Elintarvikkeiden tuotekehitys Lukessa

Elintarvikkeiden tuotekehitys Lukessa Tuomo Tupasela, erikoistutkija Uudet liiketoimintamahdollisuudet yksikkö Uudet tuotteet ja teknologiat ryhmä Elintarvikeketjun tuoteratkaisut tiimi 2.5.2017, Säätytalo, Snellmaninkatu 9, Helsinki Natural Resources Institute Finland Natural Resources Institute Finland

Tuotekehitys (tuotteen luominen) on toiminta tai prosessi yrityksessä, jolla pyritään saamaan markkinoille uusia tuotteita tai parannuksia nykyisiin tuotteisiin. Sillä tarkoitetaan tutkimustulosten ja kokemusten kautta saadun tiedon käyttämistä menetelmien ja järjestelmien parantamiseksi. Tuotekehitysprosessi muuttaa markkinatarpeet ja tekniset mahdollisuudet myytäviksi tuotteiksi. 2 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Tuotekehitys hankemuodot Suorat asiakastoimeksiannot Yritys omistaa tulokset ja rahoittaa hankkeen Luke toteuttaa räätälöidyt ratkaisut Julkiset tutkimushankkeet EU-hankkeet TEKES-hankkeet Yritykset maksavat ns. kurkistusrahaa -> first refusal right IPR:ään PPP-konsortiohankkeet Makera-hankkeet Ajankohtaista Tekes Innovaatioseteli Kutsu tutkija kylään 3 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Tuotekehityksen painopisteet 1. Laboratorio- ja pilot- mittakaavan tuoteratkaisut / uudet tuotteet ja laadun todentaminen 2. Sivuvirtojen ja kierrätysraaka-aineiden arvokomponenttien hyödyntäminen elintarvike- ja non-food ketjuissa 3. Biologisesti arvokkaiden aktiiviaineiden analytiikka ja rikastaminen 4. Ravitsemus, terveys ja turvallisuus 4 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Ydinosaamista (analytiikka) 1 Raaka-aineiden ja tuotteiden analytiikka: o o o o o o o o Kemialliset analyysit(sis. kromatografiset analyysit) in vitro- ja in vivo -bioaktiivisuuden mittaukset Elintarvikemikrobiologia (hyöty- ja haittamikrobit) Molekyylibiologia Rakenteelliset ja toiminnalliset ominaisuudet Aistinvarainen arviointi Vierasaineiden- ja esineiden tunnistus On-line ja on-site analytiikka Hyödynnetään: - bioaktiivisten yhdisteiden karakterisoinnissa - ravintoaineiden määrityksessä - haitta-aineiden määrityksessä ja karakterisoinnissa - elintarvikkeiden laadun ja säilyvyyden tutkimisessa - elintarviketurvallisuusratkaisujen kehittämisessä - elintarvikepatogeenien analysoinnissa ja niiden uusien analysointimenetelmien kehittämisessä - uusien tuoteratkaisujen ja liiketoimintamahdollisuuksien kehittämisessä 5 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Ydinosaamista / Erityisosaamista 2 Erityisosaamista: o Sekundaarimetaboliittien ja primaarituotteiden analytiikka: Antioksidatiivisuuksien mittaukset, fenolisten yhdisteiden pitoisuuksien määritykset sekä säilyvyyden tutkimiseen liittyvät menetelmät o Haitallisten yhdisteiden tunnistaminen ja pitoisuuksien määrittäminen: alkaloidit (sis. glykoalkaloidit, visiini ja konvisiini), saponiinit, glukosinolaattien goitrogeeniset hajoamistuotteet yms. o Proteiini- ja peptidianalytiikka Hyödynnetään - maidon, kananmunan ja lihan tutkimuksessa - marjojen ja sienten terveysvaikutusten