Kemiantekniikka Kandidaatintyö 2020
Puun kuoren komponenttien hyödyntäminen
Joonas Laine
Työn ohjaajat: TkT Mari Kallioinen ja Prof. Mika Mänttäri
LUT School of Engineering Science Kemiantekniikka
Joonas Laine
Puun kuoren komponenttien hyödyntäminen Kandidaatintyö
Kevät 2020
24 sivua, 10 kuvaa
Työn ohjaajat: TkT Mari Kallioinen ja Prof. Mika Mänttäri
Hakusanat: puun kuori, betuliini, suberiini, uusiutuvat luonnonvarat, luonnonpolymeerit
Puun kuoren sisältämät tärkeät yhdisteet ovat edelleen pitkälti hyödyntämättä metsäteollisuudessa, sillä suurin osa puun kuoresta poltetaan tehtailla energiaksi. Kuori sisältää hyödynnettäviä komponentteja kuten suberiinia sekä betuliinia. Suberiini on rakenteeltaan monimutkainen luonnonpolyesteri, jolla voi tulevaisuudessa olla käyttökohteita muovin korvaajana. Betuliini taas on lääketeollisuudelle tärkeä komponentti, sillä sen johdannaisilla on todettu olevan laaja-alaisia lääketieteellisiä vaikutuksia erilaisia sairauksia kuten malariaa, syöpää ja Hi-virusta vastaan. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on esitellä erilaisia tapoja näiden kahden komponentin suberiinin sekä betuliinin talteen ottamiseen. Työssä käydään läpi myös näiden komponenttien rakenteet, tämänhetkiset käyttökohteet sekä esitetään periaatteellinen kuvaus komponenttien samanaikaisesta talteenotosta samasta raaka-aineesta.
1 Johdanto ja työn tavoite ... 1
2 Miten etsin tietoa ... 2
3 Betuliini ja sen käyttökohteet ... 2
4 Betuliinin erottaminen kuoresta ... 4
5 Suberiini ... 10
6 Suberiinin käyttökohteet ... 14
7 Suberiinin erottaminen kuoresta ... 16
8 Kuoren kokonaisvaltainen hyödyntäminen ... 19
9 Johtopäätökset ... 21
1 Johdanto ja työn tavoite
Suurin osa puun kuoresta poltetaan metsäteollisuuslaitoksilla energiaksi ja osa käytetään maanrakennusaineena. Metsäteollisuuslaitosten kuten sellutehtaiden ja vaneritehtaiden kuori kuitenkin sisältää arvokkaita komponentteja, joiden erottaminen ennen polttamista energiaksi voisi olla taloudellisesti kannattavaa. Puunjalostusteollisuuden sivutuotteena syntyvästä kuoresta suurin osa on havupuiden kuorta n.6.5miljoonaa m3 vuodessa (Alakangas, 2000). Puun kuori kuitenkin poltetaan jo usein tehtailla tehtaan omaan käyttöön, sillä se on vaivaton tapa hävittää kuorijae hyötyä saaden.
Puun kuori sisältää samoja komponentteja kuin puu itse, mutta eri suhteessa. Komponenttien prosentuaalinen osuus riippuu siitä, missä kohtaa puuta kuori sijaitsee, esim. latvassa, tyvessä vai oksissa. Puun kuori sisältää selluloosaa 20-30% sen kuivapainosta ja runkopuu 40%.
Hemiselluloosaa kuoressa on 10-15% sekä ligniiniä 10-25% kuivapainosta. Runkopuussa näitä on 25-35% ja 20-30%. Vaikka puun kuoresta suurin osa on sellun tuotannon pääraaka-aineita, ei sitä kuitenkaan voida käyttää selluntuotannossa, sillä kuoren uuteaineet häiritsevät sellunkeittoprosessia. Myös puun kuoren massavirrat puunjalostustehtaissa ovat paljon pienemmät kuin runkopuulla. Hyödynnettäviä komponentteja puun kuoresta ovat muut orgaaniset aineet, joita on 5-20% puun kuoresta sekä uuteaineet, joita on myös 5-20% puun kuoren kuivapainosta (Vanninen, 2009).
Tämän työn tarkoituksena on esitellä eri prosessivaihtoehtoja, joilla teollisuudessa voidaan hyödyntää puun kuorta. Työssä valittiin kaksi tutkittavaa komponenttia, jotka ovat suberiini sekä betuliini ja kirjallisuuteen perustuen esitetään niille mahdollisia talteenotto- ja jalostusprosesseja sekä käyttökohteita. Työssä esitetään myös valittujen komponenttien rakenteet.
2 Miten etsin tietoa
Tiedon etsinnässä käytettiin pääosin LUT finnasta löytyviä tietokantoja kuten Royal society of Chemistry journals, ScienceDirect, SCOPUS, Springer eBooks sekä Alma Talent lehtiarkisto.
Hyödyksi käytettiin myös LUT-yliopiston omaa tiedekirjastoa, josta löydettiin esimerkiksi Paperi ja Puu -lehdet. Työssä hyödynnettiin myös laajalti patentteja ja niitä etsittiin Google patents -sivustolta sekä FreePatentsOnline -tietokannasta. Hakusanoina käytettiin sanoja kuten: betuliini, betuliinin erottaminen, betuliini teollisuudessa, suberiinin teollinen erottaminen. Melkein kaikissa tietokannoissa käytettiin englantia.
3 Betuliini ja sen käyttökohteet
Betuliini (Lup-20(29)-eeni-3β,28-dioli) on pentasyklinen triterpeeneihin kuuluva alkoholi, jolla on lupaanirunko. Molekyylirakenne on esitetty kuvassa 1. Betuliinia löytyy pääosin koivun sisäkuoresta sekä ulkokuoresta eli tuohesta. Koivun tuohessa betuliinia voi olla jopa 40 %:a Betuliini antaa tuohelle sen valkoisen värin. Betuliinilla ja sen johdannaisilla on laaja-alaisia käyttökohteita niin biologisella- kuin lääketieteellisellä alalla. Tämä tekee betuliinista tulevaisuudessa erittäin tärkeän raaka-aineen. (Alakurtti et al., 2006)
Kuva 1. Betuliinin molekyylirakenne. Oikeanpuoleisessa on merkitty funktionaaliset ryhmät (Alakurtti et al., 2006).
Kuten kuvasta 1. nähdään, betuliinillä on kolme mahdollista paikkaa, josta sitä voidaan syntetisoida. Ne ovat kolmannessa hiilessä sijaitseva sekundäärinen hydroksyyliryhmä, 28-
hiilessä sijaitseva primäärinen hydroksyyliryhmä sekä hiilessä 20 sijaitseva alkeeniryhmä.
Betuliini voidaan yksinkertaisesti muuttaa lääketieteellisesti aktiivisemmaksi betuliini- sekä betulonihapoksi. Ensin betuliini hapetetaan Jonesin reagenssin avulla betulonihapoksi ja tämän jälkeen natriumboorihydrisin avulla pelkistetään betuliinihapoksi (Kuva 2). (Alakurtti et al., 2006)
Betuliinille sekä betuliinihapolle on tehty Valtion teknillisessä tutkimuskeskuksessa (VTT) osana Kuori-projektia useita eri synteesejä, joissa niihin liitettiin happoja, terpeenialkoholeja ja fenoleja. Tarkoituksena oli tutkia eri betuliinijohdannaisten bioaktiivisuuksia, ominaisuuksia sekä muita soveltuvuuksia. Kyseisessä tutkimuksessa suunnitelluista yhdeksästä lopputuotteesta onnistuttiin syntetisoida kolme, jotka olivat betuliini-28-ferulihappoesteri, betulonihappo-28- vaniliiniesteri ja betulonihappo-28-karvakroliesteri. ”Kaikkia bioaktiivisuustestejä ei ole keretty vielä tekemään, mutta osassa tuotteet ovat näyttäneet jo hieman bioaktiivisuuden merkkejä”
(Metsälä, 2007). Mikä tarkoittaa sitä, että betuliinijohdannaisten tutkiminen tulevaisuudessa tulee herättämään mielenkiintoa.
