Fra øl til fiskefoder - mask som bæredygtig proteinkilde

Formål
Formålet med projektet er at finde en bæredygtig proteinkilde til produktion af fiskefoder.

Mask er et restprodukt fra ølproduktion og er basalt set korn, hvor en stor del af stivelsen er fjernet i forbindelse med ølbrygningen. Mask indeholder derfor stadig en hel del energigivende næringsstoffer og fibre, som med fordel kan anvendes til andre formål i f.eks. fødevareindustrien. Mask anvendes allerede direkte til brødbagning og som fodersupplement til dyr i landbruget.

Produktion af fisk er en bæredygtig kilde til kød og proteiner i forhold til mange andre animalske produkter, og en stor del af CO₂-udledningen i produktionen af fisk ligger i produktionen af foderet. Fisk har brug for et proteinrigt foder, og traditionelt anvendes f.eks. fiskemel og sojabønneprodukter som proteinkilde i foderet. Kan man finde en kilde til protein i foderet, der er baseret på lokalt producerede restprodukter fra industrien, kan man på sigt gøre produktion af fisk endnu mere bæredygtig og konkurrencedygtig i forhold til andre kødprodukter.

Projektets formål er derfor både at udnytte den forholdsvis store mængde protein, der er i masken, og finde måder at opkoncentrere mængden af protein samt finde metoder til at omdanne andre stoffer i masken til aminosyrer. Og herved omdanne masken til et meget proteinholdigt stof, der kan tilsættes fiskefoderet i stedet for andre traditionelle proteinkilder med stort CO₂-aftryk.

NB: Hvis du som underviser ønsker at inddrage en af forskerne fra videoen i undervisningsmaterialet i din undervisning, vil det, til og med udgangen af 2022, være muligt at booke en online-session til eksempelvis at gå i uddybende dialog med klassen om den forskning, der omtales i materialet. For at høre mere om mulighederne skriv til projektkoordinator Christian Riisager-Simonsen på chrii@aqua.dtu.dk [2]

Relation til FN's Verdensmål for bæredygtighed
Mål 2: Stop sult [3]
Delmål 2.1: sikres adgang til sikker, ernæringsrig og tilstrækkelig mad hele året rundt.
Fisk er en kilde til protein, der er tilgængelig over det meste af verden. For at sikre ernæringsrig og tilstrækkelig mad, kan bæredygtig produktion af fisk være en kilde til at opfylde målet.
Delmål 2.2: … sikres bæredygtige fødevareproduktionssystemer … som øger produktivitet og produktion, medvirker til at bevare økosystemer, styrker kapaciteten for tilpasning til klimaforandringer …
At producere en fødevare, der er proteinrig på en bæredygtig måde, der udnytter restprodukter og kan udbredes til det meste af verden, kan medvirke til opfyldelse af målet.
Verdensmål 12: Ansvarlig forbrug og produktion [4]
Delmål 12.2: Bæredygtig forvaltning og effektiv udnyttelse af naturressourcer.
At anvende restprodukter, der allerede har afgivet en stor del af deres CO₂-aftryk i forbindelse med den primære produktion, giver en mere bæredygtig og effektiv anvendelse af naturressourcerne.
Verdensmål 13: Klimaindsats [5]
Delmål 13.2: Tiltag mod klimaforandringer skal integreres i nationale politikker, strategier og planlægning.
At producere fiskefoder til opdræt af fisk, der i forvejen har et relativt lille CO₂-aftryk sammenlignet med andre kødprodukter, vil reducere CO₂-aftrykket yderligere, hvilket er med til at mindske klimaforandringerne. Udviklingen sker på en måde, der ikke truer fødevareproduktionen.
Verdensmål 14: Livet i havet [6]
Delmål 14.4: Regulering af fiskeri for at stoppe overfiskeri.
Hvis fiskeprodukter skal være fortsat kilde til proteinholdige fødevarer, kan bæredygtig produktion af fiskeprodukter i dambrug være med til at sikre, at det ikke resulterer i et overfiskeri. Her er en bæredygtig foderproduktion til fiskene et vigtigt omdrejningspunkt for at sikre, at produktionen har så lavt et klimaaftryk som muligt.
Delmål 14.1: Forhindre og væsentligt reducere af alle former for havforurening.
I forbindelse med produktion af fiskeprodukter i dambrug er der risiko for stor forurening. En af måderne, man kan minimere risikon på, er at have stor kontrol over dosering af fiskefoder i forhold til indtag, optag og udskillelse af affaldsstoffer i fisken. At have styr på sammensætningen af fiskefoderet i forhold til dosering og sikre at det er produceret bæredygtigt, vil bidrage til en mindre havforurening fra dambrugene.
Verdensmål 15: Livet på land [7]
Delmål 15.1: sikres bevarelse, genoprettelse og bæredygtig brug af økosystemer på land og i ferskvand.

