BIOTEKNOLOGIA YMPÄRISTÖTEKNOLOGIASSA JA TEOLLISUUDESSA

Teollisuudessa uusilla tuotantoprosessilla pyritään säästämään, energiaa, raaka-aineita ja ympäristöä sekä parantamaan tuotteen ominaisuuksia. Biotekniikkaa hyödyntäviä teollisuuden aloja kutsutaan bioteollisuudeksi. Bioteollisuudessa valmistetaan joko uusia tuotteita tai keksitään parempia tuotantomenetelmiä jo olemassa oleville. Tärkeitä bioteollisuuden keksintöjä on ollut biohajoavan muovin keksiminen. Biohajoava muovi on ekologista sillä se on valmistettu kasvitärkkelyksestä kun taas tavallinen muovi öljystä, joka on uusiutumaton luonnonvara. Biohajoavasta muovista voidaan valmistaa esim. kertakäyttöastioita tai jätepusseja.  

Entsyymit

Entsyymit ovat tärkeä bioteknologian työkalu. Niillä voidaan korvata haitallisia aineita ja käyttää alhaisempia lämpötiloja tai painetta, jolloin energiaa tarvitaan vähemmän. Entsyymejä voidaan tuottaa teollisuuden käyttöön kasvattamalla bakteereja ja homeita bioreaktoreissa eli fermentoreissa. Bioreaktori on suuri steriloitu astia, joka on suljettu tiiviisti, etteivät ulkopuoliset luonnonvaraiset mikrobit syrjäyttäisi teollisia mikrobeja.

Mikrobeja käytetään entsyymien tuotannossa koska ne kasvavat nopeasti pienellä ravintoainemäärällä ja tuottavat kokoonsa nähden suuren määrän entsyymejä.

Mikrobien valmistamat entsyymit kerätään talteen joko eristämällä kasvatusliuoksesta tai hajottamalla mikrobit. Entsyymit vaativat yleensä toimiakseen melko alhaisen lämpötilan kun taas teollisuuden prosesseissa vaadittaisiin sopeutumista ääriolosuhteisiin niin lämpötilan, paineen kuin pH:nkin suhteen. Tutkimustyö ääriolosuhteisiin sopeutuneiden arkkien ja bakteerien parissa onkin monipuolistanut entsyymien käyttöä teollisuudessa. 

Yli kolmannes maailman entsyymimarkkinoista menee pesuaineteollisuuteen. Pesuaineisiin lisätyt entsyymit irrottavat likaa hajottamalla tärkkelystä (amylaasi), proteiineja (proteaasit) sekä rasvoja (lipaasit). Entsyymien ansiosta pyykki tulee puhtaaksi vähemmällä mekaanisella hankauksella ja alhaisemmissa lämpötiloissa. Niillä voidaan myös lisätä vaatteiden pehmeyttä ja pesunkestävyyttä. Hammastahnoissa entsyymit tuhoavat suun haitallisia bakteereja.

Tekstiiliteollisuudessa entsyymejä käytetään esim. katkomaan farkkukankaan pinnasta selluloosakuituja jolloin osa indigoväristä irtoaa ja farkuista tulee kivipestyn näköiset. Lopputulos on kestävämpi, puhtaampi ja pehmeämpi ja värisävyjä saadaan käyttämällä eri sellulaasientsyymejä. Menetelmä on myös ympäristöystävällisempi koska vettä lämpöä ja kuluu vähemmän.

Suomi on puunjalostusteollisuudessa käytettävien entsyymien tutkimisen ja kehittämisen edelläkävijämaa. Entsyymejä käyttämällä voidaan vähentää paperin valmistuksessa käytettäviä kemikaaleja ja vedenpoistoon kuluvaa energiaa.  

Elintarviketeollisuus

Elintarviketeollisuudessa bioteknologiaa käytetään entistä maukkaampien, säilyvämpien ja terveellisempien tuotteiden valmistamiseen.

Kun leivotaan pullaa, taikinaan laitetaan villihiivoista seulottua leivinhiivaa jotta se kohoaisi. Hiivasolut alkavat käyttää taikinassa olevia hiilihydraatteja ravintonaan ja niiden soluhengityksessä vapautuu energiaa ja hiilidioksidia. Taikina kohoaa hiilidioksidikuplien vaikutuksesta. Jos hiivasolut toimivat hapettomissa oloissa taikinaan syntyy myös pieniä määriä alkoholia joka haihtuu paistettaessa. Oikea leivontalämpötila on tärkeä kemiallisissa reaktioissa vaikuttavien entsyymien takia. Bioteknologian menetelmin soluviljelmissä voidaan kasvattaa leipätaikinaan lisättäviä värejä, aromeja, makua ja säilöntäaineita. 

Oluen ja viinin valmistuksessa alkoholikäymisen seurauksena hiilihydraateista syntyy hiilidioksidia ja etanolia. Oluen valmistukseen käytetään panimohiivoja ja viinin valmistuksessa joko rypäleiden pinnalla luonnostaan eläviä villihiivoja tai jalostamalla tehtyjä viinihiivoja. Suomessa on kehitetty hiivakanta jota käyttämällä oluen jälkikäymisaika voidaan lyhentää ja tuotantokustannuksia alentaa.

