ºÝºÝߣ

ºÝºÝߣShare a Scribd company logo

Mikrolevät vaihtoehtoisena valkuaisrehuna - North Food 8.6.2017 Viikki, Helsinki

•
•
M
Marjukka Lamminen

Esitys mikrolevien käytöstä lypsylehmien valkuaisrehuna ja omasta väitöskirjatutkimuksestani North Food -tapahtumassa 8.6.2017, Helsingissä. Lisätietoja väitöskirjatyöstäni http://blogs.helsinki.fi/melammin/

1 of 19
Download to read offline
Mikrolevät vaihtoehtoisena valkuaisrehuna Marjukka Lamminen Tohtorikoulutettava marjukka.lamminen@helsinki.fi North Food Viikki 8.6.2017 CC BY-NC-ND Kuva: Learn 2 Teach, Teach 2 Learn / Flickr CC BY-NC 1MAATALOUSTIETEIDEN LAITOS MAATALOUS-METSÄTIETEELLINEN TIEDEKUNTA
Miksi tarvitaan uusia valkuaisrehuja? • Eurooppa on valkuaisvararikossa – Valkuaisomavaraisuus EU:ssa ~30 %, Suomessa ~15 % • Soijantuotanto kestämätöntä – Epäsuorat ja suorat maankäytön muutokset  biodiversiteettikato, kasvihuonekaasupäästöt, sosiaaliset ja eettiset ongelmat – Typpi- ja fosforivirrat Etelä-Amerikasta Eurooppaan  ravinnekuormitus • Rypsi, rapsi ja neonikotinoidit – Haitallista pölyttäville hyönteisille (?) – Neonikotinoidien käyttökielto pienentää satoja • EU:ssa keskimäärin -4 % (vaihteluväli -0,5 %  -22 %) (HFFA 2017) • Kalajauho kallistuu ja tuotanto vähentynyt – 20 vuoden aikana hinta ~500 €/tn  ~1200 €/tn – korkeimmillaan jopa ~2000 €/tn • Maapallon väestö lisääntyy, globaalisti kulutustottumukset länsimaistuvat  KIIVAS TARVE LÖYTÄÄ PAREMPIA, TEHOKKAAMPIA JA YMPÄRISTÖYSTÄVÄLLISEMPIÄ REHUVAIHTOEHTOJA 2
3 RIIPPUVAISUUS TUONTIVALKUAISESTA HAAVOITTUVA KOTIELÄINTUOTANTO Markkina- hintojen rajut heilahtelut Valkuais- rehujen saatavuuden heikentyminen Rehuperäiset taudit & GMO + Kestävyysongelmat! + Ravinnevirrat Suomeen!
Monimuotoiset mikrolevät ovat yksisoluisia organismeja • Koko noin 5-50 μm • Lajeja arviolta 30 000-1 000 000? • Suurin osa fotosynteettisiä eli yhteyttäviä lajeja • Lisääntyminen suvullisesti ja suvuttomasti • Aitotumallisia ja esitumallisia • Optimaalinen kasvu + 20-25 °C • Makea, suolainen ja murtovesi, hapan ja emäksinen ympäristö, kylmä-kuuma 4 CO2 N, P, K
Muutamia mikrolevien elinympäristöjä 5 Kuvat: Ylärivi vas. Development Seed/Flickr CC BY, oik. Asten/Flickr CC BY-NC. Alarivi vas. Lars Lundqvist/Flickr CC BY-NC-SA, oik. USFWS-Pacific Region/Flickr CC BY-NC
Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi 6 Mikrolevälajien kirjoa Kuva: Proyecto Agua/Flickr CC BY-NC-SA
Mikrolevien kasvatustapoja 7 Kuvat: Ylärivi vas. Texas A&M AgriLife/Flickr CC BY-NC-ND, oik. Microphyt/Flickr CC BY-NC-SA. Alarivi vas. IGV Biotech/Wikimedia Commons CC BY-SA, oik. Microphyt/Flickr CC BY-NC-SA