tutkimuksessa - viljojen ja kasvisten arvokomponenttien tutkimuksessa - luomupuutarhatuotannon kannusteet; luomuun siirtyminen 6 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Ydinosaamista (tekniikka) 3 Tuoteratkaisujen ja prosessien kehitystoiminta: o Raaka-aineiden ja sivuvirtojen käsittely- ja hyödyntämisteknologiat o Lämpökäsittelyt, homogenoinnit o Pilot-mittakaavan eristys-, fraktiointi- ja rikastustekniikat o Kapselointi- ja päällystystekniikat o Fermentointi ja entsymaattiset käsittelyt o Laadunvarmistus Hyödynnetään: - koetuotteiden valmistuksessa maksupalvelutoiminnassa ja tutkimuksessa - biologisesti arvokkaiden aktiiviaineiden rikastamisessa - viljaraaka-aineen tuotantoketjun kehittämisessä haluttujen ominaisuuksien perusteella (esim. korkea proteiini-, öljy- tai β-glukaanipitoisuus) 7 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Ydinosaamista (ravitsemus/terveys) 4 Ravitsemus ja terveys: o ravitsemustiede o nutrigenomiikka o immunologia o soluviljelytekniikat o kliiniset ja prekliiniset kokeet Hyödynnetään: - biologisesti arvokkaiden ja aktiiviaineiden määrittämisessä ja niiden terveysvaikutusten ja vaikutusmekanismien tutkimisessa - kansanterveyden parantamiseen ja terveellisten tuotteiden kehittämiseen tähtäävissä hankkeissa 8 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Ydinosaamista (ruokaturvallisuus/ruokaturva) 5 Ruokaturvallisuus ja ruokaturva: o Uudet kasvi- ja eläinproteiinilähteet o EU:n ja Afrikan maiden välinen verkostoituminen o Hygieniaosaaminen o Tuotantoketjun laadukkuus turvallisten elintarvikeraaka-aineiden takaamisessa Hyödynnetään: - kehitysyhteistyöprojekteissa - opetuksessa - viranomaisyhteistyössä (elintarviketurvallisuuteen liittyvien asetusluonnosten lausunnot) - elintarviketurvallisuusratkaisujen kehittämisessä - viljaraaka-aineen tuotantoketjun laadukkuuden takaamisessa - elintarviketurvallisuuteen liittyvien asetusten arviointi/lausunnot - elintarviketurvallisuusratkaisujen kehittämisessä - elintarvikepatogeenien analysointiin ja niiden uusien analysointimenetelmien kehittämisessä - uusien tuotteiden valmistamisessa 9 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Luke Jokioinen koehalli Tuotekehityshallissa voidaan tehdä mm. nestemäisten ja puolikiinteiden tuotteiden valmistusta lämpökäsittelyistä pakatuiksi lopputuotteiksi asti. Laitteistot erityisesti maito- ja kasviprosesseille. Teemme myös tuotekehitykseen liittyviä kemiallisia, toiminnallisia ja mikrobiologisia analyysejä. Lisäksi meillä on tilat tuotteiden aistinvaraiseen arviointiin. 10 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Hanke-esimerkkejä Maito uudet tutkimusinnovaatiot Optifel ikääntyvien ravitsemus PROteinsAfrica Afrikan ruokaturvan kehittäminen Arvojakeita elintarviketeollisuuden sivuvirroista Scenoprot - tutkitaan proteiinikoostumukseltaan erilaisten ruokavalioiden vaikutuksia terveyteen. Arvobio arvojakeita puutarhatuotannon sivuvirroista LoProt - Low-input food products: requirements for processing 11 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

