34 Kotimaisten luontaisten värien tuotantoketju kehittyy pellolta pöytään

Ensin oli kananmunan keltuainen ja sen keskeinen väriaine, luteiini. Jotta munan keltuainen vastaisi väriltään kuluttajien toiveita, kananrehuun on lisättävä keltaista luteiiniväriä. Värikonsentraatti on rehun merkittävä kustannustekijä ja kokonaan tuontiartikkeli. Tulevaisuudessa sitä toivottavasti korvataan kotimaisella tuotteella.

Luteiinia ja muita luontaisia värejä tuotetaan värikasvien avulla pääasiassa Aasiassa. Biokasvu Oy:ssä syntyi ajatus tarjota kotimaiselle maataloudelle uudenlainen tuotantomahdollisuus: suomalaisella pellolla tapahtuva värikasvien tuotanto.
Kotimaisen värikasvituotannon kehittäminen lähti liikkeelle varsinaissuomalaisilla pelloilla osuuskunta AF- Innovan toimesta vuonna 1999. ”Varsinais-Suomen väriryhmä” valitsi tutkimusväriyhdisteiksi karotenoidit, beta-karoteenin (E160a), luteiinin (E161b), betalaiinin (E 162) sekä antosyaanivärin (E163).
Markkinoilla olevan keltaisen luteiinijauheen raaka-aine on samettikukan (Tagetes erecta) kukkaosa, johon kasvin sekundaarinen metabolia tuottaa pieniä määriä pigmenttiä suoja-aineeksi. Samettikukan käsityövaltainen viljely ja uuttaminen tapahtuvat nykyisin Kiinassa. ”Väriryhmä” valitsi karotenoidilähteeksi kehäkukan (Calendula officinalis) ja betalaiinilähteeksi revonhännän (Amaranthus ssp.). Kaikkien näiden kukkien hehtaari-mittakaavainen tuottaminen peltoviljelykalustolla lienee uutta Suomessa.

Haasteena kukkamateriaalin prosessointi

Väriyhdisteiden antioksidatiivisten ominaisuuksien vuoksi prosessointi ja värin stabilisuus ovat keskeisiä haasteita. Esimerkiksi lämpötilarajat ovat tiukat. Suurimittakaavaisesti kukkamateriaalia on rumpukuivattu ja pelletöity väripigmenttien säilyvyyden parantamiseksi. Verrattuna muihin kuivausmenetelmiin rumpukuivaus näyttäisi käyttökelpoiselta kuivaustekniikalta.
Kukkamateriaalin hajottaminen vaatii usein entsyymikäsittelyä. Useimmiten on tarpeen yhdistellä erityyppisiä, kasvien solukkorakenteita hajottavia entsyymejä. Kasvimateriaali hienontuu entsyymikäsittelyssä pieniksi partikkeleiksi, ja nestefaasit on tarvittaessa erotettava toisistaan esimerkiksi sentrifugoimalla. Hajoamisen ja samalla erottumisen tehokkuuteen vaikuttavat mm. entsyymikonsentraatio, sekoitusaika ja -tapa sekä lämpötila. Entsyymikäsittelyn kehittäminen jatkuu edelleen. Pigmenttirikkaimmat tuotteet saadaan aikaan pelkät terälehdet sisältävän raaka-aineen prosessoinnista. ”Selektiivisen” eli vain kukkaosan (tai pelkät terälehdet) keräävän korjuukaluston kehittäminen asettaakin suuren teknisen haasteen koneketjun kehitystyölle.

Erotusteknologinen osaaminen keskeisessä roolissa

Tutkimuskokonaisuuden erotusteknologiapainotteisen osuuden haastavuus asetti tutkimusryhmän monien mielenkiintoisten pulmien eteen. Toistaiseksi ”paras” tulos saavutettiin kuitenkin melko pienellä kemianteknologian osaamisella: suoraan pellolta korjattu, runsaasti kukkaosaa sisältävä raaka-aine soveltuikin sellaisenaan kuivattavaksi ja edelleen rehun runsaspigmenttiseksi valmistusaineeksi. Kotimainen samettikukkakonsentraatin luteiinipitoisuus vastaa ulkomailta tuotavien värikonsentraattien tasoa ja on sellaisenaan hyödynnettävissä rehunvalmistuksessa.
Elintarvike- ja kosmetiikkateollisuuteen haluttiin pidemmälle jalostettuja ja rikastettuja väripreparaatteja, joissa kemiallinen ja erotusteknologien osaaminen olivat keskeisemmässä roolissa. Testatuista erotusmenetelmistä jatkokehittelyyn valittiin ne erotustekniikat, jotka nähtiin mahdollisina toteuttaa myös tuotantomittakaavassa.
Keskeisessä teknisessä roolissa olivat BioTRIMin ja Turun Ammattikorkeakoulun tarjoa-
-mat laitteistopalvelut. Pilot -mittakaavaisilla laitteilla valmistettiin koe-erät väripreparaatteja: öljyyn tai alkoholiin liuotettuja luteiinia tai seoskarotenoideja sekä hiilihydraattiin sidottua amarantiiniväriä. Värin kantaja-aineilla pyrittiin lisäämään stabiilisuutta ja helppokäyttöisyyttä. Esimerkiksi öljypalmun karotenoidit on tuotteena samantyyppinen kuin samettikukan tai kehäkukan karotenoidit, joka on liuotettu raffinoituun kasviöljyyn. Amarantiini-väri spray-kuivattiin punaiseksi jauheeksi.
Eristettyjen pigmenttifraktioiden väriainepitoisuuksia määritettiin sekä spektrofotometrisesti että kromatografisesti.