Mikrolevien ylivoimaa • Nopea kasvuvauhti (Chisti ym. 2007) – Mikrolevien biomassa kaksinkertaistuu < 24h kuluessa • Eksponentiaalisen kasvun vaiheessa jopa < 3h kuluessa – Korjuu 1-10 päivän välein • Euroopan olosuhteissa (Benelux-maat) (van Krimpen ym. 2013) – Kuiva-ainesato 15-30 tn/ha/vuosi – Valkuaissato 5-20x rypsiä suurempi • Teoriassa optimiolosuhteissa kuiva-ainesato jopa 162 tn/ha/vuosi (Masojídek ym. 2013) • Suuri valkuaispitoisuus, esim. Spirulina platensis jopa 700 g/kg ka – Vrt. rypsirouhe 379 ja soijarouhe 460-537 g/kg ka (Luke rehutaulukot) 8 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
Nopea kasvu + suuri valkuaispitoisuus = suuri valkuaistuotos/ha 9 Maa-ala, joka tarvitaan tuottamaan valkuaista Rypsi 32,8 haHerne 18,8 ha Härkä- papu 15,7 ha Mikro- levät 0,7-2,5 ha 10 000 kg: Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi Van Krimpen ym. 2013, VTT 2015
Mikrolevätutkimus • Ensimmäiset mikrolevätutkimukset 1800-luvun puolivälissä • Virallisesti tutkimusalana 1950-luvun alusta • Ajurina biopolttoaineiden tuotanto • Haasteena leväöljyn taloudellinen kannattavuus  uusien sovelluskohteiden etsintä – Ravintolisät – Eläinten rehut – Jätevesien ja savukaasun puhdistus – Pigmentit – Ym. 10 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
Mikrolevät eläinten rehuna • Aiheena vielä suhteellisen vähän tutkittu, vaikka ensimmäinen julkaisu mikrolevien rehukäytöstä jo 1952 • Tutkimusta pääasiassa yksimahaisilla eläimillä: siat, siipikarja, kalat • Mikrolevät soveltuvat kuitenkin todennäköisimmin märehtijöiden rehuksi (kalojen lisäksi) – Aminohappokoostumus, osalla lajeista sulavuus (soluseinä), nukleiinihapot – Sika & siipikarja: mikrolevä voi korvata ~10-15 % tavanomaisista valkuaisrehuista ilman että tuotos heikkenee • Märehtijöillä enimmäkseen rasvahappotutkimusta: – Suuri rasvapitoisuus, pienet leväannokset  Ei merkitystä valkuaisruokinnan kannalta 11 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
Mikrolevien erityisrooli kestävässä kotieläintuotannossa • Mikrolevien kasvatukseen ei välttämättä tarvita maatalousmaata – Maankäytön muutokset yksi suurimmista rehun- ja ruoantuotannon ympäristökuormitteista  Mikrolevät eivät kilpaile ruoantuotannon kanssa • Ihmisten ja tuotantoeläinten välisen rehu-ruoka -kilpailun vähentäminen välttämätöntä – Ruoantuotannon ympäristökuormituksen vähentäminen – Riittävästi ruokaa 9 miljardille ihmiselle 2050 • Teoriassa: Jos 40% kotieläinten rehuista korvattaisiin mikrolevillä ja tarpeettomaksi jäävä maa-ala käytettäisiin bioenergian tuotantoon (Walsh ym. 2015)  Ilmaston lämpeneminen voitaisiin rajoittaa alle +2 °C ilman että ruoantuotantoa ja kulutusta muutetaan muulla tavalla – Onko 40% tavoite realistinen? 12 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
13 VIIKIN LEVÄKOKEET LYPSYLEHMILLÄ 5 FYSIOLOGISTA RUOKINTAKOETTA 1) Pilotti 2) Rypsi vs. Spirulina platensis ja Chlorella vulgaris mikrolevien seos 3) Rypsi vs. Spirulina platensis 4) Soija vs. 3 erilaista mikrolevälajia 5) Rypsi vs. härkäpapu vs. Spirulina platensis Rehun syönti? Maidontuotanto ja maidon koostumus? Ravintoaineiden hyväksikäyttö? – erityisesti N ja P Aminohappo-aineenvaihdunta?
