Voedselverspilling - hoe kan technologie bijdragen aan een

Voedselverspilling - hoe kan technologie
bijdragen aan een oplossing?
Themamiddag Agrifoodtech-platform
20 oktober 2016, Ben Langelaan
Overzicht
 Achtergrond: duurzame voedselvoorziening
 Voedselverspilling:
● Wat is het?
● Waarom bestaat het?
● Waar treedt het op?
 Maatregelen tegen voedselverspilling
 Voorbeelden van succesvolle technologische oplossingen
 De toekomst: keteninnnovaties
2
The global challenge
”Feeding the world within the carrying
capacity of planet earth”
Planetary boundaries
(Rockström et al., 2009)
Duurzame voedselvoorziening (1)
 De uitdagingen:
● Groeiende wereldbevolking
● Groeiende welvaart en verstedelijking
● Relatie voeding/voedingspatroon en gezondheid
● Negatieve gevolgen voedselproductie (verlies biodiversiteit,
water- en energieverbruik, depletie mineralen)
● Impact klimaatverandering (koolstofcyclus)
● Maar ook: impact van huidige stikstof- en fosfaatcyclus
● Biobased economy, dwz biomassa als vervanging voor fossiele
en minerale grondstoffen
Duurzame voedselvoorziening (2)
 Een aantal getallen (1):
● Voedselproductie gebruikt momenteel 30% land, 70% water,
20% energie
● Iedere calorie op ons bord vertegenwoordigt het 20-25 voudige
aan eerder in de keten verbruikte energie
● Ongeveer 30% van het geproduceerde voedsel wordt niet
geconsumeerd
● Eiwitconsumptie Nederland:
● consumptie: 103.4 gr/dag
● behoefte: 65 gr/dag
(70.8 gr dierlijk, 32.6 gr plantaardig)
(~ 0.8 g/kg/dag)
● Voor 1 kg dierlijk eiwit is 6 kg plantaardig eiwit nodig
● veestapel consumeert 40% wereldgraanoogst en 70% soja
Duurzame voedselvoorziening (3)
 Voedselzekerheid in 2050:
● Voedselproductie 60% hoger t.o.v. 2005/2007
● Groter aandeel dierlijk eiwit in consumptiepatroon
● Benodigd: verdubbeling van opbrengst / ha
 Duurzaamheid in 2050:
● Benodigd: 25% van huidige impact / ton
jaar
bevolking
vlees
zuivel
(miljard) (miljard kg) (miljard kg)
1950
2,7
45
270
2000
6,0
229
580
2050
9,1
465
1043
Source: FAO predictions 2050 (rev. 2012)
Voedselverspilling: wat is het ?
 Veel definities beschikbaar
● Food waste / food loss
● Avoidable / unavoidable
● Quantity / quality
 Zonder definitie geen betrouwbare data
Source: http://www.fao.org/platform-food-loss-waste/en/
7
FUSIONS definitional framework
Food waste: Any food, and inedible parts of food, removed from the food supply chain to be
recovered or disposed to B3-B11,describing different end of life treatments
Food waste – latest estimate EU-28
Voedselverspilling: waarom is het er ?
 Huidig voedselsysteem is gericht op efficiency,
snelheid, productiviteitsverhoging
● Voedsel is goedkoop
● Maatregelen tegen verspilling kosten ook geld
● Binnen de keten zijn verschillende belangen
 Supply chains worden steeds langer en complexer
● Mondialisering, demografische ontwikkelingen,
verstedelijking
● Consumentenvoorkeur: minder bewerkt voedsel,
jaarrond beschikbaar
10
Voedselverspilling: waarom een probleem?
