A zöld fehérjemalom

(1)

2018 HATÁRTALAN TUDOMÁNY

A zöld fehérjemalom

bioipari megalapozása a takarmány-fehérje-

függés csökkentésére Lehetőségek és korlátok

PROF. FÁRI MIKLÓS GÁBOR

DEBRECENI EGYETEM MÉK

2018 NOVEMBER 30

Jelen közlemény „A Proteomill – lucerna alapú fehérjetermékeket és egyéb növényi termékeket előállító termesztési és feldolgozási technológia, valamint mintaüzem kialakítása”, GINOP-2.2.1 és az EFOP-3.6.2- 16-2017-00001 sz., „Komplex vidékgazdasági és fenntarthatósági fejlesztések kutatása, szolgáltatási hálózatának kidolgozása a Kárpát-medencében” kutatási program keretében készült.

(2)

T. Malthus (1798)

„An Essay on the Principle of Population’”

W. Crookes (1898)

„The Wheat Problem”

Ereky Károly (1918)

„Biotechnologie”

T. Morgan (1932)

„Dawn of Genetics”

N. Borlaug (1948)

„Green Revolution”

G. Conway (1998)

„Doubly Green Revolution”

MALTHUS JÓSLATA VERSUS TERMÉSZETTUDOMÁNY Malthus jóslata 220 éves

„A népesség-növekedés sebessége és az Emberiség élelmezésének problémája”

Harc az éhínség ellen

(3)

T. Malthus (1798)

W. Crookes (1898)

T. Morgan (1932)

N. Borlaug (1948)

G. Conway (1998)

MALTHUS JÓSLATA VERSUS TERMÉSZETTUDOMÁNY Sir William Crookes jóslata 120 éves

„A légköri nitrogén megkötése kémiai úton”

A hazai fehérjestratégia és annak kilátásai. MTA, Budapest, 2018 11. 30.

Harc az éhínség ellen

(4)

T. Malthus (1798)

W. Crookes (1898)

T. Morgan (1932)

N. Borlaug (1948)

G. Conway (1998)

MALTHUS JÓSLATA VERSUS TERMÉSZETTUDOMÁNY Ereky Károly jóslata 80 éves

„Fehérjében az egész világon hiány van és a fehérjedús takarmányokban olyan nagy a kereslet, hogy minden állam vámmentesen engedi be azt, és nincs az a mennyiség, amit jó

minőségű fehérjedús

erőtakarmányból el ne lehetne helyezni” (Ereky, 1937, Szolnok)

Harc az éhínség ellen

(5)

T. Malthus (1798)

W. Crookes (1898)

T. Morgan (1932)

N. Borlaug (1948)

2030 ?

G. Conway (1998)

2050 ?

2118 ?

MALTHUS JÓSLATA VERSUS TERMÉSZETTUDOMÁNY A fekete arany korszak után jön a fehér arany korszak?

Kőolaj versus növényi fehérje és rost

És a következő 100 év?

(6)

6

Fehérjegazdálkodás

EGY ÉVSZÁZADOS PROBLÉMA (1918-2018)

Tudománytörténet, gazdaságtörténet, politikatörténet

Szója, lucerna, vagy fű?

Szója, lucerna és fű!

PROTEOMILL PROJEKT

(7)

Szójabab (Sb)

Termés

(tonna/ha, DM) 2

Nyersfehérje

(tonna/ha, Cp) 0,79

Éteres kivonat

(tonna/ha, Ee) 0,42

CP+Ee

(tonna/ha) 1,2

Metionin

(kg/ha, Me) 11

Lizin

(kg/ha, Li) 49,1

Me+Li

(kg/ha) 60,1

SZÓJA ÉS/VAGY ZÖLD BIOMASSZA ÉRTÉKNÖVELŐ FELDOLGOZÁSA Zöld fehérjemalom (Forrás: https://www.feedipedia.org)

(8)

Szója zöld biomassza

(SoBi)

Szójabab

(Sb)

Termés

(tonna/ha, DM) 10 2

Nyersfehérje

(tonna/ha, Cp) 1,57 0,79

Éteres kivonat

(tonna/ha, Ee) 0,44 0,42

CP+Ee

(tonna/ha) 2,01 1,2

Metionin

(kg/ha, Me) 22 11

Lizin

(kg/ha, Li) 55 49,1

Me+Li

(kg/ha) 77 60,1

SZÓJA ÉS LUCERNA!

