En modell för biologisk kontamination av dricksvattensystem är utvecklad som ett komplement till kommersiella mjukvaror. Modellen benämns Biofilm contamination model (BioCon), vilken utgörs av delmodeller för transport och biofilmer. De dominerande processerna beskrivs genom ett system av partiella differentialekvationer. BioCon inkluderar även en numerisk lösare för de biofysikaliska modellerna och visualisering av den tidsupplösta kontaminationen i systemet. BioCon är utformad för att kunna hantera många olika biologiska agens och miljöparametrar genom parametrisering av de styrande ekvationerna. De två patogenerna Escherichia coli och Cryptosporidium spp. utgör pilotagens i denna rapport och relevanta egenskaper hos dem diskuteras. Förslag på parametrisering ges för E. coli baserad främst på publicerad litteratur men också till del från preliminär data från laboratorieexperiment genomförda under detta projekt. Modellstrukturen av de viktigaste komponenterna såsom transport, inbindning/dissociation, utveckling av biofilm, och påverkan av temperatur, desinfektionsmedel och näringsämnen, är utformade för att ge upphov till beteenden som överensstämmer med rapporterade experimentell data och teoretiska modeller. Huvuddragen i BioCon har på detta sätt blivit verifierade med avseende på nuvarande kunskapsläge, vilket presenteras i denna rapport. Däremot har en omfattande och kvantitativ validering av BioCon, genom jämförelse med experimentell data för samma system av agens, miljöfaktorer och flöden, ej kunnat genomföras inom ramen för detta projekt. Detta rekommenderas som en framtida studie.

