Udvikling af proteinkoncentrater, pepton/peptider, fra marine råvarer. - Slutrapport Gestur Hovgaard, projektleder Vinnuframagrunnurin
Indholdsfortegnelse Forord...3 1. Sammenfatning og resultater...4 2. Introduktion...5 3. Projektets baggrund...5 3.1. Forløbsbeskrivelse...6 4. Projektets Trin 1...6 5. Projektets Trin 2...8 5.1. Mikrobiologisk og kemisk dokumentation...8 5.2. Testning på gris...12 5.3. Testning på laks...13 5.4. Fermentering...14 6. Projektets Trin 3...16 6.1. Specialingrediens i dyrefoder...16 6.2. Energikilde i fermentering...17 6.3. Humane fødevarer...17 7. Arbejdet fremover...18 8. Konklusioner...19 9. Litteratur...21 2
Forord Denne rapport afslutter projektet Udvikling af proteinkoncentrater, pepton/peptider, fra marine råvarer. Projektet blev påbegyndt i 2006, og er kontinuerlig udviklet frem til slutningen af 2008. Projektet er både i 2007 og 2008 støttet af Vinnuframagrunnurin og NORA. Indeværende rapport afslutter således 3 års arbejde, som begyndte med, at Atlantic Biotechnology (ABt) i 2006 modtog ABt økonomisk støtte fra Vinnuframagrunnurin til et første testforsøg at membranfiltrere limvand fra fiskemelsproduktion (Balle og Hovgaard, 2006). Denne test blev foretaget ved P/F Havsbrún i Fuglafjørður. I 2007 blev der ved Faroe Marine Products foretaget en større testproduktion af pepton/peptider, baseret på enzymatisk hydrolyse af flere forskellige slags råvarer. I 2008 er der foretaget en række test og analyser af dette samme materiale, og det er samtidig forsøgt markedsført overfor mulige kundesegmenter. I selve forløbet har enkelte af projektpartnerne foretaget en teknologisk opskalering, således at det har været mulig at iværksætte en første egentlig storskalaproduktion af et proteinisolat. Det har været et eksplisit formål i indeværende projekt, at det skulle støtte op under udviklingen af en færøsk/nordisk ingrediensindustri. Det mest mærkbare resultat af dette projekt er således, at Atlantic Biotechnology nu planlægger sin første produktion til opstart i løbet af 2009. Samtidig har projektet understøttet en udvikling af marine proteinprodukter i Kyst-Norge. Dertil, så er der i dag etableret et interregionalt industri/industri og industri/forsknings samarbejde indenfor området bioaktive peptider, som er tænkt at fortsætte i en årrække fremover. Projektets ledelse har ligget hos Atlantic Biotechnology, Færøerne. Men det ville samtidig ikke være muligt at gennemføre uden et internationalt netværk og samarbejde. Tak til samarbejdspartnerne Due-Miljø AS (Oslo, NO), Norcape Biotech (Bodø, NO) Seagarden AS (Haugesund, NO), Hansen-Øye Consult (Vesteraalen, NO), Forskningscenter Foulum (Foulum, DK), Beinta Unni Marr (DK), Bodø Sildeoljefabrik (Bodø, NO), Faroe Marine Products (FO), Biotøknikjarnin ved Fróðskaparsetur Føroya (FO), samt Illini Nutrients (USA). Der rettes også en tak til de industrielle partnere, som på forskellig vis har været med til at teste og analysere de fremstillede produkter, men som ikke nævnes direkte i denne rapport. Dertil, tak til de mange som på forskellig vis har ydet deres assistance, til at få projektet gennemført. Sidst, men ikke mindst, en tak til Vinnuframagrunnurin og NORA for økonomisk støtte til dette projekt. Uden disse økonomiske bidrag, ville projektet ikke have været muligt at gennemføre. Klaksvík den 30. april, 2009 Gestur Hovgaard, projektleder. 3
1. Sammenfatning og resultater. Dette projekt har haft til hovedformål at udvikle proteinisolat (pepton/peptider) fra marine råvarer, baseret på anvendelse af moderne bioteknologiske metoder og filtreringsteknologi. Der er tale om et projekt i tre sammenhængende udviklingstrin: 1) At planlægge og testproducere pepton/peptider fra en række marine råstoffer. 2) At få mikrobiologisk og kemisk dokumenteret disse pepton/peptider, samt teste og analysere disse som specialingredienser i dyrefoder og fermentering. 3) At få markedsført disse pepton/peptider som specialingrediens til dyrefoder og indenfor fermentering. Dertil har det været en klar ambition, at opbygge et aktivt udviklingsnetværk omkring fiskeprotein blandt industri og forskningsinteressenter. Igennem selve forløbet, er potentialerne i det humane fødevaremarked med proteinhydrolysater fremstået stadig mere tydeligt, og derfor blevet en vigtig del af dette arbejde. Resultatmæssig kan det konstateres: At der er produceret højkvalitetspepton, både på pilot- og industriskalaniveua. At pepton er dokumenteret og testet som en 'specialingrediens' i dyrefoder, med mærkbare resultater. At pepton er dokumenteret og testet som nitrogenkilde til fermentering, med mærbare resultater. At der er leveret pepton for 'intern testning' hos udvalgte markedskunder indenfor feed og pharma (fermentering). Der er bygget op et nordisk/internationalt netværk af erhvervs- og forskningsinteresser, som har samarbejdet omkring dette projekt, med ambition om at fortsætte og udvikle samarbejdet. Der er etableret et væsentligt grundlag for udvikling og testning af marine proteiner til fødevarer, herunder samarbejde med mulige