Hemiselluloosaa tulevaisuuden tarpeisiin

Puut ja peltokasvit sisältävät runsaasti vielä tällä hetkellä laajemmin hyödyntämätöntä hemiselluloosaa, jolla voi tulevaisuudessa olla monia sovelluksia esimerkiksi elintarvike- ja pakkausteollisuudessa. Näin kertoo Suomen Akatemian tutkijatohtori Kirsi Mikkonen, joka tutkii erilaisten hemiselluloosien ominaisuuksia ja niiden hyödyntämismahdollisuuksia Helsingin yliopistossa.

Mikkonen kertoo hemiselluloosan olevan erittäin kiinnostava raaka-aine sen joustavuuden vuoksi. ”Kasvien soluseinässä on selluloosaa, ligniiniä ja hemiselluloosaa. Esimerkiksi puusta kolmasosa on hemiselluloosaa. Hemiselluloosa on useista monosakkarideista eli sokeriyksiköistä koostuva pitkä ja muokkautumiskykyinen molekyyliketju. Ilman hemiselluloosaa puu ei huojuisi tuulessa, sillä hemiselluloosa sijaitsee selluloosan seassa väliaineena, ja muodostaa ristisidoksia ligniinin kanssa, mikä vaikuttaa puun soluseinän rakenteen joustavuuteen.”

Läpimurto hemiselluloosan eristämisessä

Hemiselluloosasta tekee kiinnostavan myös sen vesiliukoisuus. Hemiselluloosan molekyyliketjussa on mukana monosakkaridi- ja asetyylihaaroja, joiden ansiosta ketjut eivät pakkaudu kovin tiiviisti vierekkäin. Hemiselluloosa reagoi vedessä ja muodostaa vesi-öljyseoksissa uusia rakenteita, mikä tekee siitä kiinnostavan raaka-aineen muun muassa elintarvikkeen rakenteen muodostamiseen ja stabilointiin.

Elintarvikkeiden sakeuttamisaineina käytetään muun muassa Intiasta saatavaa guarkumia tai Välimeren alueelta saatavaa johanneksenleipäpuujauhetta. Suomen selluteollisuuden ohessa on jo pitkään tuotettu kemiallisesti karboksimetyyliselluloosaa, joka toimii stabilointi- ja täyteaineena. Kirsi Mikkosen mukaan hemiselluloosa on uusi kotimainen puhdas raaka-aine, jota ei ole vielä päästy laajamittaisesti hyödyntämään. Syynä tähän on se, ettei hemiselluloosia ole saatu tehokkaasti irrotettua erilaisista materiaalivirroista.

Kuvan pöytähomogenisaattorilla tehdään karkea emulsio, joka viedään korkeapainehomogenisaattoriin.


















”Eri kasvimateriaaleista saatavat hemiselluloosat eroavat toisistaan, mikä tekee niiden irrottamisesta ja prosessoinnista hankalaa. Nyt eristystekniikassa on tapahtumassa merkittävä läpimurto. Uuden, Turussa kehitetyn alipainemenetelmän avulla puusta saatavat selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini saadaan erotettua tehokkaasti toisistaan. Kun raaka-ainetta saadaan ympäristöystävällisesti ja tehokkaasti talteen, myös sovellusten kehittäminen etenee.”

Jotta laajamittaiseen tuotantoon joskus päästäisiin, pitää hemiselluloosan ominaisuuksia ja toimintaa vielä tutkia.

Hemiselluloosasta pakkauskalvoja, emulgaattoreita ja aerogeelejä

Kirsi Mikkosen mukaan metsäteollisuudesta ja maatalouden sivuvirroista saatavia hemiselluloosia voitaisiin käyttää muun muassa pakkaus- ja elintarviketeollisuudessa. Hemiselluloosia voitaisiin jalostaa esimerkiksi sellutehtaiden yhteydessä toimivissa uusissa biojalostamoissa.

”Hemiselluloosasta voisi valmistaa pakkauskalvoa, joka estää tehokkaasti hapenläpäisyn ja siten rasvan hapettumista ja mikrobien kasvua elintarvikkeissa. Nykyisin elintarvike- ja kosmetiikkapakkauksissa käytetään kalliita öljyperäisiä materiaaleja, joille hemiselluloosakalvot toisivat ekologisesti kestävämmän vaihtoehdon. Hemiselluloosat ovat vesiherkkiä, mutta tämäkin olisi ratkaistavissa vedeltä suojaavien yhdisteiden avulla.”

Mikkonen tutkii parhaillaan hemiselluloosien käyttöä emulgaattoreina.

”Emulgaattori on yhdiste, joka auttaa kahden toisiaan hylkivän nesteen sekoittumista toisiinsa emulsioksi, sekä parantaa nestepisaroiden pysymistä toistensa joukossa. Kuusesta saatavalla galaktoglukomannaanilla on tutkimukseni mukaan erinomaisia ominaisuuksia. Se auttaa muodostamaan pienipisaraisia emulsioita ja pitämään pisarat hyvin toistensa joukossa. Näistä ominaisuuksista olisi etua esimerkiksi salaattikastikkeissa, juomissa ja muissa elintarvikkeissa tai kosmetiikan tai lääketeollisuuden tuotteissa, joissa halutaan sekoittaa rasva, vesi ja muut aineosat toisiinsa mahdollisimman pysyvästi pitkän aikaa.”


Korkeapainehomogenisaattori rikkoo rasvapisarat pieniksi pisaroiksi hemiselluloosan ja veden liuokseen. Noin 700 barin paineen läpi vietynä syntyy maalimaista valkoista emulsiota.

 

 

 

 

 

 


”Tutkimus on osoittanut, että hemiselluloosat muodostavat kevyitä ja pinta-alaltaan laajoja muokkautuvia aerogeelejä, joilla voi olla monia sovelluskohteita. Tutkimme parhaillaan tarkemmin näiden uusien aerogeelien ominaisuuksia.”
Jatkossa on vielä tarkemmin selvitettävä mitä rasvan ja veden rajapinnalla tapahtuu, jotta hemiselluloosan emulsiota stabiloiva vaikutus saadaan tarkasti selville. Hemiselluloosaa voisi hyödyntää myös veden, polysakkaridien ja ilman avulla valmistettavissa aerogeeleissä, joita voidaan käyttää esimerkiksi lihapakkausten kosteutta imevinä tyynyinä tai lämpöeristeinä.



Partikkelikokoanalysaattorilla mitataan emulsion pisarakokoa. Valon sirontaa hyödyntävällä analysaattorilla saadaan emulsion pisarakoon jakauma selville. Laitteella voi myös seurata emulsioiden fysikaalista pysyvyyttä ajan myötä.

 

 

 

 

 

 

Hemiselluloosan eri sovelluskohteista kaikkein lähimpänä teollista massatuotantoa ollaan kalvojen tutkimuksessa. Emulsioissa riittää vielä tutkittavaa, vaikka kiinnostavia tuloksia on jo saatu. Muun muassa vesiherkkyyttä ja epäpuhtauksien vaikutuksia pitää vielä selvittää.

”Haaveeni on, että jonain päivänä kaupan hyllyillä nähdään tuote, jossa on hyödynnetty hemiselluloosan parhaimpia ominaisuuksia”, visioi Mikkonen.   


Teksti ja kuvat: Risto Alatarvas

Viimeksi muokattu 16.9.2015

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi