| dc.description.abstract | Målet for dette prosjektet var å utvikle et belegg eller en bærer for Bolifor® fosfatsalt som brukes i akvakulturfôr. Bæreren/belegget må være slik at det beskytter fosfatsaltet mot å lekke i vann. Lekking av fosfat er et tosidig problem, på den ene siden fordi fosfor er en knapp ressurs i verden, og på den andre siden fordi høye nivå av fosfat i avløpsvann kan føre til eutrofiering. Fosfatlekking er spesielt utbredt i reke-akvakultur, siden reker spiser på en treg og grisete måte, hvor de bryter foret sakte ned før de spiser det. Potensielle løsninger må beholde evnen til å beskytte fosfat mot lekking selv etter at de har blitt utsatt for industrielle pelleting-prosesser.
Bærere ble laget ved å løse Yara Bolifor® mononatriumfosfat (MSP) in deionisert vann for så å helle blandingen over erte- og potetfibrer, som etterpå ble tørket over natten på 105°C. En porsjon av fibrene ble etterpå dekt med tre ganger deres vekt av karragenan-løsning, for så å bli tørket på 55°C over natten. På den måten ble det dannet et tynt lag karragenan på overflaten til bærerene. Hjemmelagde lab-pellets ble designet til å inneholde 10% MSP. Ulike oppskrifter ble laget enten ved å bruke ren MSP, MSP-behandlede fibrer eller karragenan-belagte MSP-behandlede fibrer. Oppskriftene brukte enten 1:1-, 1:2- eller 1:5-forhold mellom MSP og fibrer. Pelletene ble utsatt for passive lekkasjeeksperiment i deionisert vann, og det ble tatt prøver etter 10, 20, 30, 40, 50 og 60 min inkubasjon. Prøvene ble så analysert ved hjelp av kolorimetri for å bestemme hvor mye fosfat som hadde lekket ut av pelletene.
Resultatene fra de passive lekkasjeeksperimentene indikerte at det å bruke en MSP-bærer reduserte fosfatlekkingen signifikant (α = 0.05). De MSP-behandlede ertefibrene lekket i snitt 12.0 prosentpoeng (pp), mens de MSP-behandlede potetfibrene reduserte lekkingen med 6.6 pp i snitt. De 1:1 MSP-behandlede ertefibrene opplevde den største lekkasjereduksjonen av alle oppskriftene etter 10 minutt. Denne reduksjonen var 11.1 pp sammenlignet med referansen. De karragenan-belagte MSP-behandlede ertefibrene reduserte lekkingen med 11.1 pp i snitt, mens de korresponderende potetfibrene reduserte den med 15.6 pp, sammenlignet med deres respektive referanser.
Basert på resultatene fra de passive lekkasjeeksperimentene, ble det bestemt å videreføre 1:1 MSP og ertefiber-oppskriftene i en pilot-skala industriell produksjon av pellets. Her ble syv oppskrifter designet for å ha 1 eller 2% MSP i de ferdige pelletene. Én referanse, én MSP-behandlet fiber og én karragenan-belagt MSP-behandlet fiber ble produsert per dose, i tillegg til en basal oppskrift uten noe MSP. 80 kg av hver oppskrift ble produsert på Teknisk Institut i Danmark. Industrielle pellets fra hver oppskrift ble usatt for aktive lekkasjeeksperiment med ultralyd i vann for å etterligne reketygging. Prøver ble tatt etter 3, 6, 9, 12, 15 og 18 minutt med ultralydeksponering. Prøvene ble så analysert med kolorimetri for å bestemme fosfatkonsentrasjonen deres. Resultatene fra ultralyd-forsøkene viste at det å bruke MSP-behandlede ertefibrer i snitt reduserte fosfatlekkingen med 7.8 pp, mens å bruke karragenan-belagte MSP-behandlede fibrer i snitt reduserte lekkingen med 10.4 pp, sammenlignet med referansen.