Vattenbrist är en akut global, och i många områden växande, utmaning. Pågående klimatförändringar och växande behov i stora delar av världen förändrar både tillgången och efterfrågan på rent vatten. Europa står inför flera akuta vattenrelaterade utmaningar med betydande säkerhets- och miljömässiga konsekvenser. Perioder av återkommande vattenbrist är en av de främsta utmaningarna som redan har drabbat flertalet europeiska länder, särskilt utsatt är området kring medelhavet. Men, även i Sverige är vattenbrist en utmaning som äventyrar försörjning av både dricksvatten och vatten till industri och jordbruk i flera regioner i de södra och sydöstra delarna av landet. I både Vimmerby och Visby, Kalmar och Gotlands län, ses vattenbrist i dag som den främsta utmaningen för att säkra dricksvattenförsörjningen. Risken för vattenbrist förväntas öka i framtiden för båda dessa städer då pågående klimatförändringar bidrar till ökade säsongsvariationer i både nederbörd och temperatur. Utöver vattenbrist brottas båda städerna dessutom med att upprätthålla en god vattenkvalitet. Avrinning från jordbruket (bekämpningsmedel, gödselmedel, etc.) och föroreningar från urbana hårdgjorda ytor som letar sig ned i grund- och ytvattenkällor utgör en ständig risk för vattenkvaliteten i den samhällsviktiga dricksvattenförsörjningen. För att adressera dessa utmaningar och säkra tillgången till dricksvatten i tillräcklig mängd och av god kvalitet även i framtiden behövs ett övergripande tillvägagångssätt, som omfattar hållbara metoder för hantering av grundvatten, förbättrad övervakning av vattenkvalitet och utveckling av robusta strategier som möjliggör anpassning till att klara av ett föränderligt klimat. I detta projekt har konceptet industriell-urban vattensymbios utforskats som en möjlig lösning för att bidra till säkrad vattentillgång och minskad belastning på lokala dricksvattenresurser, med städerna Visby och Vimmerby som fallstudieobjekt. Vattensymbios är ett systematiskt samarbete där olika aktörer i samhället (industri, kommunala verksamheter, jordbruk, m.fl.) agerar tillsammans för att optimera vattenanvändningen och minska avfallet genom lösningar som faciliterar utbyte och återanvändning av vatten, biprodukter och resurser på ett ömsesidigt fördelaktigt sätt. Till exempel kan renat industriavloppsvatten återanvändas för jordbruksbevattning eller som kylvatten i närliggande industrier, vilket minskar efterfrågan på dricksvatten. Detta tillvägagångssätt främjar ett effektivt resursutnyttjande som minimerar vattenslöseri och minskar systemets totala miljöpåverkan. Projektets övergripande syfte har varit att utreda hur en industriell-urban vattensymbios skulle kunna utformas i Visby och Vimmerby för att minska belastningen på lokala vattenresurser genom nyttjandet av mjölkkondensat från Arla Foods AB’s som en möjlig vattenkälla. Utöver detta har projektet syftat till att utveckla och tillämpa en arbetsprocess för uppbyggnaden av lokala vattensymbiosinitiativ genom strukturerade intressentinvolverande metoder. I ett samarbete mellan lokala VA-bolag, kommunala och privata verksamheter och vattenanvändare, och forskare från RISE har en nulägesbedömning av vattentillgång, vattenbehov, vattenbalansmodellering och en kartläggning av vattenflöden tillgängliga för en framtida symbios genomförts. Tekniska möjligheter att effektivisera vattenanvändningen genom recirkulering och utbyte av vattenströmmar av varierande kvalitet har undersökts och utvärderats genom en kombination av teknoekonomisk analys och kvalitativ utvärdering tillsammans med medverkande vattenproducenter och verksamheter. Även hinder för implementering av vattensymbioser har undersökts (juridiska, tekniska och affärsmässiga) och förslag på åtgärder för att överbrygga dessa har tagits fram. Resultaten från projektet pekar på tydliga likheter och skillnader mellan de två fallstudieområdena. Bland verksamheter i både Visby och Vimmerby anses intern effektivisering och återanvändning av vatten vara en mer genomförbar lösning än vattensymbios i samverkan med andra verksamheter. Samtidigt ansågs symbioslösningar ha en större besparingspotential och kunna bidra med riskminimerande diversifiering bort från enbart en vattenkälla. För att symbioslösningar skall vara gångbara krävs dock att dessa sker inom ett relativt avgränsat geografiskt område för att minimera kostnader kopplade till transport av vatten mellan aktörer. För att utveckla symbiossamarbeten som fungera långsiktigt är tillit en avgörande aspekt. Även omfattande tillit mellan verksamheter lyftes som en avgörande faktor för ett få till symbioslösningar. Den tekno-ekonomiska bedömningen i projektet genomfördes utifrån perspektivet av ett generellt företag med kommunal dricksvattenförsörjning. För ett sådant företag kommer den ekonomiska bärkraften för vattenbesparande åtgärder att bero på den relativa kostnaden för vattenrening lokalt jämfört med kostnaden för att köpa dricksvatten från kommunen. Effekterna av detta framgår tydligt när man jämför fallen Visby och Vimmerby. I Visby visar resultaten att både intern återanvändning och industriell symbios kan vara ekonomiskt lönsamma lösningar utifrån industrins perspektiv. Rening och recirkulering med hjälp av RO membran och efterföljande polering bedömdes som mest lönsamt (med en återbetalningstid på cirka 3,5 år) av de fem möjliga åtgärder som studerades. Lösningen uppskattades kunna spara motsvarande vattenbehovet hos 500 typhushåll. I Vimmerby verkar ingen av åtgärderna medföra ekonomisk lönsamhet, då kostnaderna för samtliga fall är högre än dagens kostnader för kommunaltdricksvatten. Anledningen till skillnaden i lönsamhet mellan Visby och Vimmerby förklaras huvudsakligen av skillnaden i prissättningsmodell som används i av respektive VA-bolag i de två kommunerna. Utöver prissättningsmodellens roll som möjliggörare eller hinder för vattensymbios så identifierades utveckling av ett system för klassificering av vattenflöden enligt olika kvalitetsklasser, ökad kunskap om olika vattenklassers hållbarhet, och utveckling av lagar & regler för recirkulering och användning av vatten som viktiga områden för att facilitera effektivare vattenanvändning genom symbios. Detta projekt är ett av de första i Sverige med uttalat fokus på industriell-urban vattensymbios. Lärdomar från projektet kommer vara värdefulla för att vidare utreda möjligheten för symbioslösningar i Visby och Vimmerby, men även i andra kommuner runt om i Sverige. Flera frågeställningar kvarstår att undersöka. Till exempel har detta projekt inte studerat hur variationer i vattentillgång och vattenbehov över säsongen, eller dygnet, påverkar de studerade symbioslösningarna. Dessutom behövs mer detaljerade analyser av de hydrologiska förutsättningarna i respektive fall för att säga något om hur de studerade lösningarna kan påverka den lokala vattenbalansen under olika framtidsscenarier. Vidare bör den teknoekonomiska bedömningen som genomförts förstärkas genom att inkludera mer exakta kostnadsuppgifter (till exempel leverantörspriser på utrustning), inverkan av marknadsfluktuationer, och andra osäkerheter.