Kuva 2. Betuliinin(1) hapetus betulonihapoksi (3) ja pelkistys betuliinihapoksi (2) (Alakurtti et al., 2006).
Betuliinihapolla on todettu olevan tulehdusta estäviä piirteitä sekä antimalaarisia vaikutuksia.
Betuliinihapolla ja sen johdannaisilla mukaan lukien betulonihapolla on antitumoorisia sekä antiviraalisia vaikutuksia (Alakurtti et al., 2006). Kun betuliinihappoa käytettiin yhdessä muiden syöpälääkkeiden kanssa, huomattiin niiden yhteisvaikutuksen laukaisevan ohjelmoidun solukuoleman syövässä. Betuliinijohdannaisilla on Hi-viruksen kehittymisen eri vaiheita hillitseviä vaikutuksia ja niitä voitaisiin käyttää yhdessä jo olemassa olevien HIV-lääkkeiden kanssa (Ekholm, 2005). Myös monilla muilla betuliininjohdannaisilla on todettu olevan
vaikutusta erilaisiin syöpiin kuten melanoomaan, keuhkosyöpään, leukemiaan sekä rintasyöpään (Hata et al., 2003; Liu et al., 2004; Zuco et al., 2002).
Vaikka Betuliini itsessään ei ole toimiva syöpää vastaan, on sillä huomattu olevan esimerkiksi listerioosibakteeria vastaan hillitseviä ominaisuuksia (Alakurtti et al., 2006; Lu et al., 2019).
Betuliinia käytetään myös laajalti säilöntäaineena lihatuotteissa sen antioksidanttisten piirteiden vuoksi (Zhang et al., 2019). Sitä käytetään myös emulsiona (kauppanimi: Episalvan) arpien sekä palovammojen hoidossa (Frew et al., 2019) Episalvania tutkittiin kahdessa tutkimuksessa, joissa oli yhteensä 219 potilasta. Tutkimuksissa huomattiin, että vaikka Episalvan-emulsiota levitettiin haavoihin ei sen pitoisuus plasmassa kuitenkaan noussut, sen huonon imeytymisen takia (Airola, 2016). Betuliini on rasvaliukoinen molekyyli ja sen huono liukeneminen veteen vähentää sen bioaktiivisuutta, mikä vaikeuttaa uusien lääkeaineiden kehittämistä. Betuliinin liukenemista on lisätty sekakiteiden (cocrystal) avulla. Sekakiteissä on kahta kiinteää ainetta samassa kidehilassa. Tämä parantaa aineen ominaisuuksia ja auttaa nopeuttamaan sen liukoisuutta.
Tutkimuksissa on saatu betuliini sekakiteytymään tereftaalihapon sekä dikarboksyylihapon kanssa, molemmissa tapauksissa betuliinin liukoisuus veteen kasvoi (Mikhailovskaya et al., 2020; Myz et al., 2019).
4 Betuliinin erottaminen kuoresta
Betuliini voidaan erottaa koivun kuoresta sekä tuohesta pääosin kahdella eri tavalla, uuttamalla tai sublimoimalla. Ensimmäisen kerran betuliinin erotti Johann Tobias Lovits vuonna 1788 sublimoimalla. Myöhemmin betuliini saatiin erotettua tuohesta uuttamalla. Monia tutkimuksia on tehty koskien parhaita liuottimia, olosuhteita sekä tapoja. (Tolstikov et al., 2004)
Yleisesti betuliinin uutossa voidaan käyttää erilaisia liuottimia, joita ovat hiilivedyt (LIAV 110, LIAV 200), etanoli, metanoli, n-heksaani, etyyli asetaatti, dikloorimetaani, 2-propanoli, n- heptaani, etyyliasetaatti ja sen eri seokset veden sekä etanolin kanssa, asetoni/vesi atseotrooppi, etanoli/vesi atseotrooppi sekä 2-butanoli (Eckerman and Ekman, 1985; Šiman et al., 2016a).
Ennen uuttamista on kuitenkin suositeltavaa poistaa kuori tuohesta esimerkiksi upottamalla se veteen. Koivun tuohi hylkii hyvin vettä ja jää kellumaan pinnalle, kun taas kuori absorboi vettä ja uppoaa pohjalle. Tämän jälkeen voidaan tuohi kerätä pinnalta (Eckerman and Ekman, 1985).
Uuttamista voidaan nopeuttaa jauhamalla tuohi pienimmiksi partikkeleiksi. Partikkelikoon ollessa väliltä 0,5mm-1,5mm oli viiden minuutin uuttoajalla jo 90 %:a tuohen betuliinista uuttunut liuokseen. Prosessin saantoon ei vaikuttanut siinä käytetyt liuottimet, joita olivat dikloorimetaani, asetoni/vesi atseotrooppi, metanoli, etanoli/vesi atseotrooppi, 2-propanoli/vesi atseotrooppi 2-butanoli/vesi atseotrooppi, LIAV 110 sekä LIAV 200. Isommalla partikkelikoolla 0,8mm-4mm riippui uuton nopeus sekä täydellisyys valitusta liuottimesta.
(Eckerman and Ekman, 1985; Tolstikov et al., 2004).
Betuliniin uuttoa on tehostettu erilaisilla menetelmillä kuten hyödyntämällä mikroaaltoja ja käyttämällä etanolia sekä limoneenia liuottimena. Limoneeni on selektiivinen betuliinia kohtaa ja näin ollen betuliinin puhtaudeksi voidaan saada noin 95 %:a. Mikroaaltojen avulla voidaan lämmittää tehokkaasti, vähäisellä energialla ja tasaisesti verrattuna perinteiseen Soxhlet-uutto menetelmään (Ferreira et al., 2013). Myös ultraääntä on käytetty nopeuttamaan uuttoprosessia.
Ultraääni hajottaa solujen seiniä mekaanisesti parantaen aineensiirtoa liuottimeen, tämä johtaa pienempään liuottimen tarpeeseen ja prosessin nopeutumiseen (Chen et al., 2009). Esikäsittely tuohta höyryttämällä sitä 1-3minuuttia vesi/lipeä -höyryssä ennen uuttoa, auttoi saamaan lähes kaiken noin 97% tuohen sisältämästä betuliinista liuottimeen (Tolstikov et al., 2004).
Uuton jälkeen tehdään betuliinin puhdistus joko kromatograffisesti tai uudelleenkiteyttämällä, sillä koivun tuohesta erotettu betuliini ei yleensä ole täysin puhdasta, vaan usein sisältää betuliinin hapettuneita johdannaisia kuten: betuliinihappoa, betuliinialdehydejä, betuliinihapon metyyliestereitä, betulonialdehydejä, betulonihappoa sekä lupeolia (Metsälä, 2007; Tolstikov et al., 2004). Uudelleenkiteytys on tärkeä osa betuliinin erotusprosessia. Eri liuottimilla uutto- sekä kiteytysvaiheessa on vaikutuksia sekä betuliinin saantoon että puhtauteen. Eckerman ja Ekman jo vuonna 1985 esittivät kaksi vaihtoehtoista tapaa betuliinin uuttamiseen tuohesta.
Ensimmäisessä uuttaminen sekä uudelleenkiteyttäminen tapahtui hiilivetyyn esim. LIAV 200.
Näin saannoksi saatiin 97 %:a kuoren alkuperäisestä betuliinista mutta puhtaudeltaan se oli vain vain 76 %:a. Toisessa vaihtoehdossa uuttaminen tapahtui samaan hiilivetyyn mutta uudelleenkiteytys tapahtui 2-butanoli/vesi -atseotrooppin avulla, näin ollen saannoksi tuli 80
%:a ja puhtaudeksi 95 %:a.
