av Brabender, Tyskland
Att tillhandahålla en ordentlig tillgång på protein till världens ständigt ökande befolkning är en enorm global utmaning. Konsumtionen av fisk och skaldjur är traditionellt förankrad i många kostkulturer och rekommenderas som en betydande proteinkälla för näringsförbättring.
Dock, med tanke på den nuvarande situationen med överfiskade hav runt om i världen, det är nödvändigt att hitta alternativ:Här ger vattenbruk en lösning. Följaktligen den globala årliga avkastningen från vattenbruk, uppgår till cirka 100 miljoner ton sedan 2015, har överträffat mängden "vildfångst" för mänsklig konsumtion.
Ytterligare tillväxt är en självklarhet:En ökning av produktionen med 50 procent förutspås för de kommande två decennierna.
Blommande vattenbruk:Vilket foder för vilken art?
Vi pratade med Julian Foerster (JF) och Michael Landers (ML), applikationsteknikerna på Brabenders extruderingslaboratorium, om att använda skräddarsydda extruderade produkter för att lösa de problem som vattenfoderindustrin för närvarande står inför.
Extruderad vattenfoder – Var finns efterfrågan?
JF: Oavsett om fiskodling med genomströmningssystem, nätburar, eller resursbevarande återcirkulerande system som akvaponiska eller offshore-farmar – alla dessa fiskar och kräftdjur behöver foder; nästan 40 miljoner ton per år över hela världen.
70 procent produceras av de ledande vattenfoderproducenterna i Asien-Stillahavsområdet, särskilt i Kina, 10 procent kommer från Latinamerika, och ytterligare 10 procent från Europa. Självklart, man måste skilja på vilka arter som ska utfodras.
För närvarande används 30 procent av produktionen till karpuppfödning, 15 procent krävs för kräftdjur, följt av tilapia, havskatt, lax, och öringodlingar.
ML: Extruderade produkter erbjuder trendsättande möjligheter som lovar marknadsframgång och produktinnovation för att utveckla rätt foder för varje art på en praktisk basis. Det finns praktiskt taget ingen annan process som erbjuder så stor potential för att helt och hållet omforma en aquafeed-matris.
Av denna anledning har rent mekaniska pelletspressar i allt högre grad ersatts av den senaste extruderingstekniken för produktion. I dag, laboratorieextruders är därför nödvändiga "verktyg" för produktutvecklare i såväl företag som på universitet och forskningsinstitut. Med TwinLab-F 20/40, Brabender har nu introducerat sin nuvarande toppmodell för forsknings- och utvecklingslaboratorievärlden.
Vad är det "rätta" fodret för en art?
JF: Först, vi måste bestämma de råvaror och deras andel av protein och kolhydrater som är praktiska för olika produkttillämpningar. Det är först nödvändigt att bestämma fodrets tendens att flyta eller sjunka, beroende på matvanorna för den specifika typen av fisk.
I princip, flytande foder tenderar att ätas av bottenfisk som karp och havskatt, vilket också kan vara en fråga om träning. Lax och öring föredrar foder som sjunker långsamt, räka, däremot som mat som sjunker snabbt.
ML: På motsvarande sätt, det är nödvändigt att välja olika processinställningar för produktion. För flytande foder, inklusive suspenderat eller långsamt sjunkande foder, vi arbetar med varmpressning vid temperaturer över 100°C. Detta resulterar i god pelletsexpansion. För sjunkande foder, dvs produktion av snabbt sjunkande pellets med minimal expansion, kall extrudering är den föredragna metoden.
Vilka utmaningar behöver lösas i laboratoriet?
ML: Huruvida en produkt expanderar eller inte beror på, bland annat, på fukthalten såväl som generellt från receptet, särskilt andelen protein, kolhydrater, och fett i den ursprungliga blandningen, som också varierar iktyologiskt beroende på art.
Som produktutvecklare kan vi fastställa detta exakt i laboratoriet. TwinLab låter oss sätta olika kompositioner och recept på testbänken. Expansionsgraden kan justeras och ändras med variabla processinställningar.
Viktigast är optimal sammanhållning av beståndsdelarna för att förhindra att pelletsen sönderfaller. Detta gör att vi kan testa produktens egenskaper för att säkerställa att recepten är korrekt anpassade till typen av fisk och odlingsmetod.
Till exempel, vissa arter kräver en hög andel fett i fodret, dock, för mycket olja fördröjer expansion - här kan vi undersöka möjliga maximivärden med hjälp av TwinLab. Och naturligtvis, det omvända är sant, när det är nödvändigt att fastställa minsta mängder ingredienser, t.ex. för optimering av sjunkegenskaperna. Detta kan regleras genom att tillsätta vatten, bland annat, varvid pelletsen sedan torkas.
JF: För framåtblickande, hållbar produktdesign – nyckelord:Hållbarhet – trenden avviker från användning av fiskmjöl eller biprodukter från kommersiellt fiske. Istället, det är nödvändigt att studera vilka proteinkällor med vilka egenskaper och procentandelar som är kompatibla med extrudering.
Vilka alternativa råvarukällor tror du har potential för praktisk tillämpning för extrudering av vattenfoder?
