Bioprocessering af proteinafgrøder

Transkript

1 FOOD-SCIENCE-KU Bioprocessering af proteinafgrøder Keld Ejdrup Markedal Biokemi og Bioprocessering Institut for Fødevarevidenskab FOOD-SCIENCE-KU 7. Oktober Agro Business Park

2 Enhedens navn Udvikling af planteproteiner Det videnskabelige perspektiv Muligheder: Fokus på produktet Proteinkarakterisering Funktionelle egenskaber Se hvad vi kan lave. og vi kan for øvrigt også lave dette her! Det forretningsmæssige perspektiv Muligheder: Fokus på markedet Eksisterende markeder Nye markeder Hvad kan det bruges til. og kan det betale sig! Enderne SKAL nå sammen Dias 2

3 Det generelle samarbejde Generelle mål er at skabe forskningsresultater af høj kvalitet Industrien har ansatte der kan implementere resultaterne Fokus for universiteterne: Potentiale for store bevillinger Forskningsresultater har høj prioritet Løsning af specifikke problemer Udfordring: Ofte ikke forretningsmæssige kerneområder! Forstå industrien Vision / Forretningsstrategi Intern konkurrence kannibalisme! Konkurrence om investeringerne Universiteterne ved intet om at drive forretning! Selv industrifolk fra R&D kan ikke bedrive rigtig forskning!

4 Samarbejde mellem universiteter og private virksomheder Universiteterne er for langt væk fra de private virksomheder Universiteterne er for dårlige til at samarbejde med erhvervslivet. Det skriver Dansk Industri, Københavns Universitet og Asger Aamund i en kronik i Berlingske i dag. Berlingske, Friday Jan. 13 th 2012

5 Holistisk syn på afgrøderne Holistisk biofraktionering af proteinafgrøder til højværdiprodukter. Strategi: Fødevarer, foder og non-food Go for the money! Farmaceutiske produkter Fødevareingredienser Foderingredienser Non-food ingredienser Bioenergi Minimer ressourceforbrug Begræns lav-værdi produkter og spild

6 Hvorfor foretage bioraffinering af proteinafgrøder Foder og fødevarer er potentielle høj-værdi markeder: Biokemisk viden Procesteknologisk know-how Specifikke funktionelle egenskaber tilpasses slutbrugerens applikation. Biokemisk viden er basis for en skånsom fraktionering af native komponenter Først Native komponenter Dernæst mulig modificering Mindre indholdsstoffer kan have afgørende negativ effekt på kvaliteten Kan bruges som oprenset ingrediens i anden applikation Bio-pharmaceuticals Biologiske pesticider/fungicides... Dias 6

7 Chenistry and Biochemistry Hvad er god kvalitet? Kvalitet afhænger af den endelige applikation: Funktionalitet Type og koncentration af andre komponenter Indholdsstoffernes type og koncentration er defineret af: Plantematerialet Bioraffineringsprocessen Dias 7

8 Chenistry and Biochemistry Design af bioraffineringsprocessen Holistisk syn på plantebiomassen Udnyt alt Undgå affald Kendskab til biomassens sammensætning Identificer potentielle applikationer forskellige industrier! Specifikke applikationskrav Identificeer potential risikoreaktioner/-stoffer Design bioraffineringsprocessen Hvordan? Samarbejde med primærproducenter Dyrk den bedste kvalitet og dermed højest værdi Samarbejd med Salg & Marketing og slutbruger... go-do-it make them sell it make them buy it... Dias 8

9 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 9

10 Planter som kilde til oprensede proteiner Planteproteiner Ukendt sammensætning af matricen Stor variation i proteinsammensætning Varierende matrice -Phylum -Klasse -Orden -Familie -Slægt -Art - Organ Plantecellevægen Øvrige indholdsstoffer Dias 10

11 Generelt for planteproteinoprensning Kilde: Carpita & Gibeaut (1993) The Plant Journal 3(1).

12 Biokemisk indfaldsvinkel til proteinafgrøder De store hovedgrupper Styrring af opløseligheden af lagerstoffer Stivelse Olie Protein Komponenter lagres ved ændring af opløselighed. Mobiliseres ved modifikation Begyndende vækst Dias 12

13 Enhedens navn Biokemi fortsat De mindre komponenter Planternes indhold af lavmolekylære stoffer Biokemiske byggesten Biologiske forsvarsstoffer Andet Er kun en mindre del af det samlede masse. Har afgørende betydning for slutproduktets kvalitet Dias 13

14 Udgangspunkt for en optimal proces Fremstilling af native proteinprodukter 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 Dias 14 - kan være gavnlige i en anden

15 Eksempel på design af bioraffineringsproces Kontrollér autolysereaktioner Undgå nedbrydning af gavnlige komponenter Undgå dannelse af skadelige stoffer Løsne strukturen i frøene Mindsk interaktioner med fiber-matricen Opløselighed ændres Fjernelse af uønskede komponenter Isolering af ønskede opløselige stoffer Dias 15

16 Procesresulteter i relation til soja Resultater fra laboratoriet valideret i pilot og industriel skala Sammenlignelige resultater ved opskallering Vurdering af produkternes indholdsstoffer Proteinindhold 25-40% forøgelse Oligosaccharider Saponin Aske >98% reduktion >75% reduktion >50% reduktion Proteinprodukter testet i in vitro og in vivo dyremodeller Dias 16

17 Bridging the gap Succes bunder i samarbejde mellem industriel produktion og universitetsforskning. Vigtigt at udvikle processer der genererer øget værdi for hele værdikæden. En dyrere men bæredygtig og mere miljøvenlig proces er finansieres af værdiforøgede produkter.

18 Ballancering på overgangen mellem universitet og industri Biofraktionering af proteinafgrøder til høj-værdi produkter bliver understøttet af tre samspillende søjler: Træk på relevant grundforskning indenfor biokemi og naturproduktkemi Understøtter anvendt forskning i tæt samarbejde med industrien PoC ved brug af pilotskala test før industriskala proces Trækker på indsigt i analytiske teknikker, produktegenskaber, procesteknologi, opskaleringsteknikker og industriel produktion Tilpas tech-transfer med vision and adoptionsmuligheder hos den modtagende industri

19 Enhedens navn Tak for jeres opmærksomhed Dias 19