Krasutsky arvioi vuonna 2007, että maailman betuliinin tarve pystytään täyttämään muutamalla pilotti-skaalan uuttolaitteella. Mutta riippuen betuliinin ja sen johdannaisten tutkimus- ja tuotekehityksestä saattaa betuliinin kysyntä tulevaisuudessa kasvaa, mikä tarkoittaa sitä, että uusia tehokkaita menetelmiä niin betuliinin kuin myös muiden triterpeeninen erottamiseen tuohesta on kehitettävä käytettäväksi teollisessa mittakaavassa. Tyypillinen paperitehdas tuotti vuonna 2007 noin 40 tonnia koivun kuorta päivässä, josta on noin 15 %:a tuohta. Eli päivässä yksi tehdas polttaa noin 5 tonnia betuliinia, 250 kg betuliinihappoa ja 470 kg lupeolia (Krasutsky, 2007). Nämä määrät Krasutskyn mukaan kattaisivat niin biosidi, fungisidi, sidosaineiden ja shampoiden kysynnän kuin myös ei vielä olemassa olevien markkinoiden kysynnän.
Sublimoituminen on toinen tapa, jolla betuliini voidaan erottaa tuohesta. Tutkimuksessa (Guidoin et al., 2003) nostettiin tuohen lämpötilaa 30 °C:sta 550°C:seen ja tutkittiin miten betuliini sublimoituu. Kokeet tehtiin kahdessa eri paineessa, ilmakehän paineessa sekä 3.3kPa paineessa. Ilmakehän paineessa tehdyssä kokeessa betuliinin sublimoituminen tapahtui samaan aikaa kuin muiden tuohen mätänemistuotteiden sublimoituminen, mikä johti suureen betuliinin epäpuhtauteen. Alemassa paineessa suoritetussa kokeessa betuliinin sublimoituminen laski noin 80°C:lla eikä täten sublimoitunut samaan aikaan kuin tuohen mätänemistuotteet ja johti betuliinin korkeampaan pitoisuuteen. Sublimoitumisen hyviä puolia on, että myrkyllisiä tai kalliitta liuottimia ei tarvita prosessissa (Guidoin et al., 2003).
Minnesotassa sijaitseva betuliinitehdas nimeltä The Actives Factory tuottaa jo kaupallisia määriä betuliinia, lupeolia, betuliinihappoa sekä betuliinialdehydiä käyttäen ylikriittistä uuttomenetelmää (super critical fluid extraction). Ylikriittisessä uutossa liuotin lämmitetään ja paineistetaan siten, että se ylittää kriittisen pisteen rajan ja esiintyy nesteenä ja kaasuna samassa faasissa. Prosessin virtauskaavio on esitetty kuvassa 3.
Kuva 3. Virtauskaavio betuliinin ja sen johdannaisten ylikriittiselle uutolle (Krasutsky et al., 2004a).
Kuvassa 3. esitetyssä virtauskaaviossa kohtaan (1) syöttöastia lisätään betuliinia sisältävä tuohi pelletöitynä, jolloin uutto on tehokkaampaa. Pääliuottimena prosessissa toimii hiilidioksidi (CO2), jonka polaarisuuden vaihtumista eri paineilla ja lämpötiloilla voidaan hyödyntää. Toisin sanoen, CO2 voi yhdessä lämpötilassa ja paineessa toimia polaarisena liuottimena ja täten uuttaa tuohesta pois yhdisteen. Painetta ja lämpötilaa voidaan muuttaa ja CO2:sta tulee ei-polaarinen ja se liuottaa jotain toista yhdistettä pois tuohesta. CO2:n käyttö liuottimena on järkevää, koska sitä on saatavilla paljon, se on suhteellisen halpaa verrattuna muihin liuottimiin, se ei räjähdä eikä syty, eikä se jätä tuotteeseen jäämiä. Se ei myöskään saastuta ilmastoa kyseessä olevissa määrissä (Krasutsky et al., 2004a).
Hiilidioksidi ohjataan tuohen läpi, jossa se uuttaa halutun komponentin tuohesta ja siirtyy erotusastiaan, jossa paineen ja lämpötilan avulla muutetaan CO2 kaasuksi ja näin ollen tuote jää
astian pohjalle, josta se voidaan kerätä ja CO2 palautetaan uudelleen kiertoon. Prosessissa on myös pieniä määriä toista liuotinta esimerkiksi metyleenikloridi tai kloroformi mukana, jottei hiilidioksidin poistuessa valmis tuote kiteytyisi astianpohjalle, vaan pysyisi tahnamaisena ja liuenneena vielä toiseen liuottimeen. Toinen liuotin myös nopeuttaa uuttoprosessia ja vaikuttaa selektiivisyyteen. Paineet prosessissa ovat noin 207-689 bar välillä ja lämpötilat 50-100 celsiusasteen välillä. Tuote, esimerkiksi betuliini voidaan tämän jälkeen puhdistaa uudelleenkiteyttämällä alkoholin, kuten isopropanolin avulla. Vaikka käytännössä olisi mahdollista uuttaa kuoresta myös muita triterpeenejä kuten lupeolia tai betuliinihappoa, on niitä kuitenkin helpompi valmistaa puhtaasta betuliinista, kuten edellä mainittiin esim. betuliinihapon valmistuksesta. (Krasutsky et al., 2004a)
Betuliinin erottamistutkimuksia on tehty pääosin laboratoriomittakaavassa. Šiman et al. vuonna 2016 julkaistussa tutkimuksessa kehitettiin viisiosainen puhdistusprosessi, jolla saadaan tuohesta irti lääkekäyttöön tarkoitettua betuliinia (puhtaus 99 %:a) kuten myös muita aineita (betulonia, lupeolia). Tutkimuksen painopisteenä oli kehittää ekologinen sekä edullinen erotusprosessi. Prosessikaavio on esitetty kuvassa 4.
Ensimmäisessä vaiheessa tuohi uutettiin etanoliin perinteisellä Soxhlet-uutolla ja tämän jälkeen ohjattiin ensimmäiseen puhdistusvaiheeseen, jossa siitä erotettiin kalsiumhydroksidin (Ca(OH)2) avulla hapot. Sivuvirta (A1) on potentiaalinen lähde betulonihapolle. Toisessa puhdistus vaiheessa bentseenin avulla poistettiin lupeoli. Lupeoli on mahdollista erottaa sivuvirrasta (L2). Kolmannessa vaiheessa betuliinista erotettiin polaarisia epäpuhtauksia ja neljännessä vaiheessa silikageelin sekä kloroformin avulla poistettiin muita epäpuhtauksia tai jäämiä. Viidennessä vaiheessa betuliini kiteytettiin etanolin avulla ja lopputuote (B5) oli puhdasta betuliinia. (Šiman et al., 2016b)
Kuva 4. Betuliinin uutto sekä viisi puhdistusvaihetta havainnollistettuna (Šiman et al., 2016b).
Prosessia voidaan pitää ekologisena, vaikka siinä käytetään myrkyllisiä liuottimia kuten bentseeniä sekä kloroformia sillä molempien palautussuhde prosessiin on melkein 100 %:a.