Faglige mål i bioteknologi A
- bearbejde data fra kvalitative og kvantitative eksperimenter og undersøgelser og dokumentere eksperimentelt arbejde hensigtsmæssigt
- analysere og diskutere eksperimentelle data med inddragelse af faglig teori, fejlkilder, usikkerhed og biologisk variation
- gennemføre, vurdere og dokumentere beregninger ved behandling af problemstillinger med bioteknologisk indhold
- indsamle, vurdere og anvende faglige tekster og informationer fra forskellige kilder
- anvende fagets viden og metoder til vurdering og perspektivering i forbindelse med samfundsmæssige, teknologiske, miljømæssige og etiske problemstillinger med bioteknologisk indhold og til at udvikle og vurdere løsninger

Faglige mål i kemi A
- tilrettelægge og gennemføre kvalitativt og kvantitativt eksperimentelt arbejde under hensyntagen til laboratoriesikkerhed
- indsamle, efterbehandle, analysere og vurdere iagttagelser og resultater fra eksperimentelt arbejde
- dokumentere eksperimentelt arbejde mundtligt og skriftligt, herunder sammenknytte teori og eksperimenter
- gennemføre, vurdere og dokumentere beregninger ved behandling af problemstillinger med kemisk indhold
- indsamle, vurdere og anvende kemifaglige tekster og informationer fra forskellige kilder
- anvende fagets viden og metoder til analyse, vurdering og perspektivering i forbindelse med samfundsmæssige, teknologiske eller miljømæssige
- problemstillinger med kemisk indhold og til at udvikle og vurdere løsninger

Faglige mål i kemi B
- indsamle, efterbehandle, analysere og vurdere iagttagelser og resultater fra eksperimentelt arbejde
- dokumentere eksperimentelt arbejde mundtligt og skriftligt, herunder sammenknytte teori og eksperimenter
- gennemføre og vurdere beregninger ved undersøgelser af simple kemiske problemstillinger
- anvende digitale værktøjer, herunder fagspecifikke, i en konkret faglig sammenhæng
- indsamle, vurdere og anvende kemifaglige tekster og informationer fra forskellige kilder
- anvende fagets viden og metoder til analyse, vurdering og perspektivering i forbindelse med samfundsmæssige, teknologiske eller miljømæssige
- problemstillinger med kemisk indhold og til at udvikle og vurdere løsninger

Kernestof i bioteknologi A
- kemiske bindingstyper, tilstandsformer, opløselighedsforhold
- organisk kemi: stofkendskab … samt opbygning af og relevante egenskaber for stofklasserne … amider og aminosyrer
- makromolekyler: opbygning, egenskaber og biologisk funktion af ... proteiner, herunder enzymer…
- mængdeberegninger i relation til reaktionsskemaer og opløsninger
- … kemiske ligevægte …, herunder forskydning af disse på kvalitativt … grundlag
- syre-basereaktioner, herunder beregning af pH for vandige opløsninger af syrer, baser, blandinger af disse … samt bjerrumdiagrammer
- organiske reaktionstyper: … hydrolyse
- eksperimentelle metoder: … separation, titrering … og chromatografi
- kemikaliemærkning og sikkerhedsvurdering ved eksperimentelt arbejde