Tuloksia Viikin leväkokeista: Mikrolevien koostumus 14 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi Kuiva- aine, g/kg Tuhka, g/kg ka NDF, g/kg ka Raaka- rasva, g/kg ka Raaka- valkuainen, g/kg ka Histidiini, g/kg RV Rypsi 871 71 294 53 320 26 Soija 878 76 145 11 439 27 Spirulina platensis 947 72 0 51 693 18 Chlorella vulgaris 948 51 0 123 588 18 Nannochloropsis gaditana 962 158 77 192 385 18 Histidiini on ensimmäisenä maidontuotantoa rajoittava aminohappo viljaan ja nurmisäilörehuun pohjautuvassa ruokinnassa (Vanhatalo ym. 1999)
Tuloksia Viikin leväkokeista: Kuiva-aineen syönti, kg/pv Spirulinan ja Chlorellan 1:1 seos 15 17 19 21 23 25 Rypsi Rypsi+levä Levä Koe 2 15 17 19 21 23 25 Ei valk. Rypsi Rypsi+Spirulina Spirulina Koe 3 15 17 19 21 23 25 Soija Spirulina Chlorella Chlorella +Nanno Koe 4 48% 15 17 19 21 23 25 Rypsi Rypsi +Spirulina Härkäpapu Härkäpapu +Spirulina Koe 5 VR% 44% 45% 45% 47% 45% 45% 42% 51% 41% 40% Seosrehuruokinta
20 24 28 32 36 Rypsi Rypsi+levä Levä Koe 2 Tuloksia Viikin leväkokeista: Maitotuotos, kg/pv Spirulinan ja Chlorellan 1:1 seos 20 24 28 32 36 Ei valk. Rypsi Rypsi+Spirulina Spirulina Koe 3 20 24 28 32 36 Soija Spirulina Chlorella Chlorella +Nanno Koe 4 20 24 28 32 36 Rypsi Rypsi +Spirulina Härkäpapu Härkäpapu +Spirulina Koe 5
Johtopäätöksiä Viikin leväkokeista • Mikrolevät soveltuvat lypsylehmien valkuaisrehuksi • Huonohko maittavuus voi heikentää levien syöntiä yksittäisillä lehmillä – rakenne, haju vai maku? Rehun rakeistus voisi auttaa! • Rypsiin verrattuna mikrolevien maidontuotantovaste hieman heikompi • Soijaan verrattuna mikrolevien maidontuotantovaste on (vähintään) yhtä hyvä • Levälajilla on merkitystä – Spirulina lupaavin? 17 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
Lopuksi: Miksi emme jo käytä mikroleviä rehuna? 18 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi • Mikrolevien kasvatus vielä hyvin uusi toimiala, kehittyvä systeemi – haasteena tuotantomittakaavan skaalaus suurempaan • Tuotantokustannus - vrt. rypsin hinta Suomessa 2017: 0,38 - 0,41 €/kg (VYR) – huom! Maataloustuet! – Kiertovesiallas (avoin, ulkoilmassa): n. 1,6-1,8 €/kg – Fotobioreaktori (suljettu): n. 9-10 €/kg • Levänkasvatuksessa käytettävä vesi, hiilidioksidi ja ravinteet saatava mahdollisimman edullisesti – sivuvirtojen, jätteiden ja savukaasujen hyödyntäminen – Jos ilmaista, tuotantokustannus putoaa merkittävästi: • Kiertovesiallas n. 0,3-0,4 €/kg • Fotobioreaktori n. 3,8 €/kg • Sivutuotteilla ja sivupalveluilla hintaa alemmaksi! – mm. rehut, jätevesien puhdistus.. Kustannus-arviot vaihtelevat lähteittäin, jopa ~70 €/kg! Slade & Bauen 2013
