Socio-economic evaluation of sunflower agri-food chains in Brazil in view of the potential implementation of innovative plant protein ingredients for human consumption

Abstract

This study aimed at performing a socio-economic analysis of an agri-food chain focused on a non-established crop in view of the potential implementation of food innovations, using sunflower agri-food chains in Brazil and upcoming sunflower high-quality food protein ingredients as a case study. Thus, fieldwork was carried out in the main sunflower-producing areas between April and August 2016 for data collection among sunflower chain agents from the input, farming, and processing segments, besides representatives from the research sector. Section 1 applied a multiple case study embedded design to describe and analyze the dynamics of operation of sunflower agri-food chains in Brazil. The analysis followed a theory-driven approach based on concepts from transaction costs economics and the social network approach. The findings indicated an environment of high transaction costs, in which the economic transactions are ruled by formal and relational governance structures, and made possible through knowledge diffusion, under the coordination of a processing company. Nevertheless, the sustainable long-term operation of the sunflower chains is constrained by typical limitations of non-established crops, such as restricted market structure, land use competition with well-established crops, and technological limitations regarding plant breeding, and control of pests and diseases. Moreover, Section 1 revealed that a farmer-led sunflower chain in the state of Mato Grosso (MT) stood out regarding the operational stability, suggesting a closer analysis of this farmers’ collective endeavor, which was performed in the subsequent section. Thus, Section 2 adopted a single case study embedded design to describe and analyze the establishment process of the leading Brazilian sunflower agri-food chain located in MT under the regime of farmers. The analysis followed a framework that regarded the agri-food chain establishment as an entrepreneurial process. The findings indicated that the process of establishment of this sunflower chain has been a complex social-economic endeavor stemming from a set of interconnected driving forces composed of entrepreneurial skills, social network, resource availability, and crop suitability. Furthermore, Section 2 suggested the existence of a supportive institutional environment for the establishment of new sunflower agri-food chains in MT among soybean farmers, besides indicating the need of examining the potential for sunflower production expansion in MT, which was the focus of the next section. Thus, Section 3 applied an integrated assessment approach that combines an agent-based model (ABM) with a crop growth model to investigate the potential for sunflower land use expansion in double-cropping systems prevailing in MT. The ABM was implemented using the software package Mathematical Programming-based Multi-Agent Systems (MPMAS), and the crop yields simulations were implemented using the process-based model for nitrogen and carbon in agro-ecosystems (MONICA). The findings indicated the existence of a potential for the expansion of the sunflower production in MT. Nevertheless, this potential is constrained by the distance between the producing areas and the processing facilities. Moreover, the simulations confirmed the land use competition between sunflower and maize, showing that sunflower land use is strongly associated with agents’ expectations regarding prices and yields of sunflower and maize. However, the results also revealed a complementary effect between these two crops due to the different water deficit tolerance of these crops. Section 3 also highlighted that the simulated potential production of sunflower would require further increases in the current processing capacity installed in MT. To conclude, the analyses performed in Sections 1, 2, and 3 indicated relevant aspects to be considered by innovators interested in implementing food innovations related to non-established crops. The scarcity of feedstock suppliers requires the adoption of contractual and relational governance structures coupled with the provision of technical assistance at the farming level. Moreover, farmers with a recognized professional and social reputation as well as leadership abilities play an important role in influencing other farmers to adopt a non-established crop. Finally, the suitability of the crop for the agricultural system prevailing in the region is essential for ensuring a minimum level of farmers’ willingness to adopt a non-established crop. In this regard, particular attention should be given to the land use competition with well-established crops.

