Kuusenkuoren varastointitapa vaikuttaa niiden sisältämien yhdisteiden hyödynnettävyyteen

FM Eelis Halmemies kehitti väitöskirjatyössään uutto-, kuivaus- ja kromatografisia tutkimusmenetelmiä kuusen sivuvirroista saaduille uutteille ja niiden sisältämien pitoisuuksien varastointiin. Kuusen teollisten sivuvirtojen kemiallisten yhdisteiden varastoinnin kehittäminen on tärkeää, jotta biojalostamot voivat maksimoida näistä raaka-ainesta ja muista luonnonmateriaaleista saadun hyödyn tulevaisuudessa.

Tehtaiden ja sahojen käsittelemästä kuusesta syntyy lopullisten puutuotteiden lisäksi aina sivuvirtoja eli lopputuotteen ulkopuolelle jäänyttä materiaalia. Suomessa kuusen teollisesta käsittelystä syntyy sivuvirtana miljoonia kuutiometrejä kuusenkuorta vuosittain. Vaikka kuori edustaa rikasta varantoa merkittäville kemiallisille yhdisteille, kuten stilbeeneille ja tanniineille, kuoren suuren mittakaavan kemiallinen jalostus on kuitenkin vielä matalalla tasolla ja suurin osa kuoresta päätyy poltettavaksi energiantuotannossa. Tämän takia monet biojalostamot pohtivat esimerkiksi sitä, kuinka kannattavaa on jatkojalostaa tai varastoida kuusen ja muiden luonnonmateriaalien prosessoinnin yhteydessä mahdollisesti terveysvaikutteisia yhdisteitä sisältäviä sivuvirtoja. Jotta kysymykseen voidaan vastata, täytyy käytettävissä olla luotettavaa tutkimukseen perustuvaa tietoa sekä raaka-aineen kemiallisesta koostumuksesta että siinä tapahtuvista muutoksista erilaisissa varastointiolosuhteissa. 

Kahvia kuusesta? 

FM Eelis Halmemiehen väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin uutto-, kuivaus- ja kromatografisia tutkimusmenetelmiä kuusen sivuvirroista saaduille uutteille.  

— Maallikolle asian voi pelkistää siten, että kuusesta keitetään kahvia eri liuottimia käyttäen ja tutkitaan sitten kahvin koostumusta, Halmemies toteaa.  

Uutteet ovat mielenkiintoisia, koska niitä on suhteellisen helppo tuottaa ja mahdollisuudet niiden suuremman mittakaavan jatkojalostukseen olivat kokeilukelpoisia. Uuton kohdistaminen suuren käyttöpotentiaalin omaaviin yhdisteisiin muodosti tutkimuksessa innostavan haasteen. 

Noin puolen vuoden varastointikokeiden aikana tutkittiin satojen eri uutteiden koostumusta kaasu- ja nestekromatografisin menetelmin kuori-, neulas- ja kantonäytteistä sekä selvitettiin niissä tapahtuvia pitoisuuksien muutoksia erilaisissa varastointiolosuhteissa. Lisäksi tutkittiin näytteiden polymeeristen aineosien, hemiselluloosien, selluloosan ja ligniinin, pitoisuuksia. 

Varastointitavoilla on väliä 

Varastointitapa vaikutti raaka-aineen koostumukseen, koska tietyt varastointimenetelmät osoittautuivat edistävän merkittävästi tiettyjen yhdisteiden mikrobiologista ja lämpöhajoamista. Esimerkiksi neljän viikon varastointi kuorikasassa johti tilanteeseen, jossa stilbeenejä ei enää voitu tunnistaa käytetyillä menetelmillä, kun taas kuusitukkien kuoressa stilbeenit säilyivät jopa 24 viikkoa.  

— Mielenkiintoinen ja toistaiseksi vielä hieman avoin kysymys on kuitenkin se, mitä stilbeeneille varastoinnin yhteydessä tapahtuu; huuhtoutuvatko ne sadevesien tuottamien valumavesien mukana, saako UV-valo yhdisteet hajoamaan, vaiko onko kyse ligniinipolymeerin muodostumisesta? Halmemies pohtii.  

Tämän takia jatkotutkimuksille on edelleen tarvetta yksiselitteisen näkemyksen saamiseksi. 

Sivuvirtojen tulevaisuuden biojalostusnäkymät 

Väitöskirjatyössä sovellettuja analyysimenetelmiä voidaan hyödyntää esimerkiksi niihin kuusen teollisiin sivuvirtoihin, jotka sisältävät lisäarvollisesti merkittäviä kemiallisia yhdistelmiä. Näin voidaan varmistua sellaisten yhdisteiden säilymisestä, mikä voi tulevaisuudessa auttaa biojalostamoja käsittelemään raaka-aineita niistä saatavan hyödyn maksimoimiseksi. Väitöskirjatutkimuksen tarjoama tieto edustaa näin yhtä välttämätöntä vaihetta pyrittäessä tämän tyyppisten biomassavarantojemme kokonaisvaltaiseen ja kannattavaan käyttöön. 

Tutkimukseen on saatu rahoitusta Walter Ahlströmin säätiöltä sekä Olvi-säätiöltä.  

Eelis Halmemies valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopiston kemian laitokselta vuonna 2014 ja väitöskirjatutkimuksen hän aloitti vuonna 2016. Tutkimuksen ohjaajina toimivat emeritusprofessori Raimo Alén ja yliopistonlehtori Jarmo Louhelainen sekä Luonnonvarakeskuksen erikoistutkija, tohtori Hanna Brännström.  

FM Eelis Halmemiehen väitöskirja “Chemical Changes in the Industrial Extractive-Containing Sidestreams of Norway Spruce (Picea abies) During Storage” tarkastustilaisuus pidetään perjantaina 16.2.2024 klo 12.00 Ylistönrinteellä salissa Kem4. Vastaväittäjänä toimii tutkimusprofessori Tekla Tammelin (VTT) ja kustoksena yliopistonlehtori Jarmo Louhelainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on suomi.