VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND LTD Yksisoluproteiinit Missä mennään? Nutritech seminaari 7.10.2015 Anneli Ritala
Miksi yksisoluproteiineja (Single cell proteins)? Vaihtoehtoisia proteiinilähteitä tarvitaan korvaamaan mm. Liha Soijatuotteet Munanvalkuainen Kalan rehukäyttö Terveellisen ruoan merkitys ymmärretään entistä paremmin ja se on myös trendikästä Optimaalinen aminohappokoostumus Vähän ja hyvälaatuisia rasvoja Ruoan ja rehun tuotantotapojen on oltava ympäristön kannalta kestäviä sekä eettisesti hyväksyttäviä 08/10/2015 2
Levät, sienet ja bakteerit Yksisoluproteiinien tuotto-organismeja Koostumus (%) Levät Sienet Bakteerit Proteiinit 40-60 30-70 50-83 Kokonaistyppi (Proteiini + Nukleiinihapot) 45-65 35-50 60-80 Nukleiinihapot 3-8 7-10 8-16 Aminohapot e.a. 54 65 Lysiini 4.6-7 6.5-7.8 4.3-5.8 Metioniini 1.4-2.6 1.5-1.8 2.2-3.0 Lipidit / Rasvat 5-20 2-13 1-10 Hiilihydraatit 9 e.a. e.a. Sappiväriaineet (esim. bilirubiini), Lehtivihreä 6 e.a. e.a. Kivennäisaineet 7 6.6 8.6 Kuitu 3 e.a. e.a. Kosteus 6.0 4.5-6.0 2.8 Tuhka 3-10 9-14 3-7 Lähde: Nasseri AT ym. (2011) American J. Food Tech. 6:103-116 e.a. - ei analysoitu Muita proteiinipitoisuuksia vertailuksi: Liha ~45%, Maito ~25%, Soijapapu ~35%, Leipomohiiva 40% 08/10/2015 3
Yksisoluproteiini proteiinilisänä ruoka- ja rehukäytössä Kuivatut mikroorganismit: levät, sienet, bakteerit Proteiinipitoisuus 30-83% Rehukäyttö mm. nautojen, kanojen, sikojen ja kalojen kasvatuksessa Elintarvikesovellukset: Ravintolisänä esim. keitoissa ja leipomotuotteissa Emulsioiden apuaine 08/10/2015 4
Yksisoluproteiinit Edut Paljon erilaisia tuotto-organismeja: Yli 30 eri sienilajia Yli 20 eri bakteeria Kymmeniä leväkantoja Useita raaka-aineita kasvualustana mm. elintarvike-, sellu- ja paperiteollisuuden sekä maatalouden sivuvirrat Raaka-aineiden korkea käyttötehokkuus Nopeus esim. 1kg hiivaa tuottaa 5.5 tonnia proteiinia vuorokaudessa Fermentorituotanto ei ole altis vuodenaika vaihteluille Ongelmat Korkea nukleiinihappopitoisuus (1-11%) Korkeat virtsahappopitoisuudet Kihti ja munuaiskivet Voidaan ratkaista esim. entsyymikäsittelyllä Huono sulavuus Voidaan parantaa esim. hajoittamalla soluseiniä Allergiset reaktiot? 08/10/2015 5
Tyypillinen yksisoluproteiinin tuotantoprosessi Kasvatusalustan valmistaminen hyödyntäen teollisuuden ja maatalouden sivuvirtoja ym. Fermentaatio; myös kiinteän alustan fermentaatio (solid state fermentation) Yksisoluproteiinin eristäminen ja konsentrointi Downstream-vaiheet: Pesu Solujen hajotus RNA:n määrän vähentäminen Proteiinin rikastus Puhdistus Yksisoluproteiinin kuivaus Lopullinen formulointi tuotteiksi Quorn on Marlow Foods:n vuonna 1985 markkinoille tuoma lihankorvike 08/10/2015 6
Quorn Menestynein yksisoluproteiini (http://www.quorn.com/) Marlow Foods (UK) julkaisi tuotemerkki 1985 Tuote sisältää Fusarium venenatum tuottamaa mykoproteiinia Kasvatusalustana käytetään glukoosia (hydrolysoitu tärkkelys) Markkinoilla yli 90 Quorn tuotetta Tuotantokapasiteetti on tuhansia tonneja vuodessa 08/10/2015 7
Quorn myyty Monde Nissinille - filippiiniläinen noodeliyritys 08/10/2015 8
Pekilo Paecilomyces variotii Sellutehdas-biojalostamo, Suomi 1980-1990 Sulfiitti-sellutehdas EtOH- tuotantolaitos Pekilo- tuotantolaitos Ligniini-tuotantolaitos Sivuvirta Sulfiitti-sellu Etanoli Pekilo-proteiini Lignosulfonaatit 08/10/2015 9
Yksisoluproteiinijulkaisut Viime vuosina useimmat ovat tulleet kiinalaisista ja intialaisista yliopistoista: Bharat University (Tamilnadi, Intia) National Chemical Laboratory (Pune, Intia) Nanjing Normal University (Kiina) Yksisoluproteiinipatentit (2001-2014) Suurin osa Kiinasta (26/28) Suurin osa liittyi maatalous- tai elintarvikesivuvirtojen fermentointiin bakteereilla/sienillä yksisoluproteiiniksi 08/10/2015 10
