Ny livsmedelsteknik: ett sätt att förse en växande befolkning med mat
Jordens befolkning förväntas passera tio miljarder till 20501. Då behöver vi producera mer mat. Svaret är dock inte så enkelt som att bara bygga ut jordbruket – det finns inte tillräckligt mycket odlingsbar mark. Kan ny livsmedelsteknik erbjuda alternativa livsmedelskällor och samtidigt göra den globala livsmedelsproduktionen mer hållbar, sett till klimatpåverkan, resurs- och markanvändning och det övergripande koldioxidavtrycket?
Mätta en växande befolkning
Av de många utmaningar som det globala livsmedelssystemet står inför i dag är en snabbt växande världsbefolkning en av de mest angelägna. År 2050 väntas jordens befolkning ha ökat med mer än 25 procent jämfört med 2020 och vara ungefär tio miljarder1. Redan idag står emellertid livsmedelssystemen för mer än en tredjedel av växthusutsläppen2 och är i hög grad beroende av resursintensiva industri- och jordbruksmetoder. Därför är det helt enkelt inte hållbart att bara expandera med de här metoderna och förbruka resurser i dagens takt.
Bristen på odlingsbar mark är bara en aspekt av detta. En stor del av befolkningstillväxten kommer förmodligen att ske i Afrika och Syd- och Ostasien. Det innebär att osäker livsmedelsförsörjning och tillgång till hälsosam och näringsriktig kost blir ett växande problem. Liksom den fortsatt minskade biologiska mångfalden till följd av överanvändning av vatten, mark och kemikalier i jordbruket.
Hur kan ny livsmedelsteknik motverka detta?
Ny livsmedelsteknik kan utgöra en möjlig lösning på de här problemen. Nya livsmedel kan vara ett stort antal alternativa proteintekniker, men här avser vi huvudsakligen två fermenteringsbaserade tekniker: fermentering av biomassa, där näringsrika alternativ till konventionella proteiner framställs av mikroorganismer som svamp, och precisionsfermentering, där mikroorganismer används som ”cellfabriker” för att skapa andra funktionella ingredienser.
Båda metoderna är ett sätt att producera sådana alternativa proteinkällor och har tydliga fördelar jämfört med dagens jordbruksmetoder – inte minst att det krävs mindre mark till produktionen3. Jämfört med konventionella proteinkällor kräver dessa alternativa proteiner mindre råvara för att producera motsvarande näringsämnen och kalorier. Det innebär minskad förbrukning av energi och andra naturresurser i hela produktionskedjan3. Vid användning av respektive teknik behöver man dock ta hänsyn till vissa saker med tanke på deras klimatpåverkan och effekterna av att införa tekniken i stor skala.
Fermentering av biomassa
När det gäller hållbarhetsaspekten av fermentering av biomassa ”befinner sig livsmedels- och dryckesindustrin bara i början av inlärningskurvan”, säger Lilly Li, Sustainability Manager på Tetra Pak. ”Och beroende på exakt vad du tänker producera kan processen – och de efterföljande effekterna på vatten-, mark- och energianvändning samt avfall – variera”.
Mykoproteiner (svampprotein från biomassa) är för närvarande en av de vanligaste ingredienserna vid produktion av vegetariska och veganska köttsubstitut genom fermentering av biomassa. Tidiga studier visar att ett utbyte av nötkött mot sådana mykoproteiner i den globala kosten skulle få betydande effekt på avskogning och koldioxidutsläpp.
Källa: Humpenöder, F. et al. Nature 605, 90–96 (2022).
En livscykelanalys av miljöpåverkan från mykoprotein – inklusive koldioxidavtryck, vatten- och markanvändning för respektive proteinprodukt – med jämförbara produkter, som växtbaserade eller animaliska proteiner för konsumtion, ger lika uppmuntrande resultat.
Den mest slående fördelen rör markanvändning. Som du kan se i följande diagram kräver traditionellt producerade livsmedelsprodukter som nötfärs, fläskfilé och kycklingbröst mycket mer utrymme för att framställa motsvarande mängd protein jämfört med mykoprotein (det är nästan 80 gånger så effektivt som svensk nötfärs)5.
Källor: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
Det går också åt mindre vatten i liter per kilo mykoprotein för att producera en färdig proteinprodukt (l/kg). För en ledande mykoproteinproducent är siffran bara 31 l/kg, vilket gör den 62 procent mer effektiv än tofu, 71 procent mer effektiv än sojaböna och 84 procent mer effektiv än svensk nötfärs6.