Myös huomioitavaa on sivuvirtojen (A1,L2) mahdollinen hyödyntäminen sekä uuttovaiheessa tulevan kiinteänaineen virran hyödyntäminen mahdollisena suberiinin lähteenä (Šiman et al., 2016b). Koe tehtiin laboratoriomittakaavassa, mutta kirjoittajien mukaan ei ole syytä miksi prosessi ei toimisi esimerkiksi puoliteollisessa mittakaavassa, jossa betuliinin saantoprosentti saattaisi nousta jopa 90 %:iin ja puhtaus 99 %:iin. (Šiman et al., 2016b)
Šiman et al kehittämä prosessi on saanut kritiikkiä sen monivaiheisuuden sekä myrkyllisten liottimien käytöstä. Tilalle on esitetty suorempi sekä ”vihreämpi” vaihtoehto, jossa tuohi refluksoidaan etyyliasetaatissa käyttäen hyväksi mikroaaltoja. Saostunut tuote sen jälkeen käsitellään pysyvillä monoterpeeneillä kuten limoneenillä, pineenillä tai hydratulla tärpätillä.
Näin ollen betuliinin kokonaissaannoksi saadaan 75-82 %:a ja puhtaudeksi 95-97 %:a ja liuottimen uudelleenkäyttöprosentiksi noin 81-87 %:a (Grazhdannikov et al., 2018).
Eri betuliinin erottamismenetelmien vertailu on hankalaa, sillä eri tutkimuksissa ei ole betuliinia aina puhdistettu loppuun saakka tai mainittu betuliinin saantoa. Myös eri menetelmät kuluttavat eri määrän energiaa sekä suurin osa kokeista on tehty laboratoriossa, joten niiden toimiminen
teollisessa mittakaavassa ei välttämättä ole samanlaista. Sopivan menetelmän valitseminen riippuu betuliinin käyttökohteesta. Betuliinin käyttöä lääketeollisuudessa valvoo Euroopassa Euroopan lääkevirasto ja sen lääkekäyttöä ohjataan tiukoilla säännöksillä, kun taas teknisessä käytössä esimerkiksi puhtaudelle ei ole asetettu niin tiukkoja standardeja. (Fridén et al., 2016)
5 Suberiini
Suberiini on alifaattinen-aromaattinen ristiin linkittynyt luonnon polyesteri, jota löytyy kasvien ja puiden solukoista. Se esiintyy usein kasvin haavoitetuissa kohdissa ja tätä ilmiötä on käytetty hyväksi tutkimuksissa, joissa selvitettiin perunan suberiinin rakennetta (Pollard et al., 2008).
Suberiinin tehtävänä on muun muassa säädellä kasvin veden saantia sekä puolustaa sitä mikrobeilta (Bernards, 2002). Suberiini on makromolekyyliseltä rakenteeltaan monimutkainen ja vaikka sen depolymeroituneen monomeerit ja oligomeerit (osat, joista se rakentuu) tunnetaan, on sen monomeerien tarkka järjestys makrorakenteessa vielä tuntematon. Suberiinilla ei ole tiettyä uniikkia rakennetta, vaan se vaihtelee eri kasvi- sekä puulajeilla (Gandini et al., 2006).
Suberiini voidaan jakaa pääosin kahteen osaan, alifaattiseen sekä fenoliseen osaan. Alifaattinen osa koostu erilaisista yhdisteryhmistä, joita ovat alifaattiset alkoholit, rasvahapot, O- hydroksirasvahapot, A- ja O-dikarboksyylihapot sekä glyseroli. Suberiinissa on enemmän alifaattista osaa kuin fenolista (Bernards, 2002; Gandini et al., 2006).
Alifaattiset alkoholit, joita on 0,4-8,3% monomeereista koostuvat pääosin tyydyttyneistä tasalukuisista 16-26-hiiliketjuisista alkoholeista. Rasvahapot, joita on 1-15% suberiinin monomeereista koostuvat myös pääosin tyydyttyneistä tasalukuisista hiiliketjuista, jotka ovat pituudeltaan 16-26-hiilisiä. Myös rasvahappoihin kuuluvaa 18-hiilistä-dihydroksi- sekä epoksijohdannaisia on havaittu merkittävästi tutkimuksissa.(Bernards, 2002; Gandini et al., 2006)
O-hydroksirasvahapot ovat suberiinin kaikista runsain monomeeriryhmä ja niitä on 11,4-62,4%
suberiinin monomeereista. O-hydroksirasvahapot koostuu myös tasalukuisista hiiliketjuista pituuksiltaan 16-26, joista eniten on 22-hiiliketjuista hydroksirasvahappoa ja tyydyttymätöntä
18-hiiliketjuista hydroksirasvahappoa. O-hydroksirasvahappoihin kuuluvia ja löydettyjä monomeereja on myös dihydroksi- sekä epoksijohdannaiset 18-hiiliketjuisessa O- hydroksirasvahapossa. (Gandini et al., 2006; Moire et al., 1999)
A-, O-dikarboksyylihapot ovat toisiksi suurin ryhmä ja niitä on 6,1-45,5% suberiinin monomeereista. A-, O-dikarboksyylihapot koostuu samanlailla pääosin 16-22-hiiliketjuisista dikarboksyylihapoista sekä tyydyttymättömästä 18-hiilisestä dikarboksyylihaposta. (Bernards, 2002; Gandini et al., 2006)
Fenolinen osa koostuu kanelihapon hydroksijohdannaisista, joista eniten on ferulahappoa mutta myös muita yhdisteitä on löydetty kuten p-kumaarihappoa, kahvihappoa, sinappihappoa, p- hydroksibentsoehappoa, 3-4-dihydroksibentsoehappoa sekä 4-hydroksi-3- metoksibentsoehappoa. (Gandini et al., 2006; Moire et al., 1999)
Glyseroli on tärkeä suberiinin monomeeri ja sen kolmen hydroksiryhmän ansiosta sillä on kyky linkittää fenolinen sekä alifaattinen ryhmä toisiina ja luoda alifaattiseen osaan liuskamainen rakenne. Kuvassa 5. ja 6. on esitetty joitakin suberiinin depolymeroituja yhdisteitä jokaisesta edellä mainitusta ryhmästä ja molemmista osista (alifaattinen ja fenolinen). (Gandini et al., 2006; Moire et al., 1999)
Kuva 5 Fenolisen osan esiasteita (Järvinen, 2010).
Kuva 6 Suberiinin alifaattisen osan depolymeroituja yhdisteitä (Gandini et al., 2006).
Joitakin alustavia esityksiä suberiinin makromolekyylisestä rakenteesta on yritetty tehdä, kuten Bernardin esittämä perunan suberiinin rakenne kuvassa 6. Kuten kuvasta 6. nähdään, koostuu suberiinin makromolekyylinen rakenne suurimmaksi osaksi liuskemaisesta alifaattisesta osasta.
Suberiinin fenolinen osa jakautuu makromolekyylissä kahteen paikkaan. Ensimmäinen osa on alifaattisen ketjun keskellä, joka koostuu lähinnä hydroksikanelihapon esteröityessä joko glyserolin tai O-hydroksirasvahapon kanssa. Toinen fenolinen osa on ligniinin kaltainen polymeeri, joka sijaitsee erillään primäärisessä soluseinässä ja rakentuu pääosin hydroksikanelihapon johdannaisista, jotka ovat linkittäytyneet ristiin. Fenolinen osa on kiinni alifaattisessa osassa kovalenttisesti glyserolin avulla. (Bernards, 2002; Gandini et al., 2006;
Moire et al., 1999)
Kuva 7. Alustava perunan suberiinin makromolekyylinen rakenne (Gandini et al., 2006).
Suberiinin osuus korkkitammen (Quercus suber) kuoren massasta on 30-50%. Koivun tuohi sen sijaan sisältää paljon uuteaineita, joten usein suberiinin määrä lasketaan uuteainevapaaseen kuoren massaan suhteutettuna, joka on koivun tuohella noin 50%. Koko tuoheen verrattuna suberiinia on noin 30% (Hamunen, 2019). Teollisia suberiinin lähteitä voisivat olla sellutehtaat kuten betuliinin tapauksessa mutta myös Välimeren alueella sijaitseva korkkipuuteollisuus.
