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From Structure to Function: Supramolecular Design of Functional Food Materials

Applicant Salentinig Stefan
Number 192051
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Département de Chimie Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Physical Chemistry
Start/End 01.10.2020 - 30.09.2024
Approved amount 498'049.00
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Keywords (8)

Hierarchically Organised Emulsions; Lipid digestion; Small angle X-ray Scattering; Nanocarriers; Self-Assembly; Functional Food; Drug Delivery; Cryo-TEM

Lay Summary (German)

Lead
Personalisierte Nahrung ist die Grundlage für gesundheitsfördernde Ernährung der Zukunft. Das Verdauungsverhalten von natürlichen personalisierten und funktionellen Nahrungsmittelsysteme wie z.B. Milch, die über Millionen von Jahren durch die Evolution optimiert wurden, ist der entscheidende Ausgangspunkt für die Formulierung solcher Lebensmittel. Kürzlich wurde entdeckt, dass Emulsionen wie Milch während der Verdauung eine Reihe von unterschiedlichen Nanostrukturen ausbilden. Diese Strukturen haben die einzigartigen Fähigkeit, hydrophobe, hydrophile und amphiphile Moleküle zu lösen, zu transportieren und kontrolliert abzugeben. Die genaue Rolle dieser Kolloidstrukturen in natürlichen Nahrungsmitteln wie Milch ist noch nicht ausreichend erforscht. Eine genaue Kenntnis der Vorgänger und Mechanismen kann für die die Entwicklung von Personalisierter Nahrung von grosser Bedeutung sein.
Lay summary
Unsere Hypothese ist, dass die Nanostruklurbildung während der Verdauung von Emulsionen wie Milch dazu dient, die ausreichende Verdauung und Nahrungsmittelaufnahme auch unter erschwerten oder beeinträchtigten Bedingungen zu sichern. Beispiele für solche Bedingungen sind Erkrankungen der Bauchspeicheldrüse, oder niedrige Gallensalz Konzentrationen. Weiters können sie Transportsystem die ausreichende Aufnahme von schwer wasserlöslichen Nährstoffe sichern.
Das übergeordnete Ziel dieses interdisziplinären Projekts ist das grundlegende Verständnis von (i) der Nanostrukturbildung während der Verdauung von Lebensmittelemulsionen, sowie (ii) der Rolle dieser Strukturen im Verdauungsprozess. Um dieses Ziel zu erreichen, kombinieren wir Ansätze aus der Kolloidchemie mit biophysikalischen Methoden und modernsten zellbiologischen Untersuchungen. Mit diesem Wissen möchten wir dann gesundheitsfördernde funktioneller Lebensmittelmaterialien gestalten die sowohl die Nährstoffe Aufnahme als auch den Verdauungsprozess optimal beeinflussen.  Wir sind überzeugt, dass dieses Projekt Innovationen schaffen wird, die zur Lösung von Gesundheits- und Ernährungsproblemen beitragen. 

Direct link to Lay Summary Last update: 14.09.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
198110 600 MHz Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer 01.03.2021 R'EQUIP

Abstract

Designer-made supramolecular food materials form the basis for personalized, health promoting diets of the future. The digestive behavior of nature’s own personalized and functional food systems such as milk, which have been optimized over millions of years by evolution, is the key starting point in the design of such advanced food materials. Food emulsions such as milk were recently discovered to undergo a range of colloidal transformations during digestion with the formation of highly geometrically ordered nanostructures. Owing to their unique capability to solubilize hydrophobic, hydrophilic and amphiphilic molecules with potential for controlled release, these self-assembled structures have been of recent interest in drug delivery. The role of these nanostructures in food emulsions such as milk has not yet been explored and calls for further research studies. We hypothesis that the structures assure the sufficient progress of lipid digestion under compromised digestion conditions (i.e. in case of pancreatic disorders, low bile salt levels in preterm infants etc.) and act as nanocarrier and controlled release system for the poorly water-soluble nutrients to securing sufficient nutrient uptake and survival. The overarching goals of this highly interdisciplinary project is the fundamental understanding of the role and evolvement of self-assembled structures during digestion of emulsified lipids and their application to design health promoting functional food materials. Towards this goal, we combine advanced food- and colloid- chemistry with state-of-the-art cell biology concepts in a systematic approach that builds on the in-depth understanding of enzyme-driven lipid self-assembly structure formation and digestion interactions. We are convinced that this project will create innovations that help to solve health and dietary problems.
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