tiistai 7. lokakuuta 2014

Biologia 5: luku 14 Teollisuudessa ja ympäristöteknologiassa hyödynnetään bioteknologiaa



Biologia 5: luku 14 Teollisuudessa ja ympäristöteknologiassa hyödynnetään bioteknologiaa


Teollisuudessa pyritään tehokkaaseen ja ympäristöä vähän kuormittavaan tuotantoon


Tutkijat ovat kehittäneet muuntogeenisen bakteerin, joka pystyy muuttamaan merilevän tuottamia sokereita etanoliksi. Merilevästä voitaisiin näiden bakteerien avulla valmistaa bioetanolia autojen polttoaineeksi. Merilevästä tuotettu biopolttoaine ei veisi peltopinta-alaa ruuantuotannolta, eikä sen viljely kuluttaisi vettä.

Elintarviketeollisuudessa bioteknologiaa sovelletaan esim maitotuotteiden ja oluen valmistuksessa ja sen menetelmin parannetaan elintarvikkeiden ja niiden raaka-aineiden ominaisuuksia. Biotekniikkaa hyödyntäviä teollisuuden aloja kutsutaan bioteollisuudeksi. Bioteollisuudessa valmistetaan joko uusia tuotteita tai jo olemassa olevaa tuotetta aletaan valmistaa uudella menetelmällä.


Entsyymejä tuotetaan  monien teollisuusalojen tarpeisiin


Entsyymejä käytetään mm. elintarvike-, pesuaine-, puunjalostus- ja tekstiiiliteollisuudessa. Entsyymien tuotannosta onkin kehittynyt aivan oma bioteollisuuden osa-alueensa. Entsyymeillä voidaan korvata haitallisia aineita tai käyttää alhaisia lämpötiloja tai painetta.


Mikrobit valmistavat teollisuuden käyttämiä entsyymejä              


Bioreaktori eli fermentori on suuri astia, joka on steriloitu ja suljettu niin tiivisti, ettei sinne pääse ulkopuolisia mikrobeja. Bakteereja ja homeita käytetään teollisuudessa entsyymien tuottamiseen. Entsyymien teollisessa tuotannossa on kolme vaihetta:

  1. Esikäsittelyssä syväjäädytettyjä tai kasvatusmaljalla jääkaapissa säilöttyjä mikrobeja siirretään steriiliin kasvatusliuokseen. Aluksi mikrobeja esikasvatetaan pienissä bioreaktoreissa.
  2. Bioreaktorissa kasvatusliuoksena on vettä ja siihen lisättyjä ravintoaineita. Bioreaktorin olosuhteen pidetään ihanteellisina mikrobin toiminnan kannalta, jotta tuotanto olisi mahdollisimman tehokasta.
  3. Entsyymiä kerätään talteen ja puhdistetaan



Elintarvikkeiden valmistuksessa käytetään mikrobeja ja entsyymejä


Monien elintarvikkeiden valmistus perustuu mikrobien aineenvaihduntaan. Soluhengityksen ja alkoholikäymisen kemialliset reaktiot tapahtuvat entsyymien katalysoimina, minkä takia oikea leivontalämpötila on tärkeä. Taikinan nouseminen perustuu leivinhiivan energia-aineenvaihduntaan. Hapekkaissa oloissa hiivasoluissa vapautuu energiaa soluhengityksessä ja samalla muodostuu hiilidioksidia. Hiilidioksidikuplat saavat taikinan kohoamaan.

Sekä oluen että viinin valmistus perustuu hiivasoluissa tapahtuvaan alkoholikäymiseen. Alkoholikäyminen tapahtuu hapettomissa oloissa ja siinä vapautuu energiaa, ja hiilidioksidin lisäksi syntyy pieni määrä alkoholia. Alkoholi haihtuu taikinasta paistettaessa. Alkoholikäymisessä viljan tai viinirypäleiden sisältämät hiilihydraatit hajoavat hiilidioksidiksi ja etanoliksi.

Meijeriteollisuudessa viilin, jogurtin, piimän ja juuston valmistus perustuu maidon sisältämän laktoosin käymiseen maitohapoksi maitohappobakeerien eli hapatteiden avulla. Ne happamoittavat maidon ja siten vaikuttavat tuotteen rakenteeseen, makuun, kypsymiseen ja säilyvyyteen.


Elintarvikkeita valmistettaessa huomioidaan kuluttajien tarpeet


Laktaasientsyymiä käytetään vähälaktoosisten tuotteiden valmistuksessa. Se pilkkoo maidon laktoosia. Elintarviketeollisuudessa on alettu tuottaa funktionaalisia eli terveyttä edistäviä elintarvikkeita, joiden avulla voidaan vähentää terveysriskejä, kuten kohonnutta veren kolesterolia, vähentynyttä luustotiheyttä, kohonnutta verensokeria, kohonnutta verenpainetta ja ylipainoa.


Bioenergia korvaa fossiilisia polttoaineita


Bioteknologian avulla kehitetään uusia ja tehokkaita menetelmiä, joilla valmistetaan biopolttoaineita. Biopolttoaineella tarkoitetaan eloperäisestä aineesta valmistettua polttoainetta ja siitä saatavaa energiaa kutsutaan bioenergiaksi. Biopolttoaineiden raaka-aineina käytetään runsaasti sokeria ja tärkkelystä sisältäviä kasveja, kuten sokerijuurikasta, sokeriruoko, maissia ja perunaa sekä öljykasveja, kuten öljypalmua ja rypsiä.  Öljypitoisista kasveista valmistetaan biodieseliä ja sokeri- ja tärkkelyspitoisista bioetanolia. Näillä polttoaineilla on korvattu öljystä jalostettujen bensiinin ja dieselin käyttöä.

Biopolttoaineita pyritään kuitenkin valmistamaan kasvien selluloosasta, mäntyöljystä sekä jätteistä, koska bioetanolin ja biodieselin tuotannossa on se ongelma, että niiden valmistuksessa käytetään ruuaksi kelpaavia raaka-aineita. Lisäksi öljypalmun viljelyn lisääntyminen tuhoaa sademetsiä ja nopeuttaa lajien sukupuuttoa.  Myös levien soveltumista biopolttoaineiden raaka-aineeksi tutkitaan.

Biokaasua (metaania) käytetään lämmön- ja sähköntuotantoon sekä ajoneuvojen polttoaineena. Näin ilmakehään vapautuvan metaanin määrä vähenee, nimittäin metaania muodostuu kaatopaikoilla, jätevedenpuhdistamoilla ja sikaloissa kun anaerobiset mädättäjäbakteerit hajottavat jätteitä. Metaani on tehokas kasvihuonekaasu, joten biokaasun käyttö torjuisi osaltaan ilmastonmuutosta.


Jätteiden määrää ja haittoja voidaan vähentää


Bioteknologian avulla pyritään energian säästöön ja raaka-aineina käytettävien uusiutumattomien luonnonvarojen käytön vähentämiseen. Kehitetään menetelmiä, joiden avulla voidaan vähentää tuotteen koko elinkaaren aikana syntyvien päästöjen ja jätteiden määrää sekä myrkyllisten kemiakaalien käyttöä. Mikrobien ja kasvien avulla tapahtuvaa myrkyllisten aineiden hajottamista kutsutaan biopuhdistukseksi.

Valinnan avulla voidaan löytää sellaisia mikrobeja, jotka kestävät myrkkyjä ja hajottavat niitä. Kasvit pystyvät juurtensa avulla keräämään maaperästä esim kadmiumin ja nikkelin. Tämän jälkeen raskasmetalleja keränneet kasvit niitetään ja hävitetään.

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti