Kasvissivuvirtojen hyödyntäminen bioprosessoinnin avulla: Minna Kahala_21112017

1. © Luonnonvarakeskus© Luonnonvarakeskus
• Minna Kahala 21.11.2017
Kasvissivuvirtojen
hyödyntäminen
bioprosessoinnin avulla

2. © Luonnonvarakeskus
Jätehierarkia
Jätteen synnyn
ehkäiseminen
Jätteen synnyn
ehkäiseminen
Hyödyntäminen
ihmisten tai
eläinten
ravintona
Hyödyntäminen
ihmisten tai
eläinten
ravintona
•Materiaalin hyödyntäminen uudelleen samassa
käyttötarkoituksessa
Hyödyntäminen
uusien
tuotteiden
raaka-aineena
Hyödyntäminen
uusien
tuotteiden
raaka-aineena
•Bioprosessointi, teollinen
hyödyntäminen
•Lannoitevalmisteet, kompostointi
EnergiaEnergia
LoppukäsittelyLoppukäsittely

3. © Luonnonvarakeskus
Fermentaatio
3 13.12.2017Minna Kahala
Bioprosessointi
Prosessi, jossa hyödynnetään mikro-
organismeja tai entsyymejä
- mm. fermentaatio, entsymaattinen hydrolyysi
• Fermentaatio on prosessi, jossa mikrobit
– bakteerit, hiivat tai homeet – muokkaavat
orgaanisen materiaalin hiilihydraatteja tuottaen
orgaanisia happoja, alkoholeja ja hiilidioksidia.
• Fermentaatiolla on pitkä historia, sitä on käytetty maailmanlaajuisesti
elintarvikkeiden prosessointiin erilaisiksi tuotteiksi tai säilöntätarkoituksessa.
• Teollinen fermentaatio tapahtuu bioreaktoreissa, joissa prosessin aikana
voidaan kontrolloida mm. lämpötilaa, sekoitusnopeutta, pH:ta,
happipitoisuutta.
• Fermentaatiota voidaan hyödyntää erilaisten kemikaalien, entsyymien,
biopolttoaineiden, orgaanisten liuottimien, aromien, orgaanisten happojen
tuottamiseen.

4. © Luonnonvarakeskus
Elintarvikesivuvirrat
4 13.12.2017Minna Kahala
Suurimmat elintarvikesivuvirrat syntyvät yleensä
o tuoreiden hedelmien ja vihannesten
o leipomotuotteiden ketjuissa
Myös maitoketjussa sekä viljaketjussa esiintyy suurta hävikkiä.
Vihannes- ja hedelmäsivutuotteet ovat yleensä hyvin ravinnepitoisia
ja sisältävät mm. vitamiineja, mineraaleja, sokereita ja muita
orgaanisia yhdisteitä.
Siten ne ovat hyvä kasvualusta mikrobeille.
o Pilaantuminen
o Mahdollisuus hyödyntää mikrobiprosesseja tuotteen käsittelyssä
(tuotteen stabilointi (MHB), tuotteen arvon nostaminen)
Vuonna 2010 julkaistun raportin mukaan EU:n alueella syntyy
vuosittain lähes 90 Mt elintarvikejätettä. Tästä 35 Mt on
peräisin elintarviketeollisuudesta. (Preparatory study on food
waste across EU 27, 2010).

5. © Luonnonvarakeskus
Biojalostamot
5 13.12.2017
Raaka-aineena erilaisia biomassoja
(esimerkissä: sinimailanen, ruoho, apila).
Tavoitteena jätteetön prosessi
Useita tuotteita: aminohappoja, maitohappo,
biometaania, sähkö, lämpö, lannoite, kuitu
Esimerkkinä:
Green biorefinery OÖ Bioraffinerie Forschung und
Entwicklung GmbH, in Austria (de Jong, Langeveld, & van
Ree, 2009)
• Biojalostamo käyttää fossiilisen raakaöljyn sijaan eloperäistä biomassaa ja tuottaa siitä
mm. materiaaleja, kemikaaleja, energiaa sekä biopolttoaineita (”green biorefinery”).
• Biojalostamoissa yhdistetään lukuisia tuotantoprosesseja, jotka hyödyntävät älykkäällä
tavalla toistensa sivuvirtoja niin, että raaka-aineet käytetään mahdollisimman
tehokkaasti ja jätettä tuottamatta.
-> kestävyys, ”vihreä teknologia”

6. © Luonnonvarakeskus6 13.12.2017

7. © Luonnonvarakeskus
Perunan ja vihannesten sivuvirtojen
arvokomponenttien hyötykäyttö (jatkuu)
Ahokas Mikko, Välimaa Anna-Liisa, Kankaala Anu, Lötjönen Timo ja Virtanen Elina
7 13.12.2017
Monipuolinen biojalostamokonsepti (selvitys)
Raaka-aineena peruna- ja vihannestuotannon sivuvirrat
Mahdollisimman tehokkaasti ja kokonaisvaltaisesti useita eri tekniikoita
käyttäen arvokomponenteiksi (esim. tärkkelys, kuitu ja proteiini),
liikennepolttoaineeksi (bioetanoli),
biokaasuksi ja
orgaaniseksi lannoitteeksi.
Biojalostamolaskelmissa keskityttiin hyödyntämään vain perunaprosessien
sivuvirtoja.
Tekninen tarkastelu: raaka-aineiden määrittely, prosessikuvaus, laitteisto,
laitekuvaukset

