Henter sukker fra tømmerstokker

jyl0246

Tømmerlunne i vintersol. Foto: John Y. Larsson.

Hvordan kan tømmerressursene utnyttes best mulig? I dag går mesteparten av tømmerstokken enten til papirproduksjon, trelast eller bioenergi. Men tømmeret inneholder sukkerforbindelser som kan brukes til mye mer.

- Sopper er veldig viktige, ikke minst nedbrytersopper slik som brunråte. De gjør en uvurderlig jobb med å bryte ned døde trær i skogen, forteller Gry Alfredsen, soppekspert og seniorforsker ved NIBIO på Ås.

Alfredsen er leder for forskningsprosjektet «BioMim – Advancing biomass technology – a biomimetic approach».

Forskerne i BioMim har undersøkt hvordan skadegjørende brunråtesopp bryter ned veden til enkelte sukkerbestanddeler.

Brunråtesoppene er blant de få soppgruppene i verden som kan bryte ned såkalt lignocellulose fra trær. Uten dem ville det for eksempel hopet seg opp med trær og kvister i skogen.

- Brunråtesoppene hjelper til med å rydde opp i skogen og med å sirkulere karbon som er lagret i trær tilbake til atmosfæren, forklarer Alfredsen.

På Campus Ås samarbeider Gry Alfredsen, Olav Aaseth Hegnar, Aniko Varnai og Vincent Eijsink for å avsløre brunråtesoppens hemmeligheter. Foto: Liv Røhnebæk Bjergene.
På Campus Ås samarbeider Gry Alfredsen, Olav Aaseth Hegnar, Aniko Varnai og Vincent Eijsink for å avsløre brunråtesoppens hemmeligheter. Foto: Liv Røhnebæk Bjergene.

Lærer av soppen hvordan treet kan nedbrytes

Samtidig forårsaker brunråtesoppene skade på bygninger og andre trekonstruksjoner.

- Ved å lære mer om mekanismene til brunråtesopper får vi ny kunnskap om hvordan vi bedre kan bryte ned trevirke og samtidig lære mer om hvordan tre i bygninger og konstruksjoner kan beskyttes bedre mot brunråtesopp, forklarer Alfredsen.

Nå ønsker forskerne å frariste brunråtesoppene enda flere av deres hemmeligheter.

- Vi kan lære av brunråtesoppens nedbrytningsmekanismer. De inneholder mange hemmeligheter som ikke har vært forstått, inkludert nye enzymer. Dette er kunnskap som vil kunne gi oss sukker fra trevirke på nye, mer effektive og miljøvennlige måter, forteller Alfredsen.

Brunråtesoppene er spesialisert på å bryte ned bartrær, slik som gran og furu.

- Et av hovedmålene med BioMim-prosjektet har nettopp vært å mimikere eller herme etter brunråtens formidable evne til å løse opp og bryte veden til sukkerkomponenter, forklarer Alfredsen.

For å få til dette har prosjektet samarbeidet med i alt ti nasjonale og internasjonale partnere, inkludert private partnere som Kebony og Borregaard.

Borregaard fabrikker i Sarpsborg i Østfold er en viktig aktør når det gjelder utnyttelse av tømmeret til avanserte kjemiske produkter. Borregaard har i over 150 år utnyttet trestokken til mye mer enn bare papirmasse. Et av Borregaards første produkter var etanol laget fra tømmer, og Borregaard er i dag en av verdens største produsenter av bioetanol.

En annen viktig samarbeidspartner for BioMim-prosjektet har vært det bioteknologiske forskningsmiljøet ved NMBU.

- Ja, NMBU og det verdenskjente enzymmiljøet ved NMBU, med professor Vincent Eijsink i spissen, har spilt en veldig viktig rolle for oss, forteller Alfredsen.

Bjørge Westereng - 2 - Foto Håkon Sparre NMBU
NMBU-forsker Bjørge Westereng. Foto: Håkon Sparre.

Karameller i trær

Bjørge Westereng er en av forskerne i Vincent Eijsinks forskningsgruppe ved NMBU. Westereng er førsteamanuensis på fakultet for Kjemi, bioteknologi og matvitenskap ved NMBU, og lidenskapelig opptatt av å finne nye, innovative og spennende måter å utnytte tømmerstokken på.

- Det er mye gran og bjørk i Norge, og min jobb har vært å få ut nyttige karbohydrater fra disse trærne, forteller Westereng.

Mesteparten av treet består av cellulose, et fiber bygget opp av nettopp karbohydrater. Et annet karbohydrat det er mye av i treet er hemicellulose, og så er det lignin, som ikke er et karbohydrat. Til sammen utgjør cellulose, hemicellulose og lignin veden i treet.

Westereng og hans kollegaer på Campus Ås har som mål å utnytte hemicellulose-delen av veden.

- Denne delen av treet utnyttes lite i dag, og hemicellulosen er et problem i papirproduksjonen, blant annet fordi den bidrar til at papiret blir brunfarget over tid, forklarer Westereng.

