fbpx Fra øl til fiskefoder - mask som bæredygtig proteinkilde | Verdensmålene.dk
Formålet med projektet er at finde en bæredygtig proteinkilde til produktion af fiskefoder som erstatning for traditionelle proteinkilder med stort CO₂-aftryk.
Kategori
Bioteknologi
Kemi
Tid

9 moduler à 90 min.

Dette forløb er udviklet af Freja Karlsen, DTU Aqua og Anders Almlund Osted, Rysensteen Gymnasium.

Forløbet er en del af projektet "Stem for Verdensmålene", der er et samarbejde mellem VerdensKlasse/Mellemfolkeligt Samvirke og DTU Aqua med støtte fra Novo Nordisk Fonden.

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.

Relation til FN's Verdensmål for bæredygtighed
Mål 2: Stop sult
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
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
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
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
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 

Forberelse til forløbet:
- Protokol for behandling af mask til opbevaring
- Relevant baggrundsartikel: Fra malt til urt, artikel om teorien for materiale om ølbrygning 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, artikel fra videnskab.dk om fisk som bæredygtigt alternativ til proteinindtag fra køb
- AgroTech Report: 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 med ph.d.studerende ved DTU Aqua, Freja Karlsen
- Fakta om hvede, artikel fra Ernæringslinjen.dk 
- Proteiner i kornprodukter, fra kalorietabel.dk
- Film om ølproduktion 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
- Teoretiske opgaver til basisk hydrolyse af proteiner  

Modul 4-8
- Vejledning til bestemmelse af proteinindhold ved Kjeldahlanalyse 
- Teoretiske opgaver til Kjeldahlmetoden 

Modul 9 
- Metodefilm 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

 

 

                                                                             Forløb

LÆR

Eleverne lærer om:
Eleverne lærer I dette projekt om aminosyrer og proteiners struktur samt fysiske og kemiske egenskaber af disse. Ved at udnytte både fysiske og kemiske egenskaber arbejdes eksperimentelt, samt teoretisk med opgaver, der understøtter forståelsen af de metoder, der anvendes til både fremstilling af proteinholdigt materiale samt analyse af proteinindhold. Herigennem er målet, at eleverne får en dybere forståelse af proteiners opbygning, syre-baseegenskaber samt opløselighedsforhold samt øger deres kompetencer i laboratoriet.

Forudsætning for at arbejde med forløbet:
OBS: Man skal skaffe noget mask fra ølproduktion - enten fra egen fremstilling, eller få noget fra et bryggeri. Malten autoklaveres, tørres og fryses ned, indtil forløbet begynder.

Det er en fordel, hvis eleverne forud for forløbet er bekendt med generel ligevægtsteori og syrer og baser, herunder definitioner og begreber, samt hvorledes man beregner pH for vandige opløsninger af syrer og baser, har kendskab til syre-basetitrering og bjerrumdiagrammer. Det kan dog også tænkes ind som mellemliggende moduler undervejs i forløbet, men vil give et uforholdsmæssigt langt forløb.

Forslag til bogmateriale er fx:
Bioteknologi A, bind 1, kapitel 6, side 133-139 (syrer og baser definitioner og begreber)
Bioteknologi A, bind 2, kapitel 3, side 63-75 (ligevægt)
Bioteknologi A, bind 2, kapitel 4, side 77-119 (beregning af pH, bjerrumdiagram og syre-basetitrering)

Desuden skal eleverne enten forud eller undervejs arbejde med aminosyrer og proteiner, herunder struktur og egenskaber. Dette kan med fordel lægges ind mellem de angivne moduler, da der er noget ventetid forbundet med de eksperimentelle øvelser fx i forbindelse med tørring af ekstraheret protein før videre analyse. Ventetiden kan med fordel fyldes ud med fagstoffet omkring aminosyrer og proteiner samt relevante organiske stofklasser.

