FORLEAP – Metsäbiomassan
sivuvirroista uusia tuotteita
Erikoistutkija Tytti Sarjala, Luke, Parkano
Ekosysteemipalvelut-seminaari
24.11.2015 Tampere
1
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Rahoittajat ja toteuttajat
• Hankkeen kesto kolme vuotta, 1.11.2015-31.10.2018
• Kokonaisbudjetti 598787 €
• Rahoittajat: Euroopan aluekehitysrahasto (EAKR), Pirkanmaan liitto
(60%), Luoteis-Pirkanmaan seudun kunnat ja Parkanon kaupunki
(8%), omarahoitusosuus 32% (Luke, TTY)
• Hankkeen toteuttavat Luke, Parkano (koordinoija, dos. Tytti Sarjala,
tutkija N.N.) ja Tampereen teknillinen yliopisto (kemian ja biotekniikan
laitos, prof. Robert Franzén, prof. Matti Karp, DI Jenni Tienaho)
2
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Metsästä saatavat raaka-aineet ja metsäbiomassan
sivuvirrat ovat uusiutuvia, arvokkaita lähteitä uusille
korkean jalostusarvon tuotteille
Metsistä saatavat
sivuvirrat saatava
hyötykäyttöön.
Kuoret, kannot, neulaset,
sammalet, sienet jne.
Uusiutuvia raakaaineita hyödynnetään
öljypohjaisten
synteettisten
yhdisteiden sijaan
Metsästä saatavat
raaka-aineet
sisältävät rajattomasti
arvokkaita ainesosia
korkean jalostusarvon
tuotteiksi
3
Tytti Sarjala
Stilbeenit, sikimihappo,
lignaanit, sokerit ym.
bioaktiiviset yhdisteet
30.11.2015
Esim. kosmetiikka,
säilöntäaineet, lääkkeet,
funktionaaliset
elintarvikkeet, suojaaineet, pakkaukset
© Luonnonvarakeskus
Miten saadaan PK-yritysten hyvät
ideat kehitettyä raaka-aineesta
korkean jalostusarvon tuotteiksi?
• Tarvitaan osaamista ja tietoa
• Tarvitaan laitteita
• Tarvitaan osaavaa henkilöstöä
Tuoteidea ja
markkinatuntemus
4
Tytti Sarjala
Raaka-aineen
ominaisuudet,
käyttömahdollisuudet,
testaus, tutkimus
Tuotteistaminen
30.11.2015
Liiketoimintastrategia ja
kaupallistaminen
Markkinointi
© Luonnonvarakeskus
Tuotekehityksen jarrut? Voiko
tutkimuksen keinoin auttaa?
Tehtyjen haastattelujen perusteella voi olla useita syitä, esimerkiksi:
•
Raaka-aineiden tuotekehitysmahdollisuuksia ei tunneta
– Yrityksillä ei ole henkilöresursseja, aikaa eikä erityisasiantuntemusta perehtyä ja
seurata tutkimustietoa, etenkin kun uusin ja merkittävin tutkimustieto julkaistaan
aina vertaisarvioiduissa lehdissä ja alan kansainvälisissä kongresseissa. Ongelma
koskee erityisesti PK-yrityksiä.
5
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Muita haastatteluissa esiin tulleita PK-yritysten
pullonkauloja tuotekehitykseen liittyvissä kysymyksissä:
•
Tuotekehitykseen tarvittavia välineitä tai analyysilaitteita ei ole, eikä
sellaiseen kannata väliaikaista tarvetta varten investoida.
•
Tuotekehitykseen liittyvä ongelma vaatii vaivalloisen ja monimutkaisen
analyyttisen prosessin, jonka pystytys lyhyttä projektia varten jää
tekemättä.
•
Metsästä saatavia raaka-aineita hyödyntävissä biotuotealan yrityksissä
kaivattiin vertailevaa tietoa suomalaisten ja ulkomaisten raaka-aineiden
välisistä eroista esim. bioaktiivisissa ominaisuuksissa ja tehoaineiden
pitoisuuksissa. Toivottiin tiedon keruuta yksiin kansiin.
6
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Hankkeen tavoitteet?
• Hankkeessa pyritään metsätalouden sivuvirtojen
hyödyntämiseen ja edistämään uusiutuvien luonnonvarojen
hyödyntämistä uusiutumattomien sijasta.
• Hankkeessa pyritään luomaan matalan kynnyksen
tuotekehitysalusta, jolla tuetaan pk-yritysten
tuotekehitystä, jossa käytetään entistä enemmän
metsäbiomassasta aiemmin hyödyntämättömiä osia.
• Hankkeessa luodaan yritysten kanssa yhteistyössä niiden
testauksen ja tuotekehityksen tarpeisiin räätälöityjä
analyysi- tai testausmenetelmäratkaisuja, joilla voidaan
määrittää raaka-aineiden sisältämien tehoaineiden
koostumusta ja bioaktiivisuutta.
7
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Miten tavoitteisiin päästään? Toimenpiteet?
