Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Stiinte Biologice Bucuresti

RAPORT FINAL

Proiect: PN-II-PT-PCCA-2013-4-0361

Valorificarea superioara a sub-produselor si reziduurilor vegetale pentru a asigura exploatarea durabila a

resurselor naturale

Acronim: HIVEGRES

Contract nr. 145/2014

Cuprins Pag

Consortiu, obiective 1

Gradul de realizare a rezultatelor estimate 2

Impactul rezultatelor obtinute 3

Proiectul HIVEGRES este realizat de un consortiu academic-industrial (IMM uri) format din :

• Institutul National CD pentru Stiinte Biologice Bucuresti, coordonatorul proiectului, (CO)

• Universitatea din Bucuresti, Facultatea de Chimie (P1)

• Centrul de cercetare si prelucrare a plantelor medicinale Plantavorel SA, Piatra Neamt (P2)

• Cosfel Actual S.R.L, Bucuresti (P3)

Scopul proiectului este acela de a obtine prin metode sigure un continut imbunatatit de compusi naturali cu

valoare nutraceutica, care sa fie utilizati in obtinerea de produse alimentare ca si suplimente si aditivi de origine

vegetala. (Domeniul 5: Agricultura, siguranta si securitate alimentara, directia prioritara 5.2. Modernizarea

productiei alimentare si obtinerea de produse corespunzatoare principiilor dezvoltarii durabile si securitatii

alimentare)

Obiectivele proiectului HIVEGRES conform contract 145/01.07.2014:

• Valorificarea superioara, utilizarea durabila a resurselor naturale prin reciclarea reziduurilor si sub-

produselor vegetale ca urmare a cresterii randamentului de extractie;

• Introducerea de noi instrumente pentru controlul si monitorizarea procesului de productie si pentru

evaluarea calitatii produselor: retea de nano-biosenzori;

• Crearea de noi oportunitati pentru diversificarea produselor de tip alimente functionale si largirea

segmentului de piata al partenerilor industriali –companii mici si mijlocii- din proiect catre industria

alimentara, pe segmentul de piata care le implica.

Proiectul, ca urmare a modificarii graficului de finantare, a avut o durata de implementare de 36 de luni,

planificarea activitatilor incluzand urmatoarele etape, care au fost realizate integral

1. Reciclarea reziduurilor si subproduselor vegetale si imbunatatirea randamentelor de extractie;

tehnologii "safe-extraction"; evaluarea si stabilizarea produsilor de extractie

2. Reciclarea reziduurilor si subproduselor vegetale si imbunatatirea randamentelor de extractie;

tehnologii "safe-extraction"; evaluarea si stabilizarea produsilor de extractie (continuare).

Implementarea de noi instrumente analitice si protocoale pentru evaluarea calitatii materialelor

biologice si a produselor si pentru controlul proceselor.

3. Reciclarea reziduurilor si subproduselor vegetale si imbunatatirea randamentelor de extractie;

tehnologii "safe-extraction"; evaluarea si stabilizarea produsilor de extractie (continuare-partea a 3a).

Implementarea de noi instrumente analitice si protocoale pentru evaluarea calitatii materialelor

biologice si a produselor si pentru controlul proceselor (continuare). Realizare model demonstrator

extractie MAE

4. Implementarea de noi instrumente analitice si protocoale pentru evaluarea calitatii materialelor

biologice si a produselor si pentru controlul proceselor (continuare 2016). Realizare model

demonstrator extractie MAE (continuare 2016). Formularea de produs nou

Rezultate

estimate Grad de realizare al rezultatelor

Proceduri

analitice

validate

(HPLC;

TEAC) pentru

evaluarea

materialului

vegetal

1. Metoda de determinare a capacitatii antiradicalice a compusilor extrasi, utilizand

TEAC -raport RST etapa I

2. Metoda de determinare a capacitatii antiradicalice a compusilor extrasi, utilizand

ORAC -raport RST etapa I

3. Metoda de analiza HPLC-DAD a suportat o validare partiala in termeni de limita

de detectie, limita de cuantificare, repetabilitate, precizie intermediara si exactitate

- raport RST -etapa a II-

4. Metoda dezvoltata este aplicabila pentru determinarea continutului de carotenoide

β-caroten, luteina, licopen din probe cu matrice de baza de tip ulei- raport RST -

etapa a II-a Protocoale de

evaluare si

stabilizare a

principiilor

active.

1. Au fost dublu standardizate extractele din afin și merisor, la nivel de continut de

antociani (echivalent cianidin) si la nivel de continut de polifenoli (echivalent acid

clorogenic) si au fost elaborate protocoalele de evaluare si stabilizare a principiilor

active utilizand acid citric – raport RST etapa II-a si raport RST etapa a III-a.

