist.

Uurimismeetodid
Uuringute läbiviimiseks kasutame komplektselt ja vastavalt vajadusele:
Sensoorseid meetodeid, sh SPME-GC/MS-olfaktomeetria lõhna või vedelikfraktsioneerimine toidu maitse kvantitatiivsel analüüsil ning tarbija eelistusuuringutes.
Bioloogilisi meetodeid mikroobikoosluste 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, sh 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, sh HPLC, GC, UPLC-MS(/MS). Kvantitatiivsuse parandamiseks kasutame sisestandardeid, sh 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.

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.

Toidu sensoorne ja instrumentaalanalüüs
Arendame ja rakendame meetodeid toidu sensoorsete omaduste kujunemise ja püsivuse uurimiseks: maitse ja aroomi kujunemist vürtsikilu, mee, siidri, veini, kalja jt valmistamise protsessis; kõrvalmaitsetele ja lõhnade tekke põhjuste tuvastamiseks maitseainetes, jookudes ja teistes toodetes. Sensoorne analüüs on iga toiduprojekti lahutamatu osa.

Peptiidide roll pärmide lämmastikuallikana toidu fermentatsiooniprotsessides
Pärmidega läbiviidavate toidu, sh alkohoolsete jookide, kääritusprotsesside efektiivsus sõltub olulisel määral asendamatute toitekomponentide, sh lämmastikuühendite piisavast sisaldusest. Pärmile omastatava lämmastiku (ingl 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 (sh veinide ning viskimeskide) lisaainetena pärmi autolüsaate, mis lisaks vabadele aminohapetele sisaldavad suurel hulgal peptiide. Uurimistöö teadus-tehniliseks väljakutseks on mõista, milline on peptiidide roll pärmide lämmastikuallikana toidu fermentatsiooniprotsessides ning saada parem ülevaade pärmile omastatavate peptiidide struktuurist, sh nende suurusest ning aminohappelisest järjestusest.

Toidu kvaliteet ja struktuur
Toidu struktuur, tekstuur ning tarbijate toote eelistused ja valikud on omavahel tihedalt seotud. Toidu toormest, tehnoloogiast või säilitamisest tingitud muutused struktuuris ja tekstuuris mõjutavad seega otseselt tarbijate ootusi. Lisaks bioloogilistele ja keemilistele protsessidele mõjutavad toidu kvaliteeti ja säilivust ka füüsikalised protsessid, näiteks kristalliseerumine, klaasistumine ja difusioon. Selliste protsesside kontrollimiseks tuleb mõista toidusüsteemide faaside käitumist, kristallide nukleatsiooni ja kasvukineetikat ning kuidas toidutoore, tehnoloogia ja säilitustingimused seda mõjutavad. Uurime jääga seonduvate valkude mõju jää rekristalliseerumisele, laktoosi kristallisatsiooni jäätises ning üleküllastatud suhkrulahuste kristalliseerumiskineetikat. Samuti uurime erinevate toidutoormete, tootmistehnoloogiate ja säilitamistingimuste mõju toidutoodete mikro- ja makrostruktuurile, tekstuurile ja sensoorsetele omadustele.

Jätkusuutlik toidusüsteem
Toidusüsteemid on osa biosüsteemidest, mis mõjutavad kasvuhoonegaaside tasakaalu Maal. Jätkusuutlik toidusüsteem tagab toiduga kindlustatuse ja toitumise kõigile sellisel moel, et see ei kahjusta tulevastele põlvkondadele toiduga kindlustatuse ja toitumise tagamise majanduslikke, sotsiaalseid ja keskkonnaalaseid aluseid (FAO). Seetõttu on toidujäätmete tekke optimeerimine ja kõrvalsaaduste väärindamine ülioluline. Juhime kahte ResTA –ressursside väärindamise TA-tegevuse toetamise - projekti: „Toidu säilivusaja pikendamine ning kvaliteedi ja ohutuse tagamine“ ja „Tahkefaasi fermentatsiooni protsessid toidu tootmise kaassaaduste väärindamisel“. Esimene neist hõlmab toiduainete säilitamisaja optimeerimist ja teine toiduainete tootmise kõrvalsaaduste (näiteks õlletehaste kasutatud teravilja) väärindamist, kasutades tahkefaasi kääritamist (SFF). Põhiküsimus on keskkonnamõju, mida avaldab i) toidu kõrvalsaaduste väärindamine tahkefaasi fermenteerimisel võrreldes loomade söötmisega, ii) toidujäätmete tekke vähendamine, pikendades säilitusaega, iii) millised on mõlema lähenemisviisi praktilised keskkonnasõbralikud piirid.
Tahkefaasi fermentatsiooni peetakse kõige keskkonnasõbralikumaks toiduvalmistamise meetodiks. Tuhandeid aastaid on seda meetodit kasutatud idamaiste kääritatud toiduainete tootmiseks, kasutades aeroobset kääritamist filamentsete seentega. Seevastu läänemaailmas on seda kasutatud anaeroobsetes kääritamistes, et muuta leiva, liha ja juustu sensoorseid omadusi. Projekti eesmärk on rakendada SFF toidu kõrvalsaaduste muutmiseks seeneniidistiku kasvu kaudu liha alternatiivideks, eelkõige kasutatud teravilja väärindamiseks. Erilist tähelepanu juhitakse toodete sensoorsetele omadustele ja ohutusele. Lisaks võimaldab kaasaegsete SFF kultiveerimissüsteemide arendamine parandada bioloogiliste tõrjevahendite tootmistõhusust.
Mikroorganismide kasv madalatel, nullilähedastel temperatuuridel on oluline toiduainete riknemist ja toidumürgitust põhjustav element. Kuigi on tehtud mitmeid uuringuid bakterite kasvu kohta madalatel temperatuuridel, pole temperatuuri alandamise mõju töötlemise ajal selgitatud. Kui see on piisavalt kiire, ei suuda rakumembraani lipiidide koostis uute tingimustega kohaneda, prootonite läbilaskvus jääb väljapoole optimaalset vahemikku ja rakud kaotavad oma võime paljuneda. Viimane on eriti oluline Listeria kasvu ennetamisel külmsuitsutatud toodete säilitamise ajal.
Mitmed organismid toodavad jääga seonduvaid valke (IBP), et vältida membraani kahjustusi nullist madalamal temperatuuril. Nende organismide hulka kuuluvad taimed, kalad ja bakterid. Nende toimemehanismid, eelkõige bakterite puhul on teadmata. IBP toimemehhanismide tundmine ja nende rakendamine võimaldab parandada külmutatud toiduainete kvaliteeti ja pikendada säilivusaega.

