männyn sydänpuu - Luonnonvarakeskus
Männyn sydänpuun uuteaineiden nopea mittaus BioKokkola-seminaari 28.10.2015 Kokkola Material Week Anni Harju ja Susanna Pulkka Luonnonvarakeskus, Punkaharju ©©Luonnonvarakeskus Luonnonvarakeskus Esityksen sisältö 1. Mitä männyn sydänpuu on? 2. Miksi männyn sydänpuu on tärkeä? 3. Sydänpuun luontainen lahonkestävyys ja sen mittaaminen 4. Lahonkestävyyttä selittävät uuteaineet 5. Kehitys- ja tutkimustarpeita 6. Stilbeenipitoisuuden mittaaminen 7. TUIKEPUU-projektin esittely 2 © Luonnonvarakeskus 1. Mitä männyn sydänpuu on? Kuvat: M. Venäläinen − Sydänpuu on rungon ytimessä olevaa kuollutta solukkoa 3 © Luonnonvarakeskus 2. Miksi männyn sydänpuu on tärkeä? Kuva: M. Venäläinen Luontaisten ominaisuuksiensa vuoksi männyn sydänpuu on tärkeä luonnonvara/puutavara. Luontainen lahonkestävyys on esimerkki tärkeästä sydänpuun laatuominaisuudesta. Kestävä männyn sydänpuutavara on realistinen vaihtoehto kyllästetylle puutavaralle tietyissä kohteissa. 4 © Luonnonvarakeskus 3. Sydänpuun luontainen lahonkestävyys ja sen mittaaminen Kuva: M. Venäläinen 5 © Luonnonvarakeskus Puu on biohajoava materiaali ja se on hyvä asia… …kunhan puurakenteen hajoaminen ei tapahdu liian nopeasti! 6 © Luonnonvarakeskus Kuvat: M. Venäläinen Puun hajoaminen • Puun ja veden liitto on erottamaton • Puun hajoaminen – vaatii vettä, happea ja lämpöä • esim. kylmässä ja hapettomassa ei lahoamista • Kuivumisen ja kostumisen vaihtelu aiheuttaa puutavarassa muodonmuutoksia ja halkeilua – puun uuteaineet tai puun modifiointi voivat poistaa/heikentää vedenimemiskykyä • Kuiva puu ei lahoa koskaan – aurinko kuluttaa kuivaakin puuta 7 © Luonnonvarakeskus Kuva: M. Venäläinen In vitro lahotuskoe − Nopeutettu lahotuskoe (8 – 16 vk.) laboratoriossa, ruskolahoa aiheuttava kellarisienisieni Coniophora puteana − Lahonkestävyyttä mitataan lahotuskokeen aikana puukappaleessa tapahtuvan painohäviön perusteella − puukappaleen kuivapaino ennen koetta = alkupaino − puukappaleen kuivapaino kokeen jälkeen = loppupaino − Painohäviö = alkupaino – loppupaino (ilmoitetaan mg/g, paino % tai mg/cm3) Kuvat: M. Venäläinen © Luonnonvarakeskus Lahonkestävyys: Puun sisällä on vaihtelua Kuvat M. Venäläinen Painohäviö, % 35 30 25 20 15 10 5 6 vk. koe28.10.2015 172 v. 0 Pintapuu Sapwood 9 Ulompi sydänpuu Sisempi sydänpuu Outer heartwood Inner heartwood © Luonnonvarakeskus Näytteenoton kanssa on oltava tarkkana! Lahonkestävyys: Puiden välillä on vaihtelua Kuva M. Venäläinen Puita (lukumäärä) . 90 80 70 60 50 Perinnöllinen vaihtelu h2 = 0,32 CVA = 27 % N = 413 ka = 33 % 40 30 20 10 0 5 28.10.2015 8 vk. lahotuskoe 10 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Painohäviö (%) © Luonnonvarakeskus 35 v. jälkeläiskoe. 