Haku

Pelloilta pöytään - fotoniikka kehittyvän elintarviketeollisuuden tuotantoketjussa

27.11.2017

Fotoniikka-ala ja elintarviketeollisuus kohtasivat Turussa 10.10.2017 järjestetyssä Fotoniikan mahdollisuudet ruokateollisuudelle -seminaarissa. Paikalla oli kattavasti niin elintarvike- kuin fotoniikka-alan yrityksiä ja tutkimuslaitoksia. Tapahtuma toteutettiin yhteistyössä Joensuun Tiedepuiston, Photonics Finlandin ja Turun yliopiston Funktionaalisten elintarvikkeiden kehittämiskeskuksen kanssa osana EPRISE sekä INNOTORI -hankkeita.  

Fotoniikan eli valon tuottamisen, käsittelyn ja tarkkailun hyödyntämiseen on rajattomat mahdollisuudet niin elektroniikkateollisuudessa, energia-alalla kuin lääketeollisuudessakin. Kyseessä on aikamme merkittävimpiä mahdollistavia teknologioita ja muille toimialoille hyötyä sekä uutta tietoa tuottava fotoniikka-ala kasvaa nyt voimakkaasti. Fotoniikka on mukana kaikessa lasereista, ledeistä ja aurinkopaneeleista syöpähoitoihin sekä elintarviketurvallisuuteen.

Teknologiana fotoniikkaa on hyödynnetty elintarviketeollisuudessa jo kauan mutta viime vuosien aikana sen merkitys on kasvanut huikeasti koko tuotantoketjussa. Elintarviketeollisuuden globaaleja haasteita ovat mm. kaupungistumisen ja ilmaston lämpenemisen tuomat kasvatusolosuhteiden muutokset sekä jatkuvasti kasvava väestömäärä, johon ruuantuotannon täytyy kestävästi pystyä vastaamaan. Elintason nousu on tuonut mukanaan myös uusia sairauksia ja ongelmia kuten ylipainoisuuden lisääntyminen.

Fotoniikan avulla pystytään löytämään ratkaisuja kaupungistumisen sekä uusien kasvatusolosuhteiden tarpeisiin. Ratkaisut näkyvät kaupungeissa esimerkiksi yleistyvinä vertikaaliviljelminä tai led-valaistuksella kontrolloituina suljettuina kasvatusympäristöinä. Erilaiset sensoriteknologiat tuottavat uutta tietoa koko elintarvikeketjuun sekä kuluttajille. Yksittäisestä elintarvikkeesta voidaan tarkasti mitata tuotteen rasvapitoisuus, proteiinit, sokerit ja kokonaisenergiamäärä. Mittaavat sensorit ovat kehittyneet pieniksi ja hinnaltaan edullisiksi laitteiksi, että niiden houkuttelevuus kasvaa myös kuluttajien silmissä.  

Teknologisen kehityksen kärjessä

Elintarvikkeiden analysoinnin ja mittaamisen tarve ovat kasvamassa merkittävästi. Aiemmin ongelmana mittalaitteiden yleistymiselle ovat olleet niiden kallis hinta ja suuri koko. Fotoniikka-alan nopean kehityksen myötä tarjolla on yhä monipuolisempia, kooltaan pienempiä ja edullisempia laitteita. Teknologioiden kehittyessä myös digitalisaation merkitys elintarviketeollisuudessa kasvaa. Tämä tarkoittaa älykkäiden algoritmien ohjaamien keskenään verkottuneiden koneiden sekä suurten datamäärien yleistymistä. Digitaalisaation kärkinä ovat IoT, eli keskenään verkottuneet koneet niin teollisuudessa ja kuluttajapuolella sekä tästä syntyvä tarve suurten tietomäärien, eli Big Datan käsittelylle ja hallinnalle. Laitteiden ohjaus, mittaaminen ja sensorointi luovat merkittäviä tarpeita uusille sekä erilaisille sensoriteknologioille.

Tulevaisuuden sensorit ovat pilvipalveluihin kytkettyjä, massatuotettuja, erittäin pienikokoisia sekä älykkäitä. Spectral Engines Oy:n kansainvälisen Horizon 2020 -palkinnon saavuttanut ruokaskanneri on vain puolikkaan tulitikkuaskin kokoinen mutta pystyy mittaamaan pistekohtaisesti aineen koostumuksen siirtäen kerätyn datan koneelle ja pilveen. Skannerin sensori käyttää infrapunavaloa kohteen valaisemiseen, josta pienikokoinen infrapunaspektrometri havaitsee takaisin tulevan valon. Laite analysoi ns. sormenjälkitunnistusta spektrissä. Mitata voi esimerkiksi jauhojen kosteutta myllyssä, samalla kun ryynit jauhetaan jauhoiksi. Kerätyn datan seuranta tapahtuu reaaliaikaisesti verkossa.

Pulmana on elintarvikkeesta mittaamalla saadun tiedon laitekohtaisuus, joka vaatii erillisten laitteiden kalibroinnin yhtenäisten mittaustulosten saavuttamiseksi. Kehityksessä ollaan kuitenkin menossa kohti globaalia elintarvikedatan tietokantaa, joka määrittäisi oikeat viitearvot elintarvikkeiden mittaamiselle.

