Nýlega lauk verkefninu „Þróun mynd- og litrófsgreiningarspálíkans til að meta gæði fiskimjöls sem innihaldsefnis í laxeldisfóðri“, sem styrkt var af Matvælasjóði og Tækniþróunarsjóði Rannís. Markmið verkefnisins var að þróa spálíkan sem gerir fiskimjölsframleiðendum kleift að meta gæði fiskimjöls sem innihaldsefnis í laxeldisfóðri á hraðvirkan, hagkvæman og nákvæman hátt með einfaldri NIR-litrófsgreiningu og/eða ofurrófsgreiningu (near-infrared spectroscopy, NIR / hyperspectral imaging).
Flestir íslenskir fiskimjölsframleiðendur nota nú þegar NIR-tækni til að mæla efnasamsetningu fiskimjöls. Slíkar mælingar gefa góðar upplýsingar um efnainnihald mjölsins, en nýtast takmarkað þegar meta á raunveruleg gæði þess sem hráefnis í fiskeldisfóður, þar sem meltanleiki næringarefna og áhrif á vöxt laxa skipta mestu máli.
Í verkefninu var leitast við að brúa þetta bil með því að tengja gögn úr NIR-litrófsgreiningu og ofurrófsgreiningu við niðurstöður úr vaxtar- og meltanleikatilraunum með Atlantshafslax. Aðferðin var ekki ný af nálinni, þar sem norskir fóðurframleiðendur hafa þróað sambærileg spálíkön og notað þau um árabil við mat á gæðum þess fiskimjöls sem þeir kaupa. Þau líkön hafa þó verið varðveitt sem viðskiptaleyndarmál og veitt fóðurframleiðendunum samkeppnisforskot.
Með þróun sambærilegra NIR-spálíkana fyrir íslenska fiskimjölsframleiðendur var stefnt að því að veita þeim sambærilegar upplýsingar um eiginleika afurða sinna og viðskiptavinir þeirra hafa nú þegar. Slík þekking gæti styrkt markaðsstöðu íslensks fiskimjöls, aukið verðmætasköpun og bætt innra gæðaeftirlit fyrirtækjanna.
Í dag byggist verðlagning íslensks fiskimjöls að mestu á próteininnihaldi en tekur síður mið af gæðum eins og meltanleika eða áhrifum á vöxt fiska. Þar sem íslenskt fiskimjöl er yfirleitt framleitt úr mjög fersku hráefni í tæknivæddum verksmiðjum, þar sem vinnsluferlið er hannað til að tryggja hámarksgæði, má ætla að það eigi möguleika á að vera metið á fleiri forsendum en próteininnihaldi einu saman.
Verkefnið byggði á AVS-forverkefni sem lauk árið 2021 með útgáfu skýrslunnar „Nær-innrauð litrófsgreining – Staða þekkingar um notkun NIR í fiskmjölsiðnaði.“ sem og á vinnu norræns þekkingarnets um fiskimjöl og lýsi (Nordic Center of Excellence Network in Fishmeal and Fish oil).
Gefin hefur verið út lokaskýrsla verkefnisins þar sem gerð er grein fyrir framkvæmd rannsóknarinnar og helstu niðurstöðum. Ágrip skýrslunnar fer hér á eftir.
Ágrip
Fiskeldi í heiminum er í örum vexti og hefur á síðustu áratugum verið sú grein matvælaframleiðslu sem vaxið hefur hraðast. Á heimsvísu hefur fiskeldi aukist að meðaltali um 6,7% á ári síðustu þrjá áratugi. Fiskeldisfóður hefur þróast samhliða þessari uppbyggingu, enda eru innihaldsefnin takmörkuð, bera stærstan hluta framleiðslukostnaðar og ráðast að miklu leyti af kolefnisspori fiskeldis.
Nánast allt fiskimjöl sem framleitt er á Íslandi er nýtt sem innihaldsefni í laxeldisfóður, þar sem það er mikilvægur prótein- og orkugjafi. Fiskimjöl er almennt verðlagt út frá próteininnihaldi, en mat á öðrum gæðaeiginleikum, svo sem meltanleika og áhrifum á vöxt fiska, er bæði tímafrekt og kostnaðarsamt og krefst sérhæfðs búnaðar.
NIR-litrófsgreining býður hins vegar upp á hraðvirkar og óeyðandi mælingar á efnasamsetningu og gæðum og hefur verið notuð víða í sjávarútvegi. Nánast allar fiskimjölsverksmiðjur landsins eiga NIR-tæki sem nýtt eru til innra gæðaeftirlits, meðal annars til að fylgjast með efnasamsetningu og öðrum gæðabreytum.
Í þessari rannsókn var kannað hvort NIR-litrófsgreining gæti spáð fyrir um efnasamsetningu, gæði, meltanleika og vaxtaviðbrögð Atlantshafslaxa (Salmo salar). Safnað var 26 fiskmjölssýnum af mismunandi gerðum og gæðum frá innlendum og erlendum framleiðendum. Úr hverju sýni var framleitt laxeldisfóður samkvæmt sömu uppskrift og það síðan prófað í vaxtar- og meltanleikatilraunum með lifandi fiski. Markmiðið var að kanna hvort þróa mætti spálíkan sem gæti metið gæði fiskimjöls sem hráefnis í laxeldisfóður og þannig stuðlað að auknum gæðum og markvissara verðmati á fiskimjöli í framtíðinni.