• Suorat kontaktit yrityksiin. Luken ja TTY:n osaaminen
tunnetuksi Pirkanmaan yrityksille. Asiakaslähtöisten
kehitystehtävien ideointi → matalan kynnyksen
tuotekehitysalusta
• Suomenkielinen kooste kotimaisen ja ulkomaisen raakaainemateriaalin tehoainekoostumuksen eroista
• Tuotedokumentaatioiden näkökulmasta tarpeelliseksi
havaittu suomalaisten raaka-aineiden tehoainekoostumuksen
analysointi
• Uuttomenetelmien vertailu tehoaineiden uuttamiseksi
lähtömateriaaleista sekä fraktiointi prep. HPLC:llä, tunnistus,
molekyylin muokkauksen vaikutukset bioaktiivisuuteen
8
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
…lisää toimenpiteitä
• Mielenkiintoisiksi osoittautuneiden bioaktiivisten yhdisteiden
eristäminen ja tunnistaminen sekä mahdollinen muokkaus
semisynteesin keinoin erilaisiin käyttötarkoituksiin (tarve:
teollisuuden selektiiviset katalyytit, lääkeaineiden synteesi)
(prof. Robert Franzén, TTY, katalyyttinen enantioselektiivinen
syntetiikka)
• Antimikrobisten vaikutusten testausmenetelmien kehittäminen
(tarve: kosmetiikka, pakkausmateriaalit, pinnoitteet,
elintarvikkeet). Mikrobibiosensoritekniikan hyödyntäminen
kehittelyssä (prof. Matti Karp, TTY).
Datafile Name:H2O_60°C_-20°C_16M-3_210514_3_I.lcd
Sample Name:H2O_60°C_-20°C_16M-3_210514_3_I
mAU
212nm,4nm (1,00)
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
0,0
9
Tytti Sarjala
30.11.2015
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
© Luonnonvarakeskus
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
min
Käytössämme pitkälle kehitetyt menetelmät
Mitä ovat mikrobibiosensorit?
•
•
•
•
10
Biosensori = biologinen elementti, joka mittaa jotakin.
Elävät mikrobisolut reagoivat tutkitun ominaisuuden läsnä ollessa
antaen selkeästi mitattavan vasteen.
Bioluminoivat kokosolusensorit ovat perinteisiin verrattuna
nopeampia sekä havaitsevat hyvin pieniä aktiivisen aineen
pitoisuuksia reaaliajassa.
Menetelmä vaatii toimiakseen vaikuttavan aineen pääsyn
mikrobisolun sisälle ja kertoo siten biologisen aktiivisuuden lisäksi
biosaatavuudesta, joka on olennainen ominaisuus esimerkiksi
lääkeaineille.
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Bio-aktiiviset kiraaliset molekyylit metsissä
•
•
•
•
•
Metsät ovat mielenkiintoisia uusien
lääkeaineiden yhdisteiden lähteitä.
Lääkeaineiden keksiminen ja
valmistaminen luonnonyhdisteiden
pohjalta on nykyisinkin hyväksi todettu
strategia uusien lääkeaineiden
kehittämiseksi.
Maailmassa tunnetaan n. 60.000
lääkeaineeksi soveltuvaa molekyyliä.
Uusia alkuperäislääkkeitä rekisteröidään
•
vuosittain n. 150 - 200. Näistä 80% ovat
kiraalisia
Luonnonyhdiste voi sellaisenaan olla
hyvä lääkeaine tai siitä voidaan
valmistaa sen kemiallinen
johdannainen. Monet tärkeät molekyylit,
kuten kaikki proteiinit, aminohapot,
hiilihydraatit ja nukleosidit sekä
useimmat alkaloidit ja hormonit ovat
kiraalisia (atomia ympäröi neljä erilaista
ryhmää, esiintyy kaksi enantiomeeria)
11
Hyvä esimerkki rakenteeltaan hyvin
monimutkaisesta kiraalisesta yhdisteestä on
Artemisiini :
Uusien lääkeainemolekyylien
valmistuksessa kannattaa hyödyntää
tehokkaammin luonnosta saatavien
yhdisteiden biologisen vaikutuksen
kannalta välttämättömimmät
rakenneosat ja synteettisesti
modifioida molekyylin runkoa.
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Mitä hankkeessa saadaan aikaan?
• Uutta tietoa metsästä saatavien raaka-aineiden bioaktiivisista
ominaisuuksista tuotedokumentaatioiden käyttöön.
• Antimikrobiaalisten ominaisuuksien räätälöitävissä oleva
testaustyökalu
• ”Työkalupaketti” yritysten tuotekehityksen tarpeisiin
• Mahdollinen synteesimenetelmä kiraalisten yhdisteiden
valmistamiseksi. Kiralia-keskuksen valmistaminen molekyyliin
vaatii tehokkaan katalyytin.
• Metsät hyödynnetään monipuolisesti ja sivuvirtojen käyttö
kestävällä ja vähähiilisyyteen pyrkivällä tavalla → Uudet
tuoteideat!
12
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Pitkällä aikavälillä hankkeen mahdollisia hyötyjä:
• Matalan kynnyksen tuotekehitysalusta PK-yrityksille, jonka
avulla tutkimus voidaan jalkauttaa tuotekehityksen osaksi
• Synteettisiä yhdisteitä pystytään mahdollisesti korvaamaan
uusiutuvilla raaka-aineilla (vähähiilisyystavoite)
• Katalyyttitutkimus hyödyttää biojalostukseen ja
lääkeainesyntetiikkaan liittyviä hankkeita
• Tutkijat oppivat biotalouden kehityksestä tuotteistamisen ja
kaupallistamisen näkökulmaa ja opitaan jalkauttamaan
tutkimustietoa tuotekehitykseen
• Tavallinen kuluttaja saa turvallisempia ja laadukkaampia
tuotteita ja luodaan kilpailuetua suomalaisille yrityksille
13
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus
Kiitos!
14
Tytti Sarjala
30.11.2015
© Luonnonvarakeskus