I dette prosjektet ble det tydelig demonstrert at ved å beskytte fosfatsaltene som brukes i akvakultur ble lekkingen av fosfat redusert. De endelige resultatene indikerte at for hvert kilo fosfat brukt i rekefôr kan 78 g bli beskyttet mot lekkasje ved å bruke MSP-belagte ertefibrer, og 104 g ved å bruke karragenan-belagte MSP-behandlede ertefibrer. Dersom akvakulturindustrien klarer å sløse mindre fosfat vil de negative følgene den påfører miljøet reduseres, samtidig som den marine proteinproduksjonen vil bli mer effektiv. Alt i alt vil mer mat kunne bli produsert på en mer effektiv måte som forurenser mindre, på samme tid som den bruker mindre av den knappe ressursen fosfor. | |
| dc.description.abstract | The goal of this project was to develop a coating or carrier for the Bolifor® phosphate salts used in aquaculture feed. The carrier/coating should protect the phosphate salts from leaching in water, while being fed to shrimp in aquaculture systems. Phosphate leaching is a two-sided problem. Firstly, because phosphorous is a scarce resource in the world, and secondly because excessive levels of phosphate in waste waters can lead to eutrophication, potentially leading to deadly algae blooms. Phosphate leaching is especially prominent in shrimp aquaculture, as shrimp eat in a slow, messy way leading to prolonged pellet immersion times as well as mechanical destruction of the feed prior to ingestion. Potential carrier/coating solutions must be able to maintain their protective properties after the product has been subjected to industrial pelleting processes.
Carriers were prepared by dissolving Yara Bolifor® mono-sodium phosphate (MSP) in de-ionized water and applying the mixture to pea fibers and potato fibers, which were then dried overnight in an oven at 105°C. Afterwards, a portion of these MSP-treated fibers were covered with three times their weight of carrageenan solution, and subsequently dried overnight at 55°C. Thus, a thin film of carrageenan formed on the fiber carrier surface. Lab-made pellets with an inclusion dose of 10 wt% MSP were prepared, using either raw MSP, MSP-treated fibers or carrageenan-covered MSP-treated fibers, and ground wheat and water. Ratios of 1:1, 1:2 and 1:5 of MSP-to-fiber were tested. The lab-made pellets were subjected to passive leaching experiments in de-ionized water, and water samples were extracted after 10, 20, 30, 40, 50 and 60 min of incubation. The samples were analyzed using a colorimetric method to determine the amount of dissolved phosphate relative to the phosphate content of the pellets.
The results of the passive leaching experiments indicated that using vegetable fibers to carry the MSP decreased the phosphate leaching significantly (α = 0.05). The MSP-treated pea fibers on average reduced the leaching by 12.0 percentage points (pp), while the MSP-treated potato fibers lead to an average reduction of 6.6 pp. The 1:1 MSP-treated pea fibers experienced the greatest leaching reduction of all recipes after 10 minutes. This reduction was 11.1 pp compared to the reference. The carrageenan-covered MSP-treated pea fibers reduced the leaching by 11.1 pp on average, while the corresponding potato fibers reduced it by an average of 15.6 pp, compared to their respective references.
Based on the results of the passive leaching experiments, the 1:1 MSP and pea fiber recipes were also produced in a pilot-scale industrial production. Recipes were designed to contain 1 or 2\% inclusion doses of MSP in final pellets. One reference, MSP-treated fiber and carrageenan-covered MSP-treated fiber recipe were produced per dose, as well as a basal diet without any MSP supplementation. 80 kg of each of the seven recipes were produced at Teknisk Institut in Denmark on a pellet mill. Industrially made pellets from each recipe were subjected to active leaching experiments exposing the pellets to ultrasonication in water to mimic shrimp mastication. Samples were extracted after 3, 6, 9, 12, 15 and 18 minutes of ultrasound exposure, and the water analyzed colorimetrically to determine the leached phosphate. The ultrasonication experiments on industrial pellets showed that using MSP-treated pea fibers on average reduced the phosphate leaching by 7.8 pp, while using carrageenan-covered MSP-treated pea fibers reduced it by an average of 10.4 pp, compared to the reference.
In this project it was clearly demonstrated that by protecting the phosphate salts within aquaculture feed, the phosphate leaching in water was reduced. The final results indicate that for every 1 kg of phosphate used in shrimp feed, 78 g can on average be protected from leaching by using MSP-treated pea fibers, and 104 g by using carrageenan-covered MSP-treated pea fibers. If the aquaculture industry manages to waste less phosphate, the negative environmental impacts of the industry will diminish, and marine protein production will become more efficient. All in all, it will be possible to produce more food, in a more efficient way that pollutes less, and at the same time uses less scarce resources such as phosphorous. | |