Forslag til bogmateriale er fx:
Bioteknologi A, bind 1, kapitel 3, side 71-88 (struktur og generelle egenskaber)
Bioteknologi A, bind 2, kapitel 6, særligt side 177-187 (carboxylsyrer, aminer og amider samt hydrolyse)
Basiskemi A, kapitel 7, side 220-236 (fokus på generel chromatografi og HPLC)

GØR

Forløbsplan (download detaljeret modulplan her)

Modul 1: Introduktion til forløb - motivation og formål
Arbejde med artiklerne https://videnskab.dk/naturvidenskab/oksekoed-er-otte-gange-vaerre-for-klimaet-end-kylling-og-laks
og https://www.aquacircle.org/images/pdfdokumenter/udvikling/danmark/co2/AgroTech_Report%20GWP%20Smoked%20Trout%20v2.pdf
- Hvad er potentialet for fisk som proteinholdig fødevare i et bæredygtigt perspektiv sammenlignet med andre animalske produkter (første artikel)?
- Hvor ligger den største klimamæssige udfordring i produktionen, med udgangspunkt i produktionen af regnbueørred?

Se introduktionsfilmen Fra øl til fiskefoder - mask som bæredygtig proteinkilde med ph.d.studerende ved DTU Aqua, Freja Karlsen
- Hvordan passer forskningsprojektet ind i ovenstående analyse?

Hvordan er korn opbygget? (https://www.ernaeringslinjen.dk/2017/08/18/fakta-om-hvede/ samt https://kalorietabel.dk/proteiner-i-kornprodukter/)
- Hvilken slags korn anvendes mest til ølproduktion, og hvad er indholdet af protein typisk i denne sort?

Hurtig gennemgang af hvordan man brygger øl (https://science.ku.dk/oplev-science/gymnasiet/science-foredrag/oelproduktion/ - evt. kun til urtkogning)
- Hvad indeholder masken - restproduktet fra ølproduktionen?
- Hvad vil man forvente, gælder proteinindholdet af (tørret) mask sammenholdt med indholdet i malten?

Fælles opsamling af ovenstående overordnede spørgsmål

Præsentation af forløbets indhold

Modul 2: Ekstrahering af protein ved basisk hydrolyse af mask - start
Eksperimentelt modul - elevforsøg.
Eleverne ekstraherer i grupper protein fra tørret mask. (Vejledning til ekstraktion af protein fra mask ved basisk hydrolyse - findes under "Materialer til download" eller her). I ventetid ved basisk hydrolyse samt nedkøling arbejdes med teoretiske opgaver til metoden (Teoretiske opgaver til basisk hydrolyse af proteiner - findes under "Materialer til download" eller her). Eleverne skal nå til at sætte det ekstraherede protein til tørring i varmeskab.

Modul 3: Ekstrahering af protein ved basisk hydrolyse af mask - færdiggørelse (mindst en uge senere)
Tørstof afvejes, og massen af ekstraheret proteinmateriale bestemmes (gemmes samlet i køleskab til næste gang).

Arbejde videre med teoretiske opgaver til metoden
Opsamling på teoretiske opgaver til metoden.

Modul 4 - Kjeldahlanalyse - del 1 (lærer udfører forsøg) på både tørret mask og ekstraheret proteinmateriale
Lærer udfører to sideløbende forsøg. Proteinet nedbrydes, og nitrogen omdannes til ammonium (Vejledning til bestemmelse af proteinindhold ved Kjeldahlanalyse - findes under "Materialer til download" eller her). Del 1 udføres for begge proteinholdige stoffer og gemmes til næste gang. Forsøget skal stå længe og passe sig selv. Imens arbejder eleverne med teoretiske opgaver, der omhandler del 1 af Kjeldahlanalysen (Teoretiske opgaver til Kjeldahlmetoden - findes under "Materialer til download" eller her). Kolben med ammonium dannet fra proteinbundet protein gemmes til næste gang.

