En raffineret opfindelse. Protein og fibre til følsomme dyr og fødevareingredienser

Transkript

1 En raffineret opfindelse Protein og fibre til følsomme dyr og fødevareingredienser Hilmer Sørensen, Keld Ejdrup Markedal, Susanne Sørensen & Jens Chr. Sørensen Biokemi og Bioprocessering Institut for Fødevarevidenskab FOOD-KU Dias 1

2 Baggrund for udvikling af metoden Mere end 45 års forskning indenfor biokemi og naturproduktkemi med ca. 600 publikationer Udvikling af analyseteknik Bestemmelse af koncentrationer af ønskede og uønskede (toksiske) naturstoffer med effekter på foder- og fødevarer Bestemmelse af funktionalitet og næringsværdi Afgrødeanalyse og -karakterisering Baggrund i kemisk analyse af bælgplanter og raps Hestebønne, ært, lupin, soja, raps, kartoffel, cerealier Laboratorieskala procesopsætning Erfaring med opskalering og industriel produktion Dias 2

3 Forskningsaktivitet og baggrund I perioden siden 1970 har vi været deltagere i eller koordinator for større EU financierede forskningsprogrammer vedrørende: Protein og fiber fra olierige afgrøder, specielt Raps, kål Bælgplanter; ært, hestebønner, lupiner Analytisk og biokemisk foder- og fødevarekontrol Medlem af EFSAs forskerpanel Udvikling af bioprocesteknologier 1989 Vandig enzymatisk rapsprocessering 2007 Kartoffelprotein og kartoffelfiber (patenteret) 2010 Bælgplanteprotein og kostfiber (patenteret) Dias 3

4 Oparbejdning af hele afgrøder Viden om det man leder efter Protein / aminosyrer Fiberkomponenter / kulhydrater Olie / fedtstoffer Særligt kendskab til mulige problematiske komponenter Lavmolekylære stoffer Aminosyrer Tanniner/phenoler Andet Opskalering fra lab. til pilot- og industriel skala Enhedsoperationer i lab.-, pilot- og industriel skala Oprensning/fjernelse af uønskede komponenter (modsætning til farmaceutisk industri) Fjernelse / undgå opkoncentrering af uønskede stoffer Fokus på hovedkomponenterne (protein/stivelse/olie) Dias 4

5 Målsætning ved udvikling af metoden Planteprotein til erstatning af fiskemel Stabil leverance Minimering af prisudsving Kvalitetsstandarder Følsomme dyregrupper Mink, Fisk, Kyllinger og smågrise Fødevarekvalitet Anvendelsesområde Bælgplanter i bred forstand Fokus på soja, ært, hestebønne og lupin Mulighed for udnyttelse af danske proteinafgrøder Dias 5

6 Udgangspunkt for processen Fremstilling af native proteinprodukter fra bælgplanter Bevaring af naturlige egenskaber Procesmæssige krav Miljøvenlig proces Minimalt ressourceforbrug organiske solventer, vand, energi, Optimal brug af udgangsmaterialet minimer spild Optimeret rentabilitet Optimeret produkt portefølje Udnyt samtlige fraktioner Protein (hovedprodukt) Fibre Lavmolekylære stoffer Skadelige stoffer i en applikation - kan være gavnlige i en anden Dias 6

7 Princip bag metoden Kemisk sammensætning (% af tørstof): Protein Olie Stivelse Fibre Sojaskrå Hestebønne Lupin Ært Lavmolekylære stoffer kan påvirke kvalitet og proteinudnyttelse. Type og koncentration afhænger af afgrøde sort Kvantitativt dominerende er: Kulhydrater især oligosaccharider/α-galactosider (8-15%) Kvalitativt dominerende er: Trypsininhibitorer, saponin, vicin/convicin, fytinsyre Dias 7

8 Vandig ekstraktion af bælgplanter Brems enzymer og oxidation Undgå nedbrydning af gavnlige komponenter Undgå dannelse af skadelige stoffer Løsne strukturen i frøene Fiber-matricen løsnes Bindinger minimeres Udvaskning af uønskede komponenter Oligosaccharider Trypsininhibitorer Saponin Tildels fytinsyre Isolering af ønskede opløselige stoffer Opløselige proteiner (andre end trypsininhibitorer) Trypsininhibitorer Opløselige fibre Andet Dias 8

9 Procesresultater i relation til HP soja Resultater fra laboratoriet valideret i pilot og industriel skala Sammenlignelige resultater ved opskalering Vurdering af produkternes indholdsstoffer Proteinindhold 25-40% forøgelse Trypsininhibitorer Oligosaccharider Saponin Aske >10% reduktion >98% reduktion >75% reduktion >50% reduktion Proteinprodukter testet i in vitro og in vivo dyremodeller Dias 9

10 IGM BioProcessing på HP soja Produkter: 3 forskellige typer af bulk protein Fødevarekvalitet Testet positivt på mink og fisk Oligosaccharider - bulkprodukt Fødevareanvendelse Andet: Antioxidanter, kemikalier Anvendt set-up giver mulighed for yderligere fraktionering af proteinfraktionen Optimering af produkter til special-applikationer Dias 10