1.    Raba, G.; Adamberg, S.; Adamberg, K. (2021). Acidic pH enhances butyrate production from pectin by faecal microbiota. FEMS Microbiology Letters, May 4;368(7):fnab042.
https://doi.org/10.1093/femsle/fnab042
2.    Zweers, S.K.T.; Vene, K. (2021). Odour-Active Compounds in Homemade Kvass. EC Nutrition, 16 (2): 59-73. https://www.ecronicon.com/ecnu/pdf/ECNU-16-00908.pdf
3.    Eha, K.; Pehk, T.; Heinmaa, I.; Kaleda, A.; Laos, K. (2021). Impact of short-term heat treatment on the structure and functional properties of commercial furcellaran compared to commercial carrageenans. Heliyon, 7(4):e06640. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06640
4.    Kivima, E.; Tanilas, K.; Martverk, K.; Rosenvald, S.; Timberg, L.; Laos, K. (2021). The Composition, Physicochemical Properties, Antioxidant Activity, and Sensory Properties of Estonian Honeys. Foods, 10(3):511. https://doi.org/10.3390/foods10030511
5.    Rosend, J.; Kaleda, A.; Kuldjärv, R.; Arju, G.; Nisamedtinov, I (2020). The effect of apple juice clarification and concentration on cider fermentation and properties of the final product. Foods, 9(10):1401. https://doi.org/10.3390/foods9101401
6.    Friedenthal, M.; Eha, K.; Kaleda, A.; Part, N.; Laos, K. (2020). Instability of low-moisture carrageenans as affected by water vapor sorption at moderate storage temperatures. SN Applied Sciences, 2: 243 https://doi.org/10.1007/s42452-020-2032-9
7.    Rosend, J.; Kuldjarv, R.; Rosenvald, S.; Paalme, T. (2019). The effects of apple variety, ripening stage, and yeast strain on the volatile composition of apple cider. Heliyon, 5(6): e01953
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01953
8.    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.
https://doi.org/10.3920/BM2016.0198
9.    Kaleda, A.; Tsanev, R.; Klesment, T.; Vilu, R.; Laos, K. (2018). Ice cream structure modification by ice-binding proteins. Food Chemistry, 246, 164-171
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.10.152
10.    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.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.04.134
11.    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.
https://doi.org/10.1002/jib.298

Meie grupp on pühendatud toidu ja selle keerulise koostise, struktuuri ja käitumise uurimisele. Kogemustega õppejõud ja tipptasemel seadmed pakuvad üliõpilastele suurepäraseid võimalusi praktilise kogemuse saamiseks toidukeemia, toitumise, mikrobioloogia, toidu maitse, (bio)tehnoloogia ja muude valdkondade alal. Koos uuritakse töötlemistehnikate mõju toidu kvaliteedile, toiteväärtusele ja sensoorsetele omadustele ning arendatakse innovaatilisi lahendusi toiduohutuse, jätkusuutlikkuse ja tervislikkuse parandamiseks. Liitu meiega, et avastada, milline teadus on toidu taga!

Teadustöö põhisuunad

• Fermentatsiooni ja biotehnoloogia protsessid toiduresursside väärindamisel
• Lõhna- ja maitseteadus,  füüsikalis-keemilised uuringud
• Toitumine ja toidu-oomika inimese mikrobioomi uuringutes
• Toidusüsteemid ja stabiilsus

Liikmed

Uurimisrühma juht: Dr. Kristel Vene (vanemlektor)
Teadlased: Dr. Kaarel Adamberg (vanemteadur), Prof. Katrin Laos (kaasprofessor), Dr. Signe Adamberg (vanemteadur), Ildar Nisamedtinov (vanemlektor), Tagli Pitsi (vanemlektor), Toomas Paalme (vanemteadur), Tiina Randla (lektor), Allan Olspert (vanemteadur), Inga Sarand (dotsent), Tiina Lõugas 
Doktorandid: Lachinkhanim Huseynli, Rifladi Lutfi, Hidde Yael Berg, Õnnela Luhila, Anna Angerjas, Atefeh Asadi,