markedskunder.. Den samlede konklusion er således, at resultaterne har været fuldt ud tilfredsstillende. Disse resultater materialiseres endvidere i følgende fakta: At bygning af anlæg for produktion af marine ingredienser er i gang på Færøerne. At en anden projektpartner har besluttet at etablere processer, med baggrund i indeværende projekt. At der er etableret et større forskningsprojekt: nano-based functional food from marine waste products, med deltagelse fra både industri og forsking i flere nordiske lande. Dette projekt har i dag midler til et proof-of-concept study, foruden at 3 ph.d. studerende inden længe vil være tilknyttet programmet. At der i begyndelsen af 2010, med projektmidler fra Nordisk Arbejdsgruppe for Fiskeriforskning, vil blive arrangeret en statuskonference omkring marine proteiner. Denne konference ledes af DTU-Aqua. 4
2. Introduktion Denne beretning sammenfatter og konkluderer projektet: Udvikling af proteinkoncentrater, pepton/peptider fra marine råvarer. Der er tale om et samlet udviklingsprojekt i 3 interafhængige trin, med det formål: 1) At planlægge og testproducere pepton/peptider fra en række marine råstoffer. 2) At få mikrobiologisk og kemisk dokumenteret disse pepton/peptider, samt teste og analysere disse som specialingredienser i dyrefoder, samt pharmacia. 3) At få markedsført disse pepton/peptider som specialingrediens til dyrefoder, og indenfor fermentering. Det overordnede formål med projektet har været, at få opbygget den nødvendige praktiske kompetance, markedsviden, de internationale netværker og samarbejder, som skal til for at etablere en velfunderet produktion af pepton/peptider af marine råstoffer. Dertil, at udvikle en stadig højere grad af værdiforøgning (innovation) gennem et aktivt forsknings- og udviklingssamarbejde, herunder målrette arbejdet imod human ernæring. Rapporten er samtidig den endelige afrapportering overfor projektets bidragsydere, Vinnuframagrunnurin (Vfg) og Nordisk Atlantsamarbejde (NORA). Rapporten er i det videre forløg struktureret således: Først følger en kort beskrivelse af projektets baggrund i afsnit 3. Afsnit 4 sammenfatter projektets trin 1, afviklet i 2007 (Hovgaard 2007). I afsnit 5 beskrives trin 2, dvs den mikrobiologiske og kemiske dokumentation, samt de foretagede tester. I afsnit 6 beskrives markedsføringen og det hidtidige arbejde imod det humane fødevaremarked (trin 3). Afsnit 7 sammenfatter projektets status, herunder hvordan der fremover vil blive arbejdet med at udvikle mulighederne for kommercialisering af højværdi fiskeproteiner. Afsnit 8 udgør en kort generel konklusion på hele projektet. 3. Projektets baggrund ABt blev stiftet som et Sp/F i slutningen af 2005 af selskaberne Sp/f Innovent, Sp/f Mira, Framtaksgrunnur Føroya og Norcape Biotechnology (NO). Selskabet har til formål at udvikle og producere marine bioteknologiske produkter, og satser på dette gennem anvendelse af moderne bioteknologiske metoder, separationsteknologi, et stærkt internationalt samarbejde og konstant fokus på innovation. Ambitionen om at kombinere moderne bioteknologiske metoder og filtreringsteknologier, til at værdiforøge eksisterende marine råvarer (restprodukter), og især at få påbegyndt en sådan udvikling på Færøerne, har været dette projekts drivkraft. Vores fokus på pepton/peptider er bl.a. begrundet i, at der er en relativt bred erhvervsmæssig og videnskabelig enighed om fiskeproteiners mange uudnyttede potentialer (f.eks. Ingeniøren 2008, Rubin 2003a, 2003b, 2008, Liaset 2007, ESF 2001). Selskabet blev i 2006 drevet på frivilligt grundlag, og bestod dets hovedaktivitet i at gennemføre en mindre testproduktion af pepton, samt i at initiere de første kontakter til andre marine bioteknologiske miljøer i Nordatlanten. Denne første testproduktion gjorde det mulig at fremskaffe de første testresultater, som igen har været grundlag for at initiere de første kundekontakter1. 1 Dette første projekt blev også støttet af Vinnuframagrunnurin. 5
Det blev hurtig klart, at det var nødvendig at fremstille hands-on produkter i større skala, og derved måtte indsatsen øges. Den enkle logik her er, at markedet må bygges op igennem producent-kunde relationer, hvor kunden bl.a. får mulighed for egne test og analyser. I efteråret 2006 blev der derfor sat skub i udviklingsprocessen, dels ved at vedtage en strategiplan for selskabet, dels ved at indskyde aktionærlån. På denne baggrund blev direktør ansat på fuld tid, med ansvar for selskabets strategi og udvikling, og heri ligger den konkrete baggrund for dette projekt. 