12 Teppo Tutkija 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland

Luke:n koehallilaitteisto, Jokioinen Uudet elintarviketeknologiat tuotekehityksen tukena

PALVELUT Bioaktiivisten yhdisteiden erottaminen lähtömateriaalista, koe-erätuotanto Erotusprosessien siirto tuotekehityslaboratoriosta pilottituotantoon (scale-up) Tehdaskoon tuotantoprosessien analysointi pilottimittakaavassa (scale-down) Tutkimuksen, tuotekehityksen ja tuotantoprosessien tarvitsemat testaukset ja optimoinnit Tuotekehitys-, prosessi- ja laitekonsultointi, testiajot 23.3.2015

EDUT Tarjoaa edullisesti laitteet ja palvelut, joita asiakkaan ei kannata hankkia itselleen Pilottimittakaavan testaus vähentää varsinaiseen tuotantoon siirtymiseen liittyviä riskejä Tuotannon ongelmakohtien ennakointi nopeuttaa prosessin siirtämistä teolliseen tuotantoon Mahdollisen uuden tuotantoteknologian tarve voidaan arvioida jo ennen investointeja Koe-erätuotannossa syntyvä materiaalimäärä mahdollistaa kattavat jatkotutkimukset Kokemus yhteistyöstä tutkimuslaitosten ja tehdasmittakaavan toimijoiden kanssa on asiakkaan hyödynnettävissä tuotteen koko kehitysvaiheen ajan 23.3.2015 3

Luke:n koehalli Jokioisilla Tiloihin kuuluu lisäksi kaksi pienempää huonetta sekä suurikokoiset kylmiöt. Kasvisten esikäsittely tapahtuu eri tilassa kuin jatkojalostus. Nykyinen laitteisto on painottunut maitotuotteiden prosessointiin (laitoshyväksyntä). Kasvisten prosessointilaitteiden hankinta liittyy MTT:ssä, nykyisessä Luke:ssa 90-luvulta lähtien toteutettuihin erilaisiin kasvisten prosessointiin liittyneisiin projekteihin. 4 Maarit Mäki 11.2.2015

Luke:n koehalli Jokioisilla Elintarviketutkimuksen kannalta on tärkeää tuntea tuotteen historia pellolta pöytään. Luke:n oma monipuolinen kasvintuotannon tutkimus ja yhteistyökumppaneiden tutkimus saa vahvistusta kasvisten jatkojalostuksesta. Koehalliin voivat tulla yritykset tekemään koeajoja ja valmistamaan pieniä tuotantoeriä. Tuotteet voidaan pakata yritysten omiin tai Luke:lta saataviin pakkauksiin. 5 Maarit Mäki 11.2.2015

Luke:n koehalli Jokioisilla Prosessit sopivat tuotteille, jotka ovat nestemäisiä (mehut tai nektarit), hapatettuja (hapankaali, hapankurkku), puolikiinteitä (hillot, soseet), kiinteitä (salaatit, valmisruuat) jne. tuoreita (kuorittuja, pilkottuja, pestyjä), lämpökäsiteltyjä (pastörointi, UHT), uunissa tai padassa kypsennettyjä. Pakkaaminen: Kuumasaumattaviin pusseihin, joihin voidaan lisätä suojakaasu Pikaripakkauskoneella eri kokoisiin pikareihin, pulloihin tai hanapakkauksiin. Merkintälaitteella saadaan pakkauksiin tiedot valmistuseristä, päiväykset ja viivakoodit. 6 Maarit Mäki 11.2.2015

Luke:n koehalli Jokioisilla Tukitoiminnot Näytteiden analysointi laboratoriossa: mikrobiologiset ja kemialliset analyysit kuten pakkausmerkintöihin vaadittava ravintoainesisältö. Aistinvarainen arviointi. Neuvonta ja opastus laitteiden käytössä ja tuotteiden prosessoinnissa. 7 Maarit Mäki 11.2.2015

Esimerkkejä elintarvikemateriaalien jatkojalostuksesta Lähdemateriaali: Kasvikset Vihannekset Marjat Palkokasvit Maito Kananmuna Elintarviketeollisuuden Sivuvirrat : juurekset, rypsi, peruna, teurastamo Päällystys- & kapselointitekniikat Toiminnalliset ominaisuudet Erotustekniikat Tuotekehitys Sumutuskuivaus ja sumutusjähmetys Ekstruusio Emulgointi Ylikriittinen mikrokapselointi Vaahtoutuminen Emulgointikyky Geelinmuodostus Vedensidontakyky, liukoisuus, viskositeetti Kromatografia, kalvosuodatus, uutot, entsyymiavusteiset ja ylikriittiset tekniikat Laboratorio ja pilotmittakaava Tuoteformulointi mm. maito-, kananmuna-, kasvis- marja- ja viljapohjaisille tuotteille Mallielintarvikkeet Aistinvarainen arviointi 8 Maarit Mäki 11.2.2015

LUKE:n prosessilaitteet Esikäsittelyt kasviksille Pesu, kuorinta, linkous Mekaaninen prosessointi Murskaus, paseeraus, mehun puristus, kuivaus, homogenointi Lämpökäsittelyt nestemäisille ja kiinteille elintarvikkeille Jäähdytys ja pakkaaminen 9 Maarit Mäki 11.2.2015

EROTUSTEKNOLOGIAT Kromatografia Ylikriittiset fluiditekniikat 10 23.3.2015

Preparatiivinen kromatografia Korkeapainekromatografia 80 mm HPLC kolonni, korkeus 0 500 mm Maksimipaine 100 bar Matalapainekromatografia Halkaisija 180 mm, korkeus 0 500 mm Maksimipaine 7 bar Flash kromatografia Flash patruunojen halkaisija 140 mm Maksimipaine 7 bar Kiinteän näytteen syöttö systeemi (SSIS) 11 23.3.2015

Ylikriittiset fluiditekniikat Ylikriittinen uutto Ylikriittinen kiteytys kapasiteetti 0,5 3 kg sovellusalueet: esim. bioaktiivisten yhdisteiden eristäminen öljykasveista, viljoista ja kananmunista 12 23.3.2015

Emulgoiva sekoitin IKA magiclab Max 21 000 rpm Kolme eri terävaihtoehtoa Emulsioiden valmistus Suspensioiden valmistus Kuiva-aineiden sekoitus Lisävarusteena on kolloidimylly 13 Maarit Mäki 11.2.2015

Spraykuivain BÜCHI Mini Spray Dryer B-290 Kuivausteho vesi 1kg/h Inerttisilmukka orgaanisten liuotteiden talteen ottamiseksi kuivauksen yhteydessä. Sumutusjäähdytys Spray chilling mahdollistaa mm. vahojen käytön päällystyksessä. 14 23.3.2015

Kylmäkuivaaja ja pyöröhaihdutin 15 Maarit Mäki 11.2.2015

Reaktorisäiliö elintarvikekäyttöön sopivien materiaalien sekoitukseen ja kemiallisia reaktioita varten (esim. hydrolysointi, fermentointi). - koko 100 l; käyttöalue 20 100 l - paine max 3 bar - tehokas säädettävä sekoitus korkean viskositeetin omaaville materiaaleille (esim. kasviöljyt) - lämmitys/jäähdytys - ph:n mittaus - kaasun syöttömahdollisuus reaktoriin - fermentointimahdollisuus (anaerobinen tila) - aseptinen prosessointi (materiaalin lisäys/poisto aseptisesti) - näytteenotto - ohjelmareseptit ja parametrien tulostus prosessin jälkeen - liikuteltavuus pyörillä 16 Maarit Mäki 11.2.2015

Siebtechnik Centriflex pilot-sentrifuugi: kiintoaineksen erottamiseen / kuivaamiseen Jatkuvatoiminen nesteen syötön suhteen, kapasiteetti = sedimentin massa Neste- ja kiintoainesjakeet talteen elintarvikekelpoisena. Rei itetty kuula 5 l esim. kiteiden tai kiintoaineskakkujen erotus ja pesu, vedenpoistoprosessit. Umpinaiset kuulat (2 l & 5 l): esim. dekantointi tai hitaasti sedimentoituvien ainesten erotus. Maksimikierrokset 6000 rpm Teknologiaa saatavilla kaupallisesti laboratoriosta tehdaskokoon. 17 Maarit Mäki 11.2.2015

Pesu ja kuorinta Perunoiden ja juuresten pesu ja/tai kuorintalaite T15E 3 N Vakiona hankaava kuorimalevy. Lisävarusteet: Jalusta sakka-astialla, pesulevy, veitsilevy, sipulinkuorimalevy, linkokori vihanneksille 18 Maarit Mäki 11.2.2015