Pellosta pöytään

Älykäs maatalous kasvaa kovaa vauhtia vaikuttaen koko ruuan arvoketjuun. Kaukokartoituksella on tärkeä merkitys viljelyssä ja kartoittamisessa ollaan siirtymässä dronien eli nelikoptereiden käyttämiseen. Peltojen maaperä sekä lannoitteen ja torjunta-aineiden määrät mitataan lintuperspektiivistä kameroiden sekä sensoreiden avustuksella. Jokaisella kerätyllä aineella on oma sormenjälkensä, eli spektri josta voidaan määrittää aineen koostumus kuten ravinnepitoisuus. Suomessa ollaan kaukokartoittamisen osalta pitkällä mutta esimerkiksi Hollannissa teknologioita hyödynnetään jo merkittävästi enemmän maan suurten peltoalojen ja vähäisten pohjavesivarantojen riittävyyden vuoksi.

Ruokaväärennökset ovat globaalisti kasvava ongelma, johon kuvantaminen tuo ratkaisun mahdollistaen ruuan aitouden ja mahdollisten vierasesineiden tunnistamisen. Hyperspektrikuvantamiseen erikoistunut Specim Oy pystyy mittaamaan teknologiansa avulla esimerkiksi juuston pinnan rasvapitoisuudet sekä proteiinipitoisimmat alueet. Samalla tavoin voidaan varmistaa, että pakastevihannespussiin ei ole eksynyt kiviä tai koppakuoriaisia. Ruokaväärennöksiä voidaan tunnistaa tehokkaasti ja esimerkiksi riisi on maailman eniten kuvantavalla teknologialla mitattu tuote. Aitouden lisäksi esimerkiksi mausteseoksesta pystytään varmistamaan, etteivät jauheet ole päässeet paakkuuntumaan.

Kaikkea ei kuvantamalla kuitenkaan voida ratkaista, koska mittaustulos saadaan tuotteen pinnalta ja vain muutamia millejä pinnan alta. Tämän vuoksi esimerkiksi erilaiset myrkkyjäämät ja allergeenit ovat mahdottomia mitata. Aikaisemmin mittaamiselle aiheutti ongelmia myös ruuan vesi, mutta teknologisen kehitystyön myötä esimerkiksi kasviksien mittaamisesta on tullut mahdollista. Parhaiten haasteista ollaankin päästy ratkaisun äärelle molempien alojen aktiivisella yhteistyöllä.

Mikrobeille huutia

Tällä hetkellä ruuantuotannon maailmanlaajuisena haasteena ovat erilaiset mikrobit. Pääsääntöisesti mikrobeihin pyritään vaikuttamaan suurilla määrillä kemikaaleja, joiden käsittelystä selviävät bakteerit saavat paljon elintilaa kasvaa ja mahdollistavat vaikeasti tuhottavien bakteerikantojen synnyn. Samoin lääkkeiden runsaan käytön myötä antibioottiresistenssi aiheuttaa yhä merkittävämpiä ongelmia ja kuolemia maailmalla. Fotoniikka pystyy korvaamaan suuren osan teollisuuden kemikaaleista ja jopa tehostamaan lääkeaineita tuhoten mikrobeja valolla.  

Valon tietyllä aallonpituudella pystytään tuhoamaan mikrobeja jopa biofilmin lävitse. LED Tailor Innova7ion hyödyntää kahdenlaista valotekniikkaa, valkoista ja sinistä valoa. Esimerkiksi sinisellä valolla voidaan desinfioida pinnat ja ilma tehden tiloista steriilejä. Kumpikaan käytettävistä valotekniikoista ei ole ihmiselle haitallinen. Niiden avulla voidaan myös sterilisoida puhdastiloja tai puhdistaa kosteita pintoja sekä biofilmejä. Kehitteillä on myös ratkaisuja esimerkiksi sisäilmaongelmien hallintaan sekä alustavasti sairaalaympäristön käyttöön suunniteltu steriili potilashissi. Molemmat kehitteillä olevat ratkaisut ovat parhaillaan testausvaiheessa.

Vielä kohdennetumpaan bakteerien tuhoamiseen voidaan hyödyntää HyacinthLuxin kehittämää UV-laseria, joka toimii huomattavasti pienemmällä valon spektrillä UV-lamppuihin verrattuna. UV-laser vaikuttaa neliösenttimetrin alueella tuhoten bakteerit sekunnissa, kun UV-lampulla vaikutusaika samalle alueelle kohdennettuna on noin viisi minuuttia.  
 
Teknologiaa voidaan hyödyntää kohdennetusti laitteiden, välineiden, pakkausmateriaalien ja lähellä olevien pintojen sterilisoinnissa mutta myös hankalammissa paikoissa kuten huoneiden nurkkien, rakojen tai halkeamien puhdistamisessa.

