Samenvatting Pilotstudie Hoogwaardige functionele eiwitten uit reststromen

Samenvatting Pilotstudie Hoogwaardige functionele eiwitten uit reststromen Dr.ir. Ingrid van der Meer (PRI), Dr. ir. Jeroen Knol (FBR), Ing. Bas Janssens (LEI)

In opdracht van: NV Economische Impuls Zeeland Dit project is mede mogelijk gemaakt dankzij subsidie van het ministerie van EL&I en de Provincie Zeeland.

Namens de projectpartners: C2Circle BV DSM New Business Development BV Duynie Holding BV Fishion Aquacultuur Waterschap Scheldestromen

Samenvatting In 2011 hebben enkele toonaangevende agrifood bedrijven de handen ineengeslagen om gezamenlijk te onderzoeken of er functionele eiwitten te extraheren en toe te passen zijn uit de reststromen die in hun bedrijf beschikbaar komen. De intentie is om reststromen op een hoogwaardige manier te valoriseren door toepassing van bioraffinage.

Wageningen UR onderzocht het gehalte en de functionaliteit van de verschillende typen eiwitten in de aangeleverde reststromen. Dit betrof tarwegistconcentraat, bierbostel, bermmaaisel en visresten (bij viskweek).

Uit het onderzoek kwam naar voren dat er voor meerdere stromen (tgc, bierbostel en visresten) vanwege de samenstelling voldoende mogelijkheden zijn om eiwitten te benutten voor interessante markttoepassingen. Voor alle onderzochte stromen geldt dat daarvoor wel extra bewerkingsstappen nodig zijn, om de eiwitten effectief te kunnen toepassen. Voor bermmaaisel blijken de mogelijkheden om de eiwitten voor hoogwaardige eiwittoepassingen in te zetten te beperkt om op dit spoor verder onderzoek te doen. Wel zijn er kansen voor laagwaardiger toepassingen.

Ook is geïnventariseerd welke toepassingen economisch het meeste aantrekkelijk zijn. Er is met name gekeken naar hoogwaardige toepassingen, met een hoge toegevoegde waarde, maar ook investeringsrisico’s en marktpotentie zijn meegenomen in de eindbeoordeling. Voor deze producten geldt echter ook steeds dat verdere ontwikkeling van de extractie- en bewerkingstechniek noodzakelijk is. Vervolgens is een procedure om deze nieuwe producttoepassingen op de markt te mogen brengen, nog een behoorlijke tijdrovende belemmering.

Gezien de resultaten van deze pilotstudie, zijn enkele bedrijven geïnteresseerd om daadwerkelijk de eiwitten te gaan benutten en de techniek die hiervoor nodig is, te gaan ontwikkelen.

2 | Samenvatting Pilotstudie Hoogwaardige functionele eiwitten uit reststromen

Inleiding Dit rapport geeft een samenvatting van de ketenaanpak die gevolgd is om te beoordelen of bioraffinage van hoogwaardige functionele eiwitten uit specifieke reststromen mogelijk is. Momenteel worden reststromen nog veelal voor laagwaardige toepassingen aangewend of zelfs als afval afgevoerd. Om een integrale (economische) waardeketen te ontwikkelen moet de keten die daartussen ligt nog ontwikkeld worden. Voor gerichte matchmaking tussen vraag en aanbod is het wel noodzakelijk een waardeketen te ontwikkelen waarin technische haalbaarheid en economisch perspectief centraal staan, binnen het kader duurzaamheid. Het onderzoek richtte zich op de benutting van functionele eiwitten voor diverse hoogwaardige toepassingen in de food- of non-food industrie. De mogelijk aanwezige bio-activiteit of chemisch-fysische functionaliteit maakt dat voor dergelijke eiwitten waardeketens ontwikkeld kunnen worden voor markttoepassingen met een hoge toegevoegde waarde. De eerste stap in dit project was het in kaart brengen via zeer gedetailleerd eiwiten peptiden analyseonderzoek van de eiwitten die beschikbaar zijn uit de verschillende aangeleverde reststromen. Vervolgens werd indien mogelijk en wenselijk de chemisch fysische functionaliteit door laboratoriumexperimenten en door literatuurstudie bepaald en de daarbij behorende potentiële markttoepassingen zowel kwantitatief als kwalitatief in beeld gebracht. Het onderzoek splitste zich op in drie richtingen: 1. Gedetailleerde analyse van alle detecteerbare eiwitten (en peptiden) aanwezig in de reststromen via eiwitgelelectroforese gekoppeld aan identificatie via massa spectrometrie (LC-QTOF-MSMS), en via kwantitatieve peptidenanalyse (LC-QTOF-MSE); de mogelijke bioactiviteit van de geïdentificeerde eiwitten en peptiden werd geanalyseerd via sequentie blast analyse tegen eiwit bioactiviteitsdatabanken, en via literatuursearches (PRI); 2. Extractie van oplosbare (en onoplosbare) eiwitten uit de reststroom, en bepaling van de eiwitconcentraties van de verkregen extracten; functionaliteitsanalyse van de eiwitextracten via labexperimenten en via literatuursearches; expert view van extractiemethode gekoppeld aan de informatie uit 1. en 2. (FBR); 3. Inventarisatie van de reststromen; in kaart brengen van de eiwitmarkten voor

eiwittoepassingen die uit deelonderzoek 1 en 2 komen; opstellen van een

matrix op basis waarvan een business model opgesteld kan worden (LEI).

Samenvatting Pilotstudie Hoogwaardige functionele eiwitten uit reststromen | 3

Reststromen In totaal werden er door drie partners (Duynie Holding BV, Fishion Aquaculture en Waterschap Scheldestromen) zeven reststromen geleverd, te weten: • Tarwegistconcentraat (TGC) • Bierbostel • Vishuid • Visgraat • Vis snijafval • Bermmaaisel • Bermmaaisel ingeklepeld TGC: Tarwegistconcentraat wordt geproduceerd tijdens de winning van alcohol uit vloeibaar tarwezetmeel. Hier zijn de tarwe-eiwitten (gluten) reeds uitgehaald. Het aanwezige zetmeel wordt omgezet in alcohol met behulp van micro-organismen. De alcohol, gevolgd door indikken, wordt vervolgens gewonnen waarbij het mengsel verhit wordt. Na afscheiding van de alcohol ontstaat tarwegistconcentraat: een vloeibaar, bruingekleurd product. De eiwitten die aanwezig zijn, zullen voornamelijk gisteiwitten zijn en waarschijnlijk veelal gedenatureerd vanwege de verhittingsstap. Bierbostel: Bierbostel komt beschikbaar bij het brouwen van bier. Gekiemde, geplette gerst is de grondstof voor bierbostel. Om bier te kunnen brouwen is het nodig om de moutkorrels te breken, een moutkorrel is namelijk vrij hard. Door de korrel te breken kan het daarin aanwezige zetmeel beter oplossen en tot suikers afgebroken worden in het warme brouwwater (> 80°C). Het vloeibare wort (moutsuikers) wordt via filtratie gescheiden van de bostel en kan door gist omgezet worden tot alcohol. Bostel wordt vervolgens als veevoer gebruikt. Visresten: De reststromen bij visverwerking zijn vishuid, visgraten en visfiletsnijafval (en ingewanden). De reststromen die in dit project geanalyseerd zijn waren huid, graten en snijafval. Afhankelijk van hoe snel het materiaal koud wordt gehouden, of ingevroren, zullen de eiwitten nog in tact zijn in deze reststromen. Bermmaaisel: De bermen langs de Nederlandse wegen en sloten worden tweemaal per jaar gemaaid: in juni/juli en in september. Dit resulteert in een jaarlijkse hoeveelheid van ongeveer 0.5 Mton bermgras en 1.2 Mton slootmaaisel. Volgens de Handreiking “Relevante regelgeving bij de toepassing van groenafval”, van het ministerie van VROM (november 2003), zijn dit afvalstoffen en mogen ze niet blijven liggen. Ze kunnen naar een groencompostering of een verwerkingsinstallatie gebracht worden. De twee reststromen in dit project waren ‘vers’ gemaaid bermmaaisel van drie verschillende locaties en ingeklepeld bermmaaisel. Bij geklepeld bermmaaisel wordt de begroeiing afgemaaid en in stukken geslagen (geklepeld) waarbij het maaisel op de berm achterblijft.


Resultaten TGC Zowel TGC als bierbostel komen op meerder locaties in NL jaar rond vrij. In 2009 werd in NL 560.000 ton bierbostel vermarkt met naar schatting 35.000 ton eiwit. In 2009 werd in NL 515.000 ton TGC vermarkt met naar schatting 35.000 ton eiwit. Oplosbare eiwitten hebben in de regel een groter scala aan technologische eigenschappen relevant voor toepassingen (zgn. techno-functionele eigenschappen zoals emulgeren, schuimen, geleren, water binden) dan onoplosbare eiwitten. Oplosbare eiwitten kunnen dan ook verwerkt worden in alle samengestelde levensmiddelen (van vloeibare tot vaste producten) terwijl de toepassing van onoplosbare eiwitten veelal beperkt is tot vaste en half-vaste producten. De prijzen voor oplosbare eiwitten liggen dan ook hoger dan die voor onoplosbare eiwitten. In tarwegistconcentraat bleken echter vrijwel geen oplosbare eiwitten voor te komen. In het preparaat zijn de eiwitten gedurende de voorafgaande processing gedenatureerd/ geaggregeerd en daardoor onoplosbaar geworden. De voedseltoepassingen van de huidige preparaten lijken beperkt te zijn: alleen in vaste en half-vaste producten waarvoor vermoedelijk ook nog een indampstap/droging nodig is. Voorbeelden van potentiele producten waarin bierbostel en TGC verwerkt kunnen worden zijn vlees, vleeswaren, bars en bakkerijproducten. Echter het eiwitgehalte is laag ten opzichte van andere eiwitpreparaten die nu in dit soort producten worden verwerkt, zoals sojameel, sojaschroot (en in bars ook wei-eiwitconcentraten). Verder is toepassing van bierbostel en TGC in levensmiddelen vooralsnog wettelijk niet toegestaan wanneer het niet food-grade behandeld wordt. Het eiwitgehalte in TGC kan verhoogd worden door centrifugatie en door extractie, zoals aangetoond werd in dit onderzoek door FBR. Door extractie kan uit TGC een aan eiwit verrijkte fractie worden gewonnen. Dit preparaat lijkt goed geschikt voor toepassing in de veevoedersector maar ook in levensmiddelen (gebied vast en halfvast). In de veevoederindustrie kan het preparaat dienen als vervanger van sojaschroot met een vergelijkbaar eiwitgehalte. In Nederland wordt jaarlijks 1,4 miljoen ton sojaschroot in veevoer verwerkt. Omdat een marktprijs voor verrijkt TGC ontbreekt, geeft de prijs van sojaschroot een indicatie. Deze ligt momenteel in de orde van grootte van 300 euro per ton. Bij de verrijking ontstaat een tweede product met een laag eiwitgehalte (10%). Toepassingsmogelijkheden voor dit (bij)product moeten gezocht binnen de feed met een prijsniveau onder dat van TGC. >