Portugali tuottaa vuodessa 185 000 tonnia korkkipuun kuorta, mikä on puolet maailman koko tuotannosta. Kuorta käytetään pääosin korkkeihin sekä lämpö- ja äänieristeisiin. Teollisuus tuottaa prosessissa korkkipuun purua, josta ei enää voida valmistaa tuotteita sen pienen
partikkelikoon takia, joten se poltetaan tehtaalla. On arvioitu, että tästä purusta voitaisiin erottaa yli 16 000 tonnia suberiinia vuodessa. On myös arvioitu, että tyypillinen sellutehdas, joka tuottaa 400 000 tonnia sellua vuodessa tuottaa noin 8000 tonnia suberiinin alifaattisia monomeereja vuodessa. (Gandini et al., 2006; Pinto et al., 2009)
6 Suberiinin käyttökohteet
Suberiinin monomeerien käyttökohteita on monia. Niitä voidaan käyttää kosmetiikka-alalla ihonhoitotuotteissa pehmentämään ihoa. Maaleissa, musteissa sekä päällysteissä suberiinin monomeerit voivat toimia kuivattajina (Gandini et al., 2006; Järvinen, 2010). Teollisuudessa suberiinin monomeerit voivat toimia dispergointiaineina esimerkiksi maaleissa, sementissä, savituotteissa, öljynporaus nesteissä sekä asfaltin emulgeeninä. Niitä voidaan myös hyödyntää sidosaineena pelleteissä, hoitoaineissa, antioksidantteina sekä lisäaineina lyijyakuissa (Krasutsky et al., 2004b).
Suomessakin Luonnonvarakeskuksen toimesta on tutkittu suberiinin rasvahapon soveltuvuuksia kyllästeenä. Yksi sovellutus voisi tulevaisuudessa olla erilaiset rakennuspuut, kuten terassilauta.
Terassilauta voitaisiin esimerkiksi päällystää suberiinilla ja täten korvattaisiin painekyllästetty puunsuojaus. Näin ollen puut voitaisiin käytön jälkeen hävittää polttamalla eikä niistä tulisi ongelmajätettä. Toinen suberiinin tulevaisuuden käyttökohde voisi olla muovin korvaajana.
Suberiinipinnoitteella voidaan luoda vettä hylkivä kalvo tuotteen pinnalle ja näin suojata sitä kosteutta vastaan. Tutkija Risto Korpisen mukaan elintarvikesektorilla suberiinipinnoite voisi estää esim. maito- tai mehupurkeissa kosteuden pääsyn tuotteeseen tai tuotteen oman kosteuden pääsyn pakkaukseen (Hamunen, 2019).
Kuva 8 Vettä hylkivä suberiinikalvo kankaan pinnalla. Kuva Risto Korpinen (Hamunen, 2019)
Suberiinin monomeerejä on tutkittu myös adsorbenttina myrkyllisille orgaanisille torjunta- aineille. Suberiinin monomeeriseos osoitti keskivertoa affiniteettiä Euroopassa jo kiellettyä torjunta-ainetta isoproturonia kohtaan (Olivella et al., 2015; PubChem, n.d.). Suberiinin fenolisia monomeerejä voidaan muokata soveltuviksi erilaisiin tarpeisiin kuten; anti- oksidanttien reagensseiksi, päällysteisiin, kopolymeereihin (polyuretaani), ruoan säilöntäaineeksi, vedenpuhdistuksessa flokkulantteihin, tekstiilivärinä, ruoan lisäaineena sekä lisäaineena lääketeollisuudessa (Krasutsky et al., 2004b) (Cordeiro et al., 1999).
Jotkin edellä mainitut suberiinin sovellutukset ainakin jossain määrin tarvitsevat suberiini monomeerien muokkausta, esimerkiksi polymerointia. Polymeerit uusiutuvista luonnonvaroista ovat saaneet suurta huomiota viime aikoina, johtuen teknologisista, sosiaalisista sekä ekonomisista ongelmista liittyen ympäristöön. Ongelmat, kuten jätteenkierrätys, uusiutumattomien raaka-aineiden loppuminen sekä raakaöljyn hinnan vaihtelu sekä sen vääjäämätön loppuminen tulevaisuudessa lisäävät tarvetta tutkimustyölle. Tavoitteena olisi, että luonnon polymeerit voisivat korvata fossiilipohjaiset polymeerit. (Vilela et al., 2014)
Erilaiset polymerointisynteesit ovat olleet tutkimuksen kohteena edellä mainituista syistä ja myös suberiinin monomeerejä on saatu polymeroitumaan. Edelläkävijätyötä tehnyt Olsson et al., (2007) sai koivun kuoresta erotetun 18-hydroksi-9,10-epoksioktadekaanihapon polymeroitumaan käyttämällä Candida antarctica lipaasia katalyyttinä. Myös muita polymerointeja on onnistuttu tekemään koivun sekä korkkitammen suberiinin monomeereista
käyttämällä erilaisia katalyyttejä kuten vismutti(III) trifluorimetaanisulffaattia [Bi(OTf)]3 tai p- dodekyylibentsoesulfonihappoa (Sousa et al., 2011).
7 Suberiinin erottaminen kuoresta
Suberiinin monimutkaisen rakenteen vuoksi sitä ei voida erottaa kuoresta kokonaisena vaan se tarvitsee usein kemiallisen pilkonnan, kuten esteripilkonnan eli hydrolyysin tai vaihtoesteröinnin eli metanolyysin. Nämä kaksi metodia ovat yleisimmät mutta on kehitetty myös muita depolymerointi tapoja kuten suolasulan käyttö. Depolymerointireaktiossa on mukana myös katalyytti, usein alkalimetalli, jolloin voidaan puhua alkalihydrolyysistä sekä alkalimetanolyysistä. (Ferreira et al., 2014; Gandini et al., 2006)
Alkalihydrolyysi voidaan suorittaa käyttämällä joko alkoholia kuten etanolia, isopropanolia ja/tai vettä. Myös muita liuottimia voidaan käyttää kuten asetonia, sykloheksaania, etyyliasetaattia tai näiden vesiseosta (Hotanen and Pietarinen, 2012). Prosessissa käytettäviä alkaalimetallihydrokseja voivat olla esimerkiksi; NaOH, iPrOH, LiOH, RbOH, CsOH tai KOH (Iversen et al., 2010). Alkalihydrolyysin jälkeen tehdään seoksen hapetus vahvoilla hapoilla kuten kaliumpermanganaatilla, typpihapolla, ruteniumtetroksidilla, otsonilla tai kromihapolla.
Hapetus tehdään, jotta suberiinin kirjava monomeeriseos saadaan yksinkertaisemmaksi ja rikastettua tiettyjen happojen suhteen. Kemiallisesti siis alkoholit hapetetaan karboksyylihapoiksi. Hapetuksen jälkeinen rikastettu seos voidaan jakaa hyödynnettäviksi komponenteiksi kiteyttämällä orgaanisilla liuottimilla tai neste-neste -uutolla. (Ekman et al., 1988)
Käyttämällä eri liuottimia tai mineraalihappoja voidaan vaikuttaa hydrolyysin selektiivisyyteen sekä reaktioaikaan. Ekman ja Eckerman (1985) totesivat, että käytettäessä alkalimetallihydroksien vesiliuosta oli depolymerointinopeus alhaisempi sekä huomattava määrä epoksidejä hydroloitui verrattuna etanoliliuokseen (Ekman and Eckerman, 1985).
Betuliini kappaleessa mainittu The Actives Factory käyttää alkalihydrolyysiä ylikriittisenuuton jälkeen jääneeseen kuorimassaan. Erilaisten saostus, hapetus sekä haihdutus prosessien jälkeen on jäljellä suberiinin monomeereja kuten 9,10-epoksi-18-hydroksioktadekaanihappoja, 9,10- trihydroksioktadekaanihappoja sekä polyfenolisia yhdisteitä (Krasutsky et al., 2004b).