Modul 5 - Kjeldahlanalyse - del 2 (lærer udfører forsøg) på både tørret mask og ekstraheret proteinmateriale
Lærer udfører to sideløbende forsøg. Ammonium omdannes til ammoniak, der destilleres over i forlag med saltsyre, hvor det omdannes til ammonium igen (Vejledning til bestemmelse af proteinindhold ved Kjeldahlanalyse - findes under "Materialer til download" eller her). Del 2 udføres for begge proteinholdige stoffer og gemmes til næste gang. Forsøget skal stå længe og passe sig selv. Imens arbejder eleverne med teoretiske opgaver, der omhandler del 2 af Kjeldahlanalysen (Teoretiske opgaver til Kjeldahlmetoden - findes under "Materialer til download" eller her). Målekolben med ammonium fra destilleret ammoniak og saltsyre gemmes til næste gang.

Modul 6 - Kjeldahlanalyse - del 3 (elevforsøg)
Elever udfører titreringer til bestemmelse af proteinindholdet i henholdsvis mask og ekstraheret proteinmateriale (Vejledning til bestemmelse af proteinindhold ved Kjeldahlanalyse - findes under "Materialer til download" eller her).

Modul 7 - Kjeldahlanalyse - del 3
Arbejde med de teoretiske opgaver til del 3 (Teoretiske opgaver til Kjeldahlmetoden - findes under "Materialer til download" eller her). Opsamling på disse. Evt. kan man starte på resultatbehandlingen til Kjeldahlanalysen.

Modul 8 - Kjeldahlanalyse - resultatbehandling
Eleverne arbejder med resultatbehandlingen til forsøget (Vejledning til bestemmelse af proteinindhold ved Kjeldahlanalyse - findes under "Materialer til download" eller her). Resultater for proteinindhold overføres til resultatbehandlingen af ekstraheret protein (Vejledning til ekstraktion af protein fra mask ved basisk hydrolyse - findes under "Materialer til download" eller her), der færdiggøres.

Modul 9 - HPLC-analyse af proteinindhold
Se metodefilmen med ph.d. studerende Freja Karlsen af HPLC-metode og resultater, sammenhold af metoder (Kjeldahl og HPLC) - fordele/ulemper ved metoder samt opsamling på Freja Karlsens projekt - status og perspektiver.

Arbejde med teoretiske opgaver der underbygger forståelsen af HPLC-metoden (Opgaver til HPLC-metoden både til teoretisk baggrund og analyseforståelse findes under "Materialer til download" eller her).

Opsamling på projekt
- Virker den anvendte metode i forhold til formålet?
- Hvilke perspektiver og udfordringer er der for projektet?

DEL

I grupper (f.eks. eksperimentelle grupper):

En sammenhængende faglig tekst på 3-5 normalsider med træning i formidling af naturvidenskabelig faglig tekst med kildehenvisninger. Fokus på basisk hydrolyse-metodens perspektiver og udfordringer, baseret på elevernes egne eksperimentelle resultater - herunder:
- Kan proteinindholdet øges ved anvendelse af basisk hydrolyse-metoden til et sammenligneligt niveau sammenholdt med allerede anvendte proteinkilder ved fiskefoderproduktion?
- Hvor stort er udbyttet af protein ved metoden sammenholdt med indholdet før anvendelse af metoden?

Desuden en overvejelse af fordele og ulemper ved anvendelse af metoderne Kjeldahl og HPLC til analyse af proteinindholdet i biomassen.

FN'S 17 VERDENSMÅL FOR BÆREDYGTIG UDVIKLING

Afskaf fattigdom
Stop sult
Sundhed og trivsel
Kvalitetsuddannelse
Ligestilling mellem kønnene
Rent vand og sanitet
Bæredygtig energis
Anstændige jobs
Industri, innovation og infrastruktur
Mindre ulighed
Bæredygtige byer og lokalsamfund
Ansvarligt forbrug og produktion
Klimaindsats
Livet i havet
Livet på land
Fred, retfærdighed og stærke institutioner
Partnerskaber
Verdensmålene