Binnen de levensmiddelenindustrie vormt het ingrediëntensegment van half-vaste en vaste eiwitten een mogelijkheid (even afgezien van geldende weten regelgeving) voor afzet van verrijkt TGC. Het zou dan een alternatief kunnen zijn voor soja-eiwit (meel, concentraat) of eventueel caseïne (5000 euro per ton). De prijs van sojaconcentraat ligt in de orde van grootte van 2000 euro per ton en soja-isolaat 3000 euro. Verder kan TCG (en eventueel bierbostel) worden gebruikt om eiwithydrolysaten te maken. Dan moet eerst de bovengenoemde centrifugatie stap uitgevoerd worden om te voorkomen dat de oplosbare materialen (vooral suikers) in de hydrolysaten terecht komen, maar deze stap is uiteraard niet noodzakelijk (hangt samen met de uiteindelijke toepassing). De resterende pellet kan dan met proteolytische enzymen worden gesplitst tot een hydrolysaat. Hydrolysaten hebben, mede omdat ze oplosbaar zijn, een breed scala aan relatief hoogwaardige toepassingen zoals: • Babyvoeding, klinische voeding. Hierin worden nu vooral hydrolysaten van

melkeiwitten ingezet. Soja-eiwit hydrolysaten zijn in opkomst.

• Drankjes (inclusief sportdrankjes) met eiwitverrijking. Ook hier domineren melkeiwit

en soja-eiwit hydrolysaten.

• Aroma leverancier (gisthydrolysaat is een bekend voorbeeld); ook direct in soepen

en sauzen

Voorbeelden van minder hoogwaardige toepassingen zijn: • Eiwitverrijking van vaste en half-vaste producten

(vaak concurrentie met bovengenoemde “intacte” eiwitpreparaten)

• Opfokvoeders

(bv oplosbaar gemaakte tarwegluten door deamidering/hydrolyse)

• Cosmetica bv shampoo

(oplosbaar gemaakte tarwegluten door deamidering/hydrolyse)

Tenslotte is er nog de markt voor bio-actieve eiwitten /peptiden. Uit eiwitanalyse gebruikmakend van eiwitgelelectroforese analyse, eiwiten peptide identificatie met behulp van massaspectrometrie ( LC-MSMS) en kwantitatieve vergelijking van complexe peptide mengsels werd aangetoond dat in TGC bijna geen intacte eiwitten meer aanwezig zijn. De antimicrobiële eiwitten moeten voor hun bioactiviteit intact en niet gedenatureerd zijn, en die lijken niet in deze reststromen aanwezig te zijn. De glutenpeptiden met mogelijke bio-activiteit zijn in het proces reeds verwijderd en daarom zal TGC zoals dat nu als reststroom aanwezig is niet voor hoogwaardige bioactiviteits eiwitdoeleinden geschikt zijn.


Resultaten bierbostel Bierbostel wordt van meerdere locaties betrokken. Deze stroom is jaarrond beschikbaar en bevat respectievelijk 32.312 ton aan eiwit. In bierbostel bleek echter vrijwel geen oplosbare eiwitten voor te komen. De extraheerbaarheid van oplosbaar eiwit uit bierbostel en TGC is erg laag (beneden 0.5%). In het preparaat zijn de eiwitten gedurende de voorafgaande processing gedenatureerd/ geaggregeerd en daardoor onoplosbaar geworden. Om oplosbare eiwitten te krijgen zal dus samen met de toeleverancier aan Duynie de voorafgaande processing aangepast moeten worden (bijvoorbeeld de winning van tarwegistconcentraat direct na de fermentatie en voor enige hittebehandeling). De voedseltoepassingen van de huidige preparaten lijken beperkt te zijn: alleen in vaste en half-vaste producten waarvoor vermoedelijk ook nog een indampstap/droging nodig is. Voorbeelden van potentiële producten waarin bierbostel verwerkt kan worden zijn vlees/ vleeswaren, bars en bakkerijproducten. Echter het eiwitgehalte is laag ten opzichte van andere eiwitpreparaten die nu in dit soort producten worden verwerkt, zoals sojameel, sojaschroot (en in bars ook wei-eiwitconcentraten). Verder is toepassing van bierbostel in levensmiddelen vooralsnog wettelijk niet toegestaan wanneer het niet food-grade behandeld wordt. In bierbostel waren meer intacte eiwitten aantoonbaar dan in TGC. Bij database searches van specifieke databanken van plantaardige (en microbiële) bioactieve eiwitten en peptiden blijkt dat er enige potentie is voor tarwe en gerst. Eiwitten en peptiden met aangetoonde bio-activiteit die voorkomen in deze twee gewassen zijn:

• Gluten, bevatten peptiden met bloeddrukverlagende,

anti-oxidante en antimicrobiële activiteit (echter met lage ‘score’)

• Puroindoline, is een antimicrobieel eiwit • Hordothionine, is een antimicrobieel eiwit


In bierbostel werden niet alleen meer intacte eiwitten aangetoond, maar ook meer peptiden met behulp van LC-MSMS. De antimicrobiële eiwitten die aanwezig zouden kunnen zijn moeten voor hun activiteit wel intact zijn en niet gedenatureerd. Hordothionine kon via LC-MSMS aangetoond worden, maar puroindoline niet. In potentie zou bierbostel antimicrobiële activiteit kunnen hebben, maar daarvoor moeten de eiwitten wel intact en actief zijn.


Visreststromen: vishuid, -graat en -snijafval Eiwitanalyse: hoogwaardige eiwitten Uit de analyse van de eiwitextracties van de drie visreststromen wordt duidelijk dat er veel intacte eiwitten aanwezig zijn, met name in vishuid en snijafval. In de graten zijn minder intacte eiwitten aanwezig en is een smeer van afgebroken eiwitten te detecteren. Mogelijk dat door een andere manier van opwerken en/of bewaren van deze reststroom de eiwitafbraak gereduceerd kan worden. Een groot aantal eiwitten werd geïdentificeerd op basis van uitgesneden eiwitbanden uit de SDS-PAGE gel gevolgd door LC-QTOF-MSMS analyse. Daarnaast konden met gedetailleerde LC-MSE analyse in totaal 108 verschillende eiwitten gekarakteriseerd worden waarvan de meeste spiereiwitten en huishoudeiwitten, betrokken bij de energiehuishouding van de vis. Dit zijn de meest abundante eiwitten in deze samples. Met sequentiesearch van verschillende databanken waarin alle, tot nu toe bekende, peptiden en eiwitfamilies met bioactiviteit opgeslagen en gegroepeerd zijn, werd gezocht naar mogelijk bioactieve eiwitten en peptiden aanwezig in de drie reststromen. Veel peptiden die in vitro of in vivo van dierlijke of plantaardige eiwitten worden vrijgemaakt hebben bioactieve en regulerende functies bij de mens. Van diverse peptiden geïsoleerd uit viseiwit-hydrolysaten is gebleken dat zij talrijke bioactieve eigenschappen hebben zoals antihypertensieve, antitrombotica, immunomodulerende en antioxidatieve activiteiten. Voor verwaarding van deze visreststromen ligt vooral de focus op bloeddrukverlagende-, antimicrobiële en antioxidante peptiden en collageen. Uit de LCMSe analyse werden 19 verschillende peptiden geïdentificeerd waar bloeddrukverlagende peptidesequenties in aanwezig zijn. Een mogelijkheid zou zijn om de reststroom te verwerken in een functional food met bloeddrukverlagende werking zoalsin Japan reeds gebeurt, maar een bottleneck hiervoor is dat een gezondheidsclaim voor Europese markt eerst goedgekeurd moet worden door de EFSA. Een zeer interessante groep peptiden in visreststromen zijn de antimicrobiële peptiden (AMP). Vis bevat veel van deze peptiden op de huid en in de vis als bescherming tegen micro-organismen. Ondanks dat een aantal van deze peptiden slechts in lage concentraties aanwezig zijn, verwachten we dat het mogelijk is om uit de afvalproducten van vishuid een verrijking van deze AMPs te verkrijgen. Ook uit vis zijn peptiden bekend met antioxidant activiteit, bijvoorbeeld na bepaalde hydrolyse behandelingen van o.a. gelatine. Hoewel er toepassingen van antioxidante peptiden in met name de voeding kunnen worden ontwikkeld, vermoeden wij dat het economisch gezien moeilijk zal zijn om hiermee te concurreren met eenvoudige alternatieven zoals vitamine C. Als laatste is collageen interessant voor hoogwaardige toepassingen in de cosmetica.


Eiwithydrolysaten Visgraten en vishuiden bevatten nog restanten van spiereiwitten, maar voornamelijk constructieve eiwitten (collageen). Visgraten en vishuiden zijn daarmee een interessante bron voor de winning van eiwithydrolysaten met een bioactieve of functionele functie en voor collageen en gelatine (zie hierboven). Afhankelijk van de specificaties van de gebruikte enzymen, de procescondities en de mate van hydrolyse wordt een breed scala van grote, middelgrote en kleine peptiden gevormd met verschillende moleculaire en functionele eigenschappen. Vis eiwithydrolysaten hebben over het algemeen een betere oplosbaarheid dan gedehydreerd eiwit concentraat of vismeel en een betere aminozuurbalans. Verder mogelijke toepassingen zijn (afhankelijk van de mate van hydrolyse) emulgeren, schuimen, geleren en water binden. Hierbij concurreren ze met hydrolysaten van melkeiwitten en plantaardige eiwitten (m.n. soja). Bij vis is collageen voornamelijk te vinden in de huid en graten. Collageen en gelatine wordt toegepast in de farmacie, cosmetica industrie, leerindustrie, papierindustrie, lijm en levensmiddelenindustrie. Vissnijafval bevat nog spiereiwitten, zoals aangetoond in de proteomics analyses. Via mechanische separatie zijn deze te scheiden uit de afvalstromen. Alkalische extractie en daarna isolatie en drogen kan ook nog een eiwitproduct opleveren dat genoeg functionaliteit bevat om verder toe te passen in levensmiddel-producten. De afzet van vissnijresten als ingrediënt voor vissnacks is zeer lastig vanwege de ruime beschikbaarheid van visresten en import van goedkope producten vanuit Azië. Een mogelijkheid is wel het zelf verwerken van eigen visafval tot vissnacks. De mondiale collageenproductie bedraagt circa 320.000 mton. De collageen eiwitmarkt beslaat de volgende segmenten: food = 63%, pharma = 27%, health & nutrition = 5%, en technisch/photografische toepassingen = 5%. Een klein deel (1-2%) van de mondiale collageenmarkt bestaat uit pluimvee- en viscollageen. Specifieke afzetmarkten voor viscollageen zijn producten voor consumenten met voedingsgewoonten op basis van o.a. religieuze overtuiging (Halal, Kosher). Deze markt groeit: collageen wordt verwerkt in kosher levensmiddelen, neutraceuticals en pharma. Het gaat om relatief kleine volumes. De raffinage van de visreststromen zou kunnen bestaan uit: • eiwithydrolysaten van de vis(spier)eiwitten van het snij-afval • collageen en gelatine van de graten (en eventueel huid) • bio-actieve peptiden van de vishuiden De concentratie en activiteit van mogelijk bio-actieve peptiden in de vishuid (en vis snijafval) zal nog via vervolgonderzoek geanalyseerd moeten worden. Dan kan ook de precieze extractiemethode om zoveel hoogwaardige eiwitten (waaronder mogelijk ook gelatine/collageen) te kunnen isoleren uitgewerkt worden.


Visreststromen Visresten kunnen via scheiding in drie afzonderlijke reststromen worden gesplitst: vishuid, graten en mince (vlees). In de uitgangssituatie worden deze reststromen in zijn geheel afgezet als diervoeder. In het segment food kan mince een ingrediënt zijn in vissnacks of vissoep. Enkele visverwerkers verwerken uitsluitend eigen restmateriaal (geen aankoop) in eigen beheer tot vissnacks. Door het grote aanbod uit Azië is de markt van vissnacks sterk concurrerend hetgeen visverwerkende bedrijven noopt tot afzet richting covergisting. Het winnen van gelatine uit vishuid en -graten is een goede mogelijkheid voor verwaarding. Gelatine wordt afgezet in food en non-food (o.a. fotografie) maar het meest perspectiefvol voor de afzet van visgelatine zijn nichemarkten met specifieke consumentenwensen (Halal en Kosher). Voor technische toepassingen is visgelatine relatief kostbaar. Visreststromen bevatten een scala aan bloeddrukverlagende-, antimicrobiële en antioxidante peptiden en collageen. Toepassingen liggen in de farmacie, de veterinaire wereld (als alternatief voor antibiotica) of als voedingssupplement en functional food. De effectiviteit van deze toepassingen vergt nader onderzoek samen met partners die in de betreffende velden actief zijn mede bepalend voor afzetmogelijkheden. De mogelijkheden sluiten aan bij de wensen van gezondheidsbewuste consument.


Tabel vishuid en -graat

Vishuid + visgraat

%eiwit (ds)

Soort eiwit

Bio-energy Feed Overige interessante eiwitten

45-36%

collageen

Diverse peptiden (zie vishuid)

Vergisten

Vismeel Petfood

Food: Collageen / gelatine

Food Functional food

Bioactieve peptiden/ eiwitten

Non food

12 ton collageen / gelatine Mondiale productie: 320.000 ton (waarvan 1% Kosher-Halal) < 10 euro per kg gelatine Specifieke markt: o.a. Halal en Kosher

Botversterking

Huidverzorging; cosmetische industrie, plastische chirurgie

Fotografie, printpapier, boekrestauratie

Gekleurde cellen: door specifieke weten regelgeving zijn deze opties niet vanzelfsprekend kansrijk.


Tabel visvleesresten

Vissnijresten

%eiwit (ds)

Soort eiwit

Bio-energy Overige interessante eiwitten

25%

Diverse eiwitten: Myosine, Myosine bindingseiwit, Ca-ATPase, Creatine kinase,

9 peptiden met bloedrukverlagende peptide sequenties

α-Actine, Tropomyosine, Malaat DH, GAP DH, Vetzuur bindingseiwit,

Vergisten

Feed

Food Surimi / vissnacks


Vismeel Petfood

Snack-markt: ruim aanbod visreststromen en import snacks uit Azië

Vissoep met bloedrukverlagende werking (product in Japan; bedrijf NIPPON)

Ingrediënt vissoep

α-Globine, Gastrotropine, Myoglobine, Profiline, Histone H4. Gekleurde cellen: door specifieke weten regelgeving zijn deze opties niet vanzelfsprekend kansrijk.



Non food

Tabel vishuid

Vishuid

Bio-energy Feed

%eiwit Soort eiwit (ds)

Overige interessante eiwitten

36%

Vergisten Op basis van literatuuronderzoek zijn peptiden gevonden met antimicrobiële activiteit; isolatie lastig en duur, beter concentreren en toevoegen aan veevoer

Diverse eiwitten: Myosine, Myosine bindingseiwit, Ca-ATPase, Creatine kinase,

α-Actine, Tropomyosine, Malaat DH, GAP DH, Vetzuur bindingseiwit,

Vismeel Petfood

Feed: functional feed



Non food

Additief mengvoeders voor verlagen antibioticagebruik (antimicrobiële werking)

Peptiden met antioxidante en antimicro-biële werking; toevoeging aan food of supplementenindustrie (zuivering peptiden lastig)

Peptiden met bloeddrukverlagende werking, antioxidante en antimicrobiële werking; zuivering lastig en duur; concentreren en activiteit bepalen (vervolgonderzoek)

Conservering, cosmetica; activiteit bepalen vergt vervolgonderzoek

α-Globine, Gastrotropine, Myoglobine, Profiline, Histone H4. Gekleurde cellen: door specifieke weten regelgeving zijn deze opties niet vanzelfsprekend kansrijk.


Bermmaaisel: vers en ingeklepeld De concentratie oplosbaar eiwit in vers bermmaaisel is 24% van het totale eiwitgehalte, maar de totale hoeveelheid eiwit in bermmaaisel ligt lager dan in vers gemaaid gras (vanwege de oogsttijd en de wat langere bewaring). Bij ingeklepeld bermmaaisel neemt het gehalte oplosbaar eiwit af vanwege intrinsieke afbraak en afbraak door micro-organismen. Dat is ook op SDS-PAGE eiwitgel te zien waar bij het verse bermmaaisel meer distincte eiwitbanden te zien zijn op een smeer van afgebroken peptiden, terwijl bij het ingekepelde bermmaaisel minder intacte eiwitbanden te zien zijn. De geïdentificeerde eiwitten zijn huishoudeiwitten waaronder het meest voorkomende planteneiwit op aarde: Rubisco. Bij database en literatuursearches naar mogelijke homologie met bioactieve eiwitten en peptiden, bleek dat er in Rubisco wel bioactieve peptiden aanwezig zijn, maar met een lage homologie. Het is mogelijk om via bepaalde extractiemethode tot een goed Rubisco eiwitpreparaat te komen op semi-industriële schaal. Echter, er zijn belemmeringen op het gebied van wetgeving en de vraag is of het kan concurreren met reeds bewezen eiwitpreparaten (wei, caseïne, soja) die erg concurrerend zijn in prijs en functionaliteit. Er spelen ook nog andere factoren een rol die invloed hebben op de uiteindelijke opbrengt en gebruik van eiwitten uit bermmaaisel voor foodtoepassingen zoals: • Tijd tussen maaien en verwerking (verwerking binnen 8 uur) • Maaiperiode (momenteel 3x per jaar) • Geen mogelijkheid tot optimaliseren plantgroei (dmv kunstmest)

om tot een hoger eiwitgehalte te komen

• Scheiden van bermmaaisel en (zwerf )afval • Wisselende samenstelling bermmaaisel • Aanwezigheid van giftige planten (bijv. Jacobskruiskruid) • Eventuele verhoogde concentratie van zware metalen Het isoleren en opzuiveren van de eiwitten en peptiden is vanwege deze bovengenoemde belemmeringen en de lage concentratie intact eiwit en de hoge kosten voor zuivering en digestie geen optie. Verwaarden van deze reststroom zal eerder liggen op het niveau van voer en bio-energie en materialen. De raffinage van gras is eerder uitgezocht in het GRASSA project; dit levert drie hoofdproducten (www.grassanederland.nl): • Eiwitconcentraat • Grasvezels • Suiker- en mineralenrijk sap >


Het eiwitconcentraat heeft mogelijk de hoogst toegevoegde waarde. Binnen het GRASSA project wordt gekeken naar de kansen van dit eiwitconcentraat als alternatief voor andere eiwitcomponenten in diervoeding. Eventueel kan dit eiwitconcentraat verder worden behandeld om tot individuele aminozuren te komen, welke in de biochemische industrie gebruikt kunnen worden als grondstof voor de synthese van andere componenten. De grasvezels kunnen worden toegepast in de vezel- en papierindustrie in de productie van verpakkingsmateriaal en papier. De vezels kunnen ook vergist worden voor de productie van biogas. Het restsap kan mogelijk als meststof gebruikt worden, of voor de isolatie van suikers en mineralen. Deze ontwikkelingen worden momenteel onderzocht in het GRASSA project. Ook wordt er in dit project getest met een mobiele verwerkingsinstallatie, die dus zeker interessant kan zijn voor de verwerking van bermmaaisel. Voor het gebruik van bermmaaisel in diervoeder zijn er echter ook belemmeringen die hierboven ook genoemd zijn voor foodtoepassingen. Ook hier gaat het om de aanwezigheid van zwerfafval, verhoogde concentratie zware metalen en mogelijke aanwezigheid van giftige kruiden (Jacobskruiskruid). Indien deze belemmeringen kunnen worden weggenomen is op de korte termijn verwaarding van bermmaaisel tot eiwitconcentraat en vezels de meest interessante optie.