Hemicellulosen kan imidlertid benyttes til mange spennende ting.

Westereng forklarer hvordan hemicellulose fra for eksempel grantømmer, ligner på komponenter vi har i matvarer.

- Det høres kanskje rart ut å bruke trær til mat, men det er faktisk ganske realistisk at vi skal få til dette. I det prosjektet vi holder på med nå har vi blant annet benyttet hemicellulose som en ingrediens til grisefôr.

Tanken er at hemicellulosen vil kunne stimulere grisens tarmflora. NMBU-forskerne undersøker hvordan bakteriefloraen i grisens mage endrer seg som en respons på hemicellulosen fra gran som blir tilsatt grisefôret.

Westereng forklarer at hemicellulosene er nokså komplekse kjemiske forbindelser. Og det krever en spesiell bakterieflora for å kunne bryte dem ned til lettere tilgjengelige sukkerforbindelser som så grisens tarmer kan utnytte. Men grisens bakterier klarer å nyttiggjøre seg hemicellulosen fra grantreet siden den ligner på mat grisen allerede spiser og er i stand til å fordøye.

Granlaks - Foto Håkon Sparre - NMBU
Granstokken kan utnyttes til å finne nye, nyttige og kanskje til og med lønnsomme prebiotiske produkter som erstatning i matvareproduksjon. Foto Håkon Sparre, NMBU.

Gran-mannan

Hemicellulose fra gran inneholder mannan. Og mannan er en sukkerforbindelse det finnes mye av i mat, i form av såkalte stabilisatorer. En stabilisator er et hjelpestoff som tilsettes for at maten ikke skal skille seg og holde seg stabil over tid. Mange stabilisatorer er geler eller fortykningsmidler som sørger for en mer tyktflytende konsistens.

- Det geniale med gran-mannan er at den i motsetning til de nokså enkle mannanene som benyttes i matvarer, er svært kompleks. Gran-mannan er på en måte en alt-i-ett-mannan, forteller Westereng.

Bjørge Westereng forsker også på hvordan kosttilskudd kan stimulere bakteriefloraen.

På engelsk kalles det «prebiotics», på norsk «prebiotika»? Du kjenner kanskje til uttrykket probiotisk, fra for eksempel probiotisk yoghurt. Probiotisk yoghurt inneholder melkesyrebakterier som er bra for deg og magen din. Tanken bak prebiotiske produkter, slik som hemicellulose fra trær, er at de er gunstige for bakterienes fordøyelse.

Tanken er å finne nye, nyttige og kanskje til og med lønnsomme prebiotiske produkter fra tømmeret som så kan benyttes som erstatning, for eksempel i matvareproduksjon.

 

Fra tømmerstokk til bioraffinering

«Foods of Norway» er navnet på et annet forskningsprosjekt på Campus Ås. I Foods of Norway-prosjektet undersøker forskerne bruken av trevirke som råvare for dyrefôr. Bjørge Westereng forklarer at Foods of Norway-prosjektet har en litt annen tilnærming enn prosjektet Wood Prebiotics.

- Ja, i Foods of Norway forsker man på å bryte ned trebiomassen til vanlige små sukkerbestanddeler som man kan dyrke gjær på. Dette blir foret til grisene. I tillegg kan man lage mye annet av sukkeret fra trær – dette kalles bioraffinering.

- Hovedbudskapet er at grantrær kan benyttes til å lage mange ulike typer produkter. Her ligger det store muligheter, spesielt når man finner den optimale blandingen av forskjellige anvendelser.

 

Enzymer er som Pac-Man og biologiske sakser

Enzym er et ord som går igjen i både BioMim og Prebiotic-prosjektene. Men hva er egentlig et enzym?

Westereng forklarer at alle som har spilt Pac-Man på en måte vet hvordan et enzym virker.

- Et enzym er på en måte som en biologisk saks som er spesifikk for spesielle typer strukturer. Det finnes for eksempel et enzym som spalter av én del av karbohydratet og et annet enzym som spalter av en annen del av karbohydratet. Det finnes også enzymer som spalter andre ting enn karbohydrater, for eksempel fett eller proteiner. Slike enzymer finner vi f.eks. i vaskemidler.

- Veldig mange forskjellige varer som vi bruker i dagliglivet inneholder enzymer.

LPMO protein - Foto Håkon Sparre - NMBU
LPMO-protein. Foto: Håkon Sparre, NMBU.

Enzymcocktailer skal sprite opp nedbrytingen av cellulose

NMBU har blitt verdenskjent for oppdagelsen av en helt spesiell gruppe enzymer som kalles LPMO. Disse enzymene ble oppdaget i 2010 av forskningsgruppen til NMBU-professor Vincent Eijsink. LPMO-er er såkalte oksidative enzymer som blant annet spalter cellulose på en måte som bryter opp fiberstrukturen slik at andre nedbrytende enzymer slipper til.

