Sivuvirtojen lisäarvoainesosien talteenotto biojalostamoissa tukee nollahukka-ajattelua

Resurssien viisasta käyttöä on viime vuosina painotettu niin kansallisella kuin globaalilla tasolla, koska on herätty biomassan rajalliseen saatavuuteen. Biojalostamoissa ja biojalostamokonseptin mukaisesti saatavilla olevia raaka-aineita voidaan käyttää tehokkaasti prosessointiketjussa. Niissä biomassa muunnetaan erilaisiksi lisäarvotuotteiksi, kuten elintarvikkeiksi tai ainesosiksi, rehuksi, materiaaleiksi, kemikaaleiksi tai polttoaineiksi.

Biojalostamot ovat joillakin toimialoilla, kuten metsäteollisuudessa jo hyvinkin vakiintuneita järjestelmiä. Toisilla aloilla niiden käyttö on vasta kehitteillä ja uusien teknologioiden toteuttamiskelpoisuus tutkimusvaiheessa. On kuitenkin kiistatonta, että nollahukka-ajatteluun perustuvan biojalostamon perustaminen edistää kestävää kehitystä.

Arvokkaita aineita talteen sivuvirroista

Biomassan prosessointiin ja elintarviketutkimukseen keskittyvät Luonnonvarakeskuksen (Luke) tutkimusryhmät käsittelevät eri lähteistä saatavia sivuvirtoja, kuten marjanjalostusteollisuuden puristusjätettä ja siemeniä, ottaakseen talteen fenoliyhdisteitä, ravintokuituja ja arvokkaita öljyjä. Hamppu- ja rapsipuristeita hyödynnetään proteiinin lähteinä öljyjen talteenoton jälkeen. Muita sivuvirtoja ovat omenamehuteollisuuden puristejäte ja herneistä saatava vihreä biomassa, joka on lupaava terveydelle hyödyllisten yhdisteiden lähde.

Useimmiten sivuvirrat eivät ole käytettävissä sellaisenaan, vaan ainesosat pitää uuttaa, tiivistää ja kuivata. Esikäsittelymenetelmät ovat usein ensimmäinen askel tehostaa jonkin hyödyllisen yhdisteen talteenottoa. Menetelmiin lukeutuvat sekä mekaaniset (jauhaminen, pilkkominen tai rouhinta) että biologiset käsittelyt. Jälkimmäisissä painopiste on erilaisten entsyymien, kuten sellulaasien, pektinaasien ja pektinylaasien käytössä. Entsyymin valintaan vaikuttaa raaka-aine. Lisäksi lignoselluloosapitoisten materiaalien käsittelyyn voi kuulua kemiallista käsittelyä ja lämpökäsittelyä.

Uutto- ja erotteluteknologiat apuna

Esikäsittelyvaihetta seuraa uuttaminen, joka voidaan tehdä joko tavanomaisilla tai uusilla, parhaillaan tutkittavina olevilla menetelmillä. Uusia uuttamistekniikoita ovat esimerkiksi mikroaaltoavusteinen uutto, ultraääniuutto, paineistettu nesteuutto ja erottaminen ylikriittisellä nesteellä. Nämä tekniikat ovat tuottaneet viime aikoina runsaasti lupaavia tuloksia, mutta niiden konkreettinen soveltaminen teollisessa mittakaavassa on vasta alkutekijöissään.

Joskus kiinnostuksen kohteena on jokin tietty yhdiste, joka on erotettava muista yhdisteistä ennen tuotannon viimeisiä vaiheita. Fraktiointi, lajittelu ja eristys voidaan suorittaa yhdistetyillä kalvotekniikoilla, useimmiten mikro- tai ultrasuodatuksen ja nanosuodatuksen tai käänteisosmoosin yhdistelmällä. Pidemmälle viety lopullinen konsentraatio saattaa vaatia suoraosmoosia tai kalvo- eli osmoositislausta.

Nämä tekniikat ovat erittäin hyödyllisiä, kun tavoitteena on lämpöherkkien yhdisteiden, kuten antosyaanien, talteenotto. Toisten yhdisteiden konsentrointi taas onnistuu tyhjiöhöyrystyksellä matalassa lämpötilassa, jos niiden kiintoainepitoisuus on tarpeeksi suuri.

Prosessiketjut tärkeä osa biojalostamoja

Edellä kuvatuista tekniikoista voidaan muodostaa kaskadiperiaatetta noudattavia prosessiketjuja, jolloin ne muodostavat niin sanotun hybridikäsittelytekniikan. Prosessiketjujen avulla raaka-aineesta voidaan ottaa talteen useita arvojakeita ja muuntaa sivuvirtoja erilaisiksi lisäarvotuotteiksi.

