Recovery of antifungal compounds from wood and coffee industry side-streams and residues for wood preservative formulations
Barbero López A. (2020). Recovery of antifungal compounds from wood and coffee industry side-streams and residues for wood preservative formulations. https://doi.org/10.14214/df.308
Tiivistelmä
Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin Suomen puu- ja kahviteollisuuden tähteistä ja sivuvirroista erotettuja bioaktiivisia aineita sekä niiden käyttömahdollisuuksia puunsuojavalmisteissa. Lisäksi tutkittiin niiden ekotoksisuutta. Tutkimuksen kohteena olivat kuusen (Picea abies (L.) H. Karst.), rauduskoivun (Betula pendula Roth) ja metsähaavan (Populus tremula L.) kuoresta jalostetut pyrolyysitisleet, tisleissä tunnistetut orgaaniset hapot, kahvipavun hopeaketto ja käytetyistä kahvinpuruista erotetut uutteet, kofeiini ja tanniinipitoinen Colatan GT10 -jauhe. Teollisina referensseinä käytettiin teollista kuparipitoista puunkyllästettä (Celcure C4) ja mäntyöljyä. Työn kokeellisessa osassa tehtiin kemikaalien antimykoottisten ominaisuuksien testausta, puun lahotuskokeita ja kemikaalien huuhtouman testausta. Ekotoksisuustestit tehtiin Aliivibrio fischeri -valoluminesoivilla bakteereilla tehtiin biopohjaisten ja teollisten suoja-aineiden ekotoksisuuden vertaamiseksi.
Kahviteollisuuden tähteiden pienin sienten kasvun estävä pitoisuus oli yli 1 %. Pyrolyysitisleet pystyivät estämään useimpien sienten kasvun noin 1 % pitoisuudessa. Orgaaniset hapot ja kofeiini estivät puuta hajoavia sieniä kasvamasta jo alle 1 % pitoisuudessa, mikä osoittaa, että näillä aineilla on merkittävä rooli testattujen tisleiden ja uutteiden aktiivisuudessa. Kun biopohjaisia suoja-aineita testattiin käsittelemällä puukappaleita ja lahottamalla näitä, yksikään kemikaali ei toiminut tehokkaasti puunsuoja-aineena.
Suurimmalla osalla testatuista biopohjaisista aineista oli varsin alhainen ekotoksisuus, mutta yhdellä tisleellä oli jopa paljon Celcure C4 -suoja-ainetta suurempi ekotoksisuus. Tämä osoittaa, että mahdollisten suoja-aineiden ekotoksisuus on aina syytä arvioida samassa yhteydessä, kun niiden tehokkuutta ja sopivuutta puunsuoja-aineiksi arvioidaan. Eräät potentiaaliset biopohjaiset ainesosat toimivat hyvin puun hajoavia sieniä vastaan ja niitä voidaan sisällyttää puunsuoja-aineisiin, mutta niiden suorituskyky ei pelkästään riitä toimimaan teollisena puunsuoja-aineena.
Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin Suomen puu- ja kahviteollisuuden tähteistä ja sivuvirroista erotettuja bioaktiivisia aineita sekä niiden käyttömahdollisuuksia puunsuojavalmisteissa. Lisäksi tutkittiin niiden ekotoksisuutta. Tutkimuksen kohteena olivat kuusen (Picea abies (L.) H. Karst.), rauduskoivun (Betula pendula Roth) ja metsähaavan (Populus tremula L.) kuoresta jalostetut pyrolyysitisleet, tisleissä tunnistetut orgaaniset hapot, kahvipavun hopeaketto ja käytetyistä kahvinpuruista erotetut uutteet, kofeiini ja tanniinipitoinen Colatan GT10 -jauhe. Teollisina referensseinä käytettiin teollista kuparipitoista puunkyllästettä (Celcure C4) ja mäntyöljyä. Työn kokeellisessa osassa tehtiin kemikaalien antimykoottisten ominaisuuksien testausta, puun lahotuskokeita ja kemikaalien huuhtouman testausta. Ekotoksisuustestit tehtiin Aliivibrio fischeri -valoluminesoivilla bakteereilla tehtiin biopohjaisten ja teollisten suoja-aineiden ekotoksisuuden vertaamiseksi.
Kahviteollisuuden tähteiden pienin sienten kasvun estävä pitoisuus oli yli 1 %. Pyrolyysitisleet pystyivät estämään useimpien sienten kasvun noin 1 % pitoisuudessa. Orgaaniset hapot ja kofeiini estivät puuta hajoavia sieniä kasvamasta jo alle 1 % pitoisuudessa, mikä osoittaa, että näillä aineilla on merkittävä rooli testattujen tisleiden ja uutteiden aktiivisuudessa. Kun biopohjaisia suoja-aineita testattiin käsittelemällä puukappaleita ja lahottamalla näitä, yksikään kemikaali ei toiminut tehokkaasti puunsuoja-aineena.
Suurimmalla osalla testatuista biopohjaisista aineista oli varsin alhainen ekotoksisuus, mutta yhdellä tisleellä oli jopa paljon Celcure C4 -suoja-ainetta suurempi ekotoksisuus. Tämä osoittaa, että mahdollisten suoja-aineiden ekotoksisuus on aina syytä arvioida samassa yhteydessä, kun niiden tehokkuutta ja sopivuutta puunsuoja-aineiksi arvioidaan. Eräät potentiaaliset biopohjaiset ainesosat toimivat hyvin puun hajoavia sieniä vastaan ja niitä voidaan sisällyttää puunsuoja-aineisiin, mutta niiden suorituskyky ei pelkästään riitä toimimaan teollisena puunsuoja-aineena.
Avainsanat
puun lahoaminen;
puunsuojaus;
biopohjaiset tuotteet;
kahviuute;
pyrolyysitisleet;
antimykoottinen tehokkuus
-
Barbero López,
University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences
Sähköposti
aitor.barberolopez@uef.fi
Julkaistu 16.11.2020
Katselukerrat 4214
Saatavilla https://doi.org/10.14214/df.308 | Lataa PDF
Osajulkaisut
Barbero-López A., Chibily S., Tomppo L., Salami A., Ancin-Murguzur F.J., Venäläinen M., Lappalainen R., Haapala A. (2019). Pyrolysis distillates from tree bark and fibre hemp against wood-decaying fungi. Industrial Crops and Products 129: 604–610.
https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.12.049
Barbero-López A., Ochoa-Retamero A., López-Gómez Y., Vilppo T., Venäläinen M., Lavola A., Julkunen-Tiitto R., Haapala A. (2018). Activity of spent coffee ground cinnamates against wood-decaying Fungi in vitro. BioResources 13(3): 6555–6564.
DOI: 10.15376/biores.13.3.6555-6564
Barbero-López A., Monzó-Beltrán J., Virjamo V., Akkanen J., Haapala A. (2020). Revalorization of coffee silverskin as a potential feedstock for antifungal chemicals in wood preservation. International Biodeterioration and Biodegradation 152: 105011.
https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2020.105011
Barbero-López A., Hossain M., Haapala A. (2020). Antifungal activity of organic acids and their impact on wood decay resistance. Wood and Fiber Science 52(4): 410–418.
https://doi.org/10.22382/wfs-2020-039
Barbero-López A., Akkanen J., Lappalainen R., Peräniemi S., Haapala A. (2021). Bio-based wood preservatives: Their efficiency, leaching and ecotoxicity compared to a commercial wood preservative. Science of the Total Environment 753: 142013.