3.1. Forløbsbeskrivelse. Projektets fokus er som nævnt på udvikling af pepton/peptider af marin oprindelse. På kort og mellemlangt sigt planlægges at udvikle et standardprotein (pepton/peptid) indenfor tre segmenter: Specialingredienser til dyr. Som nitrogenkilde i fermentering. Som ingrediens i humane fødevarer. Baseret på eksisterende viden omkring marine peptiders muligheder, samt et tæt forsknings og udviklingssamarbejde, er det på længere sigt ambitionen at udvikle stadig mere avancerede produkter. Rationalet i at starte med standarprodukter eller en foderingrediens er, at evnen til at mestre disse, vil være erfaringsdannende for øget differentiering, herunder at udvikle produkter til humant konsum. Projektets udvikling har været planlagt i tre successive trin. Projektets Trin 1 var planlagt som en produktion af fiskepepton på pilotskalanivau, baseret på en række marine råvarekilder. Denne del af projektet blev gennemført i 2007, og er der skrevet en selvstænding rapport herom (Hovgaard 2007). Projektets trin 2, har haft til formål at mikrobiologisk og kemisk dokumentere disse peptoner/peptider, herunder at teste disse som specialingrediens i dyrefoder, samt som energikilde indenfor fermentering. Projektets trin 3 har bestået i at få markedsført disse peptoner/peptider, dels som specialingrediens i dyrefoder, dels som energikilde indenfor fermentering. Dertil er projektet også blevet rettet eksplisit imod udvikling af marine ingredienser til humane fødevarer. Som en gennemgående aktivitet i projektforløbet, har det været ideen at udvikle et aktivt udviklings- og forskningsnetværk mellem industri-industri og industri-forskning i de nordiske lande. Hvordan dette netværk og samarbejde har udviklet sig, vil også blive dokumenteret i det følgende. 4. Projektets Trin 1 Dette projekttrins formål var at producere op til 200 kg tørstof (ts) pepton/peptid (FPI), på eget opført testanlæg. Første del af denne proces bestod derfor i at planlægge og sætte sammen en komplet produktionsenhed, hvor den nødvendige teknologi blev lejet til formålet. Dernæst bestod opgaven i at fremstille den planlagte produktion. 6
Processen har i korte træk bestået i: 1) hydrolyse, 2) dekantering, 3) Filter1 filtrering, 4) Filter2 filtrering, og afslutningsvis 5) inddamping. Arbejdet med dette Trin 1, blev gennemført ved Faroe Marine Products (Lorvík, Færøerne) over sommeren og efteråret i 2007, og som allerede nævnt, er der skrevet selvstændig rapport om dette projekttrin (Hovgaard 2007). Billede 1: Oversigt over ABt's testproduktion ved Faroe Marine Products (2007). Billede 2: Retentat og permeat fra 3 forskellige testproduktioner. Retentatet er de 3 mørke flasker. Resultaterne fra Trin 1 kan opsummeres som følgende (Hovgaard 2007): At der er produceret højkvalitetspepton, svarende til et samlet tørstof på lidt over de planlagte 200 kg. Den nødvendige dokumentation for yderligere analyser, tests og dokumentation af materialet er foretaget. Der er gjort aftaler og foretaget leverancer af pepton for testning hos udvalgte markedskunder indenfor foder og pharmacia, og andre kunderelationer er under udvikling. 7
Der er bygget op et inter-nordisk netværk af erhvervs- og forskningsinteresser, som har samarbejdet omkring dette projekt, og med ambition om at fortsætte og udvikle samarbejdet. I samarbejde med Seagarden AS, er der gennemført testproduktion af produkter for human konsumtion, mhp. betydelig værdiforøgning af disse. Analyser, samt markedsføring af disse produkter overfor strategiske kunder, er påbegyndt. Der er foretaget testproduktion af pepsin fra toskemaver, som kræver en anden forarbejdning end pepton/peptid, men stadig med anvendelse af membranfiltrering. I samarbejde med Hansen-Øye Consult er der kontakt til en aftager af pepsin, mhp. test og salgsaftale. Arbejdet med Trin 1, som var forudsætningen for at gennemføre de to efterfølgende trin, blev fuldt tilfredsstillende gennemført. 5. Projektets Trin 2 Projektets trin 2, har haft til formål at mikrobiologisk og kemisk dokumentere trin 1 produktionen af proteinisolat (FPI). Dertil har det været et væsentligt formål, at teste peptonet som specialingrediens i dyrefoder, samt som energikilde indenfor fermentering. Dette kapitel sammenfatter de opgaver og resultater, man er nået frem til. Som et vigtigt led i den forsatte produktudvikling, blev der i efteråret 2008 gjort en større produktion af pepton ved Seagarden AS i Haugesund. Denne produktion var mulig, fordi ABt tidligt i 2008 erhvervede et filtersystem, anvendeligt til formålet. Der blev ved denne produktion fremstillet ca. 6 ton proteinisolat, og som samtidig har været et vigtigt led i en teknologisk opgradering ved begge selskaber. 5.1. Mikrobiologisk og kemisk dokumentation. Den mikrobiologiske og kemiske dokumentation af materialet, har bl.a. bestået i at frembringe aminosyreprofiler, måle peptidstørrelser, indhold af biogene aminer m.v. Selve dokumentationen er gjort af nordiske forskningsinstitutioner, samt på nogle af projektpartnernes egne laboratorier. Den mikrobiologiske og kemiske dokumentation giver dels svar på, hvorvidt processen har opnået de ønskede resultater omkring protein%, peptid-størrelser, fjerning af lavmolekylære forbinder som biogene aminer mv. Dels giver denne dokumentation et indblik i materialets mikrobiologiske og kemiske sammensætning, som igen er en nødvendig forudsætning for at kunne teste materialet, f.eks. på levende dyr. 8