Zöld biomassza értéknövelő feldolgozása: zöld fehérjemalom

(Forrás: https://www.feedipedia.org)

(9)

Lucerna zöld biomassza

(AlBi)

Szója zöld biomassza

(SoBi)

Szójabab

(Sb)

Termés

(tonna/ha, DM) 20 10 2

Nyersfehérje

(tonna/ha, Cp) 4,12 1,57 0,79

Éteres kivonat

(tonna/ha, Ee) 0,58 0,44 0,42

CP+Ee

(tonna/ha) 4,7 2,01 1,2

Metionin

(kg/ha, Me) 65,9 22 11

Lizin

(kg/ha, Li) 226,6 55 49,1

Me+Li

(kg/ha) 292,5 77 60,1

SZÓJA ÉS LUCERNA!

Zöld biomassza értéknövelő feldolgozása: zöld fehérjemalom

(Forrás: https://www.feedipedia.org)

(10)

Lucerna zöld biomassza

(AlBi)

Szója zöld biomassza

(SoBi)

Szójabab

(Sb)

Termés

(tonna/ha, DM) 20 10 2

Nyersfehérje

(tonna/ha, Cp) 4,12 1,57 0,79

Éteres kivonat

(tonna/ha, Ee) 0,58 0,44 0,42

CP+Ee

(tonna/ha) 4,7 2,01 1,2

Metionin

(kg/ha, Me) 65,9 22 11

Lizin

(kg/ha, Li) 226,6 55 49,1

Me+Li

(kg/ha) 292,5 77 60,1

SZÓJA ÉS LUCERNA!

Zöld biomassza értéknövelő feldolgozása: zöld fehérjemalom

(Forrás: https://www.feedipedia.org)

(11)

Az alternatív fehérjeforrások szerepe az élelmezésben és takarmányozásban. MTA, Budapest, 2018 11. 20.

ZÖLD FEHÉRJEMALOM

A zöld biomassza értéknövelő feldolgozása

EREKY PROCESS (Zöldmalom, 1924)

(12)

12

Fehérjegazdálkodás

EGY ÉVSZÁZADOS PROBLÉMA (1924-2018)

Technológia-történet

MWC PROCESS (2002-) Fű-, lucerna- és zöldszója hideg

és meleg precipitálás, hordozó Programozott koagulum

Proteomill Projekt (2017-2021) EREKY PROCESS

(1924)

Fű- és lucernalé hordozóra vitellel, kíméletes szárítás

Nincs koagulum Zöldmalom (1926-1938)

PIRIE PROCESS (1942)

Lucernalé meleg precipitálás Programozatlan-

koagulum

Vepex, Pro-Xan (1970- 1980)

Désialis (2018)

SLADE PROCESS (1938)

Fű- és lucernalé hideg és biológiai precipitálás

Programozatlan

koagulum

Dán Fehérje

Biofinomító (2018-)

(13)

„History-gram” of Leaf-Protein Concentrate (1916-2016)

(14)

EREKY PROCESS (1917-1938)

Wet fractionation + various processing methods of „alfalfa milk”

(15)

15

A JÖVŐ FEHÉRJÉI

DÁN TAKARMÁNYFEHÉRJE PROGRAM 2018

(16)

16

A dán takarmányfehérje program vázlata(Proteins for the Future,

2018)

(17)

17

A dán takarmányfehérje program vázlata(Proteins for the Future,

2018)

(18)

SZÁZEZER TONNA LEVÉLFEHÉRJE HELYBEN ELŐÁLLÍTÁSA SZÁZEZER

HEKTÁRON

Évelő pillangósokkal és fűfélékkel, dán biofinomítókban

• kevesebb káros környezetterhelés (nitrát csökkentés)

•kevesebb peszticid-használat

•nagyobb biodiverzitás

A dán takarmányfehérje program vázlata(Protein for the Future,

2018)

Az új dán levélfehérje program lényeges elemei azonosak azzal, mint amit Ereky

1924-től

kezdeményezett (Zöldmalom)

• 1926 és 1928-ban között Angliában,

•1933 és 1935 között Németországban, továbbá

• 1928 és 1938 között Magyarországon

(19)

HAZAI CÉL - NEMZETKÖZI KÉRDÉSEK

19 CÉL

Fő cél: a hazai takarmányfehérje-stratégia levélfehérje-pillérének létrehozása, a rendelkezésre álló hazai HRT tudás (High- Readinesss-Technology) kiaknázása

Részletes cél: a mellékterméket (présrost és barnalé) bioipari uton hasznosító, környezetbarát Ereky / MWC kapcsolt technológia létrehozása, potenciálisan 100.000 tonna/év hazai fehérje előállítás, különböző üzemméretben (családi gazdaság és nagyüzem számára elérhető legyen)

KÉRDÉSEK

Főtermék-1: A szabadalmaztatás alatt álló magyar MWC-I és MWC-II technológia csökkenti-e és mennyire a energiaigényt?