Kernestof i kemi A:
- mængdeberegninger i relation til reaktionsskemaer, herunder med inddragelse af gasser og opløsninger
- kemisk bindingsteori, … tilstandsformer, opløselighedsforhold …
- organisk kemi: stofkendskab, … samt opbygning af og udvalgte relevante egenskaber for stofklasserne … amider og aminosyrer
- biokemi: opbygning af og udvalgte relevante egenskaber for makromolekylerne … proteiner og enzymer
- … heterogene kemiske ligevægte, … forskydning af disse på kvalitativt … grundlag
- syre-basereaktioner, herunder beregning af pH for vandige opløsninger af syrer, baser, blandinger af disse …, samt bjerrumdiagrammer
- organiske reaktionstyper: … hydrolyse
- kvalitative og kvantitative eksperimentelle metoder, herunder separation, … forskellige typer af titrering, vejeanalyse, …, forskellige former for chromatografi
- kemikaliemærkning og sikkerhedsvurdering ved eksperimentelt arbejde

Kernestof i kemi B:
- mængdeberegninger i relation til reaktionsskemaer og opløsninger
- kemiske bindingstyper, tilstandsformer, opløselighedsforhold
- organisk kemi: stofkendskab, herunder opbygning, egenskaber, isomeri, og anvendelse for stofklasserne … carboxylsyrer …, samt opbygning af og udvalgte
relevante egenskaber for stofklasserne … aminer
- eksempel på makromolekyler
- … kemiske ligevægte, herunder forskydning på kvalitativt … grundlag
- syre-basereaktioner, herunder beregning af pH for vandige opløsninger af syrer henholdsvis baser
- organiske reaktionstyper: … hydrolyse
- kvalitative og kvantitative eksperimentelle metoder, herunder separation, … forskellige typer af titrering, vejeanalyse, … og chromatografi
- kemikaliemærkning og sikkerhedsvurdering ved eksperimentelt arbejde

Materiale
- Lærervejledning med forslag til modulplan [8] 

Forberelse til forløbet:
- Protokol for behandling af mask til opbevaring [9]
- Relevant baggrundsartikel: Fra malt til urt, artikel om teorien for materiale om ølbrygning [10] fra Biotech Academy (omhandler hvedekorn, så de procentvise andele kan ikke direkte overføres til byg, men udmærket oversigt over opbygning og indholdsstoffer)

Modul 1:
- Oksekød er otte gange værre for klimaet end kylling og laks [11], artikel fra videnskab.dk om fisk som bæredygtigt alternativ til proteinindtag fra køb
- AgroTech Report: [12] Globalt opvarmningspotentiale af røget ørred filet, Oliver Körner and Bo Eskerod Madsen, AgroTech. Særligt afsnittet Resultater, side 17-19 er af interesse. Både tabel 2, side 18 og figurerne på side 19 viser klart, hvor det største potentiale for bæredygtig udvikling på produktionen ligger.
- Introduktionsfilmen Fra øl til fiskefoder - mask som bæredygtig proteinkilde [13] med ph.d.studerende ved DTU Aqua, Freja Karlsen
- Fakta om hvede [14], artikel fra Ernæringslinjen.dk 
- Proteiner i kornprodukter [15], fra kalorietabel.dk
- Film om ølproduktion [16] til repetition af/introduktion til ølbrygning fra Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet, KU (fungerer som optakt til forløb), video ca. 12 min.

Modul 2 og 3
- Vejledning til ekstraktion af protein fra mask ved basisk hydrolyse [17]
- Teoretiske opgaver til basisk hydrolyse af proteiner  [18] 

Modul 4-8
- Vejledning til bestemmelse af proteinindhold ved Kjeldahlanalyse  [19]
- Teoretiske opgaver til Kjeldahlmetoden  [20]

Modul 9 
- Metodefilm [21] med præsentation af HPLC-metode, resultater og anvendelse i projektet ved ph.d.studerende ved DTU Aqua, Freja Karlsen 
- Opgaver til HPLC-metoden både til teoretisk baggrund og analyseforståelse [22]

                                                                             Forløb