Kemiallinen sormenjälki paljastaa luonnontuotteiden salat

6.3.2018

Lasipurkissa pöydällä on peukalonpään kokoisia kellanharmahtavia möykkyjä. Ne ovat kuusen oksapihkaa, jota arkeologiset löydöt todistavat suomalaisten käyttäneen lääkinnässä jo tuhansia vuosia. Samaa ainetta sisältää nykyäänkin apteekeissa myytävä pihkavoide, jonka teho haavojen hoidossa on todistettu kliinisissä kokeissa.  

”Tutkijalle ei kuitenkaan riitä, että hän tietää jonkin toimivan. Hän haluaa myös tietää, mistä se johtuu”, tiivistää Itä-Suomen yliopiston orgaanisen kemian professori Janne Jänis.

Jäniksen johtama tutkimusryhmä on selvittänyt massaspektrometrian avulla erilaisten luonnontuotteiden kemiallisia rakenteita. Viime vuonna päättyneessä Suomen Akatemian rahoittamassa projektissa pääpaino oli bioöljyjen kemiallisen koostumuksen tutkimisessa.

”Korkean tason analyyttista kemiaa on tehty jo viitisenkymmentä vuotta, ja aineiden rakennetta voidaan tutkia atomitasolla. Silti luonnonaineiden kemia tunnetaan edelleen huonosti. Siksi siihen sisältyy valtavia mahdollisuuksia.”

Bioöljytutkimuksen kannustimena päästövähennykset

Bioöljytutkimuksessa tärkeänä kannustimena ovat olleet erilaiset ympäristösopimukset ja niihin liittyvä lainsäädäntö. Biopolttoaineiden tutkimukseen on ollut pakko panostaa, jotta päästövähennystavoitteet voitaisiin täyttää.

Kun biopolttoaineita alettiin valmistaa, havaittiin, että puupohjaisissa bioöljyissä on useita hankalia ominaisuuksia fossiilisiin verrattuna. ”Niiden lämpöarvo on alhaisempi, ne sisältävät paljon vettä ja happea, toimivat huonommin kylmässä ja ikääntyvät nopeammin”, Jänis luettelee.

Bioöljyjen ”kemiallisen sormenjäljen” selvittäminen massaspektrometrialla auttaa niiden jalostamisessa ja hyödyntämisessä. Kun aineen kemian ymmärtää, on myös edellytykset sen ominaisuuksien parantamiseen. Olennaista on tunnistaa yhdisteistä myös pieninä määrinä esiintyvät ainesosat. Esimerkiksi raakaöljyssä jo 0,5 prosenttia rikkiä riittää myrkyttämään katalyytit, minkä vuoksi sen olemassaolo on tärkeä tietää. Samoin bioöljyjen jalostamisessa hyvinkin pienillä pitoisuuksilla voi olla merkitystä.

Myös infrastruktuuri- ja STN-rahoitusta

Suomen Akatemian rahoituksella on ollut Joensuussa toimivalle tutkimusryhmälle suuri merkitys. Sen avulla on pystytty palkkaamaan kymmenkunta työntekijää, ja tutkimukseen liittyen on valmistunut tai valmistumassa useita opinnäytetöitä.

Tärkeää on myös laadukas infrastruktuuri. Itä-Suomen yliopistoon pari vuotta sitten hankittu korkean resoluution FTICR-massaspektrometri on Suomessa ainoa laatuaan, ja koko Euroopassa vastaavia on Jäniksen mukaan vain kymmenkunta.  Kemian laitokselle ollaan hankkimassa myös uutta korkean resoluution ioniliikkuvuusmassaspektrometria, johon on saatu Suomen Akatemian FIRI-rahoitus.

”Ryhmällämme ei ole käytössä laajaa infraa, mutta mahdollisuuksien mukaan pyrimme hankkimaan huippulaitteita. Se mahdollistaa myös palvelututkimuksen yritysten kanssa”, Jänis toteaa.

Parhaillaan tutkimus jatkuu yhteistyössä kestävän metsäbiotalouden FORBIO-hankkeen kanssa. Metsätieteiden, kemian ja ympäristöalojen tutkimusta yhdistävällä hankkeella on Suomen Akatemian yhteydessä toimivan strategisen tutkimuksen neuvoston rahoitus.

Maatalouden sivuvirrat tutkimuksen kohteena

Suomen kaltaisessa laajassa maassa biomassa soveltuu hyvin hajautettuun energiantuotantoon, mutta polttoainekäytössä ongelmia aiheuttaa se, että raaka-aine sijaitsee hajallaan ympäriinsä. Koska liikennepolttoaineiden tuotanto edellyttää keskittämistä, se vaatii myös valtavasti raaka-aineiden kuljettamista.

Jäniksen tutkimusryhmää kiinnostavatkin tällä hetkellä biomassaa enemmän jätteet ja tuotannon sivuvirrat, joille täytyy joka tapauksessa tehdä jotain. Tutkimuksen painotus on siirtynyt bioöljyistä yhä enemmän niin teollisuuden kuin alkutuotannonkin erilaisten sivuvirtojen hyödyntämiseen.

”Yksi tutkimuskohteistamme ovat agrobiomassat eli maatalouden sivuvirrat. Niitä ovat muun muassa kauran akanat ja kahvin valmistuksessa yli jäävät kahvipavun osat”, Jänis mainitsee.

Muita sivutuotteita ovat esimerkiksi selluteollisuuden mustalipeä ja puun kuorijäte. Usein ne päätyvät poltettaviksi, mutta uuden tutkimuksen myötä niistä voi löytyä jotain arvokasta.

Erityiskomponenttien hyödyntämistä eivät Jäniksen mukaan välttämättä rajoita myöskään tuotantovolyymit, toisin kuin liikennepolttoaineissa, joissa puhutaan sadoistatuhansista tonneista.

Katse tulevaisuuden tuntemattomassa

”Yksikin tietty yhdiste voi osoittautua merkittäväksi. Esimerkiksi koivun kuoren valkoisessa osassa olevasta betuliinipigmentistä on tutkittu, voisiko sitä käyttää lääkkeenä tiettyihin syöpiin”, hän havainnollistaa. Liiketoiminta voi tällöin olla kannattavaa, vaikka tuotantovolyymit olisivat vain muutamia kymmeniä kiloja.

Tieteelle tyypillisesti Jäniksen ryhmänkin tutkimuskohteena on usein jotain, mitä ei itse vielä edes ymmärretä. Jänis esittelee purkkia, joka sisältää vaaleaa, miedosti metsäiseltä tuoksuvaa tahnaa. ”Tässä on koivun kuoresta emäskäsittelyllä hydrolysoituja suberiinirasvahappoja. Niissä on ihan omanlaisensa kemiallinen rakenne.” Aine on niin uutta, ettei sen tulevista käyttötarkoituksista vielä ole tietoa. Erilaisten ominaisuuksiensa, muun muassa antibakteerisuuden, takia sitä voitaisiin mahdollisesti käyttää kosmetiikan raaka-aineena, rehuteollisuudessa tai kenties polymeerien valmistuksessa. Mahdollisuudet ovat kuitenkin vielä avoinna.

”Tutkimusta ei voi tehdä vain niin, että ennalta tiedetään, mitä halutaan. Katse on suunnattava tulevaisuuteen. Siksi tässä päädytään usein tuntemattomille poluille”, Jänis muistuttaa.

Teksti ja kuvat: Anna Dannenberg

Viimeksi muokattu 6.3.2018
Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »