Græsprotein – et dansk alternativ til soja med eksportpotentiale?

Landbrug Grønne blade fra græs indeholder protein, der ved bioraffinering kan udvindes og anvendes som dyrefoder til enmavede dyr eller til mennesker. Det kan i fremtiden blive et vigtigt alternativ til animalsk produceret protein.

Lubeck3201

Græsprotein – og generelt protein udvundet fra grønne blade – har en ernæringsprofil, der er mere optimal end andre plantekilder, fx ærter, hamp og korn, og det kan derfor blive en ny kilde til human ernæring med et stort potentiale.

© Bert Wiklund
Momentum+

Protein er en vigtig og uundværlig ernæringsdel i den mad, vi indtager. Protein forekommer i både kød og planter. Med udsigt til befolkningsstigning og øget velstand, hvor flere globalt set har råd til at spise animalske produkter, har fødevare- og fodermarkederne derfor et stigende behov for proteiner, hvor planteproteiner i fremtiden vil få meget høj fokus og prioritet.

Fokus i Europa på dyrevelfærd og køds klimabelastning har derfor medført en stor forbrugerefterspørgsel på fødevareområdet.

Fx vokser det europæiske marked for kødalternativer årligt med mere end 25 pct. Europa er ikke i stand til at imødekomme efterspørgslen efter planteprotein (≈27 M ton råprotein/år), hvilket fører til en betydelig afhængighed af proteinimport fra tredjelande – herunder særligt Sydamerikanske lande. Mere end 60 pct. af efterspørgslen dækkes af importeret planteprotein, hvoraf soja alene udgør 45 pct.

Der er i Europa og i Danmark et stort fokus på at øge egenproduktion af proteiner både af hensyn til forsyningssikkerheden, men også for at mindske sojaimporten fra især Sydamerika, hvor der sker omfattende skovrydning og anvendelse af problematiske kemikalier pga. den globale stigende efterspørgsel.

Nye, bæredygtige proteinkilder

Globalt har landbruget et presserende behov for at reducere klima- og miljøpåvirkningen. Dette kan gøres ved at øge produktionen af ​​bæredygtige proteinkilder, hvor græs i form af lucerne og kløvergræsser er kommet i fokus i en række lande.

Grønne blade fra græs indeholder protein, der ved bioraffinering kan udvindes og anvendes som dyrefoder til enmavede dyr eller til mennesker, hvilket i fremtiden kan blive et vigtigt alternativ til animalsk produceret protein. Grøn bioraffinering til fødevarer stemmer derfor godt overens med en stigende efterspørgsel fra forbrugerne efter bæredygtig, klimavenlig og plantebaseret mad.

Der har i Danmark gennem de seneste år været fokuseret på og investeret i grøn bioraffinering, og en række R&D projekter til en værdi af mere end 400 mio. kr. har været gennemført eller igangsat, hvor op mod 50 forskellige private virksomheder har engagereret sig i området.

Der er en øget politisk bevågenhed bl.a. skabt af det Bioøkonomiske Panel, der med en række anbefalinger på området har grøn bioraffinering som højeste prioritet.

Det har bl.a. medført, at der er dannet et partnerskab mellem interesseorganisationer, virksomheder og vidensinstitutioner: Dansk Protein Innovation, DPI.

Formålet med DPI er at fremme og koordinere forskning og innovation for at øge en bæredygtig dansk produktion af protein til fødevarer og foder. Omlægning til dyrkning af græs er blandt virkemidlerne til at nå klimamålene på en 70 pct. CO2 reduktion i 2030 - med delmål på 50 pct. allerede i 2025 i den nye klimalov vedtaget af Folketinget.

Omlægning fra korn eller majs til græs er beregnet til at give en klimaeffekt på 2,8 ton CO2 ækvivalenter pr. ha pr. år, og i klimarådets rapport anbefales en gradvis omlægning af 100.000 ha – heraf 25.000 ha til græs frem mod 2030.

Danmark har et stærkt fokus på græs bioraffinaderier som en af metoderne til at lette overgangen til et mere klimavenligt landbrug.

Udvinding af protein fra planter er ikke nyt. Faktisk har der tidligere været arbejdet på området i Danmark, da der i 70’erne eksisterede en proteinraffineringsfabrik i industriel skala på Lolland (Vepex). På fabrikken blev der udvundet protein til foder til enmavede dyr fra lucerne med en varmeudfældningsteknik tilsvarende den teknologi, der anvendes på en ny Demo-platform på Aarhus Universitet.

På Aalborg Universitet blev idéerne om udnyttelse af lucerne startet gennem et strategisk forskningsprojekt, BIOREF, i 2009, hvor der blev udviklet metoder til proteinudvinding herunder en metode til at fremstille hvidt protein til human anvendelse uden varmeudfældning.

Der er derfor ikke tale om et helt nyt forsknings- og forretningsområde, men en fornyet interesse for bioraffinering, som kan levere andre produkter end bioethanol.

Græsprotein til dyrefoder

Den fornyede samfundsinteresse de seneste år er især kommet fra økologisk side, da det økologiske landbrug står med en række udfordringer både mht. sædskifte, gødning og med at skaffe tilstrækkeligt økologisk proteinfoder til enmavede dyr.