Eiwittenbank Voor eiwitten is de aanzet voor een model uitgewerkt waarin vraag en aanbod tegen elkaar zijn afgezet. Zo’n model geeft een overzicht van de grootste kanshebbers en geeft inzicht in volumes, indicatieve prijzen, risico’s en technische specificaties. In de markt worden dierlijke eiwitten en plantaardige eiwitten als hoofdgroepen onderscheiden. Plantaardige eiwitten uit reststromen zullen in de markt concurreren met eiwitten van vergelijkbare oorsprong. Marktomstandigheden nopen levensmiddelenfabrikanten wereldwijd tot de inzet van goedkope grond- en hulpstoffen, bij voorkeur met vergelijkbare organoleptische (o.a. smaak, geur, helderheid bij dranken en kleur) en functionele eigenschappen (structuur, bite). Tabel 1 laat zien vanwege welke functionele eigenschappen (wei-)eiwitten in bepaalde levensmiddelen(groepen) wordt verwerkt.

Tabel 1: Functionele eigenschappen van wei-eiwitten in producten [De Wit, 2001] Functionele eigenschap

Eigenschap in product

Product

Oplosbaarheid

Oplossen in product

Dranken

Absorptie van water

Water binden

Vlees- en bakkerijproducten

Viscositeit

Verdikken

Soupen en sauzen

Geleren

Structuur geven

Vlees en visproducten

Emulgeren

Oplossen, emulgeren

Poedermelk

Absorptie van vet

Vrij vet binden

Worst

Schuimen

Lucht inslaan

Slagroom, toppings

Smaak binden

Smaak binden en loslaten

Flesvoeding

Zouten binden

Specifieke absorptie

Nutritionele voedingsmiddelen

Oplosbaarheid

Oplossen in product

Dranken

Qua eigenschappen en prijsstelling geldt dat eiwitten uit reststromen met vergelijkbare eiwitten van plantaardige origine zullen concurreren. Qua opzet is de matrix aan de vraagzijde ingedeeld van van laagwaardige naar hoogwaardige toepassingen en producten. Daarbij zijn ook hoogwaardige toepassingen opgenomen waarvoor wettelijke regels gelden (o.a. Novel Food Verordening). De cellen waar deze belemmeringen gelden zijn ingekleurd. Aan de aanbodzijde zijn de verschillende eiwitbronnen uit reststromen weergegeven die voor dit onderzoek zijn onderzocht. Vermeld moet worden dat marktinformatie om commerciële redenen veelal niet openbaar beschikbaar is.


Bermgras Tabel bermgras

Bermmaaisel

%eiwit Soort (ds) eiwit


10%

Geen bioactiviteit; niet hoogwaardig

Rubisco

Vraag Bio-energy

Feed

Food (gedenatureerd vast/halfvast)

Food (niet gedenatureerd: vloeibaar tot vast)

Verbranden, co-vergisten, composteren.

Grassamethode in ontwikkeling: mengvoeder ingrediënt vervangen soja-schroot;

Gedenatureerd: eiwitverrijking in vaste producten. Vleeswaren, bars en bakkerijproducten

Niet gedenatureerd: via chromotografie (duur procédé); Textureren is in onderzoek

Prijs: concurreren met sojaschroot: 300 euro per ton; binnenlands verbruik sojaschroot 1,36 miljoen ton per jaar

Prijs: concurreren met plantaardigeiwitten: sojaconcentraat: 2 euro per kg

Prijs: concurreren met plantaardigeiwitten sojaisolaat: 3 euro per kg

Geschat aanbod NL: > 550 kton per jaar Af te voeren door waterschap: 78 ton per jaar. Besparing stortkosten: 32 euro per ton (160 euro per ha)


Het bermgras is geschikt om in energie om te zetten door het te vergisten, vergassen of (mee)verbranden. In Nederland is alleen ervaring met het co-vergisten van bermgras. In het buitenland zijn reeds installaties draaiende die uitsluitend bermgras vergisten. Met het verbranden en vergassen van bermgras is nog niet veel ervaring, met name omdat het nogal wat eisen stelt aan de installaties. Het onderhoud van Nederlandse bermen en sloten resulteert in een jaarlijkse stroom biomassa: 563 kton bermgras en 1.159 kton slootmaaisel (totaal ruim 1.700 kton). Beide stromen zijn wettelijk gezien afvalstoffen. Winning van eiwitten uit gras voor toepassing in feed is in ontwikkeling voor weidegras met een hoger eiwitgehalte en andere voordelen ten opzichte van bermgras. Het slagen van het Grassa-procedé is mede afhankelijk van de verwaarding van nevenproducten. Per 1 januari 2012 is het mogelijk bermgras onder voorwaarden in te zetten voor co-vergisting. In geval van co-vergisten zijn diverse wetten van toepassing (o.a. meststoffenwet en Verordening Dierlijke Bijproducten (nr. 1069/2009 en nr.142/2011). Bermgras stond niet op de bijlage Aa zodat het niet als input voor co-vergisting gebruikt kon worden. In de nieuwe systematiek wordt bermgras onder voorwaarden als co-vergistingsmateriaal toegelaten (www.drloket.nl).


