Forskere vil studere madens strukturer på atom-niveau via nyt dansk-svensk samarbejde

Forskningssamarbejde

Hvorfor er yoghurt så silkeblød og lækker, og hvordan opnår man den samme konsistens ved brug af komponenter fra planter? Det kan forskere fra Institut for Fødevarevidenskab undersøge via et nyt samarbejde mellem Københavns og Lunds Universiteter.

De internationale investeringer i MAX IV og det kommende ESS i Lund i Sverige giver mulighed for forsknings- og uddannelsessamarbejder om at afkode nanostrukturerne i fødevarer. Derfor har Institut for Fødevarevidenskab på Københavns Universitet (KU FOOD) indgået en samarbejdsaftale med Lunds Universitet, der handler om udveksling af viden samt forskning og uddannelse i fødevarematerialer. Samarbejdsaftalen omfatter også Niels Bohr institutet, da der er brug for både dyb viden om fundamental røntgen og neutronfysik og egentlig fødevarevidenskab for at kunne tolke data fra forsøgene.

”Med MAX IV og det kommende ESS har vi fået den luksus, at vi geografisk befinder os meget tæt på nogle helt fantastiske forskningsinfrastrukturer, der kan kigge dybt ind i blandt andet madens mindste bestanddele. Den mulighed skal vi udnytte, og det gør vi med det her samarbejde,” siger leder af KU FOOD, Anna Haldrup.

Strukturen i en fødevare er vigtig for, om vi vil spise den. Der er nok ikke mange, som vil nyde et blødt æble, en sej skæreost eller en flødebolle med hårdt skum. Og hvis vi kan komme til at forstå de lækreste strukturer i maden på nanoniveau (molekyler og atomer), er det et stort skridt på vejen til at kunne efterligne dem.

Få flere nyheder om fødevareforskning og -uddannelse ved at tilmelde dig KU FOOD's nyhedsbrev, som udkommer 4 gange om året

”Vi mangler fx viden om strukturen i plantebaserede fødevarer, som vi har brug for, når vi vil producere langt flere produkter og ingredienser baseret på planter. Og vi har samtidigt brug for mere viden om nanostrukturer i kendte råvarer og ingredienser – både med henblik på at skabe endnu bedre eksisterende produkter, samt med henblik på at efterligne nogle af de strukturer, der har fungeret for os i rigtig mange år for måske at kunne overføre dem til plantebaserede fødevarer,” siger Anna Haldrup.

Ny vinkel på fødevarer

Fødevarer kan forarbejdes på mange forskellige måder, og forskerne kan designe fødevarer, hvor de sætter madens bestanddele, fx fedtstoffer og proteiner, sammen på måder, der er hensigtsmæssige i forhold til smag, sundhed og bæredygtighed. Læs artikel om de udfordringer, der kan være i forhold til udnyttelse og ernæring fra planteproteiner.

Som det er i øjeblikket, kan forskerne på KU FOOD undersøge, hvilke stoffer maden indeholder.

”Med adgang til MAX IV og det kommende ESS i Lund, vil vi også kunne undersøge, hvor i fødevaren de forskellige stoffer sidder, og hvordan de danner de netværk og strukturer, der holder sammen på fødevaren og giver den særlige mundfornemmelse, som er en del af den samlede smagsoplevelse,” siger KU FOOD-lektor Jens Risbo, som deltager i en strategigruppe for samarbejdet med Lunds Universitet.

Det kan betyde, at man kan efterligne strukturer, som er eftertragtede af mennesker, i nye, bæredygtige produkter, der kan blive en del af et mere klimavenligt fødevareudbud.

Sådan afslører MAX IV og ESS strukturen i materialer

MAX IV er en synkrotron, der ligger lidt uden for Lund i Sverige – altså en super-intens røntgen-lyskilde, der kan bruges til at undersøge strukturen i materialer.
ESS (European Spallation Source) – også beliggende ved Lund – bliver, når anlægget er færdigt, en intens neutronkilde, som også bruges til studier af materialers struktur. Neutroner vekselvirker helt anderledes med materialernes atomer end røntgenstråler, og dette giver andre muligheder. For eksempel kan neutroner let gennemtrænge stål, som kun er meget lidt gennemtrængeligt for røntgen.
Både neutroner og røntgen kan bruges på forskellige måder. Krystaller kan undersøges med diffraktion, hvorved den nøjagtige placering af atomer i fx et protein kan bestemmes. Spredningsteknikker giver information om nanostrukturen i bløde mere uordnede materialer som fødevarer og andre biologiske systemer. Neutron og røntgen imaging giver indblik i materialers 3D-strukturer ved hjælp af principper, som ligner dem, der bruges i scannere på hospitaler.

Når ESS står klar skal et datacenter på Københavns Universitet, ESS Data Management and Software Centre (DMSC), opbevare, behandle og hjælpe besøgende forskere med at analysere og fortolke de data, der kommer ud af eksperimenterne ved ESS-faciliteten i Lund.

KU FOOD samarbejder med Niels Bohr Institutet

Røntgen- og neutronfaciliteterne er traditionelt blevet brugt til hårde krystallinske materialer, men er nu også udbredte, når man vil undersøge bløde materialer (soft matter), som fx fødevarer. På KU FOOD har man i de senere år opgraderet materialeforskningen ved at udnytte disse teknikker til forskning i maden.

”Vi har ansat en fysiker, Jacob Kirkensgaard, som både arbejder hos os og på Niels Bohr Institutet, fordi samarbejdet mellem fysikere og fødevareforskere er vigtigt for den fulde forståelse af fødevarestrukturerne og deres betydning for kvaliteten af fødevarerne. Vi har også via forskningsinfrastrukturen FOODHAY investeret i lokalt røntgenudstyr i laboratorieskala, der kan bruges til forskning i bløde materialer,” fortæller Anna Haldrup.

Dette udstyr kan benyttes af både studerende og forskere samt virksomheder.

Læs artikel om KU FOOD’s Nano-inXider til Small Angle X-ray Scattering.

KU FOOD samarbejder også med Institut for Lægemiddeldesign og Farmakologi på Københavns Universitet, der har endnu mere specialiseret udstyr til røntgenundersøgelser i nanoskala, og vil være det sidste skridt inden videre studier ved MAX IV og det kommende ESS.

Samarbejdsaftalen trådte i kraft den 1. juli 2022 og løber foreløbigt i fire år frem til den 1. juli 2026.

Læs om strategien for den danske udnyttelse af neutronspredningsfaciliteten ESS (European Spallation Source) på Uddannelses- og Forskningsministeriets hjemmeside.