Die vorliegende Arbeit auf die Durchführung einer sozio-ökonomischen Analyse einer Agrar- und Lebensmittelkette unter Fokussierung auf eine nicht etablierte Feldfrucht und im Hinblick auf die potenzielle Implementierung von Lebensmittelinnovationen. Zu diesem Zweck werden die Agrar- und Lebensmittelkette der Sonnenblume in Brasilien und in der Entwicklung befindliche hochqualitative Proteininhaltsstoffe auf Basis dieser Pflanze als Fallstudie betrachtet. Abschnitt 1 verwendet als Untersuchungsmethode einen mehrfachen Fallstudienansatz, um die Funktionsdynamik der agrarischen Sonnenblumenwertschöpfungsketten in Brasilien zu beschreiben und zu analysieren. Die Analyse folgte einem auf der Theorie der Transaktionskosten und der Theorie von sozialen Netzwerken basierenden Ansatz. Die Ergebnisse zeigen ein Umfeld hoher Transaktionskosten, in welchem die Transaktionen von formalen und beziehungsgebundenen Governancestrukturen beherrscht werden, hervorgerufen durch Wissensdiffusion unter dem koordinierenden Einfluss eines verarbeitenden Unternehmens. Dennoch ist eine dauerhaft nachhaltige Funktion von Sonnenblumenwertschöpfungsketten, wie für nicht etablierte Feldfrüchte typisch, eingeschränkt: dies wird bedingt durch eine begrenzte Marktstruktur, Landnutzungskonkurrenzen mit gut etablierten Feldfrüchten und technologische Limitierungen im Hinblick auf die Pflanzenzucht sowie den Pflanzenschutz. Darüber hinaus zeigt Abschnitt 1, dass eine durch die Landwirte selbst organisierte Sonnenblumenwertschöpfungskette im Bundesstaat Mato Grosso (MT) sich durch ihre funktionale Stabilität hervortut. Entsprechend wird in Abschnitt 2 ein einfacher Fallstudienansatz gewählt, um den Entstehungsprozess der prominentesten Sonnenblumenwertschöpfungskette Brasiliens, ansässig in MT und organisiert von Landwirten, zu beschreiben und zu analysieren. Dabei folgt die Analyse der Vorstellung, dass die Entstehung der agrarischen Lebensmittelwertschöpfungskette einem unternehmerischen Prozess entspricht. Die Ergebnisse zeigen, dass der Entstehungsprozess dieser Sonnenblumenwertschöpfungskette einer komplexen sozio-ökonomischen Anstrengung entspringt, resultierend aus einer Mischung untereinander verbundener Antriebe: unternehmerischer Kompetenzen, sozialer Netzwerke, vorhandener Ressourcen und passender Feldfrüchte. Im weiteren Verlauf deutet Abschnitt 2 die Existenz eines unterstützenden institutionellen Umfelds für die Etablierung neuer Sonnenblumenwertschöpfungsketten in MT unter den Landwirten an, die bislang Soja anbauen. Abschnitt 3 nutzt den Ansatz einer integrierten Abschätzung und kombiniert hierzu ein Agenten-basiertes Modell (ABM) mit einem Pflanzenwachstumsmodell, um das Potenzial der Anbauflächenausweitung für Sonnenblumen in den vorherrschenden Zweifruchtsystemen in MT zu untersuchen. Das ABM wurde mithilfe der Software „Mathematical Programming-based Multi-Agent Systems“ (MPMAS) umgesetzt, die Ertragssimulation erfolgte mittels des prozessbasierten „Models for nitrogen and carbon in agro-ecoystems“ (MONICA). Die Ergebnisse zeigen ein Potenzial der Produktionsausweitung von Sonnenblumen in MT an. Jedoch ist dieses Potenzial limitiert durch die Entfernungen zwischen Anbaugebieten und Verarbeitungsstätten. Darüber hinaus bestätigen die Simulationen die Landnutzungskonkurrenzen zwischen Sonnenblumen und Mais: es besteht ein starker Zusammenhang der Akteure im Hinblick auf erwartete Preise und Erträge dieser Feldfrüchte. Allerdings zeigen die Ergebnisse auch, dass ein komplementärer Effekt zwischen Sonnenblumen und Mais besteht, da unterschiedliche Toleranzen gegenüber Trockenstress existieren. Abschnitt 3 zeigt zudem, dass das simulierte Potenzial der Anbauausweitung von Sonnenblumen einen Ausbau der aktuell vorhandenen Verarbeitungskapazität in MT bedarf. Zusammenfassend beschreiben die Analysen der Abschnitte 1, 2 und 3 die von gestaltenden Akteuren zu beachtenden Aspekte, wenn Lebensmittelinnovationen durch nicht etablierte Feldfrüchte erfolgen sollen. Die Knappheit an Rohstofflieferanten erfordert den Einsatz vertraglicher und beziehungsgebundener Governancestrukturen, verknüpft mit der Bereitstellung technischer Unterstützung für die landwirtschaftliche Erzeugung. Zudem spielen Landwirte mit hoher Professionalität, sozialer Reputation und Führungsqualitäten eine wichtige Rolle im Einwirken auf andere Landwirte bezüglich des Anbaus von nicht etablierten Feldfrüchten. Schließlich ist die grundsätzliche Eignung dieser Feldfrüchte für das regional vorherrschende Anbausystem unverzichtbar, um ein Mindestmaß an Anbaubereitschaft für nicht etablierte Früchte bei den Landwirten sicherzustellen. In dieser Hinsicht ist besondere Aufmerksamkeit bezüglich der Landnutzungskonkurrenzen mit gut etablierten Feldfrüchten angezeigt.