Kiertotalouden Orgaaninen Analytiikka

Tutkimusprojektit

Orgaanisten arvoaineiden analytiikka ja talteenotto 

Kasvimateriaalit sisältävät monia hyödynnettäviä yhdisteitä ja komponentteja, ns. orgaanisia arvoaineita. Kuitujen ja kasviproteiinin lisäksi, kasvit tuottavat valtavan määrän erilaisia orgaanisia arvoaineita (fytokemikaaleja), jotka ovat oleellisia raaka-aineita mm. elintarvike-, lääkeaine- ja kosmetiikkateollisuudelle. Nämä kasviperäiset arvoaineet sisältävät monia korkealle jalostettuja raaka-aineita, kuten antimikrobisia yhdisteitä, aromi- ja lisäaineita, vitamiineja sekä flavonoideja. Yksi kasvi sisältää tyypillisesti 500–1000 erilaista hyödynnettävää yhdistettä. Korkealle jalostettujen yhdisteiden syntetisointi laboratoriossa on usein hyvin resurssi-intensiivistä, aikaa vievää, tuottaa sivutuotteena kemikaalijätettä ja on kallista. Lisäksi osaa kasvien tuottamista fytokemikaaleista ei ole mahdollista valmistaa edes laboratoriomittakaavassa teollisesta tuotannosta puhumattakaan. Toisaalta taas, kasveista saatava biomassa tai maatalouden sivuvirrat voivat sisältää myös haitallisia, jopa myrkyllisiä yhdisteitä, jotka haittaavat raaka-aineen jatkokäyttöä esimerkiksi kasvualusta käytössä tai kuluttajatuotteina. 

Tutkimuksemme tavoitteena on selvittää viljeltävien kasvien sekä alkutuotannon ja elintarviketuotannon sivuvirtojen orgaanisia arvoaineita, kehittää niiden analytiikkaa sekä talteenottomenetelmiä siten että menetelmät olisivat sekä taloudellisesti että ympäristön kannalta kestäviä. 

Tutkimuksen kärkenä toimii tällä hetkellä Keski-Suomen liiton rahoittama hanke, TURBITS: Turvemaiden uudet viljelykasvit sekä biosivuvirrat -Tuotantoketjut, arvoaineet ja kiertotalous. Tässä hankkeessa keskitytään erityisesti entisillä turvetuotantoalueilla viljeltäviin kasveihin sekä alkutuotannon sivuvirtoihin. Osatoteuttajana hankkeessa toimii Jyväskylän ammattikorkeakoulun Biotalousinstituutti. 

Supramolekyylien ja koordinaatioyhdisteiden rakennekemia kaasufaasissa

Supamolekyylit ovat itsejärjestäytyviä synteettisiä tai biologisia komplekseja, jotka voivat muodostaa reversiibeleitä, ympäristöön sopeutuvia rakenteita aina kapseleistä ja häkkirakenteista polymeereihin, joilla on monia tärkeitä ominaisuuksia. Ne voivatkin toimia reseptoreina, kuljettimina, katalyytteinä tai muodostaa dynaamisia pintoja. Muodostuneiden rakenteiden tutkiminen on kuitenkin vuorovaikutusten dynaamisesta ja reversiibelistä luonteesta johtuen usein haastavaa. Olemme jo vuosia kehittäneet erityisesti ioniliikkuvuusmassaspektrometriaan (IM-MS) perustuvaa rakenneanalytiikkaa. IM-MS menetelmän avulla saadaan molekyylipainon lisäksi määritettyä myös kompleksin tai koordinaatioyhdisteen fyysinen koko ilmaistuna törmäyspoikkipinta-alana (collision cross section CCS). Lisäksi saadaan selville mm. esiintyykö kompleksilla useita konformaatioita, onko pienmolekyyli kapselin sisä- vai ulkopuolella tai minkälainen rakenteeltaan on reseptorin ja substraatin muodostama kompleksi. Saatua tietoa voidaan myös yhdistää muilla rakennekemian menetelmillä saatuun tietoon kuten DFT tai röntgenkristallografian rakenteisiin. 

Viime vuosina olemme saaneet tutkia monia erilaisia supramolekyylejä ja koordinaatiokomplekseja, joista esimerkkeinä Au-klusterit, Salomon linkit, kukurbituriilien, resorsinareenien, pyridiiniareenien ja kaliksareenien kompleksit sekä monet erilaiset metallikoordinaatioyhdisteet. 

Pienmolekyylien analytiikka 

Kehitämme myös analyyttisia menetelmiä erilaisten pienmolekyylien analytiikkaan. Erityisenä kiinnostuksen kohteena on kohdennettu ja kohdentamaton metabolomiikka sekä ympäristöanalytiikka. Metabolomiikan osalta kehittämme analyyttisiä menetelmiä erityisesti liikuntafysiologian sekä ekologian tarpeisiin. Tarjoamme myös palvelututkimusta orgaanisessa analytiikassa.