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

Planetary boundaries(Rockström et al., 2009)

”Feeding the world within the carrying

capacity of planet earth”

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 voudigeaan eerder in de keten verbruikte energie

● Ongeveer 30% van het geproduceerde voedsel wordt niet geconsumeerd

● Eiwitconsumptie Nederland:

● consumptie: 103.4 gr/dag (70.8 gr dierlijk, 32.6 gr plantaardig)

● behoefte: 65 gr/dag (~ 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

7

Source: http://www.fao.org/platform-food-loss-waste/en/

FUSIONS definitional framework

Food waste: Any food, and inedible parts of food, removed from the food supply chain to berecovered 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 retailerRetailer +

consumer

Food waste – latest estimate EU-28

Verdeling over landen in EU-27 (data 2006)

15

Verdeling over landen in EU-27 (data 2006)

16

Total amount of

food waste

Specific amount of food waste

Agricultural production

Post-harvest handling &

storage

Processing and

Packaging

Distribution Consumption

1000 tons

kg/capita

Share of individual stages [%]

EU-27 138 019.4 279.8 34.2 7.5 12.0 5.1 41.2 NL 6 506.3 398.3 41.8 18.7 7.9 3.5 28.2

Source: ITAS-calculations based on the SIK-methodology (Gustavsson et al. 2013)

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 theday

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

Microbialdecay [%]

Temperature and quality strawberries

days

Spoilage

[%]

4 °C

11°C

18°C

Believe in ‘miracle’ treatment

-93%

Temperature has bigger effect than modified atmosphere packaging

-55%

Chain conditions

Temperature

Distribution

[days]8°C 10°C 12°C 18°C

9 ++ ++ + ---

11 ++ + + ---

14 + + --- / + ---

17 + --- / + --- ---

19 --- / + --- / + --- ---

Unique solution – Fruit Storage

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

New storage technology for partners in fruit supply chains

DCS™ effect on scald

sensitive Italian Granny S. after 8 months + shelf life

Prevention of scald development – good alternative for chemical treatment DPA

DCS™ ULO

~0,4 % O2 1.2% O2

Ripening depends on temperature and

initial firmness

Temperature

Firm fruit

Medium fruit

Soft fruit

GreenChainge project - biomarkers

Looking for a metabolite or other parameter that is ableto 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 mushroomsusing camera vision systems

New methods:

Example: senescence predictor Rose (patent!)

QUEST – Energy reduction in reefer transport

Maersk Line refrigerateswith 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

SolutionDevelopment of new texturisation process and product Consumer acceptance testing

ResultChicken like product from only soymeal and waterSpin 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.

Exergy

Exergie - De kwaliteit van energie

ChemicalPhysical

Kinetic

Potential

Electrical

Thermal

Pressure

...

Reference environment (To, Po, wo, ...)

Potential to

do work

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 broodketenExergieanalyse 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

0.64 0.66 0.68 0.70 0.72

Recycle bakery + retail leftovers through sourdoughprocess

Recycle bakery leftovers through sourdough process;generate animal feed from retail leftovers

Use bakery + retail leftovers for bakery heat generation

Use bakery + retail leftovers for animal feed

Leftovers are considered waste (no valorisation)

Exergetic Efficiency of valorisation alternatives

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 propertiesusing 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

Result

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

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

Atze-Jan van der Goot, Wageningen UR, FPE

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