Meijeriteollisuudessa piimän, viilin. jogurtin ja juuston valmistuksessa maidossa oleva laktoosi käy maitohapoksi maitohappobakteerien avulla. Happamuus vaikuttaa tuotteen makuun, rakenteeseen, kypsymiseen ja säilyvyyteen.

Terveyttä edistävät elintarvikkeet

Elintarviketeollisuudessa on alettu huomioida yhä enemmän kuluttajan tarpeita. Maitotuotteiden valmistuksessa voidaan käyttää maidon laktoosia pilkkovaa laktaasientsyymiä jotta laktoosiallergikotkin voivat käyttää tuotetta. Juustojen valmistuksessa voidaan aiemmin vasikan mahanesteestä eristetty kymosiini korvata teollisesti valmistetulla puhtaammalla kymosiinilla.

Nykyään elintarviketeollisuudessa käytetään makeuttajana yhä enemmän amylaasientsyymin avulla makeaksi pilkottuja maissin, perunan tai viljojen tärkkelyksiä Kuluttajat ovat alkaneet kiinnittää yhä enemmän huomiota tuotteiden terveyteen elintasosairauksien kuten sydän- ja verisuonisairauksien, ylipainon, diabeteksen ja syöpäsairauksien yleistyessä. Elintarviketeollisuudessa onkin alettu valmistaa yhteistyössä lääketieteen kanssa terveyttä edistäviä funktionaalisia elintarvikkeita. Niillä voidaan vähentää terveysriskejä, kuten kohonnutta veren kolesterolia, vähentynyttä luustotiheyttä, kohonnutta verensokeria, kohonnutta verenpainetta ja ylipainoa.

Energiantuotanto

Ilmastonmuutoksen torjumiseksi on alettu etsiä  fossiilisia polttoaineita korvaavia energianlähteitä. Bioteknologian avulla voidaan valmistaa eloperäisestä aineesta valmistettua biopolttoainetta josta saadaan bioenergiaa. Liikenteen biopolttoainetta tuotetaan eri biomassoista.

Biopolttoaineena käytettävää bioetanolia voidaan valmistaa runsaasti sokeria ja tärkkelystä sisältävistä kasveista, kuten sokeriruo’osta, sokerijuurikkaasta, maissista ja perunasta ja biodieseliä öljykasveista kuten rypsistä ja öljypalmusta. Biopolttoaineiden käyttö ei kuitenkaan ole ongelmatonta sillä niiden raaka-aineita voitaisiin käyttää myös ruokana ja viljelyalueita ruoan tuotantoon. Tästä syystä biopolttoaineita pyritään valmistamaan kasvien selluloosasta, selluloosateollisuuden sivutuotteesta mäntyöljystä sekä jätteistä. Myös levät saattaisivat soveltua biopolttoaineiden raaka-aineiksi.. 

Jätevedenpuhdistamoilla ja kaatopaikoilla työskentelevät mädättäjäbakteerit tuottavat myös autojen polttoaineena ja lämmön sekä sähköntuotantoon käytettävää biokaasua. Kun biokaasun sisältämä metaani käytetäänkin energiantuotantoon metaanipäästötkin vähenevät.

Ympäristön suojelu

Bioteknologia vaikuttaa merkittävästi myös ympäristönsuojelussa. Teollisuuden tuotantoprosesseissa voidaan säästää rahaa, aikaa ja energiaa käyttämällä erilaisia mikrobeja ja entsyymejä. Lisäksi pyritään vähentämään uusiutumattomien luonnonvarojen käyttöä, myrkyllisten aineiden käyttöä tuotantoprosesseissa ja tuotteen koko elinkaarena syntyvien jätteiden ja päästöjen määrää.

Jätevesien puhdistus on esimerkki prosessista jossa bioteknologialla on merkittävä rooli. Jäteveden biologiseen puhdistamiseen käytetään tarkoitukseen kasvatettuja hajottajamikrobeja ja matkan varrella syntyvä liete voidaan kompostoida ja käyttää eri tarkoituksiin.

Vanhojen sahojen, puunkäsittelylaitosten ja huoltoasemien alla olevaa myrkyllisistä aineista saastunutta maaperää voidaan puhdistaa mikrobeja käyttämällä. Mikrobien ja kasvien avulla tapahtuvaa myrkyllisten aineiden hajottamista kutsutaan biopuhdistukseksi. Biopuhdistus sopii vähän saastuneeseen tai yhä kemikaaleja sisältävän maaperän puhdistamiseen. Muuntogeenisiä kasveja voidaan käyttää raskasmetallien, torjunta-aineiden ja öljyn poistamiseen maaperästä. Kasvit pystyvät juurtensa avulla keräämään raskasmetallit, jonka jälkeen kasvit hävitetään.

Milla-Maria