BIOFEED - Novel salmon feed by integrated bioprocessing of non-food biomass

Nye fôrressurser til norsk laks, produsert fra fornybar biomasse fra trær og tare og ved bruk av ny teknologi Optimal produksjon av gjær fra trær og tare krever en kostnadseffektiv prosessering. For å effektivisere produksjonen må flere parametere bli optimalisert, inkludert forbehandling av biomassene, enzymatisk nedbrytning, sammensetning av fermenteringsmediet, fermenteringsteknologi, valg av gjærstammer, nedstrømsbehandling og evaluering av næringsverdi og funksjonelle egenskaper av gjæren hos laks. BIOFEED har investert i infrastruktur og kompetanse innen bioraffinering og fermentering på NMBU, sammen med andre prosjekter. I dag har vi full drift av bioraffinerianlegget ? helt fra nedbrytning av diverse biomasser til ulike nedstrømsbehandlinger av gjær. Tare kan effektivt hydrolyseres til fermenterbart sukker ved bruk av alginat lyaser og en cellulase-cocktail. Vi utvikler også egne enzymer for behandling av blå og grønn biomasse. Bruk av ulike alginat lyaser ga lavere viskositet og økt tilgjengelighet av substratet for ytterligere enzymatisk behandling, noe som ga høyere sukkerutbytte. Biomasse- og proteinproduksjonen av utvalgte gjærstammer ble testet på et medium basert på en blanding av tare- og granhydrolysat fra Borregaard. Dette fermenteringsmediet resulterte i høy celletetthet og proteinnivåer opptil 53%. Fermenteringsbetingelsene blir fortsatt optimalisert for å oppnå høg celletetthet med et høgere proteininnhold. Tilsetning av ammoniakk i fermenteringsmediet ga økt utbytte og økt proteininnhold. Et viktig mål for å øke produktiviteten og proteininnholdet i gjær, er å redusere effekten av inhibitorer i mediet. Ulike doseringsstrategier og substratforhold ble testet i fermentoren, og resultatene viser at det er gode muligheter for å oppnå en mer effektiv prosess. En oppskalering av prosessen til 30-liters pilotskala ble utført ved bruk av Candida utilis-gjær. Næringsverdien av gjær er avhengig av gjærtype og fermenterings- og nedstrømsprosesserings-betingelser. Tørking og prosessering kan ha stor betydning for både næringsverdi og helseeffekter av gjær. Det ble derfor gjennomført forsøk for å kartlegge effekt av ulike nedstrømsbetingelser som tørking ved ulike temperaturer, autolyse og celleknusing på både næringsverdi og helseeffekter av gjær. Best effekt på fordøyelighet ble oppnådd ved autolyse. Vi har gjennomført flere forsøk med gjær i fôr til laks både i ferskvann og sjøvann. Generelt viser resultatene at fiskene som fikk fôr med gjær vokser godt og hadde bedre tarmhelse sammenlignet med de som fikk et soya-basert fôr eller et konvensjonelt plantebasert fôr. Resultatene viste at gjærfôret hadde en positiv effekt på tarmbarrieren, reduserte betennelsesrekasjoner i tarmen, og stimulerte det medfødte immunsystemet. Forsøkene tyder på at gjær produsert fra gransukker er en lovende proteinkilde med positiv effekt på fiskehelse. Et forsøk med lam av rasen Hvit Norsk sau ble gjennomført for å kartlegge effekten av sukkertare på mikrobiota i vom. Fôring med 2,5 eller 5% sukkertare ga like godt fôropptak, tilvekst, og slaktekvalitet som en konvensjonell fôrrasjon basert på kraftfôr og grassurfôr. Fôring med sukkertare ga også et mørere kjøtt med lavere drypptap ved oppvarming og med en mer unik smak og med økt jodinnhold. Sukkertare hadde ingen effekt på sammensetningen av vommikrobiota, bestemt ved 16S rDNA sekvensering. BIOFEED-prosjektet har også utviklet viktige metoder og verktøy som har vært avgjørende for å lykkes med forskningen i Foods of Norway, et senter for forskningsbasert innovasjon. For å optimalisere dyrkning av tare til bruk i ulike bioraffineringsprosesser, er det nødvendig med en mer fullstendig forståelse av hvordan lokalitet, miljø, dybde og sesongvariasjoner påvirker kjemisk innhold i taren. I denne studien overvåket vi veksten av dyrket sukkertare som ble satt ut i februar på 2 ulike dybder (3 og 8 meter) og høstet i mai, juni og august. Detaljert kjemisk karakterisering ble gjennomført, inkludert ulike sukker, uronsyrer, protein, aminosyrer og mineralprofilering. Den høyeste biomasseproduksjonen og høyeste andel fermenterbare sukker ble funnet i tare dyrket på 3 m og høstet i juni. For å evaluere miljøbelastningen av tarekultivering, har vi også skrevet en oversiktsartikkel med tittel "The environmental risks associated with the development of seaweed farming in Europe - prioritizing key knowledge gaps" basert på tilgjengelig litteratur og data fra Seaweed Energy Solutions og Scottish Association of Marine Sciences. Videre har vi også nettopp publisert en oversiktsartikkel med tittelen "Marine macroalgae as a source of protein and bioactive compounds in feed for monogastric animals" i Journal of the Science of Food and Agriculture.

The project has created an important foundation for future research and development of novel feed resources in academia and industry, including in the Centre for research-based innovation, Foods of Norway. Examples of important achievements can be found in the main report. Overall, the project has made a major contribution to the development of new sustainable feed resources. This will open new market channels for the forest industry, seaweed cultivation industry and, by developing sustainable feed resources, the project has made a major contribution to ensuring further growth and competitiveness in the aquaculture industry. The achievements obtained in BIOFEED also have relevance for the Norwegian agriculture industry and for improving national food security.

Synopsis: In this project we will explore the use of non-food biomass from wood (spruce) and macroalgae in feed for Atlantic salmon, either directly (protein from macroalgae) or, primarily, by generating sugar streams that are used to produce protein- and /or lipid-rich microbial biomass as feed ingredients. We will address pre-processing techniques, enzymatic hydrolysis, screening of promising microorganisms (primarily yeasts), and evaluate downstream processing methods. The potential feed ingredients thus produced, will be evaluated for nutritional and functional properties and we will document effects on performance, nutrient retention, and gastro-intestinal health of Atlantic salmon. Ecological and economical aspects of using forest resources and large-scale cultivation of macroalgae for fish feed will also be investigated. The project will be conducted in close collaboration with Norway's leading biorefinery (Borregaard), a commercial seaweed grower (Seaweed Energy solutions), and international partners including SLU that have a large collection of isolated and characterized yeast strains, and a major enzyme producer, Novozymes. The project will be aligned with several ongoing projects.