Eftersom efterfrågan på proteinrik mat ökar med befolkningstillväxten och ökande medvetenhet om näring och hälsa, sätter traditionella animaliska och växtbaserade proteinkällor som kräver åkermark eller sötvatten en betydande press på mark och resurser. Därför finns det ett stort behov av nya, mer hållbara proteinkällor.

Forskargruppen för marin bioteknik vid NORCE har under flera år arbetat med att utveckla och skala upp fotosyntetiska mikroalger som en hållbar råvara för livsmedel, foder och andra produkter. Mikroalger är en typ av små "växtceller" som finns i saltvatten och sötvatten och är en lovande källa till proteiner av flera skäl:

• Många mikroalger har hög proteinhalt och en aminosyraprofil som uppfyller kraven för livsmedels- och foderproduktion. Detta är fallet för Chlorella vulgaris, som används i vår studie.
• Mikroalger har hög produktionseffektivitet och kan odlas på icke åkermark med lågt vattenbehov.
• Avfall och restströmmar från olika industrier kan användas vid odling av mikroalger, vilket erbjuder ett mer hållbart alternativ till kemiska gödningsmedel.

Insektsproduktion är en annan ny proteinkälla som för närvarande utforskas i Europa och Norge. Liksom alla typer av produktion kommer en insektsfabrik också att generera avfall, till exempel insektsavföring. I tekniska termer kallas detta frass, en blandning av avföring, hud och skelett från odlade insekter och deras mat.

I en cirkulär ekonomi måste vi tillvarata avfallet bättre. Tillsammans med Oliver Müller från universitetet i Bergen och NORCE-kollegorna Hanna Böpple och Dorinde Kleinegris har Pia Steinrücken undersökt om mikroalger kan ges frass som ett alternativ till konventionell gödsling.

"I ProFuture-projektet använde vi insektsfrass som en potentiell näringskälla för att odla mikroalgen Chlorella vulgaris, vilket skulle kunna göra produktionen av mikroalger mer miljövänlig och kostnadseffektiv", säger Steinrücken.

Forskarna studerade om dessa mikroalger innehöll samma mängd protein som de som fick vanliga handelsgödselmedel. Resultaten visade att när mikroalgerna odlades på näringsämnen från frass växte de lika bra och gav en hög proteinhalt på 40 % av torrvikten. Studien publiceras i Bioresource Technology Reports .

"Insektsfrassen kommer från Larveriet i Voss som producerar mjölmasklarver som matas på organiskt avfall. Den levereras i pulverform som vi blandar med vatten för att frigöra näringsämnena", förklarar NORCE-forskaren. "Vi centrifugerar sedan bort ovattenlösliga partiklar i vattnet. Därefter steriliseras vätskan för att minimera risken för bakterieinfektion och kontaminering av algerna."

Cirkulära processer

För att alger ska växa behöver de näringsämnen som kväve och fosfor. Avfallsströmmar från industri och jordbruk innehåller ofta stora mängder av dessa ämnen, vilket gör dem intressanta som en potentiell näringskälla för algproduktion. Detta kan leda till minskade kostnader och fördelaktig användning av avfall. Men mikroalger kan inte konsumera alla kväve- och fosforkällor, och det kan också finnas andra komponenter som påverkar algtillväxten negativt.

Därför måste varje avfallsström testas för dess lämplighet för mikroalgerproduktion. Kvävet i odlingsmediet baserat på insektsfrass bestod huvudsakligen av organiska föreningar och mikroalgerna utnyttjade mellan 71 %–78 % av detta kväve.

Möjlighet att skala upp

Trots lovande försök kvarstår utmaningar med att introducera mikroalgproteiner i livsmedel och foderprodukter. Nuvarande produktion är kostsam och görs i liten skala. Uppskalning och investeringar i miljövänliga storskaliga produktionstekniker är nödvändiga för att detta ska kunna realiseras som en ny och hållbar proteinkälla.

"Studien visar att frass kan vara lämpligt som odlingsmedium för att odla mikroalger i liten skala. Ny forskning ska utforska möjligheterna att använda frass som näringstillskott under större och kontinuerliga odlingsförhållanden och bedöma effekterna på hållbarhetsmål och ekonomi. av mikroalgerproduktionen.

"Det är också viktigt att betona att även om vi använder avfall som en resurs, vilket kommer att minska kostnaderna för kemiska odlingsmedier, genererar denna process också restavfall. Den våta massan som blir kvar efter att näringsämnena har utvunnits är avfall som måste kasseras eller används alternativt, till exempel som växtgödsel", avslutar Steinrücken.

Vid utveckling av nya biobaserade värdekedjor är det avgörande att utforska hur olika produktioner kan samverka för att utbyta och minimera avfall, i linje med cirkulära ekonomiska principer. Så kallade industriella symbioser och bioparker kan vara ett intressant förhållningssätt. Dessa kan fungera som en sandlåda för att utforska resursanvändning med ny teknik.

Mer information: Pia Steinrücken et al, Insektsfrass som gödningsmedel för odling av proteinrik Chlorella vulgaris, Bioresource Technology Reports (2023). DOI:10.1016/j.biteb.2023.101686

Tillhandahålls av NORCE