2013

  • 26.2.2013 Kirsi Mikkonen: Biomateriaaleista tulevaisuuden elintarvikepakkauksiksi

2012

  • 12.12.2012 Kaarina Sivonen: Mikrobigenomien tutkimus edesauttaa uusien luonnonaineiden löytämistä
  • 29.10.2012 Christel Lamberg-Allardt: Fosfori – onko liikasaanti vaarallista?
  • 3.4.2012 Liisa Viikari: Mikä biotalous?
  • 19.3.2012 Helinä Hartikainen: Voidaanko Itämeren 
    rehevöitymiskierre katkaista?
  • 2.3.2012 Hely Tuorila: Kahvilla mediassa
  • 17.2.2012 Kristiina Mäkinen: Kasvivirustaudit ruuan tuotannon riesana
  • 3.2.2012 Taina Lundell: Funktionaaliset ja monipuoliset sienet
  • 9.1.2012 Marina Heinonen: Valmista ruokaa – olkaa hyvä

2011

  • 12.12.2011 Mikael Fogelholm: Ravitsemussuositukset eivät lihota

Kirsi Mikkonen: Biomateriaaleista tulevaisuuden elintarvikepakkauksiksi

Sekä öljyn hinnan nousu että synteettisten muovipakkausten kertyminen ja pysyvyys ympäristössä käytön jälkeen kannustavat tutkijoita ja pakkausteollisuutta kehittämään uusia ratkaisuja elintarvikkeiden pakkausmateriaaleiksi.

Elintarvikkeiden pakkausmateriaaleille asetetaan lukuisia vaatimuksia liittyen materiaalin turvallisuuteen, toimivuuteen ja hintaan. Kun tämän vaatimuslistan jatkoksi lisätään biologinen alkuperä, kierrätettävyys tai kenties kompostoitavuus, nykyisillä teknologioilla ei ole toistaiseksi saavutettu kaikkia kyseisiä ominaisuuksia erinomaisesti täyttävää ratkaisua.

Lupaavina öljypohjaisten muovien korvaajina voidaan pitää bioetanolista kemiallisesti jalostettuja polyeteenitereftalaattia (PET) ja polyeteeniä (PE). PET-muovin valmistuksen toinen pääraaka-aine, etyleeniglykoli, voidaan jo nykyisin valmistaa bioetanolista teollisessa mittakaavassa. Näin tuotteena saadaan n. 30-prosenttisesti biopohjaista PET-polymeeria, jota käytetään mm. virvoitusjuomapullojen valmistukseen. Kemialliselta rakenteeltaan, toimivuudeltaan ja kierrätettävyydeltään kyseiset pullot vastaavat täysin perinteisiä, öljystä jalostettuja PET-pulloja. Sataprosenttisesti biopohjaisen PET-muovipullon kaupalliseen tuotantoon vaaditaan, että myös toinen PET:in komponentti, tereftaalihappo, kyetään valmistamaan teollisesti biomateriaaleista. Toistaiseksi PET-pulloihin käytettävä etanoli jalostetaan brasilialaisesta sokerista. Tulevaisuuden tavoitteena on hyödyntää myös erilaisia maatalouden sivuvirtoja ja/tai elintarvikejätteitä bioetanolin raaka-aineena.

Biopohjainen PET ei ole biohajoavaa sen enempää kuin vastaava öljypohjainenkaan PET. Biohajoavia pakkausmateriaaleja voidaan sen sijaan valmistaa mm. tärkkelyksestä, joko sellaisenaan, tai hydrolysoimalla tärkkelyksestä glukoosia ja fermentoimalla tästä edelleen maitohappoa polylaktidin (PLA) valmistukseen. Tärkkelystä, sokereita tai lipidejä voidaan myös käyttää mikrobien tuottamien biohajoavien polyestereiden, polyhydroksialkanoaattien (PHA) valmistukseen. Perinteiset kuitupohjaiset pakkausmateriaalit ovat suosittuja: ne ovat sekä biopohjaisia että biohajoavia. Paperi ja kartonki eivät kuitenkaan sellaisenaan tarjoa elintarvikkeelle suojaa vesihöyryn- tai hapenläpäisyä vastaan.

Muitakin kiinnostavia vaihtoehtoja kehitetään: biojalostamo-konseptissa pyritään hyödyntämään tehokkaasti kaikki materiaalivirrat, mukaanlukien metsistä ja maataloudesta saatavat raaka-aineet. Nanofibrilloidusta selluloosasta (NFC) voidaan valmistaa mekaanisesti lujia ja kaasutiiviitä kalvomateriaaleja. Lisäksi kotimaisista luonnonvaroista erityisesti puiden hemiselluloosat muodostavat toistaiseksi lähes täysin hyödyntämättömän resurssin, jonka sovellusmahdollisuuksia olemme tutkineet aktiivisesti monitieteellisessä kansainvälisessä projektissa. Puunjalostusteollisuuden massanvalmistuksessa prosessiveteen liukenee havupuiden galaktoglukomannaania (GGM), joka voidaan ottaa talteen. GGM on polysakkaridi, joka kemiallisen rakenteensa vuoksi soveltuu erinomaisesti kosketukseen elintarvikkeen kanssa, kuten pakkausmateriaaleilta vaaditaan, tai jopa syötäväksi, jolloin GGM toimii elimistössä ravintokuituna.

Olemme tutkineet GGM:n soveltuvuutta pakkauskalvojen valmistukseen laboratoriomittakaavassa ja havainneet, että GGM-kalvot toimivat tehokkaina hapen- ja arominläpäisyn estäjinä (Mikkonen ym. 2010 Carbohydrate Polymers). Mekaanisilta ominaisuuksiltaan GGM-kalvot eivät yltäneet lujien ja venyvien synteettisten muovien tasolle, mutta niiden mekaanista kestävyyttä voitiin parantaa kemiallisen ristisitomisen avulla (Mikkonen ym. 2013 Journal of Materials Science). Tutkimme myös muiden hemiselluloosien, etenkin lehtipuista ja viljoista saatavien ksylaanien ominaisuuksia elintarvikkeiden pakkauskalvoina. Uutena tutkimusteemana olemme selvittämässä eri polysakkaridien käyttöä aerogeeleissä: kevyissä ja huokoisissa materiaaleissa, joille kaavaillaan sovelluskohteita esimerkiksi aktiivisina pakkausmateriaaleina, kuten vettä absorboivina komponentteina. Toimivien tulevaisuuden pakkausmateriaalien kehittäminen vaatii poikkitieteellistä yhteistyötä ja eri teollisuudenalojen rajat ylittävää ajattelua.

Lisätietoa: Mikkonen & Tenkanen 2012 Trends in Food Science & Technology

- - - - - -

Kirsi Mikkonen on elintarvikkeiden materiaalitieteen dosentti Helsingin yliopistossa. Hänen tutkimuksensa on keskittynyt hemiselluloosien (mannaanien ja ksylaanien) hyödyntämiseen elintarvikkeissa ja erityisesti elintarvikkeiden pakkausmateriaaleina.

Kirsi Mikkonen Tuhat-tutkimustietojärjestelmässä


Kuvat: Kirsi Mikkonen ja Jutta Varis

26.2.2013