Esitys mikrolevien käytöstä lypsylehmien valkuaisrehuna ja omasta väitöskirjatutkimuksestani North Food -tapahtumassa 8.6.2017, Helsingissä. Lisätietoja väitöskirjatyöstäni http://blogs.helsinki.fi/melammin/

1. Mikrolevät vaihtoehtoisena
valkuaisrehuna
Marjukka Lamminen
Tohtorikoulutettava
marjukka.lamminen@helsinki.fi
North Food Viikki
8.6.2017
CC BY-NC-ND
Kuva: Learn 2 Teach, Teach 2 Learn / Flickr CC BY-NC
1MAATALOUSTIETEIDEN LAITOS
MAATALOUS-METSÄTIETEELLINEN TIEDEKUNTA

2. Miksi tarvitaan uusia valkuaisrehuja?
• Eurooppa on valkuaisvararikossa
– Valkuaisomavaraisuus EU:ssa ~30 %, Suomessa ~15 %
• Soijantuotanto kestämätöntä
– Epäsuorat ja suorat maankäytön muutokset  biodiversiteettikato, kasvihuonekaasupäästöt,
sosiaaliset ja eettiset ongelmat
– Typpi- ja fosforivirrat Etelä-Amerikasta Eurooppaan  ravinnekuormitus
• Rypsi, rapsi ja neonikotinoidit
– Haitallista pölyttäville hyönteisille (?)
– Neonikotinoidien käyttökielto pienentää satoja
• EU:ssa keskimäärin -4 % (vaihteluväli -0,5 %  -22 %) (HFFA 2017)
• Kalajauho kallistuu ja tuotanto vähentynyt
– 20 vuoden aikana hinta ~500 €/tn  ~1200 €/tn – korkeimmillaan jopa ~2000 €/tn
• Maapallon väestö lisääntyy, globaalisti kulutustottumukset länsimaistuvat
 KIIVAS TARVE LÖYTÄÄ PAREMPIA, TEHOKKAAMPIA JA
YMPÄRISTÖYSTÄVÄLLISEMPIÄ REHUVAIHTOEHTOJA
2

3. 3
RIIPPUVAISUUS TUONTIVALKUAISESTA
HAAVOITTUVA KOTIELÄINTUOTANTO
Markkina-
hintojen
rajut
heilahtelut
Valkuais-
rehujen
saatavuuden
heikentyminen
Rehuperäiset
taudit
&
GMO
+ Kestävyysongelmat!
+ Ravinnevirrat Suomeen!

4. Monimuotoiset mikrolevät
ovat yksisoluisia organismeja
• Koko noin 5-50 μm
• Lajeja arviolta
30 000-1 000 000?
• Suurin osa fotosynteettisiä eli
yhteyttäviä lajeja
• Lisääntyminen suvullisesti ja
suvuttomasti
• Aitotumallisia ja esitumallisia
• Optimaalinen kasvu
+ 20-25 °C
• Makea, suolainen ja murtovesi,
hapan ja emäksinen ympäristö,
kylmä-kuuma
4
CO2
N, P,
K

5. Muutamia mikrolevien elinympäristöjä
5
Kuvat: Ylärivi vas. Development Seed/Flickr CC BY, oik. Asten/Flickr CC BY-NC. Alarivi vas. Lars Lundqvist/Flickr CC BY-NC-SA, oik. USFWS-Pacific Region/Flickr CC BY-NC

6. Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi
6
Mikrolevälajien
kirjoa
Kuva:
Proyecto Agua/Flickr CC BY-NC-SA

7. Mikrolevien kasvatustapoja
7
Kuvat: Ylärivi vas. Texas A&M AgriLife/Flickr CC BY-NC-ND, oik. Microphyt/Flickr CC BY-NC-SA. Alarivi vas. IGV Biotech/Wikimedia Commons CC BY-SA, oik. Microphyt/Flickr CC BY-NC-SA