Flere typer LPMO har blitt karakterisert og er nå tatt i bruk, som del av såkalte enzymcocktailer for nedbryting av cellulose. Slike enzymcocktailer er svært viktige for industrien.

- Borregaard har et av de mest avanserte bioraffineriene vi har i Europa, og i verden faktisk. Borregaard utnytter mange forskjellige deler av trebiomassen og henter ut nye produkter. Jo flere slike spesielle komponenter du får ut av trebiomassen jo bedre er det, og jo bedre og mer helhetlig får du utnyttet råstoffet, forklarer Westereng.

- Det er jo veldig mye av trevirket som ikke egner seg til trelast, til planker, men som vil være svært interessant for bioraffinering.

 

Fremtiden er biokjemikalier

Hva så med fremtiden? Hvordan ser Ås-forskerne for seg fremtiden innen utnyttelse av skog til nye produkter. Både Gry Alfredsen og Bjørge Westereng er svært opptatt av det som kalles biokjemikalier, at man produserer verdifulle kjemikalier fra biologiske materiale ved siden av mindre verdifulle, men viktig «bulk» produkter som sukker.

- Du har slike ting som biosurfactants, overflaterelaterte produkter, såpeprodukter. Og det kan kanskje produseres fra trebiomasse eller for eksempel fett fra slakterier, fra gris-/fjørfe storfe produksjon, forklarer Westereng.

- Det å kombinere flere råstoffer og produkter på helt nye måter og i nye verdikjeder er noe vi jobber mye med her på Campus Ås.

KONTAKTPERSON
BioMim - Advancing biomass technology – a biomimetic approach

Målet med BioMim er å lære av naturen hvordan vi kan bli enda bedre til å utnytte våre nordiske skogressurser. Gran og furu er de økonomisk sett viktigste treslagene i Norge. Halvparten av skogen i Norge består av gran, og furu utgjør vel en tredel. Brunråte er en soppgruppe som er i stand til å bryte ned veden til gran og furu. Hva om vi kunne lære av soppens enzymatiske evner til å bryte ned ved? Vi vet at det tidlig i brunråtens nedbrytning er en utstrakt såkalt depolymerisering av celleveggene i veden, at celleveggene går i oppløsning. Denne depolymeriseringen gjør at veden raskt mister sine styrkeegenskaper. Brunråte kan dessuten skape store problemer for trevirke brukt som panel på hus eller som terrassebord. Tanken bak forskningsprosjektet BioMim har vært å lære av måten brunråte bryter ned trevirket på. Vi ønsket å utnytte brunråtesoppens forbehandlingsmekanismer og enzymer for å utvikle nye og innovative metoder for bioraffinering.

BioMim-konsortiet består av ledende forskergrupper både nasjonalt (Vincent Eijsink sin gruppe) og internasjonalt (Sverige, Danmark, USA og Japan), samt aktiv deltagelse fra norsk industri (Borregaard og Kebony).

Resultatene fra BioMim-prosjektet har gitt ny og viktig kunnskap om brunråtemekanismer, samtidig som prosjektet har gitt industrien nye verktøy for bioraffinering og for optimalisering av miljøvennlige trebeskyttelsessystemer.

BioMim-prosjektet er støttet av Norges Forskningsråd gjennom BIONÆR-programmet.

Wood Prebiotics

Den globale tre- og papirindustrien møter store utfordringer gjennom sterkt redusert etterspørsel og stadig flere fabrikker lukker dørene for godt. Utvikling av sammensatte bioraffineriløsninger for produksjon av nye verdifulle varestrømmer fra trebiomasse er et alternativ som kan redde flere fabrikker. Hemicellulose i form av xylan og mannan er begge hovedbestanddeler i trær (cirka en tredel). Den overordnete strukturen i hemicellulose er den samme i trebiomasse som i spiselige plantekilder. Hemicellulose fra tømmer kan dermed fremme vekst av «gode» bakterier og fungere som en alternativ kilde til prebiotika fra spiselig biomasse.

Wood Prebiotics bidrar i utviklingen av en billig fôringrediens fra en ikke-spiselig kilde, slik som tømmer, noe som kan bidra til økt produksjon av sunnere husdyr. Wood Prebiotics-prosjektet vil også danne grunnlaget for eventuelle fremtidige muligheter for å utvikle hemicellulose fra trær som en reell funksjonell fiberingrediens i mat.

Wood Prebiotics-prosjektet er finansiert av Norges Forskningsråd gjennom BIONÆR-programmet.

Probiotiske produkter finner du blant annet i Tines sortiment i form av Biola yoghurt. Probiotisk yoghurt inneholder melkesyrebakterier som er bra for deg og magen din. Foto: TINE.

Tekst frå www.nibio.no kan brukast med tilvising til opphavskjelda. Bilete på www.nibio.no kan ikkje brukast utan samtykke frå kommunikasjonseininga. NIBIO har ikkje ansvar for innhald på eksterne nettstader som det er lenka til.