Disse udfordringer søges løst gennem græsprotein i en integreret og cirkulær produktion, hvor restfraktionerne anvendes til kvægfoder eller biogas og gødning, som fx GUDP-projektet OrganoFinery (2013-2016) har arbejdet med at udvikle (se figur 1).

Lubeck.Figur3201.Web (002)

Figur 1: OrganoFinery: Bioraffinering af grøntafgrøder til proteinfoder, gødning og energi.

OrganoFinery og de fleste andre R&D projekter har i første omgang særligt arbejdet med at udvikle og optimere fremstilling af græsprotein til dyrefoder. Det producerede græsprotein anvendes til foderformuleringer til eksperimentel afprøvning i grise, fjerkræ og som kraftfoder til malkekøer. Indtil videre med rigtig gode resultater og med stor erhvervsinteresse både fra husdyrsproducenterne og fodervirksomhederne.

Nu går vi i gang

Danmark har derfor et stærkt fokus på græs bioraffinaderier som en af ​​metoderne til at lette overgangen til et mere klimavenligt landbrug. De første prototyper fabrikker til foderproteinproduktion etableres i 2020. Beregninger udført af Københavns Universitet, Aarhus Universitet og SEGES viser dog, at det kan være vanskeligt at få økonomi i anlæggene.

Det er vigtigt også at skabe værdi i alle sidestrømmene, og hvor særligt produktion baseret på økologisk dyrket græs har en fordel pga. højere priser på økologisk foderprotein.

En væsentlig mulighed for at skabe merværdi vil være, hvis bioraffineringsanlæg inkluderer udvinding af proteinprodukter i fødevarekvalitet, da den kommercielle værdi af fødevareproteinprodukter vil bidrage til at reducere omkostningerne til foderprotein, da et sådant grønt bioraffinaderi skal kombinere produktionen af fødevareprotein med ​​foderprotein.

Derudover skal den tilbageværende faste biomasse (pressekage) anvendes fx til kvægfoder eller biogas og restsaften til et gødningsprodukt, hvilket vil gøre det samlede koncept økonomisk rentabelt.

Pressekagen, har en rigtig god foderværdi for kvæg, og fodringsforsøg har vist, at køerne forøger mælkeproduktionen med 5-10 pct., nå de spiser det bioraffinerede græs sammenlignet med ikke-bioraffineret græs. En anden mulighed kan være samarbejde med biogasbranchen, som kan aftage græspulpen, især hvis tilskud til denne fortsætter.

Potentiale for eksport

En omlægning af Danmarks landbrugsareal til 100.000 ha græs (økologisk og ikke-økologisk), som flere har peget på som et sandsynligt scenarie, vil imidlertid ikke kunne erstatte import af soja til foder.

Det har potentiale til at kunne dække det økologiske behov og samtidig i begrænset omfang kunne bidrage til en reduktion af import af konventionelt dyrket soja. Hvis man integrerer produktion af græsprotein til fødevarer, vil scenariet se anderledes ud, da det vil være muligt at producere tilstrækkeligt fødevareprotein til eksport.

Kommercialisering af grønne bioraffinaderier i Danmark vil dermed kunne få et potentiale for eksport af fødevareproteiner fra græs.

Danmark har en stærk position på det globale marked for funktionelle fødevarer og ingredienser gennem mange små og store fødevare- og fødevareingrediensselskaber, og udvikling inden for dette område vil gøre dem i stand til at udvikle nye planteproteinbaserede ingredienser med et stort eksportpotentiale, da Danmark er anerkendt for høje standarder inden for fødevareområdet.

Græsprotein – på niveau med soja

Græsprotein – og generelt protein udvundet fra grønne blade – har en gunstig aminosyresammensætning med indhold af de essentielle aminosyrer på niveau med soja, som er blandt de bedste plantekilder, der findes.

Bladproteiner har derfor en ernæringsprofil, der er mere optimal end andre plantekilder, fx ærter, hamp og korn, og kan derfor blive en ny kilde til human ernæring med et stort potentiale.

Fotosyntetiske, aktive grønne blade indeholder rigelige mængder proteiner, hvoraf en stor del udgør RuBisCO, det vigtigste enzym involveret i fotosyntesen. Ud over RuBisCO er der en mangel på viden om andre rigelige bladproteiner og deres fysio-kemiske egenskaber.

Ud over at proteiner er essentielle som næringsstoffer, kan proteiner også give funktionelle egenskaber i fødevarer såsom emulgering, gelering, stabilisering, fortykning og konservering. Animalske proteiner har en høj ernæringsmæssig værdi pga. en optimal aminosyresammensætning i forhold til humant behov, og flere proteiner leverer mange funktionelle egenskaber som fødevareingredienser.

Planteproteiner til mad

Desværre fører dyreproduktion til betydelig emission af drivhusgasser, og det er nødvendigt at udvikle nye produkter med lavere klimaaftryk, hvilket kan opnås ved at erstatte animalske proteiner med vegetabilske alternativer helt eller delvist.