 We moeten in de toekomst meer mensen voeden
 Productie van voedsel heeft negatief effect op milieu
(biodiversiteit, water, energie, mineralen)
Als voedselverspilling een land zou zijn, dan was het na de
VS en China de grootste vervuiler
 Ethisch dilemma: meer dan 1 miljard mensen leiden
aan ondervoeding (m.n. in ontwikkelingslanden waar
grootste bevolkingsgroei wordt voorspeld)
● Mondiaal perspectief: beschikbaarheid en prijzen
van grondstoffen
 Verspilling van voedsel is ook verspilling van geld
(individuele consument, nationale/wereldeconomie)
 Wie is er tegen vermindering van voedselverspilling?
11
Europese en mondiale doelstellingen
Sustainable Development Goals (SDG) 12.3:
 In 2030 halveren van de wereldwijde voedselverspilling
per inwoner op detailhandel en consumenten niveau en
terugdringen van voedselverliezen tijdens productie en
in de keten.
 EC Circular Economy Pakket, Target = SDG 12.3
Verplichte monitoring, oprichting Europees Platform
Ketencontext voedselproductie
Grower
Processor
Carrier
DC retailer
Retailer +
consumer
Food waste – latest estimate EU-28
Verdeling over landen in EU-27 (data 2006)
15
Verdeling over landen in EU-27 (data 2006)
Total
amount of
food
waste
Specific
amount
of food
waste
Agricultural
production
Post-harvest
handling &
storage
Processing
and
Packaging
Distribution
1000 tons kg/capita
Share of individual stages [%]
EU-27 138 019.4
279.8
34.2
7.5
12.0
5.1
NL
6 506.3
398.3
41.8
18.7
7.9
3.5
Source: ITAS-calculations based on the SIK-methodology (Gustavsson et al. 2013)
Consumption
41.2
28.2
16
Voedselverspilling in primaire productie
 Uitsorteren van producten op de boerderij a.g.v.
kwaliteitstandaarden van afnemers t.a.v. gewicht, vorm,
grootte, uiterlijk
 Te lage marktprijzen om kosten van de oogst te dekken
 Overproductie a.g.v. leveringsvoorwaarden met afnemers
 Beschadiging van gewassen tijdens de oogst
17
Voedselverspilling in food processing
 Onvoldoende kwaliteit van aangeleverde goederen – vaak
“batch rejects”
 Productbeschadiging a.g.v. onzorgvuldige omgang / slechte
processen
 Achteruitgang kwaliteit door besmetting tijdens productie
 Bederf a.g.v. verpakkingsproblemen
 Overproductie van “eigen merken” – kunnen niet elders
worden afgezet
 Veel voorraad a.g.v. slechte afstemming met retail &
distributie
18
Voedselverspilling in distributie & retail
 Gebrek aan koelingsfaciliteiten / interruptie “cold chain”
 Verpakkingsdefecten -> productschade
 Te veel voorraad a.g.v. inaccurate orders en forecasting
 Verplichting voor retailers om een brede range van
merkproducten af te nemen voor korting bij de producent
 Niet voldoen aan minimum food safety vereisten (microbiële
besmetting, residuen pesticide)
 Marketing strategieën zoals “1 + 1 gratis”
 Omgang met houdbaarheidsdata
19
Voedselverspilling supermarkten in 2013
• Schatting economische derving bij Nederlandse supermarkten:
3.6% van de totale omzet van bederfelijke producten
• Deze is als volgt over de verschillende productgroepen
verdeeld:
• Naar schatting betekent dit per jaar ongeveer 24.000 ton
brood.
