Комплексен подход за изследване на радиационно индуцирани промени в дозиметрични материали, хранителни и природни вещества с антиоксидантна активност чрез ЕПР спектроскопия и други инструментални техники
Конкурс: Конкурс за финансиране на фундаментални научни изследвания 2025 г.
Основна научна област: Химически науки
Ръководител: доц. д-р Йорданка Каракирова
Адрес: гр. София, ПК 1113 ул. „Акад. Г. Бончев“, бл. 11 на БАН
email:daniepr@ic.bas.bg
сл. тел. +359 2 979 35 91
Продължителност: 1 декември 2025 – 30 ноември 2028 г.
Базова организация: ИК-БАН
Партньор: Институт по криобиология и хранителни технологии – ССА
Основен бюджет: 153 387. 56 Евро
за ИК – 117 597.13 Евро
за ИКХТ – 35 790.43 Евро
Допълнителен бюджет
за ДМА: 63 911.49 Евро
за ИК- 46 016.27 Евро
за ИКХТ – 17 895.22 Евро
Резюме:
Облъчването с йонизиращо лъчение намира широко приложение в различни сфери от човешката дейност. През последните три десетилетия облъчването с гама лъчи се използва като бърз, надежден и икономически ефективен метод за подобряване качеството и удължаване срока на годност на хранителните продукти, предотвратявайки развитието на патогенни микроорганизми. Въпреки предимствата си, този подход води до образуването на свободни радикали и може да повлияе на съдържанието на полифенолни вещества, които са основните носители на антиоксидантната активност. От друга страна работата с йонизиращи лъчения налага строго наблюдение на процесите на радиоактивно облъчване и извършване на дозиметричен контрол чрез използването на надеждна дозиметрична система. Един от най-подходящите и ефективни методи, който успешно се прилага както за идентифициране на радиационно индуцирани свободни радикали в материалите, така и за изучаване на ефекта от гама облъчването върху радикал улавящата способност на веществата е Електронния парамагнитен резонанс (ЕПР) спектроскопията. Освен това методът намира широко приложение за изследване на дозиметричните характеристики на веществата, като дори има дял от ЕПР спектроскопията известен като ЕПР дозиметрия. Въпреки, че ЕПР спектроскопията е подходящ метод за изследвания в химията, физиката, биологията, медицината и други сфери на науката, той все още не е сред най-широко прилаганите. Причината да не се използват предимствата му като селективност (само за откриване на парамагнитни частици), висока чувствителност (10—11 – 10-12 М) и недеструктивен характер на измерванията е скъпата и обемна апаратура, както и липсата на достатъчно експерти в тази област. В последните години са развити портативни ЕПР спектрометри, което значително улеснява по-широката му употреба. Други инструментални техники, които ще бъдат използвани в настоящата изследователска работа са: УВ-Вис спектрофотометрия, Високоефективна течна хроматография и ИЧ спектроскопия с цел сравняване на резултатите и по-комплексен характер на изследването.
В настоящото проектно предложение ще се провеждат изследвания по проблеми и задачи, които имат методичен характер в следните основни направления:
определяне на вида и стабилността на свободните радикали генерирани в хранителни продукти и билки в резултат на радиационно третиране;
разработване на подход за качествена и количествена оценка на облъчени храни по метода на добавената доза;
изучаване на влиянието на гама облъчването върху антиоксидантните свойства на веществата от природен произход;
разработване на твърдо тяло/ЕПР дозиметри за определяне на погълнатата доза радиационно лъчение на базата на захариди и аминокиселини.
Ще бъдат изучавани следните обекти:
храни (вкл. и морски) и натурални продукти с естествена и индуцирана чрез облъчване ЕПР активност;
продукти от растителен произход (кестен, облепиха, пришница и др.), притежаващи антиоксидантни свойства;
природни и синтетични вещества (захариди и аминокиселини) за разработване на твърдо тяло/ЕПР дозиметри.
Планираните изследвания ще допринесат за по-пълно разбиране на радиационните ефекти върху хранителните и природни продукти и ще предложат нови стратегии за мониторинг и контрол на радиационното облъчване.
Списък на членовете:
Институт по катализ – БАН
доц. д-р Йорданка Георгиева Каракирова -учен
доц. д-р Катерина Иванова Алексиева -учен
доц. д-р Ралица Бойкова Младенова – учен
доц. д-р Мая Георгиева Шопска – учен
гл. ас. д-р Петя Ангелова Каракашкова – постдокторант
гл. ас. д-р Адриана Каменова Славова-Казакова-ИОХЦФ-БАН – учен
ас. Мария Георгиева Анчина – млад учен
Институт по криобиология и хранителни технологии – ССА
доц. д-р Мария Дончева Донева-Николова – учен
доц д-р Петя Маринова Методиева – учен
гл. ас. д-р Николай Янков Солаков – постдокторант
ас. д-р Камелия Кирилова Логиновска – постдокторант
Обща цел:
Проектът има две основни цели:
1) оптимизиране и усъвършенстване на съществуващи вече експериментални методики за качествена и количествена оценка на радиационно третирани храни и за осъществяване на дозиметричен контрол;
2) повишаване знанията и квалификацията на участниците в проекта.