Főtermék-2: milyen biológiai, műszaki lehetőségek és korlátok jellemzik az Ereky / MWC kapcsolt technológiát (fűfélék és pillangósok együttes feldolgozása)?

Melléktermék-1: a jelenlegi LRT (Low-Readinesss-Technology) szintről HRT szintre emelés. A zöld fehérje biofinomító technológia és piacra jutás lehetőségei és korlátai

Melléktermék-2: a hazai LFK technológia fenntarthatósága: a környezeti terhelés elemzése szükséges

Gazdaságosság-1: Az Ereky / MWC kapcsolt technológia önköltség csökkentés- és minőség-növelés viszonya: teljeskörű költség- jövedelem elemzés szükségessége, különböző üzemméretben

(20)

MWC ELJÁRÁSOK

UNIDEB-TEDEJ OMFB program (2002-2004 / Proteomill, 2017-2021)

Módszer

•lucerna zöld részek előállítása

•lucerna nedves frakcionálása

•lucernalé energiatakarékos folyamatos üzemű programozott koagulálás, víztelenítés és szárítás:

szabadalmaztatás alatt (SZTNH, 2018)

Termékek

•lucerna levélfehérje koncentrátum (APC), növény biostimulátor család, mesterséges istállótrágya, probiotikumok, funkcionális LFK (F-APC) stb.

Lépték

•Pilot-üzem (2004), ipari demo-üzem (Tedej, 2019)

(21)

2 A Proteomill Projekt tudományos programja 2017. augusztus 01.-én, tíz kutatócsoport részvételével vette kezdetét (35 fő magyar és 4 fő külföldi kutató): DE MÉK 25 fő; MTA-SZBK 10 fő; NAIK-ÁTHK 1 fő; BME 3 fő:

.

A magyar fehérjemalom tudományos megalapozása MÚLT, JELEN, JÖVŐ

Az alternatív fehérjeforrások szerepe az élelmezésben és takarmányozásban. MTA, Budapest, 2018 11. 20.

(22)

• LPC előállítás makrokoagulációval

• LPC szerkezet-kutatás

• kapcsolt Ereky-Pirie process kutatása

• Funkcionális APC kutatása

• A talaj minősége, a vízellátás és az egyes fajták fehérjehozama közötti összefüggés szerepe

• Fehérjék mennyisége, minősége közötti összefüggés

FEHÉRJE KONCENTRÁTUM (LFK) KUTATÓCSOPORT

Vezető: Dr. Szabolcsy Éva (DE MÉK)

Közreműködők:

Dr. Garab Győző kutató csoportja (MTA SZBK, Szeged)

Dr. Endre Gabriella és kutató csoportja (MTA SZBK, Szeged

Dr. Tarek Alshaal és kutató csoportja

(DE MÉK)

(23)

PRO-XAN PROCESS (USA, 1970-1980) – Désialis

Wet fractionation + heat coagulation of alfalfa green juice

(24)

1 2 3

MWC-I és MWC-II eljárás (UNIDEB-TEDEJ OMFB program, 2002-2004)

oMódszer: lucerna zöld részek préselése, nedves frakcionálás, lucernatej folyamatos üzemű koagulálása, víztelenítése és szárítása

oTermék: szárított levélfehérje koncentrátum (LPC) oLépték: pilot-üzem (Tedej)

o lucerna és más fajok frissen préselt zöld leve

o barnalében úszó zöld és fehér koagulum-keverék (1) o centrifuga / dekanter nélkül (2)

o folyamatos üzemmód (3)

o Végtermék: szárított LPC, 45-55% nyersfehérje tartalom

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

BARNALÉ KUTATÓCSOPORT

Vezető:

Dr. Bákonyi Nóra (DE MÉK) Tagok:

Prof. Dr. Fári Miklós Gábor (DE MÉK)

Dr. Antal Gabriella (DE GTK) Oláhné Tóth Ibolya (DE MÉK)

Közreműködők:

Dr. Fehér Csaba kutató csoportja (BMGE, Budapest)

Kisvarga Szivia kutató csoportja (NAIK GYDKI, Budapest) Dr. Garab Győző és kutató

csoportja

(MTA SZBK, Szeged Dr. Endre Gabriella kutató

csoportja

(MTA SZBK, Szeged Dr. Tarek Alshaal FIK kutató

csoportja (DE MÉK)

(30)

• A lucerna barnalé, mint bioipari alapanyag jellemzése és biogáz

• A fermentált barnalé előállítás technológiája

• A tartósított barnalé, mint növényi tápanyagforrás

• A növényi savóra (DPJ) és zsírsav-összetételre ható környezeti paraméterek kutatása

• Kertészeti és zöldfelületi növények tápanyagutánpótlás-kutatása barnalé fermentumokkal