www.helsinki.fi/yliopisto KIITOS! Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi 19http://blogs.helsinki.fi/melammin/

More Related Content

Mikrolevät vaihtoehtoisena valkuaisrehuna - North Food 8.6.2017 Viikki, Helsinki

  • 1. Mikrolevät vaihtoehtoisena valkuaisrehuna Marjukka Lamminen Tohtorikoulutettava marjukka.lamminen@helsinki.fi North Food Viikki 8.6.2017 CC BY-NC-ND Kuva: Learn 2 Teach, Teach 2 Learn / Flickr CC BY-NC 1MAATALOUSTIETEIDEN LAITOS MAATALOUS-METSÄTIETEELLINEN TIEDEKUNTA
  • 2. Miksi tarvitaan uusia valkuaisrehuja? • Eurooppa on valkuaisvararikossa – Valkuaisomavaraisuus EU:ssa ~30 %, Suomessa ~15 % • Soijantuotanto kestämätöntä – Epäsuorat ja suorat maankäytön muutokset  biodiversiteettikato, kasvihuonekaasupäästöt, sosiaaliset ja eettiset ongelmat – Typpi- ja fosforivirrat Etelä-Amerikasta Eurooppaan  ravinnekuormitus • Rypsi, rapsi ja neonikotinoidit – Haitallista pölyttäville hyönteisille (?) – Neonikotinoidien käyttökielto pienentää satoja • EU:ssa keskimäärin -4 % (vaihteluväli -0,5 %  -22 %) (HFFA 2017) • Kalajauho kallistuu ja tuotanto vähentynyt – 20 vuoden aikana hinta ~500 €/tn  ~1200 €/tn – korkeimmillaan jopa ~2000 €/tn • Maapallon väestö lisääntyy, globaalisti kulutustottumukset länsimaistuvat  KIIVAS TARVE LÖYTÄÄ PAREMPIA, TEHOKKAAMPIA JA YMPÄRISTÖYSTÄVÄLLISEMPIÄ REHUVAIHTOEHTOJA 2
  • 4. Monimuotoiset mikrolevät ovat yksisoluisia organismeja • Koko noin 5-50 μm • Lajeja arviolta 30 000-1 000 000? • Suurin osa fotosynteettisiä eli yhteyttäviä lajeja • Lisääntyminen suvullisesti ja suvuttomasti • Aitotumallisia ja esitumallisia • Optimaalinen kasvu + 20-25 °C • Makea, suolainen ja murtovesi, hapan ja emäksinen ympäristö, kylmä-kuuma 4 CO2 N, P, K
  • 5. Muutamia mikrolevien elinympäristöjä 5 Kuvat: Ylärivi vas. Development Seed/Flickr CC BY, oik. Asten/Flickr CC BY-NC. Alarivi vas. Lars Lundqvist/Flickr CC BY-NC-SA, oik. USFWS-Pacific Region/Flickr CC BY-NC
  • 7. Mikrolevien kasvatustapoja 7 Kuvat: Ylärivi vas. Texas A&M AgriLife/Flickr CC BY-NC-ND, oik. Microphyt/Flickr CC BY-NC-SA. Alarivi vas. IGV Biotech/Wikimedia Commons CC BY-SA, oik. Microphyt/Flickr CC BY-NC-SA
  • 8. Mikrolevien ylivoimaa • Nopea kasvuvauhti (Chisti ym. 2007) – Mikrolevien biomassa kaksinkertaistuu < 24h kuluessa • Eksponentiaalisen kasvun vaiheessa jopa < 3h kuluessa – Korjuu 1-10 päivän välein • Euroopan olosuhteissa (Benelux-maat) (van Krimpen ym. 2013) – Kuiva-ainesato 15-30 tn/ha/vuosi – Valkuaissato 5-20x rypsiä suurempi • Teoriassa optimiolosuhteissa kuiva-ainesato jopa 162 tn/ha/vuosi (Masojídek ym. 2013) • Suuri valkuaispitoisuus, esim. Spirulina platensis jopa 700 g/kg ka – Vrt. rypsirouhe 379 ja soijarouhe 460-537 g/kg ka (Luke rehutaulukot) 8 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