8. Mikrolevien ylivoimaa
• Nopea kasvuvauhti (Chisti ym. 2007)
– Mikrolevien biomassa kaksinkertaistuu < 24h kuluessa
• Eksponentiaalisen kasvun vaiheessa jopa < 3h kuluessa
– Korjuu 1-10 päivän välein
• Euroopan olosuhteissa (Benelux-maat) (van Krimpen ym. 2013)
– Kuiva-ainesato 15-30 tn/ha/vuosi
– Valkuaissato 5-20x rypsiä suurempi
• Teoriassa optimiolosuhteissa kuiva-ainesato jopa 162 tn/ha/vuosi
(Masojídek ym. 2013)
• Suuri valkuaispitoisuus, esim. Spirulina platensis jopa 700 g/kg
ka
– Vrt. rypsirouhe 379 ja soijarouhe 460-537 g/kg ka (Luke rehutaulukot)
8
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi

9. Nopea kasvu + suuri valkuaispitoisuus
= suuri valkuaistuotos/ha
9
Maa-ala, joka tarvitaan tuottamaan valkuaista
Rypsi
32,8 haHerne
18,8 ha
Härkä-
papu
15,7 ha
Mikro-
levät
0,7-2,5 ha
10 000 kg:
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi
Van Krimpen ym. 2013, VTT 2015

10. Mikrolevätutkimus
• Ensimmäiset mikrolevätutkimukset 1800-luvun
puolivälissä
• Virallisesti tutkimusalana 1950-luvun alusta
• Ajurina biopolttoaineiden tuotanto
• Haasteena leväöljyn taloudellinen kannattavuus 
uusien sovelluskohteiden etsintä
– Ravintolisät
– Eläinten rehut
– Jätevesien ja savukaasun puhdistus
– Pigmentit
– Ym.
10
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi

11. Mikrolevät eläinten rehuna
• Aiheena vielä suhteellisen vähän tutkittu, vaikka ensimmäinen
julkaisu mikrolevien rehukäytöstä jo 1952
• Tutkimusta pääasiassa yksimahaisilla eläimillä: siat, siipikarja,
kalat
• Mikrolevät soveltuvat kuitenkin todennäköisimmin märehtijöiden
rehuksi (kalojen lisäksi)
– Aminohappokoostumus, osalla lajeista sulavuus (soluseinä), nukleiinihapot
– Sika & siipikarja: mikrolevä voi korvata ~10-15 % tavanomaisista
valkuaisrehuista ilman että tuotos heikkenee
• Märehtijöillä enimmäkseen rasvahappotutkimusta:
– Suuri rasvapitoisuus, pienet leväannokset
 Ei merkitystä valkuaisruokinnan kannalta
11
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi

12. Mikrolevien erityisrooli kestävässä
kotieläintuotannossa
• Mikrolevien kasvatukseen ei välttämättä tarvita maatalousmaata
– Maankäytön muutokset yksi suurimmista rehun- ja ruoantuotannon ympäristökuormitteista
 Mikrolevät eivät kilpaile ruoantuotannon kanssa
• Ihmisten ja tuotantoeläinten välisen rehu-ruoka -kilpailun vähentäminen
välttämätöntä
– Ruoantuotannon ympäristökuormituksen vähentäminen
– Riittävästi ruokaa 9 miljardille ihmiselle 2050
• Teoriassa: Jos 40% kotieläinten rehuista korvattaisiin mikrolevillä ja
tarpeettomaksi jäävä maa-ala käytettäisiin bioenergian tuotantoon
(Walsh ym. 2015)
 Ilmaston lämpeneminen voitaisiin rajoittaa alle +2 °C ilman että
ruoantuotantoa ja kulutusta muutetaan muulla tavalla
– Onko 40% tavoite realistinen?
12
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi

13. 13
VIIKIN LEVÄKOKEET LYPSYLEHMILLÄ
5 FYSIOLOGISTA RUOKINTAKOETTA
1) Pilotti
2) Rypsi vs. Spirulina platensis ja Chlorella
vulgaris mikrolevien seos
3) Rypsi vs. Spirulina platensis
4) Soija vs. 3 erilaista mikrolevälajia
5) Rypsi vs. härkäpapu vs. Spirulina platensis
Rehun syönti?
Maidontuotanto ja maidon koostumus?
Ravintoaineiden hyväksikäyttö?
– erityisesti N ja P
Aminohappo-aineenvaihdunta?