Figur 1 viser et eksempel på peptidfordelingen af Filter1 permeatet, efter at det også er Filter2 filtreret (= Filter2 retentat). Denne viser, at peptidstørrelserne er indenfor den ønskede molvægt. Figur 1: Eksempel på fordeling af peptider i hhv retentat og permeat efter Filter2 filtrering. Peptides level - Test 3 only Retentate and Permeate 12,0 10,9 Peptides in Reten. Protein Peptides (g/100g) 10,0 Peptides in Perm. 8,0 7,3 6,0 4,9 4,9 3,9 4,0 2,0 1,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,5 0,0 MW-P MW-P MW-P MW-P MW-P MW-P MW-P eptid eptid eptid eptid eptid eptid eptid 30.00 >30.0 20.00 100 10.00 5.000 1.000 0-20 0-10 0-5.0 0-1.00-100 00.000.000 0 00 Figur 2: Eksempel på peptidfordeling ved forskellig tilsætning af vandmængde. Protein level Retentate and Permeate 35,0 32,4 30,0 25,6 Protein (g/100g) 25,0 20,0 15,0 13,6 10,0 5,0 1,6 2,1 0,7 0,7 0,6 1,7 0,0 d d d m m en en en rm rm rm rm F ee F ee F ee P er P er Ret Ret Ret -P e -P e -P e -P e T1T2T3T2T3T1T2T3T1A T1B T2A T2B Figur 3 forneden går 1 trin videre, og ser på fordelingen af peptid størrelser af Filter2 materiale (benævnt SG4-SG7), sammenlignet med ufiltreret materiale (benævnt MS) i 9
kategorien >3 - <188 kilodalton (kda). I korte træk viser tabellen, at der ved anvendelse af Filter2 er fjernet de lavmolekylære forbindelser i materialet, dvs. typisk uønskede stoffer som putrescin og cadevarin (= biogene aminer). Figur 3: Sammenligning af materiale før og efter Filter2 filtrering. 18 Conclusions: 8 Possible faint protein 98 band in SG4 at ca 62 kda (enzyme?) 62 49 38 28 No bands > 3 kda in SG7 or SG8 Visible protein 3 kda (this is lower resolution limit for SDS-PAGE) 17 14 6 MS = mol. weight standard 3 MS SG4 MS SG7 SG7 SG8 SG8 Fra alle materialer er der lavet standard proteinanalyser, herunder aminosyreprofiler. Figur 4 og Figur 5 viser et eksempel på henholdsvis standard proteinanalyse og aminosyreprofil. Figur 4: Standard proteinanalyse af FPI. 10
Figur 5: Aminosyreprofil af FPI fra laksebaseret råvare. Der er således opbygget en solid dokumentation på forskellige råvarers mikrobiologiske og kemiske sammensætning, hvilket igen har givet betydningsfulde indblik i bl.a. filterteknologiens og forskellige råvarers anvendelsesmuligheder.. 11
5.2. Testning på gris ABt har fra sin 2007 produktion leveret materiale til 2 forsøg i USA, og dertil har en af samarbejdspartnerne forestået et forsøg i Danmark. Dette afsnit summerer op resultaterne af disse forsøg, og diskuterer de problemstillinger, som dette specifikke marked stiller. Formålet med at teste fiskeprotienisolat på gris, har været at finde frem til, hvilken effekt FPI vil have på grisens vækst og velfærd i dens kritiske afvænningsfase. Påstanden har været den, at FPI, pga af dets naturligt høje indhold af bioaktive peptider, vil skabe øget vækst og et stærkere immunforsvar hos dyr i deres kritiske livsfaser, f.eks i perioden efter afvænning. At peptider fra hydrolyseret fisk har såkaldte bioaktive egenskaber, og derved virker immunstimulerende, er påvist i både in vivo og in vitro forsøk (Fabienne et. al. 2000, Gildberg 2004). De bioaktive peptider beskytter således smågrisen imod sygdomspres, og bidrager til bedre vækst og lavere dødelighed. Dette vil igen medføre en bedre økonomi for producenterne. Griseforsøgene har kørt på den måde, at nyligt afvænnede grise blev delt op i grupper, og grisene vejet. Siden er de blevet fodret 6-7 uger, foderindtag registreret, og dertil er de kontrolvejet. Fordringen er foregået med en standardfoderblanding til en gruppe, og siden med en %-vis indblanding af FPI i blandingerne til de andre grupper. Resultaterne fra alle 3 forsøg viste en betydeligt øget vækst pr produceret enhed, sammenlignet med standardfoder. Samtidig var der en forskel på resultaterne mellem forsøgene i USA og Danmark. Forsøgene i USA gav samlet set et lidt dårligere resultat end Danmark. Denne forskel skal findes i to forskellige måder at spalte proteinerne. Mens materialet i USA var produceret ved at anvende enzymatisk hydrolyse, var forsøget i Danmark baseret på autolyse, dvs på naturens eget spaltningsprotein pepsin2. Det kan således konkluderes, at FPI i betydelig grad kan være med til at skabe forøget vækst hos gris, som fornylig er afvænnet. En væsentligt parameter i anvendelsen af FPI, er dets mulige immunologiske effekter på dyrene. I de forsøg der er nævnt her, var dødeligheden i grupperne såpas små, at der ikke kunne indikeres noget omkring den immunologiske effekt. Om end det således ikke kan direkte dokumenteres, så er hypotesen den, at indholdet av bioaktive peptider bidrager til et reduceret smittepres. Derved kan dyret (grisen) anvende denne energi til vækst, hellere end til at bekæmpe de sygdomsfremkaldende mikrober. Kan denne effekt dokumenteres, vil værdien af FPI være højere end ved påvisning af højere vækst alene. Forsøgene har også vist, at det vil være nødvendigt med en vis regulering af fodersmagen, idet grisene i alle forsøgene havde bedre smag for standarfoderet i starten. De skulle m.a.o. have tid til at vænne sig til den smag, som FPI giver. Dette problem udjævnede sig over tid, men bedre smag ville sandsynligvis have givet endnu bedre resultater. ABt har, sammen med Fróðskaparsetur Føroya og Forskningscenter Foulum taget initiativ til at undersøge FPI's mulige immunologiske effekter på gris, baseret på videnskabelige forsøg (se nærmere herom i kapitel 5). De første initierende analyser Forsøget i Danmark er der skrevet artikel udkast mhp publicering (Hansen og Torrissen 2008), og kan rekvireres via mail til abt@abt.fo eller frrhanse@online.no. Forsøgene i USA er derimod underlagt kundens krav om databeskyttelse. 2 12
ved Forskningscenter Foulum viser en betydelig hæmning i udviklingen hos E-coli bakterien. Det kan således konstateres: at FPI er et produkt der i betydelig grad kan øge væksten hos smågris, dvs i perioden fra afvænning og ca. 7 uger frem. At FPI hæmmer udvikling af E-Coli bakterien, og det kan derfor sandsynligvis styrker grisens immunsystem. At der er udfordringer omkring bitter smag, men som relativt nemt kan løses igennem sammensætningen af foderet. Der er mulige immunologiske fordele ved at anvende fiskeproteinisolat, men disse kræver yderligere test og analyser, et arbejde der er sat i gang (jf. afsnit 5). 5.3. Testning på laks Testning af FPI's effekt på væksten hos lakseyngel er foretaget i to parallelle forsøg. Begge forsøg er gjort i samarbejde med privat producent af fiskefoder. Det ene forsøg blev forestået af Nofima i Bergen, og der er skrevet en selvstændig rapport (Albrechtsen m.fl. 2008). Det andet forsøg er gjort på foderproducentens egen forsøgsstation. I begge tilfælde blev der valgt 2 forskellige hydrolysater fra ABt's 2007 produktion. Disse blev udvalgt på baggrund af deres aminosyresammensætning, og især det ene hydrolysat blev vurderet at være af interesse som vækstfremmer for smolt. Der blev til Nofima's forsøg lavet fire foderblandinger, med den ene blanding som standardfoder, med 35% indblanding af fiskemel. De andre blandinger udelod en vis %del fiskemel, og istedet erstattet med FPI fraktioner i varierende grad (1-3%). Det andet forsøg bestod af 2 foderblandinger. Smoltet (Atlantic Salmon) blev fordelt i et antal forskellige kar, og systematisk fordret over en periode på omkring 8 uger. Fiskene blev målt og vejet før forsøgets start og igen efter dets afslutning. Enkelte fisk blev efter eksperimentets afslutning udtaget for prøver på protein, tørstof, mv. Nogle af disse test pågår stadigvæk. I Nofimas test af FPI kunne der ikke påvises nogen statistisk signifikant væksteffekt ved anvendelse af FPI. I det andet forsøg kunne der påvises en signifikant vækst ved anvendelse af FPI, sammenlignet med standardfoder. Hvordan disse to forsøg, baseret på det samme materiale, har givet to forskellige resultater, har vi pt. ikke nogen åbenlys forklaring på. Problemet med det anvendte materiale var, at det indeholdt et relativt højt indhold af biogene aminer, et problem som var kendt før testene blev sat i gang. Der blev vurderet pro et con's ved at anvende dette, men på baggrund af aminosyresammensætningen, blev det besuttet at forsøge. Det må i dag konstateres, at det høje indhold af biogene aminer har været en medvirkende faktor til det dårlige vækstresultat3. At der i noget af materialet er udviklet biogene aminer, skyldes sandsynligvis problemer som opstod omkring selve testproduktion. Dette vil selvfølgelig ikke være tilfældet i egentlig etableret industriel produktion. 3 13
Den samlede konklusion vil være, at det ikke kunne påvises, at det leverede FPI giver øget vækst hos Atlantic Salmon smolt. Det er samtidig klart, at indholdet af biogene aminer må betragtes at være årsagen til resultatet. Omend vækstfaktoren udeblev, så har projektet dog givet en del mikrobiologisk og biokemisk. Det er stadig meget sandsynligt at en vækstfaktor vil kunne påvises ved anvendelse af FPI, men dette vil kræve en mere nøje opfølgning på materialets kvalitet, end det som var muligt i testproduktionen. Vi ved dertill, at to faktorer vil være afgørende for et bedre resultat. Den ene vil være, at det materiale, som påviseligt har en specielt interessant aminosyreprofil, skal være frit for biogene aminer, noget som selvfølgelig er muligt i etableret industriel produktion. Det andet kriterium vil være, at spaltning af proteinet vil skulle foregå autolytisk, hellere end ved anvendelse af industrielle enzymer. 5.4. Fermentering Det andet vigtige marked i dette projekt, har været at undersøge FPI's anvendelse som nitrogenkilde i fermenteringsindustrien. I regi af dette projet er der lavet egne laboratorieanalyser, leveret af etablerede forkningsinstitutioner. Dertil har flere private selskaber foretaget egne test af materialet. Også i disse tilfælde er flere forskellige råvarekilder testet. Som bakteriologisk vækstkilde, er peptonet (FPI) typisk blevet sammenlignet med almindeligt kendte nitrogenkilder på markedet, således som det f.eks. vises på nedenstående figurer. Figur 5 viser forsøg med fermentering fra fem forskellige slags fiskepepton, med vækst på B.Subtilisi. Figur 5: Vækst af B.Subtilis på 5 slags fiskepepton (P1, P2, P3, P4, P14), sammenlignet med standardmedier. 14