Jatkokehitystä tarvitaan

Seuraavat haasteet liittyvät pigmenttijakeiden pigmenttipitoisuuden nostamiseen. Tällöin niiden käyttökelpoisuus paranisi esimerkiksi elintarviketeollisuudessa.
Toinen, varsinkin kosmetiikkateollisuuden sovelluksia koskeva hankaluus on se, että luontaiset värit – niiden luonnollisten biologisten toimintojen takia – eivät ole kovin pysyviä päivänvalossa, varsinkaan rikasteissa.
Pysyvyyden parantamiseksi esim. luontaisena väriaineena käytetyt klorofyllit muokataan kemiallisesti ja metalli-ioni vaihdetaan magnesiumista kupariksi. Jotakin on tehtävissä myös tämän hankkeen pigmenttirikasteille, mutta siitä voitte toivottavasti lukea lisää tulevista Kehittyvä elintarvike -lehden numeroista.
Varmaa kuitenkin on, että kiinnostus väriyhdisteisiin säilyy, ei ainoastaan väriominaisuuksien, vaan myös niiden bioaktiivisuuden vuoksi.

Kari Valta
projektipäällikkö
AF-Innova
kari.valta (at) gmail.com

Eila Järvenpää
tutkija
Turun yliopisto
Bio- ja elintarvikekemian laitos

Rainer Huopalahti
professori
Turun yliopisto
Bio- ja elintarvikekemian laitos

Heikki Aro
tutkija
MTT laboratoriot

Veli Hietaniemi
laboratoriopäällikkö
MTT laboratoriot

Luontaisille väriaineille on kysyntää

Erityisesti elintarviketuotannossa globaalitrendi on ollut korvata synteettisiä värejä luontaisilla väriaineilla. Samankaltainen kehitys on nähtävissä myös muilla teollisuudenaloilla. Luontaisten värituotteiden globaalimarkkinat ovatkin merkittävässä kasvussa.
Värien käyttöä säätelee kunkin teollisuudenalan lainsäädäntö, esimerkiksi kosmetiikkateollisuudessa on elintarvikkeista tuttuja E-koodeja vastaava C.I. -numerojärjestelmä. Lainsäädännön avulla pyritään lisäksi määrittelemään, onko väriä tuova yhdiste valmistusprosessissa ”pää- vai sivuroolissa”.
Tällä hetkellä keskustellaan aktiivisesti värjäävistä valmistusaineista, jotka luetteloidaan valmistusaineina eikä lisäaineina. Muun muassa Elintarviketurvallisuusvirasto on laatinut verkkosivulleen kannanoton asiasta (www.evira.fi).
Värejä koskevat säädökset ovat arvioinnissa EU:ssa. Arviointi selkiyttänee lainsäädännöllisiä erityiskysymyksiä kuten punajuurivärin; Amaranthus-kasveista saatava amarantiini -väriaine on kemiallisesti samanlainen kuin punajuurivärin betalaiini (E162), paitsi, että se on disakkaridi, kun betalaiini on monosakkaridi. Amarantti (E123) on sen sijaan atsoväreihin kuuluva väriaine.
Tutkimuksen kannalta valmistusaineen tai lisäaineen valmistusprosessissa ei ole merkittävää eroa; kummankin tulee olla kaikissa käyttösovelluksissaan hyväksyttäviä ja turvallisia. Tällä hetkellä ehkä mielenkiintoisin väriyhdiste on luteiini, jonka tutkimus- ja patentointitoiminta on vilkasta.
Kaikki väriyhdisteet ovat voimakkaita antioksidantteja ja luteiinin on tutkitusti todettu ehkäisevän mm. ikääntyvien silmän rappeumatautia (Age-related- Macular Degeneration, AMD). Muillakin väriyhdisteillä on todettu funktionaalisia, terveyttä edistäviä ominaisuuksia.

Kari Valta