14. Tuloksia Viikin leväkokeista:
Mikrolevien koostumus
14
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi
Kuiva-
aine,
g/kg
Tuhka,
g/kg ka
NDF,
g/kg ka
Raaka-
rasva,
g/kg ka
Raaka-
valkuainen,
g/kg ka
Histidiini,
g/kg RV
Rypsi 871 71 294 53 320 26
Soija 878 76 145 11 439 27
Spirulina platensis 947 72 0 51 693 18
Chlorella vulgaris 948 51 0 123 588 18
Nannochloropsis
gaditana
962 158 77 192 385 18
Histidiini on ensimmäisenä maidontuotantoa rajoittava aminohappo
viljaan ja nurmisäilörehuun pohjautuvassa ruokinnassa (Vanhatalo ym.
1999)

15. Tuloksia Viikin leväkokeista:
Kuiva-aineen syönti, kg/pv
Spirulinan ja Chlorellan 1:1 seos
15
17
19
21
23
25
Rypsi Rypsi+levä Levä
Koe 2
15
17
19
21
23
25
Ei valk. Rypsi Rypsi+Spirulina Spirulina
Koe 3
15
17
19
21
23
25
Soija Spirulina Chlorella Chlorella
+Nanno
Koe 4
48%
15
17
19
21
23
25
Rypsi Rypsi
+Spirulina
Härkäpapu Härkäpapu
+Spirulina
Koe 5
VR% 44% 45% 45% 47% 45% 45% 42%
51% 41% 40%
Seosrehuruokinta

16. 20
24
28
32
36
Rypsi Rypsi+levä Levä
Koe 2
Tuloksia Viikin leväkokeista:
Maitotuotos, kg/pv
Spirulinan ja Chlorellan 1:1 seos
20
24
28
32
36
Ei valk. Rypsi Rypsi+Spirulina Spirulina
Koe 3
20
24
28
32
36
Soija Spirulina Chlorella Chlorella
+Nanno
Koe 4
20
24
28
32
36
Rypsi Rypsi
+Spirulina
Härkäpapu Härkäpapu
+Spirulina
Koe 5

17. Johtopäätöksiä Viikin leväkokeista
• Mikrolevät soveltuvat lypsylehmien valkuaisrehuksi
• Huonohko maittavuus voi heikentää levien syöntiä
yksittäisillä lehmillä – rakenne, haju vai maku? Rehun
rakeistus voisi auttaa!
• Rypsiin verrattuna mikrolevien maidontuotantovaste
hieman heikompi
• Soijaan verrattuna mikrolevien maidontuotantovaste on
(vähintään) yhtä hyvä
• Levälajilla on merkitystä – Spirulina lupaavin?
17
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi

18. Lopuksi:
Miksi emme jo käytä mikroleviä rehuna?
18
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi
• Mikrolevien kasvatus vielä hyvin uusi toimiala, kehittyvä systeemi –
haasteena tuotantomittakaavan skaalaus suurempaan
• Tuotantokustannus - vrt. rypsin hinta Suomessa 2017: 0,38 - 0,41 €/kg (VYR) – huom! Maataloustuet!
– Kiertovesiallas (avoin, ulkoilmassa): n. 1,6-1,8 €/kg
– Fotobioreaktori (suljettu): n. 9-10 €/kg
• Levänkasvatuksessa käytettävä vesi, hiilidioksidi ja ravinteet saatava
mahdollisimman edullisesti – sivuvirtojen, jätteiden ja savukaasujen
hyödyntäminen
– Jos ilmaista, tuotantokustannus putoaa merkittävästi:
• Kiertovesiallas n. 0,3-0,4 €/kg
• Fotobioreaktori n. 3,8 €/kg
• Sivutuotteilla ja sivupalveluilla hintaa alemmaksi!
– mm. rehut, jätevesien puhdistus..
Kustannus-arviot
vaihtelevat lähteittäin, jopa
~70 €/kg!
Slade & Bauen 2013

19. www.helsinki.fi/yliopisto
KIITOS!
Marjukka Lamminen
marjukka.lamminen@helsinki.fi 19http://blogs.helsinki.fi/melammin/