Eiwitwinning uit bermgras voor foodtoepassingen lijkt vooralsnog een illusie: bovenop de belemmeringen die gelden voor eiwit uit bermgras voor feed spelen bij food ook weten regelgeving zoals Novel Food Verordening en Claim Verordening. Als prijsindicatie is soja-eiwit genomen; of dit niveau haalbaar is, is o.a. afhankelijk van functionele en organoleptische eigenschappen van eiwit uit (berm)gras.

Tarwegistconcentraat (TGC) en Bierbostel Eiwitten uit TGC en bierbostel vallen binnen de groep van plantaardige eiwitten en concurreren daarmee. Momenteel worden beide producten vermarkt aan veehouders. TGC is via centrifuge te verrijken tot een eiwitrijk product dat vermarkt kan worden aan veehouders of gebruikt kan worden als substituut voor sojaschroot in veevoeders. Er zijn ook kansen voor eiwitten uit TGC en bierbostel in het foodsegment waar het kan dienen als vervangend plantaardig eiwit ingrediënt (tarwe- en soja-eiwit). In het food en (functional) foodsegment krijg je echter te maken met de weten regelgeving vanuit de Novel Food Verordening en in geval van een gezondheidsclaim met de claimverordening. De aanvragen hiervan zijn tijdrovend en kapitaalintensief waarbij de uiteindelijk toelating als levensmiddel(ingredient) onzeker is. Oplosbare eiwitten kunnen verwerkt worden in alle samengestelde levensmiddelen (van vloeibare tot vaste producten) terwijl toepassing van onoplosbare eiwitten veelal beperkt blijft tot vaste en half vaste producten. Prijzen van oplosbare eiwitten liggen dan ook hoger dan onoplosbare. Prijzen zijn ook afhankelijk van eiwitconcentratie en variëren van 2 per kg voor sojaconcentraat tot 3 per kg voor soja-isolaat. Prijzen van hydrolysaat liggen aanzienlijk hoger. De (markt)kansen voor toepassingen uit TGC en bierbostel voor functional food of als bioactieve peptiden vergroten als hun werking wordt aangetoond.


Tabel tarwegistconcentraat (TGC)

TGC

%eiwit (ds)

Soort eiwit


26%

Gisteiwit (zeer laag)

Gluten (maar niet intact gedetecteerd); puropirolidine (antimicrobieel), maar niet gedetecteerd; gist niet-eiwit-fractie van celwandcomponenten, mogelijk hoogwaardige activiteit

Bio-energy

Feed

Feed: functional feed

Centrifugeren (indikken)

Opfokvoeders

Prijs: concurreren met sojaschroot: 300 euro per ton; binnenlands verbruik sojaschroot 1,36 miljoen ton per jaar



Te ontwikkelen (niche) markt

VRAAG





Non food

Eiwitverrijking. Sojaconcentraat: € 2 euro per kg.

Eiwithydrolysaat van maken. Procedé: aanpassen proces alcoholwinning + centrifugeren + splitsen met enzymen. Babyvoeding / klinische voeding, eiwitrijke drankjes Aroma leverancier soepen en sauzen

Peptidesoep; softdrinks, eiwitdrankjes

Glutenpeptiden hebben (lage) bioactiviteit; echter geen intacte gluten gedetecteerd; puropirolidine is microbieel eiwit uit tarwe, echter niet intact gedetecteerd. Geen hoogwaardige eiwitbioactiviteit verwacht van huidige reststroom

Cosmetica: bv. shampoo, huidverzorgingsproducten

Prijs: concurreren met hydrolysaten van melkeiwit en soja-eiwit; gisthydrolysaat Prijs soja-isolaat 3 euro per kg


Tabel bierbostel(TGC)

Bierborstel

%eiwit (ds)

Soort eiwit


25%

GAPDH, Globulin, Unidentified protein, Glutenin subunit, Globulin, Serpin, Serpin/Hordein (opslageiwitten en huishoudeiwitten)

Hordothionine (alleen als peptide aangetoond), heeft antimicrobiële werking

Bio-energy

Feed

Feed functional feed

Niet te verrijken via extractie water en pH

Mogelijk antimicrobiële eiwitten aanwezig, geconcentreerd bierbostel toevoegen aan feed



Toevoeging aan veevoeder (zie feed) van bierbostelconcentraat mogelijk; vergt vervolgonderzoek om aan te tonen of het antimicrobieel is.

Food Collageen / gelatine

VRAAG

Food Surimi / vissnacks



Food


Non food

Zie TGC

Zie TGC

Functional food Peptidesoep, softdrinks, eiwitdrankjes

Gluten-peptiden

Cosmetica: huidverzorging (als antimicrobiële activiteit aangetoond kan worden)

Hordothionine peptiden aangetoond, heeft antimicrobiële activiteit wanneer het intact en niet gedenatureerd is. Gewasbescherming: schimmelbestrijding


20 12 Samenvatting Pilotstudie Hoogwaardige functionele eiwitten uit reststromen

Dit is een uitgave van N.V. Economische Impuls Zeeland Buitenruststraat 225 - Middelburg PO Box 6004 - 4337 ER Middelburg T: +31 (0)118 - 673 580 www.impulszeeland.nl

Samenvatting Pilotstudie Hoogwaardige functionele eiwitten uit reststromen

Recommend Documents