2. A fost stabilizat cu BHA extractul uleios de β caroten -raport RST etapa a III-a Dezvoltare

retea de

senzori cu

utilizare in

evaluarea

materialului

vegetal

1. Validarea fezabilității ipotezei privind utilizarea biosenzorilor pe bază de lacază

pentru determinarea polifenolilor și compușilor metoxi-substituiti s-a realizat și pe

probe reale, reprezentarea relativă a concentrațiilor de acid clorogenic determinate

prin HPLC-MS si prin utilizarea biosenzorului ca instrument de măsura pentru

extractele MAE de afin și merisor conducând, din nou, la o corelație liniară intre

cele două raspunsuri pentru determinarea echivalentului în acid clorogenic-raport

RST etapa a III-a;

2. Cerere brevet inventie A00824/2015 publicata RO131153 (A0) 2016-05-30 Tehnologie

pentru

extractie

sigura si

eficienta

1. Tehnologie realizare extract solid afin, maces, merisor-Plantavorel- raport RST

etapa III-a

2. Tehnologie MAE realizare extract uleios beta-caroten – Cosfel si INCDSB – raport

RST atapa III-a; cerere brevet A00877/nov 2016

Documentatie

brevet MAE. Cerere brevet A00877/nov 2016

Specificatie

tehnica

prototip de

Retea biosenzor pentru determinarea continutului in compusi fenolici si polifenoli metoxi-

substituiti cu senzor determinare capacitate antioxidanta CO-INCDSB

laborator

pentru retea de

senzori.

Retea nanosenzori bazati pe nanooxizi metalici – P1 UB

Documentatie

brevet

biosenzor

pentru

activitatea

antioxidanta

Documentatie cerere brevet -anexa 1 la raport RST etapa IV

Model

demonstrator

modul

extractie.

Workshop. Nu s-a realizat Documentatie

tehnica pentru

un fito- produs

formulat.

Au fost formulate doua tipuri de produse noi

- Supliment alimentar;

- Produse cosmetice.

- Au fost realizate trei fise tehnice, pentru urmatoarele produse:

➢ Urovit C – supliment alimentar vezi anexa 2, RST etapa IV

➢ Ulei dupa plaja, regenerant – produs cosmetic, vezi anexa 3 si 5, RST etapa

IV

➢ Ulei protectiv, de plaja – produs cosmetic, vezi anexa 4 si 6, RST, etapa IV Protocoale

pentru analiza

fito-

produselor.

• Au fost dezvoltate protocoale pentru analiza/evaluarea calitatii fito-produselor,

raport RST etapa IV, fisele tehnice (incluse in raport) si specificatiile tehnice

(anexate raportului)

• S-a demonstrat viabilitatea utilizarii retelei de biosenzori si senzori pentru

determinarea eficacitatii antioxidante si a continutului total de compusi polifenolici

pentru extractele standardizate la acid clorogenic. 1 articol ISI 1. Cristea D., Danet A et al, ANTIOXIDANT ASSAY FOR FRUIT JUICES BY

USING A CHEMILUMINESCENCE METHOD BASED ON THE CO(II)EDTA

/LUMINOL/H2O2 SYSTEM Revista de Chimie (nr. 5/2016)

2. Popa, C.V., Litescu, S. C., Vasilescu, A., Radu, G.L., Danet, A.F., 2017, Analysis

of some compounds based on the antioxidant properties evaluated by using metallic

oxides nanosensor array”, trimis spre publicare.

Impactul rezultatelor obtinute

1. Aparat si tehnologie de extractie asistata de microunde

Eficientizarea utilizarii resurselor vegetale secundare, cele de tip reziduu/sub-produs tehnologie de prelucrare

primara poate fi realizata prin utilizarea unor tehnologii avansate de extractie, alegerea acestora depinzand de:

tipul de biomolecula si matrice, nivelul de procesare (laborator sau industrial), raportul dintre costul de productie

si valoarea economica a compusului ce urmeaza a fi obtinut.

Fig. 1. Instalatia de uscare si sterilizare a materialului

vegetal

Fig. 2. Detaliu model demonstrator sistem de

extractie asistata de microunde

Cea mai frecventa prelucrare a materialului vegetal este prelucrarea mecanica in vederea asigurarii unor

randamente de extractie imbunatatite. In prezent sunt disponibile diverse metode de extractie pentru principiile

active din produse vegetale, de la distilare pana la extractii cu solvent super- sau sub-critic. Obtinerea de produse

cu valoare adaugata–care face de fapt obiectul acestui proiect de transfer de cunostinte-inseamna utilizarea de

tehnologii de extractie performante, de instrumente de analiza si control avansate, care sa asigure o eficientizare

atat a valorificarii materialului vegetal prin extractii specifice din reziduuri si sub-produse vegetale, cat si a

procesului de realizare a fito-produselor ca urmare a folosirii unor tehnici, protocoale si instrumente de

caracterizare specifice, rapide, sensibile, sigure si care sa asigure reducerea costurilor.

