www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Fiskefôr fra grantre og biogassMargareth Øverland

Naturviterforum, Trondheim den 13. November, 2013

25 September, 2013

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Kjempevekst i sjømat(Verdiskapning basert på produktive hav i 2050)

I 2012 ble det produsert1,1 millioner tonn laks

Lakseproduksjonen i Norge

I 205

0 = 5

Mill

tonn

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Hva spiser laksen?

Fiskemel

Protein FettKarbo-hydrater

Mikronæringstoff

Industrifisk

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Fiskemel og -olje er en begrenset ressurs

Fiskemel

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

05

101520253035404550

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Incl

usio

n of

pla

nt p

rote

in (

%)

Planteproteiner i Norsk laksefôr*

E

Source: Modified from Torrissen et al. (2011)

~15%

~40%

Planteolje nivå ~ 40%

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES Fordeler

•Tilgjengelighet•Lav pris•Miljøprofil

Ulemper

• Lavt næringsinnhold• Smakelighet• Antinæringsstoffer• Ingen gunstige omega-3 fettsyrer

6

Planter som fiskefôr

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Hvor bærekraftige er det å bruke planter til fiskefôr?Bør vi bruke menneskemat til fiskefôr?

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

BakterierMethylococcus capsulatus

Mikrobielle ingredienser i fôr til fisk

GjærCandida utilis

MikroalgerPhaeodactylum, Chlorella,

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Bakteriemel, produksjon og næringsverdi

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

BioProtein – litt historikkProduksjon av BioProtein® på Tjeldbergodden

Verdens største metan basert fermenter, med

kapasitet på 10 000 tonn/år

1985: Etablering av Dansk BioProtein AS. 1995: BioProtein ble EU godkjent til gris , kalv, og laks. 1998: Åpning av det første kommersielle anlegget på Tjeldbergodden. 2007: Etablering av BioProtein AS. 2008: Etablering av Protein Engineering AS; BioProtein International i 2013. 2009: Utvided EU godkjenning 1998: Strategisk NFR program ved UiB, sekvensiering av genomet til M.capsulatus 2002: Strategisk NFR-program ved UMB, kartlegging av næringsverdi av BioProtein Flere prosjekter finansiert av Gassmaksprogrammet i NFR og Vestlandske fondsmidler

er pågående.

Norferm - Tjeldbergodden

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Produksjon av protein fra naturgass

Naturgass

Oksygen

Ammoniakk

Mineraler

Bakteriemel

Methylococcus capsulatus

Kun 1% av norsk naturgass-eksport kan dekke hele proteinbehovet til norske oppdrettsnæring i dag

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES Methylococcus capsulatus

Bakteriemel Høgt protein innhold

Protein 70%Fett 10%Karbohydrater 12%Aske 7%

Hva er bakteriemel?

«Verdikjede fra gass til gaffel»

Produksjon av protein fra naturgass:Legger ikke beslag på dyrkbar markBruker lite ferskvannProduseres uavhengig av klimatiske endringerReduserer CO2 utslipp med 50% vs. forbrenning

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

BioProtein – nøkkelresultaterVelegnet proteinkildeGunstig aminosyresammensetningIngen helserisiko

Gris– God vekst og fôrutnyttelse– Positiv effekt på produktkvalitet

Slaktekylling– God vekst og fôrutnyttelse– Positive effekt på produktkvalitet

Oppdrettsfisk– God vekst og fôrutnyttelse hos laks og ørret– Positiv effekt på tarmhelse

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Bakteriemel og produktkvalitet

Metylococcus capsulatus inneholder flere antioksidanter:

1) Coenzyme Q82) Metanobaktin – har superoksid dismutase-lik

aktivitet

Fôring med bakteriemel gir god produktkvalitet hos gris og kylling

Kilde: Skrede et al., 2003; Skøyen et al., 2009; Øverland et al., 2005; 2011; 2012

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Proteinfordøyelighet hos laksefisk fôret med bakteriemel

Prot

einf

ordø

yelig

het (

%) a

v ko

ntro

ll

Bakteriemel nivå (%)

Fiskemel = 100%

Kilde: Øverland et al., 2010, Review in Archieves Anim Nutr.

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Vekst og fôrutnyttelse hos laks fôret med bakteriemelVekst, %/dag Fôrutnyttelse, vekst:fôr, kg/kg

Kilde: Aas et al. 2006, Aquaculture

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Proteinavleiring hos laks fôret med økende mengde bakteriemel

Proteinavleiring, % av opptak

Nivå av bakteriemel, %

* **

Kilde: Ås et al., 2006, Aquaculture

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Funksjonelle egenskaper av bakteriemel Effekt på tarmhelse

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Normal tarm

Økt bruk av planter øker risikoen for tarmbetennelse hos laks

Betent tarm

Soya brukes som modell for å studere tarmhelse.Fôring med mye soya gir: Alvorlig betennelse i baktarm Redusert vekst

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Bakteriemel inneholder en rekke bioaktive stoffer som gir god tarmhelse

Normal tarm

Magesekk

Blindsekker Midtarm Baktarm

Betent tarm

Planter kan gi betennelse i baktarm

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Bakteriemel reduserte cytotoksiske CD8α+ T-celler i tarmen

Soya

Fiskemel

Kilde: Romarheim et al., 2013, Br. J. Nutr.

Positiv kontroll: SOYA

• Negativ kontroll: Fiskemel

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES MI

Magesekk

Blindsekker Midtarm Baktarm

Genuttrykk i tarmBakteriemel reduserer utrykk av flere gener som er involvert i betennelsesreaksjoner i baktarm

RNA extraction

Down >32 5.7-32 2.6-5.6 1.7-2,5 1.3-1.6 1.3-1.6 1.7-2,5 2.6-5.6 5.7-32 >32 Up

BPMSBM_II1

BPMSBM_II3

BPMSBM_V1

BPMSBM_V2 BPMSBM_V3 BPMSBM_XII2 BPM_I1 BPM_I2 BPM_VI1 BPM_VI2 BPM_XXII1 BPM_XXII3 FM_III1 FM_III2 FM_VIII1 FM_VIII2 FM_XXI2 FM_XXI3 SBM_IV1 SBM_IV2 SBM_VII2 SBM_VII4 SBM_XI1

E3 ubiquitin-protein ligase LINCR -0,79 -0,81 -1,05 -1,15 -0,49 -1,77 -0,78 -1,39 -0,80 -1,15 -1,18 -1,80 -0,88 -1,19 -1,72 -1,64 -1,02 -2,03 3,68 4,24 4,43 4,34 4,95

TNF decoy receptor -0,38 0,75 -0,19 -0,77 0,52 -0,10 -0,55 0,17 0,22 -0,72 0,78 0,32 -0,90 -1,05 -0,29 -0,88 -0,97 -0,59 0,29 1,42 0,90 1,10 0,92

Arginase-2, mitochondrial precursor -0,16 -0,78 -0,91 -0,90 -0,78 -1,16 -0,82 -0,19 -0,54 -0,54 -0,64 -0,86 -0,50 -0,81 -0,37 -1,22 -0,82 -0,81 2,13 3,13 2,68 2,96 1,91

Annexin A1 -0,38 -2,91 -0,46 -0,16 -0,07 -1,72 -0,52 0,52 0,38 0,25 -1,77 -0,24 -0,86 -1,84 0,66 -3,19 -0,61 -0,11 2,50 2,59 3,24 2,34 2,39

non-specific cytotoxic cell receptor protein-1 -0,05 0,02 -0,19 -0,40 0,10 -0,07 -0,24 -0,07 -0,29 -0,46 -0,25 -0,31 -0,56 -0,36 -0,41 -0,48 -0,61 -0,26 0,76 1,04 0,95 1,02 1,12

Transcription factor AP-1 0,09 -0,01 0,57 -0,32 -0,32 0,18 -0,41 -0,16 -0,54 -0,50 -0,34 -0,53 -0,16 -0,24 -0,31 -0,63 -0,29 -0,11 1,09 -0,02 1,19 0,75 1,01

Cysteine dioxygenase type 1 1,27 0,12 0,81 1,72 -1,93 2,41 0,28 0,96 -0,12 1,33 1,10 1,38 2,56 2,03 1,58 1,47 2,28 1,81 -3,53 -4,90 -3,96 -4,30 -4,36

Fatty acid-binding protein, intestinal 1,05 0,69 0,65 0,99 0,64 2,18 0,44 0,88 0,27 0,63 -0,06 0,23 1,67 1,04 0,53 0,42 1,52 1,25 -1,79 -2,81 -4,24 -1,64 -4,53