• Heterotróf és autotróf algatenyésztési rendszerek kutatása: SCO (single-cell-oil) előállítás kutatása

• Funkcionális SCP (single-cell-protein) előállítás kutatása

BARNALÉ KUTATÓCSOPORT

(31)

Javaslatok a lucernasavó hasznosítására

 42-47% (m/m) barnalé

 6-9% Brix érték

24,73 g L ^-1 cukortartalom

 pH: 5,43-5,69

 Expressz, Hunor-40 magas összfenol tartalom

 Magas K (2020-8496 mg L ^-1 ) és Ca (419-1500 mg L ^-1 ) tartalom

Antioxidáns hatás

 funkcionális élelm.

 takarmány kiegészítő

Növénytáplálás

Talajkondicionálás Takarmányozás

Táptalaj (C-forrás)

(32)

lucernasavó A mikro- és makroelem-

tartalma

Elem Barnalé Tápoldat*

Al 0,53 0

B 3,14 0,01

Ba 0,36 0

Ca 1112 808

Cu 0,18 0,16

Fe 2,1 55,9

K 5108 625

Mg 309 121,5

Mn 1,22 0,05 Mo 0,21 0,03

Na 20,76 0

P 214 31

S 365 0,11

Sr 4,59 0

Zn 1,58 0,06

Forrás: MAKLEIT (2018), TREEBY et al. (1989)

(33)

ROSTBIOLÓGIAI KUTATÓCSOPORT

Vezető:

Dr. Kovács Szilvia (DE MÉK) Közreműködők:

Dr. Fehér Csaba kutató csoportja (BMGE, Budapest)

Dr. Tarek Alshaal FIK kutató csoportja (DE MÉK)

• A rostfrakció előállítás és lebontás (ligno-cellulóz cukrosítás) hatékonysága, fajok és fajták hatása az ipari feldolgozásra

• Csökkentett lignin-tartalmú lucernafajták kutatása

• Mesterséges istállótrágya

• Bioszén, biogáz

(34)

Rostbiológiai Kutatócsoport Vezető: Dr. Kovács Szilvia (DE MÉK)

(35)

Rostbiológiai Kutatócsoport Vezető: Dr. Kovács Szilvia (DE MÉK)

(36)

C-N KÖRFORGALOM KUTATÓCSOPORT

Vezető:

Dr. Veres Szilvia (DE MÉK)

Tagok:

Dr. Csajbók József (DE MÉK) Dr. Makleit Péter (DE MÉK) Csákyné Faragó Erzsébet (DE MÉK)

Simkó Attila (DE MÉK) Szalacsi Norbert (DE MÉK)

Közreműködők:

Dr. Garab Győző kutató csoportja (MTA SZBK, Szeged)

Dr. Tarek Alshaal FIK kutató csoportja

(DE MÉK)

(37)

• Indukált stresszhatás (vízhiány) fiziológiai következményeinek feltárása a C és N forgalom összefüggéseiben, fajtareakciók leírása

• Az üvegházi gáz kibocsájtás mérlege és a lucerna C-N körforgalma

• A lucerna és szántóföldi növények tápanyagutánpótlás-kutatása hidropónikus rendszereben barnalével és barnalé fermentumokkal

• A hőmérsékleti és más környezeti tényezők hatása a lucernafajták szárazanyag produkciójára

C-N KÖRFORGALOM KUTATÓCSOPORT

(38)

A lucerna és szántóföldi növények tápanyagutánpótlás-kutatása kontrollált hidropónikus rendszerben barnalével és barnalé fermentumokkal

C-N KÖRFORGALOM KUTATÓCSOPORT

Kukorica tápanyagutánpótlás modellkísérletek friss és fermentál lucerna barnalével

(Makleit et al., 2018)

(39)

KÖVETKEZTETÉSEK

39



A kísérleti MWC-I technológia jelentősen csökkentheti a fehérje-koaguláció energiaigényét



A kísérleti MWC-II technológia jelentősen csökkentheti az LFK-szárítás energiaigényét



Az Ereky Process / MWC-I és MWC-II kapcsolt technológia további lehetőség az önköltség csökkentésére és az LFK minőségének javítására



A megkezdett kutatások eredményeként a következő években megismerhetjük, hogy az új lucerna, fű és zöld szója LFK biológiai értéke és a termelés környezeti terhelése azonos, és/vagy jobb, mint a szója



Hasonlóan a dánokhoz és más európai országokhoz, az új hazai takarmányfehérje-stratégia nem nélkülözheti az évelő növényekből kinyerhető levélfehérje-koncentrátum előállítás hátterét jelentő zöld biofinomító kutatás- fejlesztés folytatását és annak a piacra jutását

CÉL ELÉRÉSE

