Sažetak
Industrija 4.0 uključuje automatizaciju i razmjenu podataka u proizvodnim tehnologijama i uključuje cyber‐fizički sustav, Internet stvari (IoT), naprednu povezanost i računalstvo u oblaku za transformaciju proizvodnih jedinica u „pametne tvornice“.
Cilj i svrha DEEP projekta je korištenje odbačenih listova iz prerade cikle (Beta vulgaris L.) i proizvodnje boba (Vicia faba L.), te provesti zelenu ekstrakciju proteina RuBisCO (Ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza) iz lišća. Za ekstrakciju proteina i bioaktivnih spojeva lišća, koristit će se netoplinske tehnike ultrazvuk visoke snage – US i pulsirajuće električno polje – PEF. Ideja je koristiti digitalizaciju u netoplinskoj obradi (US i PEF), uz korištenje senzora (za temperaturu, vlažnost, provodljivost, potrošnju energije, tlak itd. kroz pametni IoT sustav). Dakle razvit će se sustav netoplinskih tehnika Interneta stvari (IoT) (NT-IoT-P), za praćenje i optimizaciju procesa ekstrakcije proteina. Zelena ekstrakcija ima mnoge prednosti kao što je povećanje prinosa proteina, bioaktivnih komponenti, korištenje zelenih otapala (voda) umjesto organskih otapala, vođenje kraćeg procesa na sobnoj temperaturi i dr. Fokus je na smanjenju, recikliranju i ponovnoj upotrebi, prema obradi bez otpada (zero-waste).
RuBisCO je najzastupljeniji protein pronađen na zemlji (može sadržavati do 50% ukupnih topljivih proteina koji se nalaze u tkivu lista). RuBisCO je enzim odgovoran za fiksaciju ugljika dobivenog iz atmosferskog CO2 kao dio Calvin-Bensonovog ciklusa. Cilj je ekstrahirati RuBisCO i “upakirati” ekstrakt, primjenom postupaka elektropredenja i elektroraspršivanja (za dobivanje nanovlakana) te usporediti s inkapsulacijom, uobičajenim postupkom isporuke ekstrahiranih bioaktivnih spojeva. Krajnji cilj je mogućnost korištenja vlakana i nanočestica (kapsula) kao dodatak u proizvodima i ambalaži.
C1 Dizajnirati i razviti liniju za obradu putem netoplinskih tehnika Interneta stvari (IoT) (NT-IoT-P)
C2 Istražiti zelene netoplinske NT-IoT-P ekstrakcije proteina (RuBisCO) iz odabranog lišća kao
nusproizvoda u prehrambenoj industriji
C3 Istražiti procese elektropredenja i elektroraspršivanja za proizvodnju nanovlakana bogatih
proteinima i usporediti ih s procesom inkapsuliranja
C4 Razviti bazu podataka o peptidima, dobivenu pretpostavkom (in silico) različitih puteva
razgradnje proteina u procesu ekstrakcije (bioinformatika)
C5 Unaprijediti procese NT-IoT-P i procese elektropredenja i elektroraspršivanja, u ekstrakciji
proteina i proračunu procjene životnog ciklusa (LCA) za utvrđivanje tvrdnji o održivosti – utjecaj
na okoliš
C6 Razviti ekonomske (kružno gospodarstvo) i održive aspekte NT-IoT-P praćene procesom
elektropredenja i elektroraspršivanja – utjecaj na društvo i ekonomiju
Abstract
Industry 4.0 includes automation and data exchange in manufacturing technologies and includes cyber‐physical system, Internet of things (IoT), advanced connectivity and cloud‐computing to transform production units into “smart factories”.
The aim of the DEEP project is to use discarded leaves from the processing of beets (Beta vulgaris L.) and the production of faba beans (Vicia faba L.), and to conduct a green extraction of the protein RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase) from the leaves. For the extraction of proteins and bioactive compounds from the leaves, nonthermal techniques, like high-power ultrasound – US and pulsed electric fields – PEF will be used. The idea is to use digitization in nonthermal processing (US and PEF), with the use of sensors (for temperature, humidity, conductivity, energy consumption, pressure, etc. through a smart IoT system). Therefore, a system of nonthermal Internet of Things (IoT) processing (NT-IoT-P) will be developed for monitoring and optimizing the protein extraction process. Green extraction has many advantages such as increasing the yield of proteins, bioactive components, using green solvents (water) instead of organic solvents, running a shorter process at room temperature, etc. The focus is on reduction, recycling and reuse, towards processing without waste (zero-waste).
RuBisCO is the most abundant protein found on earth (it contain up to 50% of the total soluble proteins found in leaf tissue). RuBisCO is the enzyme responsible for fixing carbon derived from atmospheric CO2 as part of the Calvin-Benson cycle. The goal is to extract RuBisCO and “package” the extract, using electrospinning and electrospraying procedures (to obtain nanofibers) and compare it with encapsulation, the usual delivery process of extracted bioactive compounds. The ultimate goal is the possibility of using nanofibers and nanoparticles (capsules) as additives in products and packaging.
Objectives of the project are:
O1. To design and develop nonthermal Internet of things (IoT) processing (NT-IoT-P) line
O2. Research green nonthermal NT-IoT-P extraction of proteins (RuBisCO) from selected leaves as
by-products in food industry
O3. Research electrospinning and electrospraying process for production of nanofibers rich in
proteins, and compare to encapsulation process
O4. To develop peptide database, obtained (from proteins) assuming different pathways (in silico)
in the extraction procesess (bioinformatics)
O5. To advance of NT-IoT-P process and electrospinning and electrospraying process, in extraction
of proteins and calculation of life cycle assessment (LCA) to determine sustainability claims –
impact to the environment
O6. To develop economic (circular economy) and sustainable aspects of NT-IoT-P followed by
electrospinning and electrospraying process – impact to the society and economy