Apolipoprotein A-IV precursor 0,72 0,02 0,28 1,31 0,76 2,20 0,51 1,03 0,75 1,45 -0,12 0,53 1,70 1,15 0,83 1,21 1,48 1,72 -2,25 -3,15 -4,40 -4,60 -3,11

epidermal retinal dehydrogenase 2 0,21 0,08 0,22 0,09 1,22 0,10 0,56 0,56 0,45 1,20 1,27 1,19 -0,95 1,01 0,58 1,49 0,67 -0,23 -2,93 -0,58 -2,12 -1,77 -2,30

H-2 class I histocompatibility antigen, LDa chain

0,96 1,31 -0,27 1,46 0,79 1,92 1,55 1,81 1,33 2,11 1,68 2,44 1,57 1,31 0,52 1,83 0,46 0,92 -5,17 -2,13 -5,37 -4,88 -6,16

Microarray chipHybridisation

Fiskemel Bakteriemel Bakteriemel & Soy Soy

Kilde: Skugor et al., 2012, ISFNF2012

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Isoprene- Rubber- Plastics- Jet fuels

Lactic Acid- PLA

2,3 Butanediol- Butadiene

4C Products- Crotonic acid- n-butanol

Fatty Alcohols- Detergents

Diesel Fuels

Ethylene

Succinic acid

Eksisterende ferm

enterings ru

ter

“importe

rt” inn i M

ethanotrophs

Calysta metabolically reengineered methanotrophs

Fermenteringsprodukter

Metan

23

Finkjemikalier fra Methylococcus capsulatus

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Bakteriemel kan produseres der det finnes natur gass

Malaysia, Quatar, og Norge Prisene på naturgass er mye lavere

- NOK 11 vs. 4 MBTU

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Fiskefôr fra lav-verdi biomasse

BioKjemikalier

BioDrivstoff

Bioraffineri

Fiskefôr

Bagasse fra sukkerroer

Halm

Grantre

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Produksjon av gjær fra tre-biomasse

Mekanisk behandling

Termo-kjemisk behandling

Enzymatisk hydrolyse

Fermentering

Cellulose

Hemicellulose

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Gjær produsert fra trebiomasse – en høykvalitets næringskilde

Gjærsopp: ~ 50% protein, 2-8% fett Høg proteinkvalitet

Lysin

Metionin

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Gjennomføring av lakseforsøket Laksene får 30% gjær i form av tørt mel i fôret:

Fiskefôr

Fôrrester blir samlet opp

Vekst og fôropptak blir målt

Fiskelaboratoriet på UMB

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Vekst og fôrfaktor hos laks fôret med 30% gjærsopp

Kilde: Øverland et al.,2013, Aquaculture

Vekst, %/dag Fôrfaktor, kg fôr/kg fisk

*

*

Tre gjærkandidater ble vurdert: 1. Candida utilis 2. Kluveromyces marxianus 3. Saccharomyces cereviciae

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Proteinavleiring hos laks fôret med gjærsopp

Kilde: Øverland et al., 2013, Aquaculture

Andel protein fra fôret som ender opp i fisken (%)

De to beste gjærsoppene ga samme protein-utnyttelse som fiskemel

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Enkelte typer gjærsopp gir også god tarmhelse hos laks

Fôring med gjærsopp: Motvirket betennese i baktarm Normal celledeling i tarmen (PCNA) Redusert utrykk av gener som gir

betennelsesreaksjoner i tarm

Betent tarm

Normal tarm

Kilde: Grammes et al., 2013; PlosOne, in press

Celledeling i tarmen, PCNA

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Effekt av mikrobielle råvarer på tarmmikrober hos laks

Kilde: Grammes et al., 2013; PlosOne, in pressDGGE profiles 16S rRNA; V6-8

Relativ mengde av bakterier i baktarm

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Et halvt tonn gjærsopp kan produsere 50 tonn protein pr døgn

Nå må du se å lære ålukke døra! Vi kom her

med bare 4 barn – og nåser det ut til å være

omtrent 20 milliarder der ute….

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Skog utgjør 39% av totalt areal

Skogen - en viktig fremtidig fôrressurs for oppdrettsfisk

Verdikjede fra tre til filét

www.umb.no

NO

RWEGIAN

UNIVERSITY O

F LIFE SCIENCES

Takk for oppmerksomheten!

Encellegruppa:• Øverland, M.• Mydland, L.T.• Reveco, F• Skrede, A.• Landsverk, T.• Skugor, S.• Tanha, P