8. © Luonnonvarakeskus
Maitohappo
8 13.12.2017
• Paljon erilaisia kaupallisia sovelluksia
• Lisääntyvää kiinnostusta löytää halpaa, uusiutuvaa raaka-ainetta
maitohapon tuottamiseen
• Tällä hetkellä n. 90% maailmanlaajuisesti maitohaposta tuotetaan
mikrobifermentaation avulla uusiutuvista lähteistä, kuten melassista,
maissisiirapista ja sokerista.
• Noin 85% maitohapon tarpeesta elintarviketeollisuudessa
Monia sovelluskohteita:
• Korvaa öljypohjaisia pakkausmateriaaleja
– laaja sovellusmahdollisuus mm. elintarvike-, kosmetiikka- ja
lääketeollisuudessa.
• Biohajoavat polymeerit, kasvien kasvun säätelijät, ympäristöystävälliset
liuottimet, erityiskemikaalit.
Kuva: peda.net

9. © Luonnonvarakeskus
Meripihkahappo
9 13.12.2017
Kuva: www.wikiwand.com
On valittu yhdisteeksi, jolla on strategista merkitystä
tulevaisuuden uusiutuvia raaka-aineita hyödyntävässä
kemianteollisuudessa
(Top Value Added Chemicals from Biomass, Werpy & Petersen, 2004).
Sitä voidaan käyttää raaka-aineena esim.
tuotettaessa erilaisia orgaanisia molekyylejä, polymeerejä,
elintarviketeollisuudessa (happamuuden säätö, flavori),
kosmetiikkateollisuudessa, farmaseuttisissa tuotteissa, päällysteissä,
detergenteissä, muoveissa, maaleissa, biohajoavissa liuottimissa.
Kaupallinen meripihkahappo on yleisimmin tuotettu öljypohjaisen
prosessin avulla.
Meripihkahapon anaerobinen fermentointi on suhteellisen
yksinkertainen prosessi, etuna hiilen sitominen
Case-esimerkki: Hong Kongissa pilot-mittakaavan tehdas,
voidaan muuntaa leipomosivuvirtaa 1 tonni päivässä
meripihkahapoksi

10. © Luonnonvarakeskus10 13.12.2017
The transbio strategy (from http://www.transbio.eu/en/the_project.asp)

11. © Luonnonvarakeskus
Muita tuotteita
• Entsyymit – sellulaasit, lakkaasit, pektinaasit, amylaasit,
ksylanaasi, fytaasi, lipaasit
• Aromit
• Kuitu
• Biopolttoaineet
Etanoli, asetoni-butanoli-etanoli -fermentaatio
11 13.12.2017

12. © Luonnonvarakeskus
Beneficial
microbes
Oil extraction
Refined
Carotene oil
Case: Vegetable by-product utilisation paths
Feed
Organic
acids
Vegetable by-product
Fractionation
Protein / fiber products
Fermentation
Processing residues
Rasi et al. 2016
www.bestfinalreport.fi

13. © Luonnonvarakeskus
Case: Kasvisten sivutuotteiden
hyödyntämisreittejä
13 13.12.2017
• Elintarvikesivuvirta (porkkana) raaka-aineena
• Energiatehokas bioprosessointilaitteisto
• Fraktiointiteknologiat
• Maitohappobakteerien hyödyntäminen
Tuotteena
• Hyödylliset mikrobit (probiootti)
• Orgaaninen happo
• Rehu
• Energia
• Elintarvikeväri

14. © Luonnonvarakeskus14 13.12.2017Minna Kahala
AND/ORAND/OR AND/OR
7,5 kg of product
directly into
process or
prefractionated,
e.g. carotenoids
extracted for food
chain
30 l fermentor (7,5 kg carrot, 12 kg
H2O),
T, p, O2 and pH control
20 h fermentation 32°C, inoculation
with Lactobacillus strain
Feed
Preservation,
longer shelf
life
Lactic acid
Yield 11,3 g/kg,
corresponding to 29
g/kg carrot waste
Utilization as a feed or
further purification for
industrial uses
Probiotic
product
Yield of lactic
acid bacteria:
Microbial cell
count 7 x 107
CFU/g
Energy
Biogas potential
Carrot by-product
Lactic acid fermentation
In: CLIC Innovation Research report no D2.2.3
Rasi et al. , 2016, Non-wood biomass as raw material in biorefinery processes

15. © Luonnonvarakeskus
Kiitos!
13.12.201715