Alls var 25 fiskimjölssýnum af mismunandi fisktegundum og gæðum frá mismunandi framleiðendum safnað og þau send til TTZ í Þýskalandi, þar sem fiskeldisfóðrið var framleitt. Hvert fiskimjölssýni var um 50 kg.
Val á fiskimjölssýnum
Fiskimjölssýnin komu frá níu mismunandi framleiðendum og voru unnin úr ýmsum fisktegundum, þar á meðal kolmunna, síld, loðnu, makríl, ansjósu og Gulf menhaden. Efnagreining sýndi töluverðan breytileika í samsetningu sýnanna. Próteininnihald var á bilinu 62,3–73,8 g/100 g, fituinnihald 6,5–12,2 g/100 g og öskuinnihald 10,6–23,8 g/100 g. Rakainnihald allra sýna var innan iðnaðarviðmiða, eða undir 10%.
Nauðsynlegar amínósýrur voru að mestu sambærilegar milli sýna, en mestur breytileiki mældist í lýsíni (4,5–6,1 g/100 g) og valíni (2,8–3,6 g/100 g). Styrkur lífrænna amína og heildarmagn rokgjarns basísks niturs (TVB-N) var mjög mismunandi milli sýna, sem endurspeglar mismunandi ferskleika hráefnis og meðhöndlun þess fyrir vinnslu.
Vaxtar- og meltanleikatilraunir
Fóðurtilraunirnar voru framkvæmdar með Atlantshafslaxi (Salmo salar) í tilraunaeldisaðstöðu Matís í Reykjavík (MARS – Matís Aquaculture Research Station). Hvert fóður var prófað í þremur endurtekningum yfir sex vikna tímabil. Fiskar í þremur eldiskerjum fengu sama fóður í sex vikur og hvíldartími var hafður á milli tilrauna.
Meltanleiki hrápróteins var á bilinu 73,0–95,8% og meltanleiki amínósýra svipaður. Lýsín og metíonín reyndust lykilamínósýrur þar sem meltanleiki þeirra tengdist sterkast vaxtarviðbrögðum laxa og fóðurnýtingu. Munur á vaxtarhraða milli fóðursýna var hins vegar tiltölulega lítill. Sértækur vaxtarhraði (SGR – Specific Growth Rate) var á bilinu 0,84–1,14, sem bendir til þess að mismunur í samsetningu og gæðum fiskimjöls hafi haft takmörkuð áhrif á heildarvaxtargetu við þær aðstæður sem prófaðar voru.
NIR-litrófsgreining og líkanagerð
NIR-litróf voru mæld fyrir öll 26 sýnin með Bruker MPA-tæki. Spálíkön voru þróuð með minnstu fervika aðhvarfsgreiningu (PLSR) og fimm mismunandi formeðhöndlunaraðferðum.
Áreiðanlegustu spálíkönin náðu til rakainnihalds, þar sem krossstaðfestingarstuðull (R²CV) var allt að 0,82. Spálíkön fyrir vatnsleysanleg prótein sýndu einnig viðunandi spágildi (R²CV allt að 0,65). Hins vegar reyndust spálíkön fyrir aðrar breytur, þar á meðal amínósýrusamsetningu, lífræn amín, TVB-N, meltanleika og vaxtarviðbrögð, almennt ófullnægjandi. Líklegasta skýringin er sú að sýnasafnið var lítið (n = 26), breytileiki milli sýna takmarkaður og gildissvið mældra breyta of þröngt.
Einnig var kannað hvort ofurrófsgreining (hyperspectral imaging) gæti nýst við mat á gæðum fiskimjöls sem innihaldsefnis í laxeldisfóðri, en fylgnin reyndist enn veikari en með NIR-litrófsgreiningu.
Niðurstöður og umræður
Áður en rannsóknin hófst var ljóst að NIR-litrófsgreining getur nýst vel til hraðgreiningar á efnasamsetningu og ýmsum gæðaeiginleikum fiskimjöls. Markmið þessa verkefnis var hins vegar metnaðarfyllra: að tengja efnasamsetningu og gæðaeiginleika fiskimjöls við lykilmælikvarða á virkni laxeldisfóðurs, þ.e. meltanleika og vöxt. Hefði það tekist hefði verið unnt að þróa spálíkan sem gæti metið áhrif fiskimjöls á meltanleika og vaxtarárangur laxa áður en það væri notað í fóðurframleiðslu.
Niðurstöðurnar sýna að NIR-litrófsgreining hentar vel til hraðgreiningar á rakainnihaldi fiskimjöls og að nokkru leyti vatnsleysanlegum próteinum. Til að spá áreiðanlega fyrir um flóknari gæðabreytur, svo sem meltanleika og vaxtarviðbrögð, þarf hins vegar mun stærra og fjölbreyttara sýnasafn. Því er lagt til að í framhaldi verði sýnasafnið stækkað, fjölbreytni hráefnis aukin, tilraunaaðferðir samræmdar og kannaðir möguleikar ólínulegra spálíkana með sjálfstæðum prófunargögnum.
Í stuttu máli tókst því ekki að þróa það spálíkan sem stefnt var að í verkefninu, þar sem fjöldi sýna og breytileiki þeirra reyndist ekki nægjanlegur til að byggja upp líkan sem uppfyllir kröfur um áreiðanleika.
Skýrsluna má nálgast hér og frekari upplýsingar veitir jonas@matis.is
Vel var fylgst með öllum umhverfisþáttum, eins og vatnsgæðum, súrefni, hitastigi ofl.
Meltanleika- og vaxtartilraunir fóru fram í MARS þar sem fjöldi eldissérfræðinga starfar