Hälsosamma livsmedel är idag något som många konsumenter prioriterar när de väljer mat till måltider, och intresset är också stort för färdiga rätter. Detta projekt initierades för att öka intresset för konsumtion av broccoli, en produkt med bra hälsovärde beaktat innehåll av näringsämnen och andra nyttiga ämnen, och att möta konsumenters efterfrågan på hälsosamma färdiga rätter. Broccolisorten ’Beneforte’ valdes eftersom denna sort har en dokumenterad högre halt av glukorafanin*. Det pågår kliniska studier i Europa om hälsoeffekter av broccolisorter med hög halt av detta ämne och dessa skulle kunna leda till att ett hälsopåstående blir godkänt av EFSA, den europeiska livssäkerhetsmyndigheten. Produkter baserade på denna broccolisort skulle då kunna marknadsföras med hälsopåståendet.

A rigid mineral-based deposit, termed ultra-high temperature (UHT) fouling, is formed on heat exchanger surfaces during milk processing at 140 °C. The removal of this type of fouling is for the first time assessed using a laser triangulation sensor and a camera, to measure changes in the thickness and to visualize structural changes in the fouling in situ. The process was monitored during both the alkali and acid cleaning steps. There was no global swelling of the fouling layer during alkali cleaning under the investigated conditions. However, significant degradation of the protein network was observed, which affected the acid cleaning step and the efficiency of the cleaning process. We conclude that treatment with alkali is required to facilitate the removal of deposits with high mineral content during the acid cleaning step. The results have implications for optimizing the cleaning process so as to minimize energy expenditure, while ensuring efficient heat transfer and maintaining product quality.

Ultra-high temperature (UHT) treatment of milk forms a deposit or fouling in the processing equipment that is mineral-based with an enclosed protein network. This study addresses the fundamental mechanisms that control the removal of this deposit. For this purpose, the structural and compositional changes during the cleaning process have been studied. The structure analysis was performed with scanning electron microscopy (SEM) and confocal laser scanning microscopy (CLSM) on samples that were quenched at different stages of the cleaning process. It was found for acid cleaning that the mineral content is rapidly decreasing in the fouling layer as the cleaning continues, but there is still an intact protein structure with the similar thickness as the original fouling. For alkali cleaning, part of the protein structure was subsequently removed from the outside towards the stain-less steel as a function of time, while the mineral structure was mostly remaining. The break-up of the organic network structure, which likely involves depolymerization of protein aggregates, were found to control the cleaning efficiency. The weakening of the protein network facilitates the removal of the UHT fouling layer during the acid cleaning step and allow for an efficient cleaning cycle. The chemical reactions that occur within the fouling layer between the hydroxyl ions and the protein network was modeled according to a depolymerization reaction and a mechanistic model of the cleaning process is presented. © 2019

A pilot-scale process for continuous in-flow microwave processing of particulate pumpable foods, designed and implemented at RISE Agrifood and Bioscience, was evaluated for heat treatment of a particulate, viscous model food at high-temperature conditions at 2450 MHz. The microwave system has three consecutive cavities, one excited by the TM020 microwave mode that heats primarily in the centre of the tube, and two cavities fed by TM120 modes that heat primarily in the tube periphery. In this paper, combined TM020 and TM120 tubular microwave heating is evaluated as an alternative to high-temperature short-time (HTST) processing for a high-concentrated particulate model product. Rapidness in heating of the product was evaluated after tubular microwave heating for different time-temperature conditions, corresponding to the required microbiological inactivation for a model product intended for storage at ambient conditions. Moreover, the effects on product quality of the microwave heated model soup were investigated in terms of texture, piece integrity and colour. Microstructural analysis was used to gain an understanding of the effects of heating at a microscopic scale. It was found that the microwave-assisted HTST system results in large process flexibility. Additionally, it offers advantages in product quality in terms of piece integrity and texture.