Bron: WageningenUR, Verwaarding van voedselreststromen uit supermarkten, 2015, BO-20-015-005
Voedselverspilling in hospitality & catering
 Te grote porties
 “All you can eat” buffetten, waardoor mensen meer
opscheppen dan ze kunnen opeten
 Onvoldoende afstemming tussen verpakkingsgrootte en
consumentenbehoefte (hotels, catering)
 Moeite om vraag te voorspellen (aantal klanten)
 EU hygiene regels, b.v. op bewaren van producten buiten de
koelkast
21
Voedselverspilling bedrijfscatering in 2010
• De verspilling in de cateringsector, bedraagt ongeveer 104
ton per week, zo’n 50 miljoen kg per jaar;
• De top 10 van verspilde producten:
• Categorie brood:
Bron: WageningenUR, Reductie voedselverspilling in Nederlandse cateringsector, 2012, rapport 1335
Voedselverspilling bij de consument
 Gebrek aan planning en kennis over aankopen en bewaren
 Impuls-aankopen (gratis artikelen, nieuwe producten)
 Verpakkingsgrootte (b.v. te grote kant-en-klaar maaltijden)
 Verwarring over labels (THT, TGT)
 Onvoldoende kennis en vaardigheden om maaltijden te
bereiden, incl. gebruik van kliekjes voor nieuwe maaltijden
 Onvoldoende planning bij het bereiden van maaltijden, te
grote porties
23
Voedselverspilling door consumenten
• De verspilling door consumenten bedraagt gemiddeld 47
kg per persoon per jaar
Het is (en blijft) een actueel onderwerp
Er komen steeds meer oplossingen
Echter, de hoeveelheid in NL neemt niet af
Bron: WageningenUR, Monitor voedselverspilling 2009-2014 (Vollebregt, 2016).
Voedselverspilling – veelkoppig monster
 Oplossingsroutes:
● Scholing en educatie
● Wet- en regelgeving
● Financiële incentives
● Sociale en organisatorische innovaties
● Technologische innovaties
28
Voedselverspilling – veelkoppig monster
Impact van oplossing is afhankelijk van behoud van
waarde (ladder van Moerman):
● Preventie (voorkomen van voedselverliezen)
● Toepassing voor humane voeding (bijv. voedselbanken)
● Converteerbaar voor humane voeding (be-, ver- en
herbewerking van voedsel)
● Toepassing in diervoer
● Grondstoffen voor biobased economy
● Verwerken tot meststof door vergisting
(+ energieopwekking)
● ......
● Verbranden als afval
(vernietiging + energie)
● Storten van GFT
(storten voedselresten is verboden)
29
Sociale innovatie, inspirerende initiatieven
The
harvest
…
…Of the
day
Waarde-creatie met “afval” uit supermarkt
Upscaling: de Verspillingsfabriek
Food THREE SIXTY ecosysteem
Bewustwording: dat wat je meet heeft de
neiging zich te verbeteren
Eetmaatje voorkomt voedselverspilling
Product understanding is key !
∆Q
∆t
Temperature and quality strawberries
Microbial
decay [%]
Spoilage [%]
18°C
11°C
4 °C
days
Believe in ‘miracle’ treatment
-55%
-93%
Temperature has bigger effect than modified atmosphere packaging
Chain conditions
Temperature
Distribution
[days]
8°C
10°C
12°C
18°C
9
++
++
+
---
11
++
+
+
---
14
+
+
--- / +
---
17
+
--- / +
---
---
19
--- / +
--- / +
---
---
Unique solution – Fruit Storage
New storage technology for partners
in fruit supply chains
Challenge
Store year-round Dutch apples and pears and assure high eating quality
Solution
Built a consortium of cooperatives and pack houses in fruit supply chains
A novel patented DCS™ system using fruit metabolites/volatiles signals
Result
Growing market (retailers) demand for DCS™ fruits because of its superior quality
In 2014 FBR controls 22.500 ton fruits stored with DCS™!
Demand currently exceeds offering
DCS™ effect on scald
sensitive Italian Granny S. after 8 months + shelf life
DCS™
~0,4 % O2
ULO
1.2% O2
Prevention of scald development – good alternative for chemical treatment DPA
Ripening depends on temperature and
initial firmness
Firm fruit
Medium fruit
Soft fruit
Temperature
GreenChainge project - biomarkers
 Looking for a metabolite or other parameter that is able
to predict Quality Decay.
