Monitieteisen tuotekehityksen ytimessä sykkii ekstruusio

Uusien tutkimusavausten ja ekstruusioteknologian ansiosta vain taivas on rajana innovatiivisille elintarvike- ja rehusovelluksille sekä kiertotalouden biopohjaisille tuotteille.

Ekstruusio eli suulakepuristus on monien elintarvikkeiden ja rehujen tuotantoprosessien ydin. Ekstruuderit kuumentavat, sekoittavat, homogenisoivat, modifioivat ja puristavat laitteistoon syötettyä materiaalia sylinterissä, jonka sisällä pyörii ruuvi tai ruuveja. Elintarvike-ekstruudereissa syntyy muroja, hiutaleita, jauhoja, snackseja, pastaa, proteiinivalmisteita ja lihaa korvaavia tuotteita. Rehuekstruuderit tuottavat ruokaa kaloille ja lemmikeille. 

Luonnonvarakeskuksessa ekstruusioteknologian käyttö alkoi kalanrehujen tuotekehityksestä ja valmistuksesta kaksiruuviekstruuderilla vuonna 2001. Noin seitsemän vuotta sitten hankittiin toinen kaksiruuviekstruuderi elintarvikesovellusten tuotekehitykseen.

Nälkä kasvaa syödessä, ja vuonna 2022 Lukeen asennettiin kaikkivoipa moniruuviekstruuderi (Planetary Roller Extruder). Hankinnan myötä Luken ekstruusiokeskuksen näkymä uusille sovellusalueille lähti laukalle.

Ekstruusiolla ruuvataan vauhtia kiertotalouteen 

Lukessa tavoitteenamme on moniruuviekstruusion käyttö yhä useammin kiertotalouden sovelluksissa. Yksivuotisten kasvien sivuvirroista voidaan ekstruusion avulla kehittää monenlaisia arvotuotteita.

Hienona esimerkkinä tästä toimii tuotekehityspolku, jossa kauran viljelyssä, kuivauksessa, lajittelussa ja kuorinnassa syntyvistä oljen ja jyvän sivuvirroista tuotettiin orgaanista ainesta, humusta, peltomaan rakennetta parantamaan, ravinteita pidättämään ja hiiltä sitomaan. Kasvimassan hiilidioksidia voidaan sitoa kiinni tuotteisiin, joissa se pysyy kauemmin kuin esimerkiksi poltettaessa.

Tulevaisuuden tavoitteemme on, että kauran lisäksi moni muukin yksivuotinen kasvimateriaali voidaan samalla mekaanisella prosessimenetelmällä seostaa ja modifioida tuotteiksi. 

Kasvisivuvirtojen ekstruusioprosessissa syntyy reaktiivista biomassaa, josta voidaan kehittää esimerkiksi orgaanisia lannoitepellettejä, muokattavia komposiitteja, muovinkorvikkeita, pakkausmateriaaleja, vaahtoja tai liima-aineita. 

Reaktiivisesta biomassasta voidaan myös kustannustehokkaasti kuivafraktioida hiilihydraatti- ja ligniinijakeet. Edullisista sokereista voidaan näin tuottaa suurissa määrin polttoaineita, rehuja ja ruokaa.

Mihin kaikkeen ekstruusiota voidaan hyödyntää?

• Uudella tavalla käyttäytyvien raaka-aineiden, kuten jauheiden, granuleiden, snacksien, hiutaleiden, elintarvikkeiden ja niissä käytettävien märkien seoksien, ravintolisien, makeisten, kosmetiikan, rehujen ja lisäaineiden, valmistukseen.
• Materiaalien modifiointiin muuttamalla jakeiden esim. tärkkelyksen ja proteiinin käyttäytymistä. 
• Uusien rakenteiden valmistukseen (esimerkiksi rapeita rakenteita ilman suurta määrää tärkkelystä eli hiilihydraattia).
• Entsyymireaktioihin moniruuviekstruuderin toimiessa bioreaktorina.
• Maa-, metsä- ja kalatalouden sekä elintarviketeollisuuden sivuvirtojen hyödyntämiseen uusiksi lisäarvotuotteiksi.
• Ainesosien vapauttamiseen (esimerkiksi ligniinin vapauttaminen kuitukompleksista).
• Reaktiivisen massan tuottamiseen, josta voidaan kemiallisia reaktioita käyttäen valmistaa biomateriaaleja, komposiitteja, pakkausmateriaaleja ja lannoitteita.
• Liukoaineksen irrottamiseen uuttoa varten.
• Rakenteiden avaamiseen ja herkkien tuotteiden päällystämiseen esimerkiksi rasvalla.
• Tunnettujen tuotteiden, kuten jäätelön tai suklaan, valmistukseen uudella teknologialla.
• Tiedon ja taidon lisäämiseen liittyen suomalaisiin viljelykasveihin sekä maa- ja metsätalouden sivuvirtoihin.

Ekstruusiosta tehokkuutta tuotantoprosesseihin

Ekstruusioteknologialla tehty pilottimittakaavan tuotekehitys on skaalattavissa ylöspäin suurempiin tuotantoluokkiin. 

Moniruuviekstruusio voi merkittävästi tehostaa tehtaiden tuotantoprosesseja. Tuotetut ratkaisut voivat vähentää yksikköoperaatioita ja prosessit tapahtuvat vähävetisissä sekä energiatehokkaissa ympäristöissä.