The fouling structure and composition is dependent on the product, but also on the heating process applied to it. The structure will have profound effect on the cleaning process and the down time in the production plant. Here, the structure of high temperature (137 °C) milk fouling has been investigated, which so far has not been sufficiently studied in a systematic way. This particular fouling has a high content of the mineral calcium phosphate and a relatively low concentration of protein. Wide angle X-ray diffraction (WAXD) reveals a crystalline structure of calcium phosphate in agreement to the chemical analysis of the bulk layer. Microscopic investigations visualize the heterogeneous structure and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) shows a spatial variation of the elements through the radius of the sample.

A pilot-scale process for continuous in-flow microwave processing of foods, designed and implemented at SP Food and Bioscience, was evaluated for heat treatment of a homogeneous model food for high-temperature short-time (HTST) conditions, at constant total input microwave power, at 2450 MHz. The microwave system has three consecutive cavities, one excited by the TM₀₂₀ microwave mode that heats primarily in the tube centre, and two TM₁₂₀ mode cavities that heat primarily in the tube periphery. The temperature uniformity of the homogeneous model food after microwave heating is here evaluated in terms of spatial distribution, for different set-ups of input microwave power in each cavity and for different order of the placement of the cavities, while maintaining the total input microwave power. The microwave heating uniformity is evaluated, based on measured and calculated radial temperature profiles. Combined TM₀₂₀ and TM₁₂₀ heating was found to result in more uniform heating by means of spatial temperature uniformity over the tube cross section. Furthermore, appropriately selected microwave power distribution between the centre and periphery heating cavities results in a stable heating profile in the studied food, that differs only about 10 °C or less between highest and lowest average values directly after microwave heating.

Purpose: To describe a more sustainable food sector, a supply chain approach is needed. Changing a supply chain inevitably means that various attributes of the product and its system will change. This project assumed this challenge and delivered detailed descriptions, life cycle assessment (LCA) evaluations, and consequence assessments of the supply chains of six commodities, i.e., milk, cheese, beef, pork, chicken, and bread, from a Swedish region. This paper presents results for the pork supply chain. Methods: In the project setup, experts on production along supply chains designed three scenarios for environmentally improved systems. These scenarios, i.e., the ecosystem, plant nutrients, and climate scenarios, were intended to address different clusters of environmental goals. The next step was to challenge these scenarios by considering their possible consequences for products and systems from the food safety, sensory quality, animal welfare, consumer appreciation, and (for primary production only) cost perspectives. This led to changes in production system design to prevent negative consequences. The final supply chains were quantified using LCA and were again assessed from the three perspectives. Results and discussion: The scenario design approach worked well, thoroughly and credibly describing the production systems. Assessment of consequences bolstered the credibility and quality of the systems and results. The LCA of pig production and smoked ham identified large potentials for improvement by implementing available knowledge: global warming potential (GWP) could be reduced 21–54 % and marine eutrophication by 14–45 %. The main reason for these improvements was improved productivity (approaching the best producers’ current performance), though dedicated measures were also important, resulting in increased nitrogen efficiency, more varied crop rotations for crop production and better production management, and improved animal health and manure management for animal production. Reduced post-farm wastage contributed as did reduced emissions from fertilizer production. Conclusions: The working approach applied was successful in integrating LCA research with food system production expertise to deliver results relevant to supply chain decision-makers. The consequence assessments brought considerable value to the project, giving its results greater credibility. By introducing constraints in the form of “no negative consequences and no increased costs,” the work was “guided” so that the scenario design avoided being hampered by too many opportunities.