Väitös, biotuotetekniikka, FM Elisa Spönla

Väitöskirjan nimi: Enzymatic modification of lignocellulosic fibres and nanofibrils: From high-consistency fibre processing to laccase-aided hydrophobisation

Väittelijä: Elisa Spönla
Vastaväittäjä: emeritusprofessori Jack (John) Saddler, University of British Columbia, Kanada 
Kustos: professori Tiina Nypelö, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Siirtymä fossiilitaloudesta biotalouteen vaatii biomassan resurssitehokasta hyödyntämistä materiaalisovelluksissa. Merkittävä osa puun komponenteista, kuten kuori sekä osa ligniinistä ja hemiselluloosasta, päätyy matalan jalostusarvon käyttökohteisiin, esimerkiksi energiantuotantoon. Näiden biomassajakeiden tehokkaampi hyödyntäminen on yhä tärkeämpää sekä talouden että ympäristön kannalta. Tässä väitöskirjassa tutkittiin entsymaattista prosessointia keinona kasvattaa biomassan käyttöä korkean lisäarvon tuotteissa. Entsyymit mahdollistavat biomassan valikoivan muokkauksen miedoissa olosuhteissa verrattuna kemiallisiin muokkauksiin.

Perinteisesti puupohjaisten tekstiilikuitujen valmistukseen käytetään puhtaasta selluloosasta koostuvaa liukosellua. Väitöskirjassa tutkittiin, miten hemiselluloosapitoista paperisellua voidaan hyödyntää tekstiilikuitujen raaka-aineena suursakeusentsyymikäsittelyn avulla, jolloin suurempi osa puun komponenteista saadaan osaksi lopputuotetta. Tulokset osoittivat, että entsyymikäsittely mahdollisti paperisellun käytön tekstiilikuitujen valmistuksessa ja että korkea sakeus tehosti sellun entsymaattista muokkausta merkittävästi. Keskeinen tulos osoitti, että sellun ominaisuuksien ymmärtäminen on oleellista käsittelyn soveltamisessa eri raaka-aineille. Havupuusellulle optimoitu prosessi ei ollut yhtä tehokas eucalyptussellulle, mutta eucalyptukselle optimoitu entsyymiseos tehosti käsittelyä merkittävästi. Sellujen ominaisuuksia voitiin muokata selektiivisesti valitsemalla ja yhdistelemällä erilaisia entsyymejä sekä kemiallisia ja hydrotermisiä käsittelyjä.

Lisäksi työssä tutkittiin kuoripohjaisten nanofibrillien entsymaattista muokkausta tavoitteena tehdä materiaalista hydrofibisempaa, jotta se soveltuisi paremmin esimerkiksi pinnoitesovelluksiin. Entsyymikäsittely aiheutti maltillisia muutoksia näytteiden pintakemiassa indikoiden korkeampaa hydrofobisuutta. Lisätutkimusta tarvitaan käsittelyn tehostamiseksi ennen materiaalin hyödyntämistä käytännön sovelluksissa.

Väitöskirjan tulokset auttavat kehittämään entistä tehokkaampia ja tarkemmin kohdennettuja entsyymikäsittelyjä puupohjaisille materiaaleille. Tarkasteltujen sovellusten lisäksi työ osoittaa, että entsymaattinen prosessointi tarjoaa monipuolisia keinoja puupohjaisten materiaalien muokkaamiseen, mahdollistaen puubiomassan ja sen sivuvirtojen tehokkaamman hyödyntämisen. Entsymaattinen muokkaus voi siten lisätä uusiutuvista luonnonvaroista saatavaa arvoa ja vauhdittaa siirtymää kohti resurssitehokkaampaa biotaloutta.
 

Avainsanat: entsymaattinen muokkaus, endoglukanaasi, ksylanaasi, mannanaasi, lakkaasi, selluloosa, hemiselluloosa, korkea sakeus, regeneroitu kuitu, lignoselluloosananofibrilli, funktionalisointi, sivuvirta, hiilihydraattiin sitoutuva moduuli

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu.

Yhteystiedot:
elisa.sponla@vtt.fi