Denne figur viser i korte træk, at pepton 14 gav bedre vækst en referencepepton og de andre testpeptoner. De fire andre testpeptoner giver sammenfaldende vækst, og nogenlunde samme vækst som referencepepton. Figur 6: Vækst af P.Aeruginosa på 5 slags fiskepepton (P1, P2, P3, P4, P14), sammenlignet med standardmedier. Denne figur viser i korte træk, at pepton 1, 2, 3 og 4 havde en bedre vækst en referencepeptonet, mens pepton 14 havde en vækstkurve sammenfaldende med referencepeptonet. Den samlede konklusion fra denne her refererede analyse samt andre sammenlignelige analyser viser at fiskepepton (FPI) kan være et godt produkt for fermenteringsindustrien. Den samlede konklusion er således også, at alle de peptoner vi har testet har haft gode vækstegenskaber på udvalgte bakterier, herunder sammenfaldende eller bedre vækst end referencepepton. I nogle tilfælde har den biokemiske sammensætning og egenskaber i fiskepeptonet været sammenfaldende, mens den i andre har været forskelligartet, noget som kan have både positiv og negativ betydning i fermentering. Forsøgene med fermentering har dog også afdækket et par tekniske problemstillinger, som projektpartnerne har brugt en del tid på at få afklaret. I et tilfælde var der problemer med at peptonet var meget hygroskopisk, mens der i andre tilfælde har været problemer med udfældning. Dette er problemer som skal være helt afklaret, før fermenteringsindustrien begynder at vise interesse for fiskepeton i deres applikationer. Disse problemer har projektpartnerne arbejdet med løsninger på, og fået testet og afklaret på pilotskala. Det vil derfor være muligt at løse disse problemer i egentlige industrielle applikationer. 15
6. Projektets Trin 3. Projektets trin 3 har bestået i at få markedsført de producerede og testede peptoner/peptider (FPI), dels som specialingrediens i dyrefoder, dels som energikilde indenfor fermentering. Dertil er projektet i stigende grad blevet rettet imod udvikling af marine ingredienser til humane fødevarer. Markedsføring skal i denne henseende forstås bredt. Dels er de analyser og den testning vi har diskuteret i kapitlerne 3 og 4 vigtige forudsætninger for og elementer i selve markedsføringen af produkterne. Dels er den feed back, som mulige kunder giver, vigtige for teknologisk tilpasning af processer og produkter. Dette kapitel belyser og indfanger disse problematikker Foruden de i afsnit 5 foretagede arbejder, så har markedsføringen bl.a. bestået i en række kundebesøg og agentbesøg i flere europæiske lande. Der er desuden fået gang i udvikling af et fælles netværk for salg af fiskeproteinprodukter, og som flere af projektpartnerne er del af. Dette netværk har i dag salgsagenter i 3 kontinenter, og der arbejdes stadig på at udvikle dette. Ikke uvæsentlig for det videre markedsarbejde, så har FPI fået omtale mindst et relevant netbaseret medium (Foodnavigator 2008). 6.1. Specialingrediens i dyrefoder De gode testresultater, har bidraget til at markedsføringen af FPI som et specialprodukt i dyrefoder har fået en del opmærksomhed blandt kunder i USA, Danmark og Sydamerika. Som allerede beskrevet, er materialet forsøgt testet på gris og laks, og de seneste måneder har der også været en dialog i gang med fjerkræindustrien. Resultaterne på især gris har været positive, og det har også medført en kontinuerlig dialog med foderproducenter om implementering af FPI i deres applikationer for startfoder. Finanskrisen har dog medført, at der er indtil videre er gået midlertidig stiltstand i denne udvikling. Interessen for produktet er dog opretholdt, og dialogen vil blive genoptaget i løbet af 2009. Resultatet fra laksetestene var desværre ikke så positive som forventet, men samtidig ved vi de tekniske årsager til disse problemer. Der er derfor stadig dialog med 2 foderproducenter, for anvendelse af FPI i deres foderapplikationer. Det næste skridt vil sandsynligvis være at levere nyt materiale, hvilket også forventes at kunne blive gennemført senere i 2009. Et nyt markedssegment, som har vist FPI stor interesse, er fjerkræmarkedet. Hypotesen er den, at FPI kan være med til at afhjælpe nogle af de problemer fjerkræbranchen slider med, bl.a. med dyrenes knogleopbygning. Der er blevet sendt materiale for testning til 1 udvalgt kunde, men det viste sig under testning, at den måde materialet indgik i fodringen på, gav problemer med udfældning i produktet. Dette problem er der tekniske løsninger på, og der arbejdes derfor på at tilpasse produktet til denne specifikke applikation, således at nye forsøg kan foretages. Der er således åbnet op for anvendelse af FPI i en række markedssegmenter for dyrefoder, og der arbejdes på en række applikationsmuligheder. Om end der ikke er ikke tale om et produkt fuldt etableret på markedet, så er der tale om en proces i den rigtige retning, som stadig må have nogen tid for at modnes fuldt. 16