  • 9. Nopea kasvu + suuri valkuaispitoisuus = suuri valkuaistuotos/ha 9 Maa-ala, joka tarvitaan tuottamaan valkuaista Rypsi 32,8 haHerne 18,8 ha Härkä- papu 15,7 ha Mikro- levät 0,7-2,5 ha 10 000 kg: Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi Van Krimpen ym. 2013, VTT 2015
  • 10. Mikrolevätutkimus • Ensimmäiset mikrolevätutkimukset 1800-luvun puolivälissä • Virallisesti tutkimusalana 1950-luvun alusta • Ajurina biopolttoaineiden tuotanto • Haasteena leväöljyn taloudellinen kannattavuus  uusien sovelluskohteiden etsintä – Ravintolisät – Eläinten rehut – Jätevesien ja savukaasun puhdistus – Pigmentit – Ym. 10 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
  • 11. Mikrolevät eläinten rehuna • Aiheena vielä suhteellisen vähän tutkittu, vaikka ensimmäinen julkaisu mikrolevien rehukäytöstä jo 1952 • Tutkimusta pääasiassa yksimahaisilla eläimillä: siat, siipikarja, kalat • Mikrolevät soveltuvat kuitenkin todennäköisimmin märehtijöiden rehuksi (kalojen lisäksi) – Aminohappokoostumus, osalla lajeista sulavuus (soluseinä), nukleiinihapot – Sika & siipikarja: mikrolevä voi korvata ~10-15 % tavanomaisista valkuaisrehuista ilman että tuotos heikkenee • Märehtijöillä enimmäkseen rasvahappotutkimusta: – Suuri rasvapitoisuus, pienet leväannokset  Ei merkitystä valkuaisruokinnan kannalta 11 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
  • 12. Mikrolevien erityisrooli kestävässä kotieläintuotannossa • Mikrolevien kasvatukseen ei välttämättä tarvita maatalousmaata – Maankäytön muutokset yksi suurimmista rehun- ja ruoantuotannon ympäristökuormitteista  Mikrolevät eivät kilpaile ruoantuotannon kanssa • Ihmisten ja tuotantoeläinten välisen rehu-ruoka -kilpailun vähentäminen välttämätöntä – Ruoantuotannon ympäristökuormituksen vähentäminen – Riittävästi ruokaa 9 miljardille ihmiselle 2050 • Teoriassa: Jos 40% kotieläinten rehuista korvattaisiin mikrolevillä ja tarpeettomaksi jäävä maa-ala käytettäisiin bioenergian tuotantoon (Walsh ym. 2015)  Ilmaston lämpeneminen voitaisiin rajoittaa alle +2 °C ilman että ruoantuotantoa ja kulutusta muutetaan muulla tavalla – Onko 40% tavoite realistinen? 12 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
  • 13. 13 VIIKIN LEVÄKOKEET LYPSYLEHMILLÄ 5 FYSIOLOGISTA RUOKINTAKOETTA 1) Pilotti 2) Rypsi vs. Spirulina platensis ja Chlorella vulgaris mikrolevien seos 3) Rypsi vs. Spirulina platensis 4) Soija vs. 3 erilaista mikrolevälajia 5) Rypsi vs. härkäpapu vs. Spirulina platensis Rehun syönti? Maidontuotanto ja maidon koostumus? Ravintoaineiden hyväksikäyttö? – erityisesti N ja P Aminohappo-aineenvaihdunta?