Källor: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
Rent allmänt innebär detta att det totala koldioxidavtrycket – definierat som samtliga växthusgaser som frigörs genom olika processer som krävs för att producera den färdiga proteinprodukten från ”vaggan till lastkajen” för mykoprotein är betydligt lägre, endast 0,79 kg CO2e/kg för en ledande mykoproteinproducent. Det motsvarar en minskning på 82 procent jämfört med kycklingbröst, en minskning med 92 procent jämfört med fläskfilé och en minskning med 98 procent jämfört med svensk nötfärs7.
Källor: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021
Precisionsfermentering
Enligt Ashish Acharya, Food Technology Manager på Tetra Pak, finns det två tydliga grenar av precisionsfermentering, som behöver analyseras var för sig. Den ena är användning till biomaterial och i biologiska läkemedel, det andra är produktion av nya livsmedelskomponenter. ”Precisionsfermentering är inte något nytt. Det har använts i många år, kanske till och med decennier, för att producera eller skörda sällsynta eller komplexa komponenter som det annars skulle ha krävts enorma resurser för att få fram på naturlig väg”, förklarar han. Bland exemplen återfinns många olika livsmedelsingredienser och näringsprodukter som kymosin, en viktig beståndsdel i rennin, som används vid ostproduktion, och oligosackarider, som ingår i bröstmjölk och utgör en viktig del av näringen till spädbarn.
”En del av de här fermenteringsprocesserna är väldigt vatten- och energikrävande, men med vissa saker som oligosackarider är det helt enkelt inte möjligt att producera dem storskaligt på naturlig väg. Vi kan naturligtvis försöka hitta sätt att återvinna värme, rena avfallsvatten och använda några av våra andra sofistikerade tekniker för att effektivisera processen, men för närvarande finns det inte några produktionsalternativ till de här komponenterna”.
Precisionsfermentering blir dock allt viktigare, bland annat ur ett hållbarhetsperspektiv, när det gäller produktion av mjölk och animaliska proteiner. ”Om vi ser till den ökade påverkan från industriella jordbruksmetoder på avskogning och växthusgasutsläpp, kan precisionsfermentering bidra till att lösa vissa av problemen”, berättar Ashish. ”Ta till exempel mjölkproteiner. I framtiden, med ytterligare framsteg inom precisionsfermentering, kommer vi inte att behöva lika många kor och därmed inte heller lika mycket mark eller vatten. Då behöver vi inte heller fodret eller ännu mer mark för att odla fodret. Samtidigt skulle vi minska metangasutsläppen från boskapen, en växthusgas som har 25 gånger så stor effekt som koldioxid8.”
Det är samma sak med nötkött, en produkt som enligt Ashish Acharya ”anses ha den största negativa påverkan sett till klimatförändringar9” och andra animaliska proteiner. Genom att använda precisionsfermentering och fermentering av biomassa i stor skala skulle vi dramatiskt kunna minska allvarlig klimatpåverkan från produktionskedjan – i form av avskogning, vatten till djuren och den mark som krävs till bete och foder.
Hantera avfall och biprodukter
Precisionsfermentering och fermentering av biomassa ger emellertid både avfall och biprodukter, faktorer som man behöver ta hänsyn vid analys av den totala klimatpåverkan från processen. ”Under processen uppstår en hel del gas, precis som vid fermentering av biomassa”, säger Ashish. ”I de flesta fall är det koldioxid, men det kan också vara andra gaser beroende på vilken sammansättning du producerar, typen av fermentering och vilket slags mikroorganism du använder”. Genom framsteg inom bioteknik kan det kanske bli möjligt att rena gaserna i framtiden eller mata tillbaka dem in i processen som koldioxidkälla – det pågår mycket forskning på det här området just nu10.
Sedan har vi frågan om förbrukade mikroorganismer och hur avfallet ska tas om hand. Vid precisionsfermentering modifieras arvsmassan hos de mikrober som används. Därför finns det ett strikt regelverk för hantering av de avfallsprodukter som uppstår.
”För närvarande utförs något som kallas GMO-dödande (Genetiskt Modifierad Organism)”, berättar Ashish Acharya. ”Koncentrerat lut (natriumhydroxid) tillsätts för att höja pH-värdet till >11, vilket neutraliserar och denaturerar/defragmenterar hela DNA:t”. Beroende på kraven på inneslutningsnivå för den specifika genmodifierade organismen behandlas avfallet olika, men slutmålet är alltid detsamma: att inget aktivt genetiskt material får komma ut i naturen11.