On tärkeää arvioida tällaisten biojalostamojärjestelmien hyötyjä ympäristölle, yhteiskunnalle ja taloudelle. Yksiulotteinen ympäristövaikutusten arviointi ei kuitenkaan anna riittävästi tietoa käsittelystä, joka tuottaa yhteiskunnan hyvinvointia parantavia ainesosia elintarvikkeisiin ja farmakologisiin tuotteisiin ja lisää niiden käyttöikää.

Viime aikoina on kehitetty myös uutta menetelmää, joka ei huomioi vain ympäristöön kohdistuvia myönteisiä tai kielteisiä vaikutuksia, vaan perustuu yhdistettyyn ravitsemukselliseen ja ympäristölliseen elinkaarianalyysiin. Se antaa paremman kuvan lisäarvoa sisältävän ruokavalion terveysvaikutuksista.

Vauhtia uusien ainesosien kehittämiseen

Edistysaskeleet ravintotieteessä ja -teknologiassa ovat sysänneet liikkeelle uusien ainesosien ja elintarvikkeiden kehittämisen. Niillä väitetään olevan terveyshyötyjä ja niiden tehokkuus on todennettu kliinisesti: ne ovat terveysvaikutteisia elintarvikkeita. Vaikka Euroopan elintarviketurvallisuusviranomaisella (EFSA) ei ole virallista määritelmää terveysvaikutteisille elintarvikkeille, niiden sääntelyyn sovelletaan joitakin asetuksia, kuten (EY) 1924/2006 (ravitsemus- ja terveysväitteet) ja (EU) 2015/2283 (uuselintarvikkeet).

Lukessa käynnissä oleva tutkimusprojekti (PowerXtract 2020–2022) keskittyy tyrnipensaan lehdistä ja mustaherukan puristekakuista saatavien vesipohjaisten uutteiden kemialliseen koostumukseen ja bioaktiivisuuteen. Marjoja on käytetty mehujen ja hillojen valmistukseen.

Euroopan elintarviketurvallisuusvirasto EFSAn mukaan tyrnipensaan hedelmien (marjojen), lehtien ja kukkien käyttäminen ei ole uutta. Myös mustaherukan puristekakuista saatavia siemeniä käytetään öljyjen uuttamiseen, ja puristekakut ovat hyvä ravintokuidun lähde.

PowerXtract -hankkeessa uutettiin ensin Suomessa kerättyjä tyrnipensaan lehtiä vedessä, minkä jälkeen saatu uute pakastekuivattiin hienon jauheen tuottamiseksi. Tällä jauheella on analyysien mukaan potentiaalista käyttöä elintarvikesovelluksissa, sillä se sisälsi paljon antioksidanttivaikutteisia yhdisteitä.

Mustaherukasta saatujen puristekakkujen hyödyntämisessä sovellettiin pidemmälle kehitettyä hybridikäsittelyä, biologista esikäsittelyä sekä uusia uutto- ja konsentraatiomenetelmiä tuotannon tehostamiseksi. Myös tämän uutteen antioksidanttivaikutukset olivat hyviä. Hyödyllisten ainesosien uuttamisjäämiä voidaan hyödyntää edelleen kemikaalien, materiaalien ja energian tuottamisessa sekä jätteettömän kiertojärjestelmän luomisessa.

Terveysvaikutteisia kuivajauheita elintarvikkeisiin

Elintarviketeollisuuskokeissa kuivajauheita käytettiin jälkiruokamallien valmistuksessa. Aistinvaraisten arviointien lisäksi huomiota kiinnitettiin myös marjajauheilla jalostettujen mallituotteiden arvokkaisiin yhdisteisiin ja antioksidanttivaikutuksiin.

Kuvassa 2 esitetään yhteenveto fenoliyhdisteiden pitoisuuksista (A) ja antioksidanttivaikutuksesta (B). Tuloksien perusteella marjauutteesta tehtyjen jauheiden lisääminen tuo mallielintarvikkeeseen lisäarvoa, koska se on terveellisempi aistinvaraisista ominaisuuksista suuremmin tinkimättä.

Antioksidanttivaikutusten lisäksi molemmista uutteista saadut tutkimustulokset olivat myönteisiä ja tuottivat hyödyllistä lisätietoa niiden sovellusmahdollisuuksista ja terveyttä edistävistä vaikutuksista. Kemiallisten in vitro -analyysien perusteella uutteilla on diabetesta, tulehduksia tai viruksia ehkäiseviä ominaisuuksia, joita voitaisiin hyödyntää myös muualla kuin elintarviketeollisuudessa. Terveysvaikutusten todentamiseksi tarvitaan kuitenkin jatkotutkimuksia kliinisissä interventiokokeissa.