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