6.2. Energikilde i fermentering Grundlaget for åbningen imod fermenteringsmarkedet, har været egne tests af materialet, sammenlignet med almindeligt kendte fermenteringskilder. Dette har været med til at åbne op for dialog med en række kunder, herunder har kunderne testet materialet på egne laboratorier. Med to nordiske kunder er der således aftalt, at der leveres nyt materiale for testning, når visse tekniske parametre kan opfyldes, hvilket der i øjeblikket arbejdes på. To nyere hollandske kunder er gang med at teste produktets anvendelse i egne applikationer. Der er således også indenfor detta marked åbnet op for anvendelse af FPI. Men fermenteringsmarkedet er klart et vanskeligere marked at åbne, sammenlignet med fodermarkedet. De tekniske krav til produktet, f.eks. dets stabilitet, opløselighed og lugt er meget større. Den hidtidige dialog med en række kunder har da også medført, at vi har været nødt til at arbejde med tilpasning af en række tekniske parametre. Også her er der tale om en proces i den rigtige retning, men som også må have sin tid for at modnes. 6.3. Humane fødevarer I takt med den generelt øgede biokemiske viden, samt et stigende fokus på bæredygtig udvikling af naturens og måske især havets ressourcer (f.eks. Ingeniøren, 2008, Rubin 2008, 2003a, 2003b, Hjuks 2006, DOCMAR 2003), er interessen for fiskebaserede koncentrater til humant konsum været stærkt stigende. Både forskningsmiljøer og landbrugs- og fiskeindustrien i Europa bruger i dag mange ressourcer på at udvikle den biokemiske viden og disse produkter, og en række forskellige teknologiske og biokemiske alternativer afprøves. Det har derfor været naturlig, at der i regi af dette projekt er blevet stadig mere fokus på mulighederne for udvikling af produkter til humant konsum. Allerede i vores testproduktion fra 2007 blev der gjort forsøg med særlig membranfiltrering af et eksisterende fiskeekstrakt for humant konsum. Dette ekstrakt er siden gennemgået en række test, herunder i samarbejde med lægevidenskaben, for at teste dets allergiske reaktioner. Udviklingen af dette produkt pågår stadigvæk. I 2007 produktionen blev der ved anvendelse af vores tilgængelige filterteknologi, også fremstillet et koncentrat for udvinding af pepsin. Til en sådan produktion er der mulige kunder, men dette kræver f.eks. en veletableret indfrastruktur for indsamling av fiskemaver i større mængder, noget som vil kræve store ressourcer at få etableret. Der er således en række teknologiske og logistiske udfordringer at tage op i forbindelse med en sådan mulig produktion. Sammefattender har arbejdet med udviklingen af foderingredienser har skabt en solid teknologisk og biokemisk viden, som selvfølgelig kan overføres til arbejdet med ekstrakter og smagsstoffer til humant konsum. Denne viden er samtidig suppleret gennem deltagelse i konferencer omkring marine ingredienser, favnende fra nye videnskabelige resultater til EU's forordninger (f.eks. Seafood Plus, februar '08; FHLMaring/Rubin, Gardermoen, November '08). Af særlig betydning for udviklingen af egentlige industrielle applikationer, så er der brugt en del ressourcer på at opbygge et netværk af teknologisk ekspertise, både når det gælder hardware (hydrolysetanke/kar, separation mv) og til f.eks. leverandører af enzymer, som kan sikre optimal udnyttelse af råvaren (i form af f.eks. udbytte-%, smag, 17
hydrolysetid mv). Der er i et af disse samarbejder fremstillet et fiskepulver (flavour), som har fået positiv feed-back fra mulig aftager. Der arbejdes derfor på at lave egentlig storskalatest på dette produkt. Erfaringerne fra arbejdet med humant konsum har derfor bevæget sig fra en relativt 'bred tilgang', til at være fokuseret på udvikling af et par enkelte ekstrakter/pulvere. På nærværende tidspunkt er det svært at spå, hvilke muligheder disse applikationer har i markedet, men de første tegn må konstateres at give et optimistisk grundlag at fortsætte på. Dette arbejde kommer derfor at fortsætte i løbet af 2009. 7. Arbejdet fremover. Mens forskning og udvikling indenfor fiskeolier (omega-3) har været intensiv i et par årtier efterhånden, så er der stadigvæk meget arbejde at få dokumenteret og analyseret vedrørende hydrolysater og dets forskellige proteinfraktioner (DOCMAR 2003, Rubin 2003a, 2003b, 2008). I denne henseende er dette projekt kun et lille skridt ift de videnskabelige og komercielle udfordringer til bedre udnyttelse af de marine råvarer. Som allerede nævnt, så vil flere af projektpartnererne forsætte det i dette projekt etablerede erhvervs- og udviklingsmæssige samarbejde. Derfor har dette projekt også haft som eksplisit forudsætning, at indkredse andre potentielle udviklingsmuligheder. I forrige afsnit er der diskuteret muligheder i de humane markeder, specielt 'functional food' og ' flavours', men dertil må helseindustrien vurderes at være af særlig interesse. Af samme årsager, har en vigtig præmis i nærværende arbejde været, at udvikle et aktivt netværkssamarbejde i industrien, samt mellem industri og forskning, indenfor området marine ingredienser, således som det allerede nævnte salgsnetværk er et eksempel på. Flere partnere i dette projekt har bidraget til udvikling af et større forskningsprojekt, nano-based functional food from