Pesu ja linkous LVA100D Vihannesten pesukone + linko VW100 Täyttö: kevyet vihannekset 2-3 kg, raskaat vihannekset 6 kg. Linkous 300 rpm ja pesuaika on 2-4 min. 19 Maarit Mäki 11.2.2015

Kasviskuivain Tilavuus 100 litraa 10 hyllyä Maksimilämpötila 40 ºC 20 Maarit Mäki 11.2.2015

Sekoittimet: Robot Coupe tehosekoitin/kutteri. Tilavuus 5 litraa. Sauvasekoitin ja vispilä B3000, Electrolux Keitot, vaahdot, kastikkeet, vihannespureet, mousset. Varsi 55 cm 21 Maarit Mäki 11.2.2015

Mehunpuristimet Pieni pöytäpuristin Vesipainepuristin 22 Maarit Mäki 11.2.2015

Murskain, raastin, leikkuri ja paseeraus Keskipakomurskain: RM1,5, Voran mansikkaterä 12 mm, herukkaterä 17 mm, Vihannesleikkuri, raastin. Eri kokoisia teriä raastamiseen ja viipalointiin Paseerauslaite: Robot Coupe C80 Automatic Sieve Centrifugal Juicer Lisävarusteet: Siivilät, ø 0,5, 1, 3 ja 5 mm. 23 Maarit Mäki 11.2.2015

Yhdistelmäuuni Perinteinen kypsennystapa valitsemalla asetukset manuaalisesti: Kiertoilmaohjelma (25 C - 300 C) Höyryohjelma (100 C) Tulistettu höyry (101-130 C) Matalalämpöhöyry (25-99 C) Yhdistelmäpaisto-ohjelma (25 C - 250 C) Uudelleenlämmitysohjelma (25 C - 250 C) Uudelleenlämmitys: parhaat kypsennysasetukset tuotteiden nopeaan uudelleen kuumennukseen. By-pass teknologia: Järjestelmällä kontrolloidaan uunin kosteusprosenttia yhdistelmäpaistolla sekä uudelleenlämmityksessä. Järjestelmän ansiosta säästetään veden- sekä energiankulutuksessa. 24 Maarit Mäki 11.2.2015

Keittopata Pataan on integroitu voimakas sekoittaja automaattisella suunnanvaihdolla ja jonka pyörimisnopeuden voi asettaa pyörimään portaattomasti aina jopa 200 kierrosta minuutissa. Lisävarusteet: Ruokalämpötila-anturi + HACCP Automaattinen vedentäyttö Huuhtelusuihku Siivilälevy Padan sisäseinämät ja pohja kuumenevat ja ruoka kypsyy tasaisesti epäsuoran lämmitysjärjestelmän ansiosta, joka käyttää kyllästettyä höyryä vaipan lämpötilan ollessa 121 C. 25 Maarit Mäki 11.2.2015

Pakkaaminen ja merkintälaite Vakuumipakkauskone: Pussit suljetaan kuumasaumaamalla. Voidaan käyttää suojakaasua. Merkintälaite: Markoprint X1jet Lxpro. 1D ja 2D-viivakoodit. Erämerkinnät, päiväykset jne. Tulostus voidaan sovittaa pakkauksen kokoon. Tarkka tulostus. 26 Maarit Mäki 11.2.2015

Laatuominaisuuksien tutkimus Maito- ja kanamunatuotteet ja vuonna 2014 siirtyi LTK:sta lihan laatututkimusta Lisäksi marjoihin, kasviksiin ja viljoihin liittyvää analytiikkaa. 27 Maarit Mäki 11.2.2015

Lisätietoja Tuomo Tupasela: Koemeijeri Tuija Peltomäki: Koemeijeri Jarkko Mäkinen: Erotusteknologiat, kuivaus Eila Järvenpää: Erotusteknologiat, mikrokapselointi Maarit Mäki: Kasvisten prosessointi maarit.maki@luke.fi, puh. 029 532 6374 34 23.3.2015

35 Maarit Mäki 11.2.2015

1 27.4.2017 Natural Resources Institute Finland