”GMO:er med lägre krav på inneslutningsnivå kan dödas genom kemisk desinfektion och/eller värmebehandling”, säger Christina Schornack, Equipment Safety Specialist på Tetra Pak. ”Det är inneslutningsnivån som specificerar kraven för hanteringsproceduren12 – detta är ett sätt att skydda dem som arbetar med patogener, samhället i stort och miljön, i synnerhet när det gäller avfallshantering”.
”Dessutom”, tillägger Lilly, ”kräver GMO-avfall en fullskalig livscykelanalys, framför allt beträffande dess potentiella toxicitetsrisker för ekosystem och människan. Återvinning eller återanvändning av det här avfallsflödet undersöks också”, berättar Lilly Li, ”särskilt när det gäller fermentering av biomassa”. ”Möjligheterna till återanvändning och återvinning av en stor del av vattnet i avfallsflöden från fermentering av biomassa, är ganska stora”, säger hon. ”Vi räknar med att fler resultat av forskning och utveckling inom integrering av cirkularitetskoncept i processdesignen de närmaste åren”.
För närvarande är det ont om information om direkta jämförelser mellan traditionellt producerade produkter och produkter med precisionsfermenterade proteiner. ”Den här sortens ingrediensproduktion är fortfarande i sin linda, men utvecklas snabbt”, säger Ashish Acharya. ”Det finns livscykelanalyser om den process som används för att producera enskilda komponenter, som mjölkprotein, men det är bara en sammansättning i slutprodukten – inte hela spektrumet av mjölkkomponenter som produceras med precisionsfermentering”.
För Ashish är dock potentialen för precisionsfermentering – och fermentering av biomassa – uppenbar. ”Möjligheterna är enorma, framför allt om du vill skapa funktionella livsmedel – som att framställa näringsmässigt överlägsna proteiner och bli kvitt proteinallergier”, säger han. ”Och om vi tittar på hur mycket av det aktuella komponentproteinet som det går att producera per timme per volym, kommer vi de närmaste fem åren eller så att kunna effektivisera fermenteringsprocessen och därmed avkastningen fem eller sex gånger. Då lär vi samtidigt få uppleva uppskalning till kommersiella nivåer. Det kommer att rita om spelplanen helt”.
Relaterade länkar
Fotnoter:
- Källa: https://sdg.iisd.org/news/world-population-to-reach-9-9-billion-by-2050/
- Källa: https://www.unido.org/stories/new-research-shows-food-system-responsible-third-global-anthropogenic-emissions
- Källa: https://gfi.org/blog/regenerative-agriculture-and-alternative-proteins/
- Källa: Humpenöder, F. et al. Nature 605, 90–96 (2022).
- Avtrycket från markanvändning handlar om hur stor fysisk yta som krävs för att producera den färdiga produkten. För köttprodukter avser det huvudsakligen den mark där boskapen föds upp (exempel den mark som boskap behöver att leva på) och den mark som används för att odla det foder som boskapen äter. Avtrycket från markanvändning uttrycks i kvadratmeter per år per kilo färdig produkt som proteiner eller proteiner i livsmedel (m2a/kg).
Informationskällor: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Den totala mängd vatten som används i processer som krävs för att producera den färdiga produkten. Det omfattar vatten som dricks av djuren (exempelvis vatten som boskap har druckit), vatten som används för att producera foder och odla spannmål samt vatten som förbrukas under beredningen. Vattenavtrycket uttrycks i liter per kilo färdig proteinprodukt (l/kg).
Informationskällor: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Måttenheterna är koldioxidekvivalent (CO2e). CO2e är en referensenhet för att bedöma den globala uppvärmningspotentialen hos olika växthusgaser som koldioxid och metan. Koldioxidavtrycket uttrycks per kilo av den färdiga produkten som proteiner eller som innehåller proteiner (kg CO2e/kg).
Informationskällor: Quorn Carbon-Trust-Comparison-Report-2022.pdf; Quorn Sustainability-Report-2022.pdf, Mycorenaimpact report 2022; J Hadi, G Brightwell-Foods, 2021 - Källa: https://www.epa.gov/gmi/importance-methane#:~:text=Methane%20is%20more%20than%2025,due%20to%20human%2Drelated%20activities
- Källa: https://www.nature.com/articles/s43016-021-00358-x
- Källa: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816692200057X
- Källa: The Alkaline Denaturation of DNA Biophys J. Nov 1969, 9(11): 1281–1311.
- Referens till EUROPAPARLAMENTETS OCH RÅDETS DIREKTIV 2009/41/EG av den 6 maj 2009 om innesluten användning av genetiskt modifierade mikroorganismer