 Traditional methods: Firmness, TSS, DW, sugars, color,
ethylene, respiration, shape (mango), CF, oil content
 Method must be embedded in current processes
 Ex.: measuring color in whole crate of mushrooms
using camera vision systems
 New methods:
 Example: senescence predictor Rose (patent!)
QUEST – Energy reduction in reefer transport
Maersk Line refrigerates
with a difference
Challenge
Reduce energy consumption of reefer containers carrying perishable
commodities such as fruit, flower bulbs and meat
Solution
Cooling technology, ICT and quality attributes of fresh produce
Result
65% energy savings without affecting quality
CO2 emissions reduced by 500.000 tonnes annually
Competitive advantage with long-term environmental strategy
Kansen voor verpakkingstechnologieën
 Klassiek
 Geavanceerd
Houdbaarheid kan vaak nog
met weken verlengd worden
Intelligente verpakkingen
√ Verminderen distributiefouten (foutleveringen)
□ Verbeteren handling in de keten
□ Burgers helpen levensmiddelen juist te bewaren
□ Geavanceerde THT codes (Pasteur chip)
Reducing losses during food production
Lutèce: more mushroom in
the jar
Challenge
Reduce mushroom shrinkage while bottling mushrooms
Solution
Entire production process evaluation, advise and support of process improvements
Result
Cheaper and more environmentally friendly production process
2-3% more mushrooms bottled
waste water costs down by 20%
Sometimes advisors are too optimistic about the
changes they suggest, with FBR it was the other way
around. The returns were even higher than expected.
Eddy Teenstra, Lutèce
Reducing losses during food production
Model for prediction of
freeze damage
Challenge
Develop model for prediction of freeze damage on basis of easy to
measure parameters
Solution
Model based on freezing speed (freezing temperature and freezing
method) which can predict freeze damage
Result
Reduction of the need for experimental research to optimise the freezing
process
Hospitality sector
Patient wellness due to new
food concepts in hospitals
Challenge
Reduce food spillage in hospitals and increase patients food satisfaction
Solution
Create and objectively measure new meal concepts
Evaluate and optimize hospital food supply chain, from ingredient to serving
Result
Food spillage reduced from 42% to 2.2%
Annual cost reduction of at least 60 M€
Improved patient food intake and satisfaction
E-cooking
The Nutri-Pulse® 'cooks'
with electric pulses
Challenge
Sustainable method to uniformly ‘cook’ food within minutes
Solution
Extending PEF, a mild preservation technique, to heat by pulsed power
Optimization of settings and sensory tests to optimize speed and taste
Result
The Nutri-Pulse® e-cooker for cooks and product developers in food
industry
Fast food preparation; meat stew ready in minutes
The Nutri-Pulse® e-Cooker is the winner
of the Food Valley Award 2011.
Protein Technology – Product Development
‘Plenti’ to eat for Ojah
Challenge
Develop a meat substitute with a bite
Solution
Development of new texturisation process and product
Consumer acceptance testing
Result
Chicken like product from only soymeal and water
Spin off company with own production facility
Protein Technology – Texturization
Shear cell technology
Challenge
A sustainable technology for the production of meat substitutes with a
meaty mouth feel and bite.
Solution
Scaling up of the newly developed shear cell technology in which simple
shear flow is used to align proteins, thereby forming fibrous structures.
Result
Fibrous products having a hierarchical structure, one of the most important
structural characteristics of meat.
A design of apparatus for de-central production of meat replacing products
on a small scale.
Exergie - De kwaliteit van energie
Potential
Kinetic
Exergy
...
Physical
Chemical
Pressure
Electrical
Potential to
do work
Reference environment (To, Po, wo, ...)
Thermal
Exergieanalyse
•
•
•
•
•
•
Kan tegelijkertijd de kwaliteit en kwantiteit beoordelen van grondstoffen, water,
energie en nevenstromen
Wordt uitgedrukt in een enkele eenheid (J)
Objectieve beoordeling van de grondstofefficiëntie van een systeem
 Hoe lager het exergieverlies, hoe beter de grondstofefficiëntie
Kan zowel globaal (op keten niveau) als op een enkele unit operation toegepast
worden
Kan gebruikt worden om alternatieve processen met elkaar te vergelijken
Vaak gebruikt in energie en chemische industrie, deels verantwoordelijk voor de
enorme groei in de 20e eeuw: efficient omzetten van beschikbare energie in arbeid
Licht
Licht
De broodketen
De broodketen
Exergieanalyse vers brood
- Chemische exergie is grootste deel van totale exergie -> Verminder nevenproducten
- Hoogste energieverbruik: bakken en koelen
- Overall efficiëntie: 64.5%
- Efficiëntie broodketen relatief hoog
- Grote exergiestroom door hergebruik Broban kratten
=> Exergieanalyse in staat voedingsmiddelenketens in kaart te brengen
Vergelijk sustainability van effectiviteit van
valorisatie van brood verliezen
Exergetic Efficiency of valorisation alternatives
Leftovers are considered waste (no valorisation)
Use bakery + retail leftovers for animal feed
Use bakery + retail leftovers for bakery heat generation
Recycle bakery leftovers through sourdough process;
generate animal feed from retail leftovers
Recycle bakery + retail leftovers through sourdough
process
0.64
0.66
0.68
0.70
0.72
Nieuwe onderzoekslijn
De kwantificatie van de kwaliteit van voeding
Waarom is (chemische) exergie waarde van meel hetzelfde als die van
brood?
- Natief zetmeel (in meel) moeilijk te verteren
- Na hydrateren en verwarmen: gelatinisatie van zetmeel: goede
verteerbaarheid
 Verschil in nutritionele waarde wordt niet meegenomen in waarde
chemische exergy
Nieuwe onderzoekslijn
Bepalen van minimale processing
Chemische exergie waarde van meel hetzelfde als die van brood
 Waarom veel exergie besteden aan transformatie van meel naar brood?
 Welke hoeveelheid exergieverlies is minimaal nodig om de transformaties te
bewerkstelligen?
 Bakken van brood:
 Drogen van het deeg
 Zetmeel gelatinisatie
 Maillard reactie
Alternatief: bv. drogen van brood onder vacuum
met magnetron straling?
Biorefinery – Mild separation
Maintain protein properties
using Shear Cell
Challenge
Develop a method to separate proteins and keep their physical properties
Solution
Development of the shear cell system at FPE
Protein and gluten quality assessed
Our invention is now used by Food & Biobased
Research to help companies valorising the
proteins in their materials. This is how
Wageningen UR supports the food industry
Result
Atze-Jan van der Goot, Wageningen UR, FPE
60% separation of solids
Gluten quality preserved (includes soluble gluten)
Protein structure changed, physical properties remain intact
90% water and 50% energy reduction compared to conventional method
Voedselverspilling: take-home messages
 Over het probleem zijn we het eens, het implementeren
van goede oplossingen is lastiger
 Iedere maatregel is er één, maar ben je bewust van:
● Symptoombestrijding
● Onverwachte effecten
 Begrijp je product !
 Er zijn veel technologische oplossingen om het
kwaliteitsverloop van producten te beïnvloeden
 De echte (systeem-) verbeteringen zijn alleen op
ketenniveau te realiseren
 Samenwerking is hiervoor essentieel !
62
Met dank aan...
 Toine Timmermans (WFBR, EU-Fusions, EU-Refresh)
 Jan Broeze (WFBR, Top Institute Food & Nutrition)
 Harry Aiking (IVM - VU)
 STOA – Science and Technology Options Assessment
(European Parliament)
●
report Technology options for feeding 10 billion people - Options for Cutting Food Waste
http://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/etudes/join/2013/513515/IPOL-JOIN_ET(2013)513515_EN.pdf
63