Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl
Forskning Agro DCA Anis

Screeningsmetode til vurdering af planters potentiale for udvinding af protein via bioraffinering valideret

Er det bedre at ekstrahere protein fra græs eller andre planter i bioraffinaderiet, og hvor meget protein kan ekstraheres? Nu er en anerkendt metode, som normalt bruges til at screene for foderværdi, blevet valideret i forhold til at kunne vurdere potentialet for at ekstrahere protein fra plantemateriale i et biorafinaderi. Det vil gøre det muligt fremover langt hurtigere at undersøge mange flere plantearter, blandinger, produktionsmetoder mv.

Biorafineringsanlæg ved AU Foulum. Foto: Lars Kruuse - AU Foto

I takt med en øget global efterspørgsel på protein stiger ønsket om bæredygtige proteinkilder tilsvarende. Græs og bælgplanter som lucerne og kløver har længe været brugt som proteinkilder til drøvtyggere, men enmavede dyr som f.eks. grise har svært ved at omsætte fibrene fra disse planter samt det protein der er bundet til fibrene. Der er også miljømæssige fordele ved de grønne foderafgrøder med en lang vækstsæson, fordi de binder kulstof i jorden og har mindre udvaskning af kvælstof til vandmiljøet. Derudover har de et lavere behov for pesticider end for eksempel kornafgrøder.  

Men så længe det kun er drøvtyggere, der kan få glæde af proteinerne i græs og bælgplanter, så er det begrænset, hvor meget de grønne foderafgrøder kan afhjælpe problematikken med den høje efterspørgsel på bæredygtigt protein til enmavede dyr. Det kan en tur igennem et biorafinaderi lave om på.

”Det er ikke noget nyt, at man kan give protein fra foderafgrøder et bredere anvendelsesformål ved hjælp af bioraffineringsteknologi. Her adskilles protein fra plantefibrene til et grønt proteinkoncentrat. Proteinet kan så fordøjes af enmavede dyr som grise, mens fibermassen (pulpen), har vist gode resultater som foder til drøvtyggere eller som anvendelse til biogas,” fortæller post doc Henrik Thers fra Institut for Agroøkologi.  

Anerkendt metode

For at vurdere potentialet ved forskellige typer af grøn biomasse screener man materialet, så man ved, om der er protein at hente, hvor meget og hvordan det er bundet i planten. Forskere fra Institut for Agroøkologi og Institut for Husdyrvidenskab ved Aarhus Universitet har nu valideret den mest anvendte metode til screening af grøn biomasse.  

”En anderkendt metode til at analysere grøn biomasse kaldes Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS). Det er en metode, som almindeligvis bruges til at vurdere en biomasses kvalitet i forhold til fodring af drøvtyggere. Vi har valideret metoden for at det i fremtiden vil være nemmere at vurdere forskellige afgrøders potentiale uden rent faktisk at skulle ekstrahere i biorafinaderiet først. Med andre ord kan vi bruge den her metode som en slags genvej, og når først vi har valideret den, så bliver det hurtigere for os at vurdere grøn biomasse fra mange forskelle plantearter og dyrkningsmetoder,” forklarer Henrik Thers. 

CNCPS-metoden inddeler råprotein i fem fraktioner, som kaldes A, B1, B2, B3 og C. Her er det ifølge forskerne særligt B-fraktionerne, der er interessante i forhold til det proteinkoncentrat, man kan fremstille på bioraffinaderierne. 

Validering af anerkendt metode

Formålet med projektet var at inddele den grønne biomasses indhold af råprotein i de fem CNCPS-fraktioner og undersøge, hvordan de efterfølgende fordeler sig mellem de tre bioraffineringsprodukter: proteinkoncentrat, pulp og brun juice. Sidstnævnte er et restprodukt  fra proteinudfældningsprocessen. 

”Helt grundlæggende, så består den grønne biomasse af vandopløseligt protein, ikke opløseligt protein og så en masse elementer, der slet ikke er protein. Det vandopløselige protein er det, vi kan ekstrahere, når vi i biorafinaderiet presser væsken ud af grønmassen. Vi har nu lavet en CNCPS-screening af den grønne biomasse samt proteinkoncentratet og pulpen for en række forskellige arter af foderafgrøder for at validere metoden,” forklarer Henrik Thers. 

Ikke så simpelt som først antaget

Ved hjælp af CNCPS-metoden kan forskerne screene den grønne biomasse og finde ud af, hvor meget A, B1, B2, B3 og C den indeholder, og ved rent faktisk at ekstrahere proteinet i den samme biomasse i en bioraffineringsproces kunne de finde ud af, hvor meget af hver proteinfraktion, der ender i pulpen, proteinkoncentratet og i brun juicen. 