11 Konklusion IGM BioProcessing Miljøvenlig produktion Optimal udnyttelse af råvarer Alle dele af frøet kan udnyttes Soja proteinprodukter Forbedret proteinkvalitet Skånsom fraktionering Reduktion i de væsentligste ernæringsskadelige stoffer Trypsininhibitorer, oligosaccharider, saponiner, fytinsyre... Designet til danske bælgplanter Ært, hestebønne og lupin Grundlag for at lave specialprodukter Foder (blandingsprodukter af udvalgte proteiner) Fødevarer (protein, fibre, kulhydrater) Andet (gødningsprodukter, kemikalier) Dias 11

12 Baggrund for rapsoparbejdning Bæredygtig process Udnyttelse af alle bestanddele (plante eller frø) Ingen brug af petrokemiske opløsningsmidler Seed composition of Brassica napus L. var apex oil fibre phytic acid non-analysed protein glucosinolate phospholipid sinapine 25 0,7 2,0 0,4 11 0,5 40,0 19,5 Baggrund for projektet Teknisk know-how tilstede Optimal bevaring af stoffernes naturlige egenskaber Dias 12

13 Metodens baggrund Et af de vigtigste trin: Initiel inaktivering af native enzymer Varmebehandling Traditionel procesbehandling giver to produkter olie og rapskage Når man i stedet bruger vand til at ekstrahere olie bruges Tilsætning af cellevægs nedbrydende enzymer For at øge olieekstraktion Den første generation af processen gav fire produkter Olie, rapsskaller, protein-mel og en sirupsfraktion Men mere var muligt Dias 13

14 Metodens udvikling Olieudbyttet på tørstofbasis ligger på % Med høj grad af bevarelse af naturlige antioxidanter Lavt phospholipid indhold God smag Nu med 8 produkter Dias 14

15 Konklusion på oprindelig metode Var det så konklusionen på hvordan man processerer raps? Efter 20 års arbejde med rapsfrøkvalitetsvurdering og omfattende forskningsindsats Så blev konklusionen at det muligvis var en for dyr proces Dias 15

16 Når man har fat i den lange ende.. Så er det eneste rigtige at anvende al den opsparede viden Så der udvikles en metode som er endnu bedre og tilstrækkelig billig Så vi kigger på alle komponenterne i rapsfrøet igen Således ser vi dem: Dias 16

17 Kemiske analyser giver svarene Olie OLnLn OLLn OLL PLL+OOLn OOL UV: 205 nm Respons, mv LLnLn LnLnLn LLLn LLL PLnLn POLn POL LPP OOO POO ELSD: Gain 700 V Nebuliser: 65 o C Evaporator: 40 o C Retentionstid, min Glucosinolater problemstoffer og højværdikomponenter mau 16 progoitrin epiprogoitrin napoleiferin gluconapin glucosibarin (i. std) glucobrassicanapin glucotropaeolin (i. std.) 4-hydroxyglucobrassicin gluconasturtiin glucobrassicin 4-methoxyglucobrassicin neoglucobrassicin min Dias 17

18 Baggrund for rapsoparbejdning Bæredygtig process Baseret på patentansøgning Dias 18

19 Hvad forventes Rapsfrø Protein Bulk Fiber products Bulk Protein Fødevarer og foder Molasse Kostfibre Fødevarer og foder Protein Funktionelle fødevarer Fin kemikalier Sinapoylcholin Special Fiber Funktionelle fødevarer Opløselige Fibre Fødevarer Dias 19

20 Forventninger Bedre olieudbytte end eksisterende processer i DK Mere miljøvenlig proces Flere produkter og væsentlig højere kvalitet af produkter Bedre konkurrenceevne Rentabel proces som har indbygget mulighed for at forbedres med baggrund i det som opbygges Konklusionerne må vente, men dem glæder vi os til Dias 20

21 Biokemi og Bioprocessering, FOOD-KU Ny fabrik opbygget fra bunden Dias 21

22 Enhedens navnenhedens navn Fødevareapplikationer Soja, Lupin, Hestebønne, Ært, Raps Øko-versioner? Mulige ingredienser i: Proteindrikke Pasta Kødprodukter, leverpostej osv. Småbørnsernæring Klinisk ernæring Nødrationer Feltrationer mælkeprodukter Bageriprodukter Dias 22

23 Tak for jeres opmærksomhed Dem der også bør takkes: Katja Vicki Petersen Food-KU Peter Møller Food-KU Heidi Frandsen Food-KU Triple-A Agrokorn A/S Hornsyld Købmandsgård Stecao - Steen Simonsen FødevareErhverv GUDP: Journal nr Proteinkoncentrater fra danskdyrkede bælgplantere til erstatning for fiskemel i akvakultur. EU:CIP-EIP-Eco-Innovation-2010 Innovative Grain Legume Methods of Industrial Scale Bio-Processing (IGM BioProcessing). Højkvalitets-ingredienser til fødevareindustrien, HITFOOD, (Højteknologifonden ) Dias 23

24 Slide 24 Nuværende samarbejdspartnere og projektdeltagere Section of Biochemistry and Bioprocessing Advisory Board 2 June 2014

25 Dias 25