Compusii cu potential comercial ridicat prezenti in deseurile alimentare si produsele secundare trebuie separati

de matrice printr-o abordare complexa (utilizarea combinata a diferitelor tehnici fizice, chimice si biochimice)

in vederea unei extractii selective a compusilor tinta ce vor fi utilizati ca aditivi alimentari sau la obtinerea de

produse alimentare cu valoare adaugata mare.

Extractia de componente cu valoare adaugata mare trebuie sa fie fezabila din punct de vedere economic, acest

obiectiv putand fi realizat fie prin utilizarea de tehnici de extractie performante fie prin imbunatatirea

compozitiei extractului obtinut ca urmare a aplicarii unor sisteme de separare si eventual concentrare selectiva.

Pe langa metodele conventionale de extractie a principiilor active din materialul vegetal cum sunt distilarea si

extractia cu solvent (metoda Soxhlet) exista un numar mare de extractii solid-lichid (SLE) care au dezavantajul

timpului de extractie indelungat si utilizarii unor cantitati mari de solventi. Prin urmare aceste proceduri sunt

costisitoare, poluante si ineficiente economic datorita limitarii numarului de probe procesate pe unitatea de timp.

Tehnicile de extractie neconventionale reprezinta o alternativa eficienta, exemple de tehnici neconventionale

fiind extractia solid-lichid in flux fortat (FFSLE), extractia solid-lichid la presiune medie (MPSLE) si extractia

prin metoda de rotire in plan (RPE) precum si metoda de extractie cu solvent in camp de microunde (MAE),

metoda foarte rapida utilizata pentru extractia selectiva a diferiti compusi din tipuri de probe variate, de la sol

pana la materialul vegetal. MAE este o tehnologie inovativa de extractie cu solvent ce ofera multe avantaje fata

de metodele conventionala de tip SLE, datorita producerii eficiente de caldura specifica in volumul probei.

Aplicatiile MAE includ extractia de compusi de mare valoare din surse naturale constand in fito-nutrienti,

nutraceutice si ingrediente alimentare functionale, si substante active farmaceutice din biomasa, utilizarea

acestei tehnologii rezultate in urma implementarii HIVEGRES constituinf pe mai departe o componenta a

transferului de cunostinte catre alte parti interesate. Unul dintre potentialii utilizatori ai acestui aparat si ai

tehnologiei de extractie este HOFIGAL, care si-a manifestat interesul in a introduce in linia tehnologica un

astfel de tip de extractor MAE.

Realizarea unei extractii selective prin utilizarea unor membrane de extractie specifice dezvoltate/ „croite” astfel

incat sa asigure imbunatatirea calitatii extractului prin cresterea rezolutiei intre principiile active chiar din etapa

de separare a compusilor activi reprezinta o alta abordare capabila sa contribuie la cresterea valorii fito-

produsilor.

La nivel national si international exista o tendinta clara de orientare a cercetarilor spre obtinerea de [...]

bioproduse cu valoare adaugata, bazate pe bioresurse regenerabile.

La nivel global o astfel de abordare este sustinuta de faptul ca Romania detine un potential extrem de valoros

de bioresurse naturale care nu este exploatat suficient (cca. 50% din speciile florei europene), iar biotehnologiile

reprezinta o sansa de dezvoltare pentru IMM-uri asigurand oportunitati pentru inovare si dezvoltare. Din datele

statistice existente s-au identificat 150 de firme romanesti din domeniu care aplica rezultatele cercetarilor

realizate in cadrul subdomeniului cu un numar de salariati de 1500 inregistrandu-se o cifra de afaceri de cca 300

mil. Euro si un excedent de balanta comerciala pe domeniu de 200 mil euro.

In acelasi timp trebuie mentionat ca se inregistreaza in prezent o cerere de piata in continua crestere de produse

care au drept caracteristica definitorie componenta „BIO” nu doar la nivel national si regional ci si

european/mondial.

Utilizarea inteligenta a resurselor naturale care se poate realiza prin implementarea de cunostinte privind

tehnologii de extractie, caracterizare si formulare eficiente, cu consum redus de reactivi, precum si prin folosirea

de instrumente de masura si control care au un impact mic asupra mediului vor contribui la reducerea amprentei

de mediu atat a produsului final cat si a organizatiei/intreprinderii, facandu-se astfel cativa pasi catre

introducerea si pe piata fito-produselor a asa numitelor „produse verzi”.