Klimarådet anbefaler derfor også, at fødevarer fremover bør være plantebaserede i langt højere grad end nu for at kunne håndtere den stigende verdensbefolkning. Det angives, at oksekødsproduktionen udleder op til 50 gange mere CO2 ækvivalenter pr. kg protein end produktionen af plantebaseret protein.

Hvis forbrugerne ændrer fødevarevaner, estimerer Klimarådet, at de ændrede fødevarevaner sammen med ny teknologi i landbruget kan reducere klimabelastningen med 2 mio. ton CO2 ækvivalenter.

En vigtig parameter for at opnå klimamålene og producere fødevarer med lavere CO2 aftryk er, at der kommer forskning i anvendelse af planteproteiner til mad, og at disse kan bruges som alternative fødevareingredienser på lige vilkår.

Planteproteinbaserede ingredienser, der anvendes i fødevareindustrien, er hovedsageligt baseret på nogle få kilder såsom soja, ærter og korn. Proteinindholdet og deres specifikke molekylære strukturer kan variere betydeligt afhængigt af plantekilden. Derfor udviser planteproteiner meget forskellige funktionelle egenskaber som fødevareingredienser.

Sojaproteiner har været anset for at være den ’gyldne standard’, og brugen i forskellige fødevareapplikationer er af største betydning for fødevareindustrien pga. dens mange funktionelle egenskaber.

Græsbaserede proteiner er nye i en fødevarekontekst, og der er derfor et uopfyldt behov for at forstå de forskellige funktionelle egenskaber af proteinerne fra græs for at kunne producere nye og bedre fødevarer.

BiomassProtein Aps

Aalborg Universitet har en stærk tradition for at engagere sig i offentlige private samarbejdsprojekter og et stærkt ønske om at bidrage til bioteknologibaseret videnskab, der direkte kan omsættes til nyttige produkter.

Institut for Kemi og Biovidenskab har gennem Center for Membranfiltrering, og forskningsgrupperne for bioraffinaderi og proteinvidenskab arbejdet på at designe processer til selektivt at udvinde græsbaserede proteiner og peptider, der kan give forskellige egenskaber til fødevarer. Sådanne egenskaber kan være skummende, emulgerende, evne til at binde vand osv.  

Lubeck.Figur3202.Web

Figur 2: Proces med fødevareprotein.

Det nye GUDP-projekt, Græs4Food, er bevilget til Startup virksomheden BiomassProtein Aps, som sammen med Aalborg Universitet, GreenLab, Thise Mejeri samt membranvirksomheden MMS Nordic skal udvikle en fødevareproces i pilotskala. I processen produceres samtidigt foderprotein og gødning (Figur 2).

Det er planen, at teknologien efterfølgende skal opskaleres og integreres i en BiomassProtein fuldskala fabrik i GreenLab i Skive, som sammen med lokale interessenter og landmænd skal bygges i løbet af de kommende år og være i drift i 2022 med foderproduktion.

Integration af fødevareprocessen forventes at ske i 2024, så snart det er lykkes at opnå EU autorisering til at markedsføre græsproteiner, da det kræver en såkaldt Novel Food godkendelse. GreenLab er et (energi) symbiose-netværk med en fælles matrikel, hvor virksomheder lejer en del af grunden og kan drage nytte af energien i netværket.

I GreenLab er der desuden et biogasanlæg, der kan håndtere restprodukterne fra proteinraffineringen og en søstjernefabrik, der kan tørre græsproteinet.

Forædling skal øge proteinmængden

Produktion af planteproteiner til fremtidens behov kræver store arealer landbrugsjord. Hvis vi skal være i stand til at levere tilstrækkelig med protein til verdens befolkning og samtidig sørge for, at produktionen er bæredygtig og dermed har et klimavenligt aftryk, er der behov for at udnytte arealerne mere effektivt end i dag.

Der vil være behov for at indføre nye metoder til at øge mængden af protein. Bæredygtig produktion betyder mindre animalsk proteinproduktion og mere plantebaseret proteinproduktion.

Men proteinmængden i planter kan øges til at føde verdens befolkning, og der er behov for at forædle nye sorter, hvilket er ressource- og tidskrævende. Effektiv og hurtig forædling vil i fremtiden kunne udføres, hvis nye alternative forædlingsmetoder til udvikling af nye sorter inddrages, som fx CRISPR-Cas.

Crispr-Cas er en genetisk modificeringsteknologi, som er hurtig og effektiv, og hvor man kan inducere kontrollerede enkeltmutationer i plantegenomet, der kan resultere i ønskede ændringer af planternes evne til fx at producere mere protein.

Metoden kan sammenlignes med traditionel mutationsforædling, hvor man ukontrolleret inducerer mutationer i plantegenomet for at forædle nye sorter. Man har ved de traditionelle metoder ikke viden om, hvor man inducerer forandringerne i modsætning ved CRISPR/Cas og lignende nye metoder. Både konventionelt og økologisk produceret protein vil have gavn af denne teknologi, og ved forøget proteinproduktion vil der også være et øget eksportmarked.