Krasutsky et al. ja Ekman et al. esittämän patentin ero on se, että ensimmäisessä patentissa tuotteeksi tulee orgaanisten happojen tai niiden suolojen seos, joka sisältää vain muutamia pääkomponentteja, mutta mikä on kuitenkin yksinkertaisempi kuin alkuperäinen suberiinin seos. Krasutsky et al esittämä patentti taas keskittyy erottamaan suberiinista puhtaina ne hyödylliset komponentit, joille on löydetty käyttökohteita. Näitä ovat 9,10-epoksi-18- hydroksioktadekaanihappo ja 9,10-trihydroksioktadekaanihappo. Toisin sanoen Krasutsky et al tuottaa jo valmista käytettävää tuotetta, kun taas Ekman et al tuotteiden seosta, joka tarvittaessa tarvitsee vielä jatkotoimenpiteitä. (Ekman et al., 1988; Krasutsky et al., 2004b)
Suberiinin merkittävä komponentti on 9,10-epoksi-18-hydroksioktadekaanihappo. Sitä on käytetty polymeroinnissa ja parfyymeissä tuottamaan myskin tuoksu. Iversen et al. kehittivät yksinkertaisemman metodin tämän komponentin erottamiseen kuin Krasutsky et al. Iversen et al. prosessi koostuu kuoren alkaalihydrolyysistä vesiliuoksessa, suodatuksesta sekä hapetuksesta. Prosessi on kuitenkin herkkä olosuhteiden, lähtöaineiden sekä ajan suhteen.
Esimerkiksi käyttämällä 2,5 molaarista NaOH-liuosta ja refluksoimailla 10 grammaa kuorta tunnin ajan tuotti 9,10-epoksi-18-hydroksioktadekaanihappoa puhtaudeltaan 10%, kun taas käyttämällä 1 molaarista NaOH-liuosta samoissa olosuhteissa tuotti 9,10-epoksi-18- hydroksioktadekaanihappoa puhtaudeltaan 53% (Iversen et al., 2010).
Alkaalihydrolyysi voidaan tehdä myös uuttamattomalle koivun tuohelle. Näin ollen kuitenkin tuote sisältää myös tuohen uuteaineita. Hotasen ja Pietarisen (2012) esittämän prosessin virtauskaavio uuttamattoman koivun tuohen komponenttien erottamiseen on esitetty kuvassa 9.
Kuva 9 Virtauskaavio koivun tuohen komponenttien erottamiseen. (Hotanen and Pietarinen, 2012).
Hydrolyysireaktoriin 2 lisätään koivun tuohi tankista 1. Hydrolyysin jälkeen liuos erotetaan kiinteästä aineesta kohdassa 3, jonka jälkeen erotettu liuos saostetaan hapettamalla ja muuttamalla veden suhteellista osuutta liuoksessa. Viidennessä vaiheessa saostunut aine erotetaan nesteestä ja kuivataan kohdassa 6. Tuote varastoidaan kohdassa 7 ja kohdassa 8 käytetty liuotin tislataan ja varastoidaan uutta käyttöä varten kohdassa 9. (Hotanen and Pietarinen, 2012)
Saanto käyttämällä liuottimena isopropanolia oli 42,4%, joista 26 m-% koostui suberiinin rasvahapoista, 58% betuliinista sekä 16% fenolisista komplekseista sekä noin 80% liuottimesta saatiin kierrätettyä. Prosessin tuotteita täytyy tietenkin jatkojalostaa halutun komponentin suhteen, mikä lisää käytännössä vielä prosessivaiheita. Toisaalta prosessissa ei alkuun uuteta tuohta, joten säästyy yksi prosessivaihe sekä energiaa. (Hotanen and Pietarinen, 2012)
Metanolyysissä usein käytettyjä aineita ovat NaOMe, KOMe, Bf3 tai metanolin HCl-liuos.
Metanolyysistä seuraa se, että tuotteet ovat suberiinin monomeerien metyyliestereitä ja epoksiryhmä on tuottanut 9(10)-metoksi-10(9)-hydroksi ja 9,10-dihydroksijohdannaisia sekä epoksiryhmän toisiintumistuotteita (Ekman and Eckerman, 1985). Metanolyysin heikkous on, että se on herkkä kosteudelle. Veden läsnäolo metanolyysissä aiheuttaa reversiibelin vaihtoesteröinnin kilpailemisen irreversiibelin saippuoitumisreaktion kanssa. Kosteuden läsnäolo voidaan minimoida käyttämällä kuivia lähtöaineita sekä suljettua reaktiotilaa tai typpi- ilmakehää (Järvinen, 2010). Myös liuottimen konsentraatio vaikuttaa depolymeroitumiseen.
Korkkitammen kuoren suberiinin täydelliseen depolymeroitumiseen riitti 1-3% NaoMe-liuos, kun taas 0,05% NaoMe-konsentraatiolla saatiin vain 80% suberiinista depolymeroitua (Bento et al., 2001). Metanolyysireaktio on nopeampi sekä sillä on parempi selektiivisyys suberiinia kohtaan kuin muilla alkoholeilla tehdyillä hydrolyyseillä. Näin ollen tuotteessa on vähemmän kuoren muita epäpuhtauksia kuten ligniiniä tai polyaromaattisia yhdisteitä sekä reaktioaika on lyhyempi. (SANTOS and GRAÇA, 2014)
Kolmas tapa depolymeroida suberiini on käyttää suolasulaa. Eckerman ja Ekman tekivät alkalisulaton koivun tuohelle käyttämällä 330℃ kaliumhydroksia (KOH) ja huomasivat, että
reaktiotuotteena oli tyydyttyneitä suoraketjuisia rasvahappoja ja dikarboksyylihappoja, joista eniten oli yhdisteitä kuten: oktaanihappoa, nonaanidihappoa, heksadekaanidihappoa ja dokosaanihappoa (Ekman and Eckerman, 1985).
Viime vuosikymmenellä tutkittiin laajalti orgaanisen suolasulan chollinium hexanoaatin käyttöä suberiinin erottamisessa. Ferreira et al. huomasivat sen kaksoisroolin sekä liuottimena että katalyyttinä depolymeroidessaan suberiinia. Toisin kuin perinteinen esteripilkonta chollinium hexanoaatti ei pilko lineaarisia alifaattisia esterisidoksia vaan on spesifinen glyseridi sidoksia kohtaan, jolloin suberiinin depolymeroituminen on tehokkaampaa sekä tuote on vielä ristiin linkittäytynyttä. Tätä suberiinin lievää depolymeroitumista on käytetty hyväksi suberiinin makromolekyylisen järjestyksen tutkimisessa. Lisäksi huomattiin, että tällä menetelmällä depolymeroitu suberiini osoitti perinteisiä makromolekyylisiä suberiinin piirteitä, kuten antimikrobisia- sekä hydrofobisia piirteitä. (Correia et al., 2020; Ferreira et al., 2014, 2013, 2012)
Suberiinin monimutkaisen rakenteen vuoksi sen yksinkertainen erottaminen on vaikeampaa kuin esimerkiksi betuliinin. Tuotteeksi tulee eri metodeilla aina jokin suberiinin komponenttien seos, joka näin ollen täytyy rikastaa halutun komponentin suhteen, riippuen käyttökohteesta.
Vaikka suberiinin tutkimus ja tuotekehitys ovat vasta alussa, tulee se tulevaisuudessa olemaan erittäin tärkeä raaka-aine.
8 Kuoren kokonaisvaltainen hyödyntäminen
Edellisissä kappaleissa keskityttiin vain yhden komponentin erottamiseen kerralla.