”Vi fandt ud af at en del af det vandopløselige protein ganske som forventet endte i proteinkoncentratet, men ikke det hele. En del forbliver i pulpen, fordi den stadig indeholder omkring 65% vand eller mere. Derudover fandt vi ud af, at det ikke er lige store procentdele af B2 fraktionen, der ender i koncentratet for de plantearter, vi har undersøgt,” fortæller Henrik Thers. 

Det viser sig, at der bliver ekstraheret mere B2 fra bælgplanter end fra de to undersøgte græsarter. Og B2 er en af de mest attraktive proteinfraktioner i forhold til foderværdien. 

”Og det er en vigtig opdagelse, for indtil videre har det mest været græs, man har dyrket fordi det giver det højeste tørstofudbytte. Men bælgplanterne har altså en fordel i at mere af den gode protein B2 bliver ekstraheret, hvorfor de overhaler græsserne i forhold til proteinkoncentratet,” forklarer Henrik Thers. 

Store forskelle mellem arterne

Det viser sig altså, at i forhold til proteinkoncentratet har bælgplanter som lucerne og kløver en fordel, men i følge professor Søren Krogh Jensen fra Institut for Husdyrvidenskab er foderværdien af proteinkoncentratet stort set lige god.  

”Pulpen er derimod mere følsom overfor artsforskelle og planternes udviklingstrin i forhold til deres foderværdi. Nogle planterarter er jo født mere tungt fordøjelige end andre plantearter, og der er nogle plantearter, der hurtigere bliver mere stænglede, fiberrige og dermed mindre fordøjelige end andre,” forklarer han. 

Forskellen mellem arter og udviklingstrin spiller med andre ord en større rolle i forhold til foderværdien af den fiberholdige pulp til drøvtyggere og mængden af protein der kan ekstraheres i biorafineringsprocessen, end sammensætningen og fordøjeligheden af det protein der ekstraheres. 

Store gevinster at hente for kvægbonden

”Pulpen fra bioraffineringen har generelt en høj foderværdi for drøvtyggere, og det betyder, at den kan erstatte almindelig kløvergræsensilage hos kvægbonden,” siger Søren Krogh Jensen. 

Og det kan ifølge forskerne have ret store gevinster for kvægbonden at dyrke grøn biomasse til bioraffinering. Når græs høstes, skårlægges, samles op og køres hjem for at blive ensileret, risikerer man tab ved hver enkelt proces eller på grund af vejret. Derudover kan det være svært at styre tørstofindholdet i ensilagen. 

”Men hvad enten der høstes i regnvejr eller solskin, så har pulpensilagen et stabilt tørstofindhold på ca. 35% afhængigt af, hvordan skruepressen er indstillet. Det er altså en meget konstant vare af ensartet kvalitet, og der er mindre risiko for tab i marken. Der bliver selvfølgelig afleveret tørstof til proteinkoncentratet, men det får man jo betaling for, og det gør man ikke for tabet i marken ved en traditionel ensilagehøst,” forklarer Søren Krogh Jensen. 

Værktøjet er på plads

Helt grundlæggende vinder bioraffinering mere og mere frem, også kommercielt. Og derfor har der været et øget behov for at få valideret, hvorvidt CNCPS-metoden også kan bruges til at vurdere potentialet for at ekstrahere protein fra forskellige arter af afgrøder. 

”Vi har kigget på de forskellige arter og dyrkningen af dem, men vi forestiller os også en lang række af andre ting, der burde undersøges. Der findes en lang række afgrøder, der ikke er undersøgt endnu, og vi forestiller os også at forskellige måder at gøde eller dyrke afgrøderne på kan spille en rolle. Så vi er langt fra færdige, men nu har vi værktøjet på plads, Så nu kan vi screene mange flere plantearter, blandinger af arter, produktionsmetoder mv.  hurtigere og billigere i fremtiden.” fortæller Henrik Thers.

Yderligere oplysninger
Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universiteters principper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:
Finansiering: The Biobase Green Protein er finansieret af Aarhus Universitet og Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri, af GUDPs Multiplant projekt (grant no. 34009-13-0678) og koordineret af ICROFS, samt Interreg projektet BIOCAS
Samarbejdspartnere: Institut for Agroøkologi og Institut for Husdyrvidenskab ved Aarhus Universitet
Interessekonflikt:Ingen
Læs mere: Artiklen ”Linking Protein Quality in Biorefinery Output to Forage Crop Crude Protein Input via the Cornell Net Carbohydrate and Protein System” er publiseret I Applied Biochemistry and Biotechnology. Den er skrevet af Henrik Thers, Lene Stødkilde, Søren Krogh Jensen og Jørgen Eriksen
Kontakt:

Post doc Henrik Thers, Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet. Mail: thers@agro.au.dk

Søren Krogh Jensen, Institut for Husdyrvidenskab, Aarhus Universitet. Tlf.: +45 8715 8076 eller mail: skj@anis.au.dk