Orientarea catre beneficiari tinta ai produsului. Beneficiarii tinta ai acestui rezultat al proiectului sunt

intreprinderile mici si mijlocii din domeniul procesarii materiilor prime si a reziduurilor vegetale de tipul plante

medicinale si aromatice, fructe de padure (unele radacinoase cum sunt morcovii, sfecla rosie, telina) care au

continut ridicat de principii active cu rol de reducere a stresului oxidativ la nivel celular.

Conform FAOSTAT, piata europeana a consumului in sectorul plantelor medicinale si aromatice se situa in anul

2009 la o productie de cca 120 mii de tone si 1,2 miliarde de euro, principalii jucatori care domina piata de

consum (peste 58%), fiind Marea Britanie, Germania, Romania si Ungaria. Sectorul de retail detine la consum

cca 35-40%, iar sectorul de catering ocupa in piata cca 10 – 15%. Producatorii conventionali principali sunt

Germania, Austria, Bulgaria si Polonia, iar producatorii ecologici la nivel european sunt Romania, Finlanda si

Ungaria. Trendul ascendent pe plan mondial se datoreaza consumatorilor influentati de noul curent de intoarcere

la traditiile culturale si culinare, asociate cu dorinta unui nou stil de viata, bazat pe cresterea calitatii vietii,

pastrarea sanatatii individuale, a familiei si mediului. Cele mai importante tari producatoare sunt cele care au o

suprafata semnificativa de teren agricol si venituri pe cap de locuitor, relativ mici: Romania, Bulgaria si Ungaria.

Impreuna, aceste tari reprezinta 86% din producția UE. Productia s-a dezvoltat bine si in Republica Ceha (+25%

pe an), Ungaria (+20%) si Romania (+13%).

2. Formulare de produs nou. Evaluarea calitatii produsului

In formularea prototipului de produs nou s-au urmarit urmatoarele aspecte :

- Valorificarea produselor intermediare - extracte vegetale rezultate in urma activitatilor in etapele anterioare

din cadrul proiectului: extracte uscate din fructe de merisor, maces si afin, realizate de catre partenerul P2-

Plantavorel si a extractului uleios din radacina de morcov, realizat de Coordonator- INCDSB Bucuresti ;

- Necesitatea si adresabilitatea produsului:

➢ suplimentul alimentar - datorita anatomiei aparatului urinar, infectiile urinare sunt printre cele mai

comune si frecvente afectiuni ale femeilor. Cistita (inflamaţia mucoasei vezicii urinare) este mai

frecvent întâlnită la sexul feminin şi la vârste tinere. Se apreciază că 50% dintre femei suferă măcar o

dată în decursul vieţii de cistită. Studiile arată că si dupa tratamentul cu antibiotice specifice

predispoziția spre infecția urinară rămâne la 75% dintre cazuri iar aceasta poate fi prevenita cu remedii

baza de plante medicinale si aromatice. 90% dintre produsele existente pe piata suplimentelor

alimentare au in compozitia lor fructele sau extractul din fructe de merisor asociate cu alte plante sau

extracte.(ex. URIFIN, UROPLANT, CISTORENAL, Urinal-Balance, etc);

➢ produsul cosmetic – expunerea indelungata la radiatiile UV poate sa aiba efecte negative imediate

asupra pielii, cum ar fi arsurile solare. Insa acest tip de radiatii ne pot afecta grav sanatatea si pe termen

lung, provocand imbatranirea prematura a epidermei sau, in cazuri extreme, cancer de piele. Organizatia

Mondiala a Sanatatiii estimeaza ca in jur de 65 000 de persoane mor anual din cauza expunerii

prelungite la soare. Urmare a costientizarii acestui risc exista o tendinta crescuta pentru utilizarea

produselor pentru protectia solara.

In elaborarea prototipului de produs nou au fost abordate doua directii :

1. formularea de produs nou – supliment alimentar, care are la baza utilizarea ca materie prima extractele

uscate din fructe de merisor si maces in combinatie cu alte materii prime, conditionat sub forma de capsule

gelatinoase tari(operculate) – produs pentru sustinerea si imbunatatirea functionarii sistemului urinar ;

2. formularea de produs nou – produs cosmetic, o gama pentru protectie solara formata din doua produse,

conditionate sub forma de ulei, respectiv, ulei pentru pregatirea pielii in vederea expunerii la soare si ulei pentru

regenerarea pielii dupa expunerea la soare, care are la baza utilizarea ca materie prima a extractului uleios de

morcov.

Au fost realizate urmatoarele produse