Kaskadikäytön periaatteen mukaan on kuitenkin järkevämpää käyttää kuoresta kaikki sieltä löytyvät komponentit hyödyksi ennen sen lopullista hävittämistä.
Kuva 10. Periaatteellinen kuva kuoren kokonaisvaltaisesta hyödyntämisestä.
Puun kuori kannattaa uuttaa aluksi sillä näin saadaan erotettua kuoren uuteaineet puun kuoren puupolymeereistä. Näin ollen molempia jakeita on helpompi hallita ja suunnitella halutun komponentin rikastamista sekä puhdistamista. Uuton jälkeistä liuosta voidaan käsitellä betuliinin lähteenä sekä jäänyttä kiintoainetta suberiinin lähteenä. Molemmat komponentit suberiini sekä betuliini voidaan puhdistaa joillakin edellä mainituista tavoista riippuen käyttötarkoituksesta. Tärkeää on kuitenkin muistaa, että vaikka tässä työssä käsiteltiin vain betuliinin sekä suberiinin erottamista, on kuoressa myös muita arvokkaita komponentteja.
Uuteainejae sisältää puulajin mukaan lipofiilisia komponentteja kuten hartsihappoja, steroleja ja terpenoideja sekä hydrofiilisia komponentteja kuten kondensoituneita tanniineja, flavonoideja ja stilbeenejä. Hydrofiiliset komponentit ovat fenolisia ja niitä löytyy tammen, akasian, pajun ja eukalyptuksen sukuisista puista runsaasti. Kuitenkin koivun kuoressa niitä on vain vähän. (Sundqvist, n.d.)
Kuoren puupolymeerijakeessa taas on suberiinin lisäksi toinen mielenkiintoinen sekä rakenteeltaan monimutkainen yhdiste kutiini. Lisäksi jakeessa on ligniiniä sekä myös polysakkareita eli selluloosaa ja hemiselluloosaa (Sundqvist, n.d.). Kuitenkin näiden runkopuun
pääkomponenttien ligniinin sekä polysakkarien hyödyntäminen kuoresta voi olla tehotonta niiden pienen määrän vuoksi verrattuna runkopuuhun.
Eckerman ja Ekman totesivat, että paras sekä kilpailukykyisin valinta olisi yhdistää molempien sekä suberiinin että betuliinin erotusprosessit yhteen, kuten kuvassa 10. on periaatteellisesti kuvattu sekä polttaa prosessin jälkeen jäänyt jäte energiaksi (Ekman and Eckerman, 1985).
Kuljetuskustannuksia voisi vähentää myös puun kuoren pelletöinti, siinä tapauksessa, jos komponenttien erotustehdas sijaitsee eri paikassa kuin puun kuorta tuottava tehdas.
Hienonnetun koivun tuohipurun tiheys on noin 0,1g/ml, kun taas pelletöidyn purun 0,5-0,7g/ml.
Pelletöity kuori säästäisi kuljetuskustannuksissa sekä helpottaisi uuttolaitteiston lastaamisessa (Krasutsky, 2007).
9 Johtopäätökset
Työssä esitettiin kirjallisuuteen perustuen puun kuoren komponenttien, suberiinin sekä betuliinin, teollista erottamista ja käytiin läpi näiden komponenttien rakenteet sekä käyttökohteet. Yhdisteiden erottamiseen esitettiin patenttien sekä tutkimustöiden esittämiä prosesseja sekä arvioitiin näiden hyviä sekä huonoja puolia. Puun kuoren komponenttit ovat ainakin toistaiseksi vielä kunnolla hyödyntämättä teollisuudessa. Tulevaisuudessa raakaöljyn loppuessa tarvitaan uusia polymeerejä korvaamaan perinteiset muovipakkaukset. Tähän suberiinilla on oiva mahdollisuus. Betuliinin käyttö lääketeollisuudessa on tärkeässä roolissa tulevaisuudessa ja betuliinin johdannaiset ovat jo alustavissa tutkimuksissa osoittaneet suuria mahdollisuuksia taistelussa bakteereja ja viruksia vastaan.
Lähteet
Airola, K., 2016. Koivunkuoriuute haavojen hoitoon - Sic! [WWW Document]. URL https://sic.fimea.fi/arkisto/2016/3_2016/palstat/koivunkuoriuute-haavojen-hoitoon (accessed 1.11.20).
Alakangas, E., 2000. Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia. Valtion teknillinen tutkimuskeskus, Espoo.
Alakurtti, S., Mäkelä, T., Koskimies, S., Yli-Kauhaluoma, J., 2006. Pharmacological properties of the ubiquitous natural product betulin. Eur. J. Pharm. Sci. 29, 1–13.
https://doi.org/10.1016/j.ejps.2006.04.006
Bento, M.F., Pereira, H., Cunha, M.Á., Moutinho, A.M.C., van den Berg, K.J., Boon, J.J., van den Brink, O., Heeren, R.M.A., 2001. Fragmentation of Suberin and Composition of Aliphatic Monomers Released by Methanolysis of Cork from Quercus suber
L.,Analysed by GC-MS, SEC and MALDI-MS. Holzforschung 55, 487–493.
Bernards, M.A., 2002. Demystifying suberin. Can. J. Bot. 80, 227–240.
https://doi.org/10.1139/b02-017
Chen, Q., Fu, M., Liu, J., Zhang, H., He, G., Ruan, H., 2009. Optimization of ultrasonic- assisted extraction (UAE) of betulin from white birch bark using response surface methodology. Ultrason. Sonochem. 16, 599–604.
https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2008.11.009
Cordeiro, N., Belgacem, M.N., Gandini, A., Pascoal Neto, C., 1999. Urethanes and
polyurethanes from suberin 2: synthesis and characterization. Ind. Crops Prod. 10, 1–
10. https://doi.org/10.1016/S0926-6690(98)00029-6
Correia, V.G., Bento, A., Pais, J., Rodrigues, R., Haliński, Ł.P., Frydrych, M., Greenhalgh, A., Stepnowski, P., Vollrath, F., King, A.W.T., Pereira, C.S., 2020. The molecular
structure and multifunctionality of the cryptic plant polymer suberin. Mater. Today Bio 5, 100039. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2019.100039
Eckerman, C., Ekman, R., 1985. Comparison of solvents for extraction and crystallisation of betulinol from birch bark waste. Pap. Ja Puu 3, 100–106.
Ekholm, V., 2005. Tuohesta voi tulla lääke.
Ekman, R., Eckerman, C., 1985. Aliphatic carboxylic acids from suberin in birch outer bark by hydrolysis, methanolysis, and alkali fusion. Pap. Ja Puu 67, 255–273.
Ekman, R., Eckerman, C., Mattila, T., Suokas, E., 1988. Method for converting vegetable material into chemicals. US4732708A.
Ferreira, R., Garcia, H., Sousa, A.F., Freire, C.S.R., Silvestre, A.J.D., Rebelo, L.P.N., Silva Pereira, C., 2013. Isolation of suberin from birch outer bark and cork using ionic liquids: A new source of macromonomers. Ind. Crops Prod. 44, 520–527.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.10.002
Ferreira, R., Garcia, H., Sousa, A.F., Petkovic, M., Lamosa, P., Freire, C.S.R., Silvestre, A.J.D., Rebelo, L.P.N., Pereira, C.S., 2012. Suberin isolation from cork using ionic liquids: characterisation of ensuing products. New J. Chem. 36, 2014.
https://doi.org/10.1039/c2nj40433h
Ferreira, R., Helga Garcia, Andreia F. Sousa, Marina Guerreiro, Filipe J.S Duarte, Carmesn S.
R. Freire, Maria Jose Calhorda, Armando J. D. Silvestre, Werner Kunz, Luis Paulo N.
Rebelo, Cristina Silva Pereira, 2014. Unveiling the dual role of the cholinium hexanoateionic liquid as solvent and catalyst in suberindepolymerisation. RSC Adv.
2993–3002. https://doi.org/10.1039/c3ra45910a
Frew, Q., Rennekampff, H.-O., Dziewulski, P., Moiemen, N., Zahn, T., Hartmann, B., 2019.
Betulin wound gel accelerated healing of superficial partial thickness burns: Results of a randomized, intra‐individually controlled, phase III trial with 12‐months follow‐up.
Burns 45, 876–890. https://doi.org/10.1016/j.burns.2018.10.019
Fridén, M.E., Jumaah, F., Gustavsson, C., Enmark, M., Fornstedt, T., Turner, C., Sjöberg, P.J.R., Samuelsson, J., 2016. Evaluation and analysis of environmentally sustainable methodologies for extraction of betulin from birch bark with a focus on industrial feasibility. Green Chem. 18, 516–523. https://doi.org/10.1039/C5GC00519A
Gandini, A., Pascoal Neto, C., Silvestre, A.J.D., 2006. Suberin: A promising renewable resource for novel macromolecular materials. Prog. Polym. Sci. 31, 878–892.
https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2006.07.004
Grazhdannikov, A.E., Kornaukhova, L.M., Rodionov, V.I., Pankrushina, N.A., Shults, E.E., Fabiano-Tixier, A.S., Popov, S.A., Chemat, F., 2018. Selecting a Green Strategy on Extraction of Birch Bark and Isolation of Pure Betulin Using Monoterpenes. ACS Sustain. Chem. Eng. 6, 6281–6288. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00086 Guidoin, M.-F., Yang, J., Pichette, A., Roy, C., 2003. Betulin isolation from birch bark by
vacuum and atmospheric sublimation. A thermogravimetric study. Thermochim. Acta 398, 153–166. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00358-1
Hamunen, H., 2019. Kosteussuojaa koivun kuoresta. Luonnonvarakeskus.
Hata, K., Hori, K., Ogasawara, H., Takahashi, S., 2003. Anti-leukemia activities of Lup-28-al- 20(29)-en-3-one, a lupane triterpene. Toxicol. Lett. 143, 1–7.
https://doi.org/10.1016/S0378-4274(03)00092-4
Hotanen, U., Pietarinen, S., 2012. Method for treating birch bark and the use of the product.
WO2012160250A2.
Iversen, T., Nilsson, H., Olsson, A., 2010. A method for separating from suberin and/or cutin containing plants, a solid and/or oil fraction enriched in cis-9,10- epoxy-18-
hydroxyoctadecanoic acid. WO2010093320A1.
Järvinen, R., 2010. CUTICULAR AND SUBERIN POLYMERS OF EDIBLE PLANTS – 111.
Krasutsky, P., 2007. Birch Bark Research and Development. Nat. Prod. Rep. 23, 919–42.
https://doi.org/10.1039/b606816b
Krasutsky, P.A., Carlson, R.M., Nesterenko, V.V., Kolomitsyn, I.V., Edwardson, C.F., 2004a.
Birch bark processing and the isolation of natural products from birch bark.
US6815553B2.
Krasutsky, P.A., Carlson, R.M., Nesterenko, V.V., Kolomitsyn, I.V., Edwardson, C.F., 2004b.
Birch bark processing and the isolation of natural products from birch bark.
US6815553B2.
Liu, W.-K., Ho, J.C.K., Cheung, F.W.K., Liu, B.P.L., Ye, W.-C., Che, C.-T., 2004. Apoptotic activity of betulinic acid derivatives on murine melanoma B16 cell line. Eur. J.
Pharmacol. 498, 71–78. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2004.07.103
Lu, G., Xu, L., Zhang, P., Dou, X., Yu, J., Feng, H., 2019. Betulin efficiently suppresses the process of an experimental Listeria monocytogenes infection as an antagonist against listeriolysin O. Fitoterapia 139, 104409. https://doi.org/10.1016/j.fitote.2019.104409 Metsälä, E., 2007. Betuliinijohdannaiset, Opinnäytetyö. 7.12.2007 84.
Moire, L., Schmutz, A., Buchala, A., Yan, B., Stark, R.E., Ryser, U., 1999. Glycerol Is a Suberin Monomer. New Experimental Evidence for an Old Hypothesis. Plant Physiol.
119, 1137–1146. https://doi.org/10.1104/pp.119.3.1137
Olivella, M.À., Bazzicalupi, C., Bianchi, A., del Río, J.C., Fiol, N., Villaescusa, I., 2015.
Binding interactions between suberin monomer components and pesticides. Sci. Total Environ. 527–528, 159–164. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.04.118
Pinto, P.C.R.O., Sousa, A.F., Silvestre, A.J.D., Neto, C.P., Gandini, A., Eckerman, C., Holmbom, B., 2009. Quercus suber and Betula pendula outer barks as renewable sources of oleochemicals: A comparative study. Ind. Crops Prod. 29, 126–132.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2008.04.015
Pollard, M., Beisson, F., Li, Y., Ohlrogge, J.B., 2008. Building lipid barriers: biosynthesis of cutin and suberin. Trends Plant Sci. 13, 236–246.
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2008.03.003 PubChem, n.d. Isoproturon [WWW Document]. URL
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Isoproturon (accessed 2.13.20).
SANTOS, S.C.P.G.R., GRAÇA, J.A.R., 2014. Process for the extraction and purification of long-chain bi-functional suberin acids from cork. WO2014092591A1.
Šiman, P., Filipová, A., Tichá, A., Niang, M., Bezrouk, A., Havelek, R., 2016a. Effective Method of Purification of Betulin from Birch Bark: The Importance of Its Purity for Scientific and Medicinal Use. PLOS ONE 11, e0154933.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154933
Šiman, P., Filipová, A., Tichá, A., Niang, M., Bezrouk, A., Havelek, R., 2016b. Effective Method of Purification of Betulin from Birch Bark: The Importance of Its Purity for Scientific and Medicinal Use. PLOS ONE 11, e0154933.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0154933
Sousa, A.F., Gandini, A., Silvestre, A.J.D., Neto, C.P., Cruz Pinto, J.J.C., Eckerman, C., Holmbom, B., 2011. Novel suberin-based biopolyesters: From synthesis to properties.
J. Polym. Sci. Part Polym. Chem. 49, 2281–2291. https://doi.org/10.1002/pola.24661 Sundqvist, H., n.d. Kuoren rakenne ja kemia 6.
Tolstikov, G.A., Flekhter, O.B., Shultz, E.E., Baltina, L.A., 2004. Betulin and Its Derivatives.
Chemistry and Biological Activity 30.
Vanninen, M., 2009. Tyypillisten biomassamateriaalien kemiallinen koostumus. Jyväskylän Yliop. Kem. Laitos 47.
Vilela, C., Sousa, A.F., Fonseca, A.C., Serra, A.C., Coelho, J.F.J., Freire, C.S.R., Silvestre, A.J.D., 2014. The quest for sustainable polyesters – insights into the future. Polym Chem 5, 3119–3141. https://doi.org/10.1039/C3PY01213A
Zhang, W., Jiang, H., Yang, J., Jin, M., Du, Y., Sun, Q., Cao, L., Xu, H., 2019. Safety
assessment and antioxidant evaluation of betulin by LC-MS combined with free radical assays. Anal. Biochem. 587, 113460. https://doi.org/10.1016/j.ab.2019.113460
Zuco, V., Supino, R., Righetti, S.C., Cleris, L., Marchesi, E., Gambacorti-Passerini, C., Formelli, F., 2002. Selective cytotoxicity of betulinic acid on tumor cell lines, but not on normal cells. Cancer Lett. 175, 17–25. https://doi.org/10.1016/S0304-
3835(01)00718-2