ML: I vårt applikationslaboratorium har vi redan samlat stor erfarenhet av produktutveckling. Särskilt med mjöl och gryn från baljväxter - inte bara soja, men också ärtor och lupiner, eller större användning av klassiska protein- och kolhydratkällor som majs, vete, och ris.
Med tanke på världens näringssituation, dessa kan användas mer effektivt som vattenfoder än för att utfodra husdjur. Och med tanke på den begränsade mängden areal som är tillgänglig för vegetabiliska råvaror, biprodukter från spannmålskorn bör undersökas som ingredienser för vattenfoder.
Till exempel, Jag tänker här på spannmålskli från kvarnar eller majsgluten från stärkelseindustrin. Andra uppenbara tillämpningar är marina växter som alger eller kelp som näringskällor med hög proteinhalt för fiskodlingar:Här, det skulle vara möjligt att i laboratorieskala klargöra vilka andelar i en fiskfoderblandning som är lämpliga för extrudering eller hur detta kan optimeras tekniskt.
JF: Insektsproteiner ger ett perspektiv för forskning och utveckling inom vattenfoderområdet. På Brabenders applikationslaboratorium, vi har gjort egna tester med syfte att ersätta fiskmjöl med insektsprotein bestående av Hermetia illucens (svart soldatfluga) som råvara. De första resultaten är ganska lovande:När det gäller de reologiska parametrarna för extrudering såväl som de näringsrika egenskaperna hos de extruderade produkterna, oavsett om det är i pellets eller mald form.
Särskilt på de östasiatiska marknaderna, Jag ser bra perspektiv på detta, eftersom traditionella kostvanor inte har reservationer för användning av insekter i menyer.
Vad kan det nya TwinLab göra för extrudering i labbskala?
ML: Väl, Jag skulle kunna fortsätta med det i timmar. Men jag vill betona två huvudargument för praktisk produktutveckling med laboratorieextruders som TwinLab istället för experimentell manipulation av produktionsprocessen.
För en, du kan variera dina applikationsidéer på en mängd olika sätt med avseende på råmaterial, formulering, extruder konfiguration, och produkt. För det andra, du har möjlighet att etablera metoder för att i förväg mäta dina kvalitetsparametrar från råvara till slutprodukt. Med en bredd på 60 centimeter, vårt nya TwinLab passar även i de smalaste laboratorierna.
JF: Applikationsutbudet fokuserar främst på recept- och produktutveckling eller tjänar till optimering av produktionsprocesser. Det nya TwinLab är en dubbelskruvextruder i laboratoriestorlek.
Vi har använt den för att testa produkter med ett brett utbud av former, färger, och smaker. Under utvecklingen, det var viktigt för oss att kunna hålla oss till realistiska bearbetningsvillkor. Detta minskar kostnaderna för våra kunder och är konsekvent kvalitetsorienterat.
Du behöver betydligt mindre tid för dina tester, spara på material, och har nästan inget produktsvinn. Och sist, men inte minst:I daglig produktion, du behöver inte oroa dig för några negativa effekter på ditt pågående kvalitetsledningssystem. Detta gör att en avkastning på investeringen kan realiseras enkelt hos företaget.
Var ser du applikationsrelaterade fördelar för produktutveckling?
ML: Längs fodrets längd, fyra värme- och kylzoner ger optimerade temperaturer i varje processområde. Skruvhastigheter på upp till 1200 varv per minut ger användarna stor flexibilitet med avseende på specifik mekanisk energi, kallas SME för korthetens skull.
Som en dubbelskruvextruder, TwinLab tillåter bearbetning av en mängd olika råmaterial, samt analys av deras viskositets- och plasticitetsegenskaper. Detta beror på att all förmedling, knådning, och blandningselement kan konfigureras individuellt beroende på processsekvensen.
Moduldesignen tillåter variabel konfiguration för produktsimulering med olika skjuvkrafter, vilket gör enheten lämplig för mycket varierande tillämpningar. Och slutligen, Jag skulle vilja nämna ytterligare en viktig funktion för dagligt bruk i laboratoriet:Processenheten är separerad horisontellt och kan fällas upp vertikalt – vilket bara ett fåtal jämförbara modeller på marknaden erbjuder. Detta möjliggör inte bara visuell utvärdering av individuella bearbetningssteg, men ger också bekväm skruvborttagning och snabb rengöring.
JF: För vattenfoderapplikationer, vi har producerat främst cylindriska pellets, eller utökade produkter med det runda stanshuvudet – och en extra skäranordning. De fyra övre och två laterala doseringsöppningarna på TwinLab tillåter även flytande eller granulerade tillsatser som oljor, vitaminer, och mineralkoncentrat eller färger som ska matas in.
Till exempel, Jag tänker här på omega-3-fettsyror eller karotener, som är av enorm betydelse för vattenfoderproducenter och deras leverantörer. Inom området forskning och utveckling, det finns många samarbetsprojekt mellan vetenskap och industri, som Brabender är stolta över att stödja framtidens aquafeed med sin extruderingsrelaterade expertis.
Men ännu mer:Vi skulle vilja bjuda in kunder att besöka vårt kund- och teknikcenter i Duisburg och se möjligheterna med vår strängsprutning i labbskala och själva uppleva det nya TwinLab i drift.