Yksisoluproteiiniteollisuus Ainakin kymmeniä kiinalaisia yrityksiä Useimmat tuottaa teknistä laatua olevia yksisoluproteiinituotteita Yritys, maa Mikro-organismi Substraatti Viite Henan Coal Chem Ind. Group, China Jiangsu Lianhai Biolog Technology Co Ltd, China Jiangxi Purun Mechanical Co, China / Jiangxi Purun Pharmaceutical Co., Ltd Methylovorus glucosotrophus Useita kantoja Bakteerit ei spesifioitu Metanoli Asetoni, butanoli, Fermentaation sivuvirta Ei määritelty www.hnccgc.com CN103484395 CN101731450 www.tradekey.com CN101507469 www.jxpryy.cn Nanning Suboante Biochemical and Scientific Co Ltd, China Qingdao Tianrui Ecological Technology Co Ltd, China Aspergillus niger, Aspergillus oryzae Saccharomycete Taiwan rhizobus Bakteerit ei spesifioitu Tärkkelyspitoinen sivuvirta Hera, soijajauho, vehnäleseet www.gxant.com www.tianruimuye.com CN102987053 CN102987054 08/10/2015 11
Yksisoluproteiiniteollisuus Yritys, maa Mikro-organismi Substraatti Viite Lallemand Inc., Kanada Hiivat ja bakteerit Ei määritelty www.bio-lallemand.com LeSaffre, Ranska Hiiva Ei määritelty www.lesaffre.com Marlow Foods Ltd. Iso-Britannia Fusarium venenatum Glukoosi-siirappi www.quorn.co.uk UniBio A/S, Tanska Metanotrooffiset bakteerit Maakaasu www.unibio.dk PA199900690 Lallemand Inc. (Kanada) Probiootteja eläinravinnoksi Erikoistunut inaktivoituun hiivaan ja hiivauutteisiin, joita käytetään kasvatusalustoissa (fermentaatioteollisuus ja mikrobiologisten alustojen tuottajat) LeSaffre (Ranska) Hiivapohjaiset lisäravinteet eläimille Ravintolisät ja funktionaaliset elintarvikkeet Hiivauutteet luonnollisina makuaineina UniBio A/S (Tanska) PK-yritys, joka omistaa oikeudet U-Loop fermentaatioteknologiaan Maakaasusta UniProtein rehua, jonka proteiinipitoisuus n. 70% 08/10/2015 12
VTT:n Kantakokoelma www.culturecollection.vtt.fi sisältää hyvin karakterisoituja kantoja, joita voitaisiin käyttää yksisoluproteiinien tuottamiseen Paecilomyces variotii mm. VTT D-75018 Pekilo-kanta Lukuisia muita sopivia, joita on eristetty kuitumassasta, paperitehtaan kierrätysvedestä ja kuitulevymateriaaleista Pichia jardinii (Candida utilis) 19 erilaista kantaa Rhizopus oryzae Kaksi kantaa, joista toinen on eristetty kierrätyskuidusta 08/10/2015 13
Fermentaatio ja bioprossessit @ VTT Tietotaitoa ja kokemusta eri kantojen kasvatuksista Bakteerit Hiivat Esim. Esherichia coli, Bacillus subtilis (sekä itiöivät että itiöimättömät) Lactobacillus, Streptomyces Esim. Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Kluyveromyces lactis Rihmasienet Esim. Trichoderma reesei, Aspergillus, yli 10 muuta lajia Yli 30 vuoden kokemus T.reesei-kannasta Kasvisolut Levät 08/10/2015 14
Marjasoluviljelmät @ VTT Primaarimetaboliitit Proteiinit Aminohapot Hiilihydraatit Kivennäisaineet Rasvahapot Omega-3 ja -6 Vitamiinit C E Kokonaiset solut; Solu-uutteet Sekundaarimetaboliitit Fenoliset yhdisteet Antosyaanit Flavonolit Fenolihapot Ellagitanniinin esiasteet Prosyanidiinit Korkea ravintoainepitoisuus Antimikrobiaaliset ominaisuudet Funktionaalinen elintarvike Ruoka / rehu Lääkeaineet Säilöntäaineet Väriyhdisteet Väriaineet, pigmentit Kosmetiikka 08/10/2015 15
Lakan soluviljelmän kemiallinen koostumus Analyysit (g / 100 g kuivapainoa) Lakka Lakan soluviljelmä Lakan soluviljelmällä on paljon hyviä ominaisuuksia: Proteiinit 9 38 Rasva 3,1-5,6 2,9 Ravintokuitu ~ 40 ~ 20 C-vitamiini ~ 0,4-0,6 ~ 0,1 Fenolit 1,5-3 0,2-1 Antioksidatiivisuus (DPPH) 100 492 Korkea proteiinipitoisuus Kivennäisaineet Rasvahappokoostumus; Omega-3 ja -6 Ravintokuitupitoisuus Fenoliset yhdisteet ovat pääasiassa flavanoleja 08/10/2015 16
Miksi yksisoluproteiineja? Uusia proteiinilähteitä tarvitaan sekä ihmisille että eläimille Erilaiset sivuvirrat hyötykäyttöön Suomessa paljon tietoa, taitoa ja kokemusta 08/10/2015 17
TECHNOLOGY FOR BUSINESS