Biotekniikka elintarviketeollisuudessa. Matti Leisola TKK/Bioprosessitekniikka

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Biotekniikka elintarviketeollisuudessa. Matti Leisola TKK/Bioprosessitekniikka"

Seppo Rantanen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Biotekniikka elintarviketeollisuudessa Matti Leisola TKK/Bioprosessitekniikka

2 Merkittävä teollisuudenala on neljänneksi suurin teollisuudenala työllistää henkeä, teollisuudenaloista kolmanneksi eniten toimii noin 2000 toimipaikassa Tuotannon bruttoarvo 8,7 mrd. Koko elintarvikeketju työllistää Suomessa noin henkilöä eli 13 % työllisestä työvoimasta

noin 2000 toimipaikassa Tuotannon bruttoarvo 8,7 mrd.

3 Tärkeimpiä valmisteita Liha ja lihatuotteet Maitovalmisteet Viljavalmisteet Kasvisvalmisteet Ravintorasvat Juomat Makeutusaineet ja makeiset Rehut

4 Biotekniikka 1. Klassinen biotekniikka: jalostus, mutaatiot, valinta 2. Moderni tuotannollinen biotekniikka: mikrobi-, kasvi- ja eläinsolut tuotantolaitoksina 3. Kasvien ja eläinten geneettinen muokkaus 4. Ihmisen geneettinen muokkaus

5 Biotekniikan pitkä historia 6000 ekr jkr: elintarvikkeet 1910: asetoni, butanoli ja glyseroli 1940-luku: antibiootteja ja 1960-luvut: aminohapot, orgaaniset hapot solumassa, entsyymit Rokotteet, terapeuttiset proteiinit yms.

1940-luku: antibiootteja 1950- ja 1960-luvut: aminohapot,

6 Elintarvikkeita Elintarvikkeiden tuotannossa hyödynnetty mikrobeja ja entsyymejä Tuote: Miellyttävä maku Sopiva rakenne Parempi säilyvyys Myös monet sienet merkittävä osa teollista biotekniikkaa

7 Panimo - ja mallasteollisuus Maltaita valmistetaan sekä panimo- että polttimoteollisuudelle Maltaiden valmistus ohrasta Idätys: tärkkelystä hajottavien entsyymien synteesi kosteuden ja lämpötilan kontrollointi jyvien ilmastus ja kääntely Ilmakuivaus ja itujen poisto

tärkkelystä hajottavien entsyymien synteesi kosteuden ja

8 Panimoteollisuus Oluen vuotuinen valmistusmäärä yli 130 miljardia litraa (Suomessa yli 470 miljoona litraa) Raaka-aineet: vesi, mallas, hiiva ja humala Prosessin päävaiheet Vierteen valmistus Pääkäyminen Jälkikäyminen Kaavio lager-tyyppisen oluen valmistuksen eri vaiheista

mallas, hiiva ja humala Prosessin päävaiheet Vierteen valmistus

9 Uutta tekniikkaa panimoteollisuudessa Immobilisoitu hiiva jälkikäymiseen Myös pääkäymiseen erilaisia jatkuvatoimisia ratkaisuja Geenitekniikkaa ei ole käytetty oluen valmistuksessa Perinteisen tuotteen valmistusprosessin muuttaminen suuri taloudellinen riski

ratkaisuja Geenitekniikkaa ei ole käytetty oluen valmistuksessa

10 Etanolin valmistus 31 miljardia litraa (1998) 93 % bioteknisesti Fossiilisten polttoaineiden korvaaja Lignoselluloosan pentoosisokereista etanolia

11 Etanolin biotekninen valmistus Käytettävä raaka-aine vaihtelee alueittain (sokeriruoko, vilja, maissi) Tuotannossa käytetään Saccharomyces cerevisiae hiivaa Etanolin erotus yleensä tislaamalla

12 Meijeriteollisuus Hapanmaitotuotteiden valmistus (maitohappobakteerit) Hapate Juustojen valmistus Entsyymien (renniini ja kymosiini) sekä mikrobien hyödyntäminen Sivutuotteena syntyvän heran hyödyntäminen Laktoosittomat tuotteet Laktoosi + vesi D-galaktoosi + D-glukoosi Laktoosin erotus laktaasi

mikrobien hyödyntäminen Sivutuotteena syntyvän heran hyödyntäminen

13 Sokeriteollisuus Entsyymiteknologian hyödyntäjä Rypälesokerin ja sokerisiirappien valmistus tärkkelyksestä Nestesokerit Raaka-aineena tärkkelys Käytetään paljon teollisuudessa Amylolyyttiset entsyymit (αamylaasi, β-amylaasi, pullulanaasi ja glukoamylaasi) Amylolyyttisten entsyymien maailmanmarkkina-arvo vuonna 1997 n. 150 milj. euroa (11 % entsyymimarkkinoista)

teollisuudessa Amylolyyttiset entsyymit (αamylaasi, β-amylaasi, pullulanaasi ja

14 Fruktoosin valmistus sakkaroosista Invertointi: sakkaroosin pilkkominen invertaasilla Isomerointi: glukoosin muuttaminen fruktoosiksi

15 Muita biotekniikan sovelluksia Leivonta Entsyymien käyttö Etikan valmistus Hedelmämehut Entsyymiavusteinen uutto Makuaineet Säilöntäaineet

16 Elintarvikekemikaaleja bioprosessilla Bioetanoli Vitamiineja Erikoismakeuttajia Väriaineita Säilöntäaineita Makuaineita

17 Tehokas tuotanto edellyttää (joskus) aineenvaihdunnan muokkausta

18 Maitohappobakteeri GLUKOOSI G-6-P F-6-P Xylulose-5-P ADP ATP Glyceraldehyde-3P Acetyl-P ADP 2NADH ATP 2NAD ETIKKAHAPPO Pyruvate NADH +H NAD ETANOLI MAITOHAPPO

19 Mannitolia maitohappobakteerilla FRUKTOOSI NADH NAD G-6-P F-6-P MANNITOLI GLUKOOSI Xylulose-5-P Glyceraldehyde-3P Acetyl-P ADP 2NADH ATP 2NAD ADP ATP ETIKKAHAPPO NADH +H NAD Pyruvate MAITOHAPPO Ethanol Geenin inaktivointi

Glyceraldehyde-3P Acetyl-P ADP 2NADH ATP 2NAD ADP ATP

20 Ksylitolia maitohappobakteerilla KSYLOOSI NADH NAD G-6-P F-6-P KSYLITOLI GLUKOOSI Xylulose-5-P ADP ATP Glyceraldehyde-3P Acetyl-P ADP 2NADH ATP 2NAD ETIKKAHAPPO Pyruvate NADH +H NAD Ethanol MAITOHAPPO Geenin siirto

Glyceraldehyde-3P Acetyl-P ADP 2NADH ATP 2NAD

21 Entsyymien käyttö lisääntyy Lääke- ja kemian teollisuudessa - Burana, lipaasit Tekstiiliteollisuudessa Rehuissa Elintarvikeprosesseissa (uutto, rakenne, maku) Otan esimerkin eräästä uudesta alueesta

22 Harvinaiset sokerit Japanissa laajaa yhteistyötä tuottajien ja soveltajien (lääkärit, biotieteilijät) välillä TKK/HY konsortio tutkii harvinaisten sokerien ja polyolien bioteknistä tuotantoa yhteistyössä japanilaisten kanssa

23 Käyttösovelluksia Ksylitoli: makeutus, terveysvaikutus Ramnoosi: aromi L-arabinoosi: aromi L-riboosi/ L-ksyloosi: lääkeraaka-aine Harvinaiset heksoosit?

24 Joskus entsyymiä täytyy muokata kestämään prosessiolosuhteita Ksylanaasi Muokattu ksylanaasi

25 Elintarvikkeiden prosessointi GMO-elintarvikkeet vastatuulessa (Bio)prosessoinnilla voi vaikuttaa laatuun Prosessien sivuvirrat hyötykäyttöön Turvallisuus (toksiinit, allergeenit, patogeenit) Säilyvyys Otan esimerkin juurikasleikkeen hyödyntämismahdollisuuksista

26 Käsitelty ja käsittelemätön juurikasleike

27 Sovelluskohteita Lihapulliin suolaa ja makuaineita Marjojen, hedelmien ja vihannesten säilöntä Vettä ja ravinteita kasveille Kuitua leipään Vaippoihin imukykyä

28 Mansikka 9 päivää jääkaapissa

29 Mansikka pakastuksen ja sulatuksen jälkeen

Samankaltaiset tiedostot

Luomutuotteiden valmistuksen erityispiirteet ja reseptiikka. Mikkeli 4.11.2013 Jaana Elo KoKo Palvelut

Luomutuotteiden valmistuksen erityispiirteet ja reseptiikka Mikkeli 4.11.2013 Jaana Elo KoKo Palvelut Miten syntyy luomuelintarvike? Elintarvikkeet - > 50 % maatalousperäisiä ainesosia - 95 % sääntö -