Männyn sydänpuun uuteaineiden nopea mittaus

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Männyn sydänpuun uuteaineiden nopea mittaus"

Olivia Ketonen
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

Männyn sydänpuun uuteaineiden nopea mittaus BioKokkola-seminaari 28.10.

1 Männyn sydänpuun uuteaineiden nopea mittaus BioKokkola-seminaari Kokkola Material Week Anni Harju ja Susanna Pulkka Luonnonvarakeskus, Punkaharju

2 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

3 1. Mitä männyn sydänpuu on? Kuvat: M. Venäläinen Sydänpuu on rungon ytimessä olevaa kuollutta solukkoa 3

4 2. Miksi männyn sydänpuu on tärkeä? 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 Kuva: M. Venäläinen

5 3. Sydänpuun luontainen lahonkes- tävyys ja sen mittaaminen Kuva: M. Venäläinen 5

6 Puu on biohajoava materiaali ja se on hyvä asia kunhan puurakenteen hajoaminen ei tapahdu liian nopeasti! Kuvat: M. Venäläinen 6

7 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 Kuva: M. Venäläinen

8 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/cm 3 ) Kuvat: M. Venäläinen

9 Lahonkestävyys: Puun sisällä on vaihtelua Kuvat M. Venäläinen 6 vk. koe v Painohäviö, % Sapwood Pintapuu Ulompi Outer heartwood sydänpuu Sisempi Inner heartwood sydänpuu Näytteenoton kanssa on oltava tarkkana!

10 Puita (lukumäärä). Lahonkestävyys: Puiden välillä on vaihtelua Kuva M. Venäläinen vk. lahotuskoe Perinnöllinen vaihtelu h 2 = 0,32 CVA = 27 % Painohäviö (%) N = 413 ka = 33 % 35 v. jälkeläiskoe.

11 Observations (no.). 4. Lahonkestävyyttä selittävät uuteaineet Stilbeenit Kokonaisfenolit (Folin-Ciocalteu testi) Hartsihapot Asetoniin liukenevat uuteaineet Kestävät puut Herkät N = 413 puut ka = 33 % Mass loss (%)

12 Stilbeenit Pinosylviini 12 Kuvat: M. Venäläinen Pinosylviinin monometyyli eetteri Stilbeenit ovat männyn sydänpuulle tyypillisiä fenolisia yhdisteitä Stilbeenejä syntyy myös eläviin solukoihin esim. mekaanisen vaurioituksen seurauksena

13 Männyn sydänpuun luontainen stilbeenipitoisuus selittää sen lahonkestävyyttä painohäviö lahotuskokeessa, % N = 40 r = p < PS+PSM, mg/g Koe: Leppävirta, 309/2, tulokset julkaisusta Leinonen & al. 2008) Kuva: E. Matikainen

14 Yksittäiset puut poikkeavat toisistaan stilbeenipitoisuuden suhteen Stilbeenien pitoisuus sydänpuun ulkoosassa: 40-vuotias männyn jälkeläiskoe, 520 puuta 53:sta puolisisarperheestä. Mittaus kaasukromatografi-massaspektrometrilla (GC-MS) 14 Kuvat: M. Venäläinen, T. Tapanila 14

15 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

16 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

17 5. Kehitys- ja tutkimustarpeita tarvitaan liukuhihnanopeudella toimiva, luotettava stilbeenipitoisuuden mittari tutkimuksen apuvälineeksi teollisiin sovelluksiin metsänjalostuksen apuvälineeksi 17 Kuvat M. Venäläinen

18 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

19 7. Männyn sydänpuun uuteaineiden tehokas mittaus ainespuun jalostuksen tueksi, TUIKEPUU projekti 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 Kuva: Kean-Jin Lim 19

20 Mittauslaitteiston kaaviokuva virtalähde säädin DC kamera näyte UV-LED mittauskammio reflektori kuitu fluoresenssi kuva spektrometri PC spektri Mittauslaitteiston rakennustyö toteutetaan yhteistyössä Savonlinnassa sijaitsevan Elektroniikan 3K tehtaan (MAMK) kanssa Kuva: Kean-Jin Lim 20

21 Scope, counts Männyn sydänpuun stilbeenien spektrit Stilbeenipitoisuus ~10 mg/g STB concentration ~10 mg/g Stilbeenipitoisuus ~15 mg/g STB concentration ~15 mg/g Stilbeenipitoisuus ~20 mg/g STB concentration ~20 mg/g Stilbeenipitoisuus ~25 mg/g STB concentration ~25 mg/g Aallonpituus, nm Kuva: Kean-Jin Lim 21

22 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 (GC- MS) Seuraavaksi sydänpuunäytteiden ja painekyllästettyjen lastujen testimittaus 22

23 Mittausmenetelmän kehitystyön haasteet Kalibrointi Edustavan väliaineen valinta Kalibrointinäytteiden säilyvyys Mittauspisteiden lukumäärä UV-valolähteen stabiilisuus Stilbeenien herkkyys UVvalolle Mittauksen toistettavuus Kuva: E. Matikainen 23

24 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

25 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: puh puh puh Teppo Tutkija

Samankaltaiset tiedostot

Puun lahonkestävyyden tutkimus ja jalostus

Puun lahonkestävyyden tutkimus ja jalostus Anni Harju ja Martti Venäläinen Luonnovarakeskus Punkaharju Karelia AMK 27.4.2015 1 Puurakenteen sään- ja lahonkestävyys Esityksen sisältö: - puurakenteen elinkaari,