  • 14. Tuloksia Viikin leväkokeista: Mikrolevien koostumus 14 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi Kuiva- aine, g/kg Tuhka, g/kg ka NDF, g/kg ka Raaka- rasva, g/kg ka Raaka- valkuainen, g/kg ka Histidiini, g/kg RV Rypsi 871 71 294 53 320 26 Soija 878 76 145 11 439 27 Spirulina platensis 947 72 0 51 693 18 Chlorella vulgaris 948 51 0 123 588 18 Nannochloropsis gaditana 962 158 77 192 385 18 Histidiini on ensimmäisenä maidontuotantoa rajoittava aminohappo viljaan ja nurmisäilörehuun pohjautuvassa ruokinnassa (Vanhatalo ym. 1999)
  • 15. Tuloksia Viikin leväkokeista: Kuiva-aineen syönti, kg/pv Spirulinan ja Chlorellan 1:1 seos 15 17 19 21 23 25 Rypsi Rypsi+levä Levä Koe 2 15 17 19 21 23 25 Ei valk. Rypsi Rypsi+Spirulina Spirulina Koe 3 15 17 19 21 23 25 Soija Spirulina Chlorella Chlorella +Nanno Koe 4 48% 15 17 19 21 23 25 Rypsi Rypsi +Spirulina Härkäpapu Härkäpapu +Spirulina Koe 5 VR% 44% 45% 45% 47% 45% 45% 42% 51% 41% 40% Seosrehuruokinta
  • 16. 20 24 28 32 36 Rypsi Rypsi+levä Levä Koe 2 Tuloksia Viikin leväkokeista: Maitotuotos, kg/pv Spirulinan ja Chlorellan 1:1 seos 20 24 28 32 36 Ei valk. Rypsi Rypsi+Spirulina Spirulina Koe 3 20 24 28 32 36 Soija Spirulina Chlorella Chlorella +Nanno Koe 4 20 24 28 32 36 Rypsi Rypsi +Spirulina Härkäpapu Härkäpapu +Spirulina Koe 5
  • 17. Johtopäätöksiä Viikin leväkokeista • Mikrolevät soveltuvat lypsylehmien valkuaisrehuksi • Huonohko maittavuus voi heikentää levien syöntiä yksittäisillä lehmillä – rakenne, haju vai maku? Rehun rakeistus voisi auttaa! • Rypsiin verrattuna mikrolevien maidontuotantovaste hieman heikompi • Soijaan verrattuna mikrolevien maidontuotantovaste on (vähintään) yhtä hyvä • Levälajilla on merkitystä – Spirulina lupaavin? 17 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi
  • 18. Lopuksi: Miksi emme jo käytä mikroleviä rehuna? 18 Marjukka Lamminen marjukka.lamminen@helsinki.fi • Mikrolevien kasvatus vielä hyvin uusi toimiala, kehittyvä systeemi – haasteena tuotantomittakaavan skaalaus suurempaan • Tuotantokustannus - vrt. rypsin hinta Suomessa 2017: 0,38 - 0,41 €/kg (VYR) – huom! Maataloustuet! – Kiertovesiallas (avoin, ulkoilmassa): n. 1,6-1,8 €/kg – Fotobioreaktori (suljettu): n. 9-10 €/kg • Levänkasvatuksessa käytettävä vesi, hiilidioksidi ja ravinteet saatava mahdollisimman edullisesti – sivuvirtojen, jätteiden ja savukaasujen hyödyntäminen – Jos ilmaista, tuotantokustannus putoaa merkittävästi: • Kiertovesiallas n. 0,3-0,4 €/kg • Fotobioreaktori n. 3,8 €/kg • Sivutuotteilla ja sivupalveluilla hintaa alemmaksi! – mm. rehut, jätevesien puhdistus.. Kustannus-arviot vaihtelevat lähteittäin, jopa ~70 €/kg! Slade & Bauen 2013