Projecten

MiMIP

Economische/technische haalbaarheidsstudie om snel en effectief, specifieke peptiden te meten via MIP gebaseerde sensoren in melk

OPPORTUNITEIT & DoelSTELLING

Bij gekoelde bewaring van rauwe melk op de hoeve en in het zuivelbedrijf vóór het verwerkingsproces wordt de groei bevorderd van psychrotrofe micro-organismen, vnl. behorend tot de pseudomonaden. Dit kan aanleiding geven tot vorming van hitteresistente bederfenzymen. Alhoewel de UHT-verhitting of sterilisatie de micro-organismen afdoodt, blijven deze enzymen actief en kunnen ze in UHT- en gesteriliseerde melk- en zuivelproducten bij bewaring oorzaak zijn van smaak- en stabiliteitsproblemen vóór het bereiken van de houdbaarheidsdatum. Tevens kunnen deze enzymen een negatieve invloed hebben op kaasrijping. Kwaliteitsproblemen vóór het verstrijken van de houdbaarheidstermijn leiden tot klachten en mogelijk ook tot een recall van de betrokken producten. Dit heeft niet alleen een aanzienlijke financiële schade tot gevolg, maar is bovendien ook schadelijk voor de reputatie van de producent.

Momenteel zijn enkel tests beschikbaar die een indirecte aanwijzing geven voor de aanwezigheid van deze peptidasen of tests die zo lang duren dat ze pas uitsluitsel geven nadat de melk al verwerkt is. De globale doelstelling van deze studie is om de haalbaarheid van het gebruik van MIP-technologie voor het meten van specifieke peptiden die gevormd worden door deze hitteresistente peptidasen in rauwe melk na te gaan.

Om uitsluitsel te geven over de haalbaarheid van de MIP-technologie wordt het antwoord op volgende concrete vragen als doel gesteld:

  • Is de meting van peptiden technisch haalbaar?
    • Realiseren van proof-of-concept van de MIPs die kunnen worden gebruikt als een herkenningselement op een geschikt sensorplatform en op die manier de beoogde peptiden in rauwe melk meten door middel van elektronische uitleestechnieken.
    • De mogelijkheid nagaan van detectie van het targetmolecule in relevante en reële concentraties in bufferoplossingen en in specifieke sample oplossingen.
  • Is een in-line meting mogelijk?
    • Procesanalyse om na te gaan of in-line analysemethode haalbaar is (en waar deze sensoren dan bij voorkeur geplaatst worden), zodat er snel en accuraat beslissingen kunnen genomen worden mbt de verdere verwerking van de levering rauwe melk.
  • Is de implementatie van deze techniek economisch haalbaar?
    • Economische analyse van mogelijke kostprijs en tijdswinst van de MIP-sensoren (afhankelijk van de materialen die nodig zijn om de MIP te maken) t.o.v. alternatieve werkwijzen via staalname en analyse via massaspectrometrie (in een gespecialiseerd labo).
  • Is er op vlak van IP een akkoord van alle partijen?
    • Uitwerken van een IP-plan zodat de voorkennis van de verschillende partijen voldoende gevalideerd wordt in het natraject (commercialiseren van een sensor).

Het resultaat van de studie is een go/no go beslissing om al dan niet een innovatietraject op te zetten om de sensoren verder te ontwikkelen. In het ideale geval worden deze in-line geïmplementeerd in de productielijnen bij de zuivelbedrijven of in de stockage-tanks op de melkveebedrijven. De ambitie van de zuivelbedrijven op lange termijn is een automatische processturing waarbij de rauwe melk automatisch gestuurd wordt naar het optimale verdere verwerkingsproces op basis van proteolytische kwaliteit. In het beste geval kunnen deze data gecollecteerd worden op de melkveebedrijven zelf en kan via een doorgedreven digitalisering het ophaalschema van rauwe melk geoptimaliseerd worden om de bewaarperiode van rauwe melk met een verhoogd risico zoveel mogelijk in te korten en het ontstaan van melk met te hoge proteolytische activiteit volledig vermijden.

 

DOELGROEPBEDRIJVEN EN -SECTOREN

De reële doelgroep bestaat uit bedrijven uit de zuivelindustrie die UHT- en gesteriliseerde melk en/of gerijpte kazen produceren.


UITVOERDERS

UHasselt - IMO-IMOMEC

In het onderzoeksinstituut imo-imomec werken ongeveer 155 onderzoekers (75 PhD-studenten, 27 postdoctoraal onderzoekers, 25 permanente en 24 technisch en administratief personeelsleden). Het instituut is een gezamenlijk initiatief van IMEC en UHasselt, gespecialiseerd in de ontwikkeling van materialen voor geavanceerde toepassingen. Hierbij wordt de expertise van de drie universitaire departementen (chemie, fysica en ingenieurswetenschappen) gebundeld om zowel fundamenteel als toegepast onderzoek uit te voeren binnen verschillende domeinen met speerpunten in energie- en sensortechnologie. 