Специфични цели:
– подобряване на възможностите на Електронен парамагнитен резонанс спектроскопията за качествена оценка на облъчени храни според Европейските стандарти;
– създаване на техники, които да дават възможност да се удължи периода за идентифициране на радиационно третиране;
– намиране на подходящи проби и условия за прилагане на метода на добавената доза, свързано с количествена оценка на облъчването в хранителни продукти;
– усъвършенстване на методиката за определяне на разлики в антирадикаловата способност на биоактивни проби преди и след облъчване чрез метода на ЕПР спектроскопия;
– разработване и прилагане на комплексен подход за определяне на съдържанието на полифеноли и флавоноиди в храни от растителен произход чрез УВ-Вис спектрометрия и Високоефективна течна хроматография;
– намиране на подходящ материал за създаване на твърдо тяло/ЕПР дозиметри за аварийна, ретроспективна дозиметрия и дозиметри за текущ контрол на облъчватели;
– намиране на подходящ материал за определяне на ниски (клинични) дози радиация;
– усъвършенстване на научния и практически опит на специалистите, работещи по предлагания проект;
– поощряване участието в международни и национални научни форуми;
– поддържане позициите на Центъра по ЕПР спектроскопия в международен мащаб в областта на изследване на облъчени храни, дозиметрия и дозиметричен контрол.
Основни дейности:
Изследователските дейности предвидени в проектното предложение имат интердисциплинарен характер. Включването в екипа на проекта на специалисти от две различни области на науката – химия и биотехнологии ще улесни изпълнението им. За успешно реализиране на настоящото проектно предложение ще се стремим към:
оценка на целите, методите и средствата за тяхното достигане, базирана на всестранно изучаване на възможните и планираните дейности;
структуриране на подходи за достигане целите на проектното предложение по най-ефективния начин;
определяне начина на взаимодействие между участниците в проекта;
създаване на доверие в заинтересованите страни към резултатността и ефективността на проекта;
непрекъснато подобряване на квалификацията и опита на екипа посредством организиране на работни срещи и семинари;
участие на всички заинтересовани в обсъждането и описването на получените резултати в научни публикации;
насърчаване на екипа за изпълнение на проекта за участия в научни форуми.
При успешното изпълнение на планираните дейности ще бъде събрана достатъчно достоверна и надеждна информация, която да послужи за разработване на методики за изследване на облъчени храни, които биха могли да допълнят съществуващите за тяхното изследване Европейски стандарти.
Очаквани резултати:
Въз основа на настоящото изследване ще се разширят фундаменталните познания относно влиянието на йонизиращото лъчение върху хранителни и натурални продукти.
От получените резултати ще се разработи методика за качествена и количествена оценка на абсорбираната доза в облъчени храни.
Ще бъде направена не само качествена, но и количествена оценка на облъчването на храни, както и срока, в който може да се докаже радиационно третиране.
Ще се изучи ефектът от радиационна обработка с различни дози високоенергетично гама лъчение на проби от растителен произход върху антирадикаловата им активност посредством сравнителна оценка на резултатите от два метода – ЕПР и спектрофотометрия.
Ще се определи общото фенолно и флавоноидно съдържание в необлъчени и облъчени проби от растителен произход.
Ще се направи комплексен подход за оценяване на получените резултатите от изследванията за ефекта от радиационната обработка върху антирадикаловите и антиоксидантните свойства на растителни продукти посредством методите ЕПР, спектрофотометрия и Високоефективна течна хроматография.
Разработване на методология базирана на метода на добавената доза за определяне на първоначалната доза на облъчване на морски храни, като се има предвид условията на съхранение на пробите и изминалия период от време.
Получените резултати ще обогатят теоретичните основи на радиационната защита и ще предложат нови перспективи за оптимизация на радиационните технологии в хранителната промишленост.
С разработването на настоящия проект се очаква да се получат нови теоретични резултати, с които да се разширят поставените вече основи и подходи на ЕПР дозиметрията у нас във всичките известни за момента насоки на дозиметрията като източник за информация относно тотална доза погълнато йонизиращо лъчение.
Получените резултати ще бъдат използвани за оформяне на научни статии и доклади пред наши и международни научни форуми.
Тези разработки ще дадат възможност за използването на ЕПР спектроскопията като един бърз, недеструктивен метод за контрол на погълнатата доза йонизиращо лъчение.