marine waste products (Stagsted 2007). Dette projekt vil kombinere anvendelsen af skaldyrs-baserede nanopartikler og antimikrobielle fiskepeptider. Rationalet i denne tilgang er, at funktionelle fødevarer udviklet med viden fra nanoteknologien åbner for helt nye anvendelsesområder. F.eks. kan nanopartikler anvendes målrettet til at beskytte mod uønsket nedbrydning af aktive stoffer i mavetarmkanalen og sikre en senere kontrolleret frigivelse. Et stort uudnyttet potentiale formodes at ligge i at identificere og anvende naturlige fiskepeptider med immunstimulerende og antimikrobiel effekt. Projektet sigter derfor bl.a. på at beskrive, hvorledes teknologisk udvundne nanopartikler optages i tarmepitelet. Med en forventet stigende udbredelse af fødevarer baseret på nanopartiklers unikke egenskaber er der et behov for basal viden om hvorledes disse partikler omsættes i den levende organisme. Til dette formål vil der i nævnte projekt blive anvendt grise som model. Foruden industrielle partnere fra Færøerne, Norge og Danmark, så er deltagerne i dette projekt fra Forsningscenter Foulum, Aarhus Universitet, Mikrobiologisk Institut ved Aarhus Universitet, Mikrobiologisk afdeling, Færøernes Universitet, samt Danamarks Teknologisk Universitet; DTU Aqua. Nærværende projekt har således bidraget til, at det her beskrevne forskningsprojekt i dag har midler til et proof-ofconcept study, samt midler til ansættelse af 2 forskerstuderende (Ph.D) og 1 erhvervsph.d. 18
Et andet vigtigt element i denne udvikling er, at DTU-Aqua - sammen med Atlantic Biotechnology har fået tildelt midler fra Nordisk Arbejdsgruppe for Fiskeriforskning (NAF), til en statuskonference omkring marine peptider. Foruden opdateret viden, så vil konferences formål være at understøtte nordisk netværksdannelse indenfor dette område, og forventes det at konferences afvikles tidlig i 2010. 8. Konklusioner Det primære formål med dette projekt har været at testproducere, analysere og markedsføre et fiskeproteinisolat som specialingrediens i dyrefoder. Dertil har projektet været bredt anlagt, således at forstå, at netværks- og markedsopbygning, herunder etablering af nye udviklingspotentialer indenfor 'bioaktive peptider' og humant konsum (koncentrater/flavour) er indgået stadig mere eksplisit i dette projekts ambitioner. Som også peget i Afsnit 1, kan det resultatmæssig konstateres: At der er produceret højkvalitetspepton, både på pilot- og industriskalaniveua. At pepton er dokumenteret og testet som en 'specialingrediens' i dyrefoder, med mærkbare resultater. At pepton er dokumenteret og testet som nitrogenkilde til fermentering, med mærbare resultater. At der er leveret pepton for 'intern testning' hos udvalgte markedskunder indenfor feed og pharma (fermentering). Der er bygget op et nordisk/internationalt netværk af erhvervs- og forskningsinteresser, som har samarbejdet omkring dette projekt, med ambition om at fortsætte og udvikle samarbejdet. Der er etableret et væsentligt grundlag for udvikling og testning af marine proteiner til fødevarer, herunder samarbejde med mulige markedskunder.. På baggrund af de opstillede målsætninger for dette projekt, er der tale om fuldt tilfredsstillende resultater. Disse resultater indbefatter selvfølgelig også de mindre heldige konstateteringer, hvis positive side dog er, at de giver anledning til teknologiske forbedringer og stærkere fokus på kvalitet og kvalitetssikring. Projektet har kørt over en periode på godt og vel 2 år, og baseret sig på en sagte teknologisk opgradering, baseret på erfaringerne fra de beskrevne testproduktioner og markedsarbejdet. Fordelen ved denne fremgangsmåde har i høj grad været, at det giver mulighed for at tilpasse teknologi og processer til de konstaterede markedskrav. Resultaterne fra dette projekts udvikling materialiseres endvidere i følgende fakta: At bygning af anlæg for produktion af marine ingredienser er i gang på Færøerne. At en anden projektpartner har besluttet at etablere processer, med baggrund i indeværende projekt. At der er etableret et større forskningsprojekt: nano-based functional food from marine waste products, med deltagelse fra både industri og forsking i flere nordiske lande. Dette projekt har i dag midler til et proof-of-concept study, foruden at 3 ph.d. studerende inden længe vil være tilknyttet programmet. At der i begyndelsen af 2010, med projektmidler fra Nordisk Arbejdsgruppe for Fiskeriforskning, vil blive arrangeret en statuskonference omkring marine proteiner. Denne konference ledes af DTU-Aqua. 19
I eftertankens lys, må det afslutningsvis konkluderes, at det kræver stor tålmodighed at udvikle FPI, noget som også er konstateret af andre (DOCMAR, 2003). Den nødvendige tålmodighed hænger atter sammen med de beskreve erfaringer om, at både det at overbevise og dernæst at tilpasse teknologi og processer til markedeskravene er enormt krævende. Samtidig har projektets resultater tydeliggjort, at der eksisterer en lang række muligheder for værdiøgning af havets ressourcer, i et vestnordisk såvel som i et færøsk perspektiv. 20