In het kader van het sensoronderzoek heeft imo-imomec een belangrijke track record opgebouwd. Gedurende de afgelopen jaren is een grote hoeveelheid kennis opgebouwd in de ontwikkeling en technologie van sensoren, micro-fluïdica en synthetische receptoren (MIPs), én de integratie in sensoren. Zo heeft men aangetoond selectief en specifiek kleine moleculen te kunnen opsporen in allerhande matrices gaande van urine, speeksel, darmsappen, bloedplasma, bloed, enz. Verder is er met dezelfde technieken SNP detectie aangetoond met DNA gefunctionaliseerde electroden en konden cellen geïdentificeerd worden. Het instituut is eveneens eigenaar van een aantal octrooien in dit domein.

Biosensorontwikkeling is een van de speerpunten van het instituut, met focus op sensortechnologie op basis van de warmte-overdracht methode of impedantie spectroscopie. Deze activiteiten en de onderzoeksgroep Nanobiophysics and Soft Matter Interfaces worden geleid door Prof. Ethirajan. Het sensoronderzoek in de groep van Prof. Ethirajan sluit nauw aan bij de andere onderzoeksgroepen van het instituut en wordt ondersteund door een nauwe samenwerking met Prof. Thoelen (Biomedical Device Engineering groep) voor de vertaling van kennis naar device engineering. De groep van Prof. Thoelen heeft expertise in elektronica, ontwikkeling van flow-cellen, software en data-acquisitie gerelateerd aan de impedimetrische en warmteweerstand metingen. Vanuit het instituut zijn er op dit moment activiteiten opgestart om rond de sensortechnologie op basis van de thermische detectie, een spin-off bedrijf op te richten. De voorbereidende fase is volop aan de gang en de effectieve oprichting wordt in 2018 verwacht.

ILVO

De ILVO-afdeling Technologie & Voeding te Melle beschikt als voormalig Rijkszuivelstation over een decennialange expertise in onderzoek van melk en melkproducten. De onderzoeksleiders van dit project beschikken over een wereldwijd erkende expertise in het kader van het voorgestelde onderzoek. Deze expertise wordt aangetoond via diverse publicaties (6 peer reviewed wetenschappelijke artikels sinds 2007, met 69 citaties op 6/7/2015; 2 hoofdstukken in boeken o.a. in Improving quality in milk products, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, UK. ISBN 978-1-84569-806-5), internationale samenwerkingen (Italië, Brazilië, Nederland) en in de dagelijkse werking van het ILVO-T&V in het kader van dienstverlening en referentiewerking. Onderzoek rond bederf in melk en meer bepaald hitteresistente proteasen werd uitgevoerd in het doctoraat van Sophie Marchand en Valerie De Jonghe onder leiding van Dr. Jan De Block en Prof. Dr. Marc Heyndrickx. ILVO beschikt over een HRMS-toestel waarmee peptideprofielen kunnen worden geanalyseerd. Dit toestel wordt bediend en de resultaten ervan geïnterpreteerd door Dr. Christoph Van Poucke, die zijn expertise ter beschikking zal stellen voor dit project. De hoge resolutie massaspectrometer (HRMS) beschikbaar binnen ILVO is een Acquity UPLC gekoppeld aan een Synapt G2-S massaspectrometer. Deze configuratie laat toe om componenten te scheiden op basis van polariteit (retentietijd- UPLC), massa over lading verhouding (MS), grootte en vorm (ionen mobiliteit, HDMS). Een combinatie die de identificatie van peptiden en het opstellen van peptideprofielen vergemakkelijkt. 

Op ILVO T&V is eveneens expertise aanwezig betreffende de opsporing van kleine moleculen in voedingsmatrices met behulp van MIPs. In het kader van een FOD-project getiteld “Molecularly Imprinted (MIPs) als alternatieve opzuiveringstechniek voor voedingsmatrices bij het opsporen van contaminanten” (looptijd 2007-2010) werd gezocht naar geschikte polymerisatietechnieken voor het aanmaken van MIPs en werden MIPs ontwikkeld voor de opsporing van benzylpenicilline in melk en vlees (Van Royen et al., 2014 & 2016). 

Deelnemen

Het project is gestart op 1 maart 2018 en loopt tot 28 februari 2019 (projectduur: 12 maanden), tot die tijd is deelname steeds mogelijk. Nadien kunnen de resultaten opgevraagd worden (mits betaling). Bij vragen over deelname, contacteer Ellen Fierens.