4. Lahonkestävyyttä selittävät uuteaineet Observations (no.) . Stilbeenit Kokonaisfenolit (Folin-Ciocalteu testi) Hartsihapot Asetoniin liukenevat uuteaineet 90 80 Kestävät puut Herkät N = 413puut ka = 33 % 70 60 50 40 30 20 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 28.10.2015 11 Mass loss (%) © Luonnonvarakeskus Stilbeenit Pinosylviini Kuvat: M. Venäläinen Pinosylviinin monometyyli eetteri − Stilbeenit ovat männyn sydänpuulle tyypillisiä fenolisia yhdisteitä − Stilbeenejä syntyy myös eläviin solukoihin esim. mekaanisen vaurioituksen seurauksena 12 © Luonnonvarakeskus Männyn sydänpuun luontainen stilbeenipitoisuus selittää sen lahonkestävyyttä painohäviö lahotuskokeessa, % . 60 N = 40 50 r = - 0.85 40 p < 0.001 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 PS+PSM, mg/g 28.10.2015 Koe: Leppävirta, 309/2, tulokset julkaisusta Leinonen & al. 2008) © Luonnonvarakeskus 13 Kuva: E. Matikainen Yksittäiset puut poikkeavat toisistaan stilbeenipitoisuuden suhteen Stilbeenien pitoisuus sydänpuun ulkoosassa: 40-vuotias männyn jälkeläiskoe, 520 puuta 53:sta puolisisarperheestä. Mittaus kaasukromatografi-massaspektrometrilla (GC-MS) Kuvat: M. Venäläinen, T. Tapanila 14 © Luonnonvarakeskus14 Männyn sydänpuu – säilyvä puu - lahonkestävyydessä ja uuteainepitoisuudessa on suuri luontainen vaihtelu rungon sisällä ja runkojen välillä - sydänpuun kohtalaisen hyvä lahonkestävyys on uuteaineiden, ensisijaisesti fenolisten stilbeenien, ansiota stilbeenipitoisuudella voidaan ennustaa lahonkestävyyttä mahdollistaa lahonkestävyyden luontaisen vaihtelun hyödyntämisen 15 © Luonnonvarakeskus Männyn sydänpuu – säilyvä puu Sydänpuun tarjoamat mahdollisuudet: - hakataan ja jalostetaan se sydänpuutavara (sahatuottoisena), mikä metsistä on saatavilla - tasoitetaan luontaista vaihtelua lajittelulla ja annetaan lajitelmille “tuoteseloste” - vaikutetaan metsänviljelyaineiston jalostuksen kautta tulevaisuuden mäntymetsien sydänpuun laatuun tasalaatuisempaa sydänpuutavaraa puutavaran arvo nousee 16 © Luonnonvarakeskus 5. Kehitys- ja tutkimustarpeita tarvitaan liukuhihnanopeudella toimiva, luotettava stilbeenipitoisuuden mittari tutkimuksen apuvälineeksi teollisiin sovelluksiin metsänjalostuksen apuvälineeksi Kuvat M. Venäläinen 17 © Luonnonvarakeskus 6. Stilbeenipitoisuuden mittaaminen Kemiallinen määritys kaasukromatografialla (GC-MS) − Vaatii monenlaista näytteen esivalmistelua, mm. näyte on kuivattava, jauhettava ja uutettava − Käytettävissä on standardoituja menetelmiä Nopeita ja ainetta rikkomattomia optisia mittausmenetelmiä 1. UV resonanssi Raman spektroskopia (UVRRS) − Stilbeenipitoisuus suhteutetaan ligniinipitoisuuteen − Liukuhihnanopeus vielä kaukainen tavoite − Yhteistyö: Aalto yliopisto 2. Lähi-infrapunaspektroskopia (NIRS) − Tarvitaan hyvälaatuinen referenssiaineisto − Mallinnus on olennainen osa analyysejä − Yhteistyö: INRA/Ranska, Innventia/Ruotsi 18 © Luonnonvarakeskus 7. Männyn sydänpuun uuteaineiden tehokas mittaus ainespuun jalostuksen tueksi, TUIKEPUU projekti 2015-2016 Projektin tavoitteet − Kyseessä on kehitys- ja pilotointihanke − Optisen teknologian kehittäminen männyn sydänpuun stilbeenien mittaamiseksi kiinteästä puunäytteestä − UV –fluoresenssispektroskopia, joka hyödyntää stilbeeneille luonteenomaista fluoresenssiominaisuutta − Laitteiston testaaminen männyn jalostusaineistolla 19 © Luonnonvarakeskus Kuva: Kean-Jin Lim Mittauslaitteiston kaaviokuva virtalähde säädin DC UV-LED kuva reflektori spektri spektrometri PC kamera kuitu fluoresenssi näyte mittauskammio Mittauslaitteiston rakennustyö toteutetaan yhteistyössä Kuva: Kean-Jin Lim Savonlinnassa sijaitsevan Elektroniikan 3K tehtaan (MAMK) kanssa 20 © Luonnonvarakeskus Männyn sydänpuun stilbeenien spektrit 500 400 Stilbeenipitoisuus ~10 STB concentration ~10 mg/g mg/g Stilbeenipitoisuus ~15 STB concentration ~15 mg/g mg/g STB concentration ~20 mg/g Stilbeenipitoisuus ~20 mg/g STB concentration ~25 mg/g Stilbeenipitoisuus ~25 mg/g Scope, counts 300 200 100 0 350 370 390 410 430 450 470 490 Kuva: Kean-Jin Lim -100 21 Aallonpituus, nm © Luonnonvarakeskus Mittausmenetelmän kehitystyö − Laitteiston kalibrointi − Toistettavuutta testattu mittaamalla referenssejä − UV-valolähteen intensiteettiä mitattu − Seuraavaksi ohjelmiston ja automaattisesti liikkuvan näytealustan testaaminen − Menetelmän kalibrointi − Pintapuulastujen painekyllästystä stilbeeniraakauutteella testattu − Referenssimenetelmänä kemiallinen analyysi (GCMS) − Seuraavaksi sydänpuunäytteiden ja painekyllästettyjen lastujen testimittaus 22 © Luonnonvarakeskus Mittausmenetelmän kehitystyön haasteet − Kalibrointi − Edustavan väliaineen valinta − Kalibrointinäytteiden säilyvyys − Mittauspisteiden lukumäärä − UV-valolähteen stabiilisuus − Stilbeenien herkkyys UVvalolle Mittauksen toistettavuus 23 Kuva: E. Matikainen © Luonnonvarakeskus Projektilta odotettavat tulokset − Automatisoitu laitteisto puun kemiallisten laatuominaisuuksien mittaamista varten − Mittaus on luotettava ja toistettava − Mittaus voidaan tehdä kiinteästä puunäytteestä − Mittausteknologia toimii selvästi nopeammin kuin kemiallinen määritys − Laitteiston käyttäminen on turvallista − Laitteistolle on selkeä käyttöohje 24 © Luonnonvarakeskus MÄNNYN SYDÄNPUU Metsiköiden aarteena piilee monenlaista laatua, silti vaihteluun ei tarvitse puurakennelmiesi kaatua. Mittaa, lajittele, valitse, käyttökohteen vaatimukset harkitse ja lopputuloksesta kauan iloitse. LUONNONMUKAISTA KESTÄVYYTTÄ Yhteystiedot: email: [email protected], puh. 0295325116 email: [email protected], puh. 0295322422 25 Teppo Tutkija 28.10.2015 email: [email protected], puh. 0295324238 ©©Luonnonvarakeskus Luonnonvarakeskus
© Copyright 2024