Konkreettiselle tasolle

Fotoniikalla on tarjota runsaasti elintarviketeollisuuden tarpeisiin soveltuvia ratkaisuja ja toimialojen välinen kehitys ottaa parhaillaan ensimmäiset suuret harppauksensa. Tapahtuman aikana elintarviketeollisuuden puolelta annetuille haasteille saatiin myös vastinetta, sillä ratkaisuja puitiin yhdessä eri alan asiantuntijoista koostuvien ryhmien kesken. Yhteistyöllä päästiin konkreettisten toimenpiteiden äärelle ja hyödynnettäviä ratkaisuja löydettiin koko tuotantoketjun varrelta raaka-aineista lopputuotteisiin saakka.

Mikrobien torjunnan haasteet tilojen, pintojen, pakkausmateriaalien, koneiden ja välineiden puhdistamisessa nousi selkeästi yhtenä teemana esille. Valkoista ja sinistä valoa hyödyntämällä ratkaisuja voidaan tuoda esimerkiksi tilojen puhtaanapitoon, mutta myös ahtaampiin ja vaikeammin puhdistettaviin kohteisiin. Tällä ratkaisulla voi olla merkittäviä vaikutuksia esimerkiksi tuotteiden säilyvyyteen ja myyntiaikoihin. Valolla voitaisiin vaikuttaa myös logistiikan puhtauteen kuten esimerkiksi kuljetuslavoihin. Maanviljelyksessä droneja käyttämällä voitaisiin kerätä tietoa pellon kasvustosta sekä mitata proteiinien ja tärkkelyksen määrät. Rehun prosessoinnin aikana tapahtuvat ei-toivotut muutokset pystyttäisiin havaitsemaan välittömästi. Siementen laadun kuvantamisella voitaisiin seurata siemenen kokoa sekä itävyyttä ja tulevaisuuden tavoitteena olisi myös peittausaineen kaltaisten myrkkyjen korvaaminen fotoniikan keinoin.

Kokonaisuudessaan tapahtumasta nousi esille vain murto-osa elintarviketeollisuuden haasteista ja fotoniikan alan tarjoamista ratkaisuista. Uusien yhteistoimintamahdollisuuksien löytäminen sekä teknologioiden oikeanlainen kehittäminen elintarviketeollisuudelle vaativat molempien alojen vahvaa ja avoimin mielin tehtävää yhteistyötä. Teknologia on valmiina mutta fotoniikan alan yritykset tarvitsevat elintarvikealan tietotaitoa sekä haasteita ratkaistavakseen. Fotoniikan mahdollisuudet ruokateollisuudelle -tapahtuman kiinnostus ja aktiivinen osallistuminen olivat tämän suuntaisen yhteistyön vahva alku.

EPRISE

Photonics Finland toteuttaa Euroopan fotoniikka-alan EPRISE – Empowering Photonics through Regional Innovation Strategies in Europe -kasvuohjelmaa, jonka tavoitteena on nostaa fotoniikka-ala esille neljällä Euroopalle tärkeällä toimialalla, joita ovat terveysteknologia, lääketeollisuus, maatalous ja ruoka.
EPRISE-yhteistyön myötä Euroopassa järjestetään fotoniikka-alan tapahtumia, joista seitsemän päätapahtumaa fotoniikkatoimijoiden alueilla. Tapahtumat ja mukana olevat fotoniikkatoimijat tarjoavat pienille ja keskikokoisille yrityksille markkinoinnin asiantuntijoiden apua sekä konkreettisia ratkaisuja markkinoinnin esteiden ylittämiseen. Lisäksi yhteistyötä rakennetaan ennalta sovituilla B2B-tapaamisilla.
Kasvuohjelmaan osallistuu toimijoita kahdeksasta eri maasta. Mukana ovat Suomea edustavan Photonics Finlandin lisäksi alueelliset klusterit Ranskasta, Saksasta, Italiasta sekä kansalliset toimijat Espanjasta, Hollannista, Iso-Britanniasta ja Ruotsista. Marseillen fotoniikkaklusteri toimii EPRISE-kasvuohjelman koordinaattorina. Suomessa projektin hallinnoijana on Joensuun Tiedepuisto.

Lisätietoja

Juha Purmonen
Kehityspäällikkö
Joensuun Tiedepuisto / Photonics Finland
juha.purmonen@tiedepuisto.fi
p. 050 354 3832

INNOTORI

INNOTORI (1.1.2016 – 31.12.2018) on Varsinais-Suomen ja Satakunnan ruokaketjun kehitys- ja yhteistyöhanke, jonka tavoitteina ovat alueiden pk-yritysten kilpailukyvyn parantuminen, uudet innovaatiot ruokaketjussa sekä yritysten kasvun ja kansainvälistymisen edistäminen.
 
Ruokaketjun yritysten tarpeita kartoitetaan ja yrityksiä ohjataan oikeiden palveluiden äärelle. Toimijoita kootaan yhteen ideoita synnyttäviin teematilaisuuksiin ja jatkojalostushautomoihin. Lisäksi ideoiden ja tuotekonseptien testaaminen mahdollistetaan virtuaalisessa kuluttajakentässä.
 
Innotori toteutetaan yhteistyössä Turun yliopiston Funktionaalisten elintarvikkeiden kehittämiskeskuksen, Satafood kehittämisyhdistyksen ja Pyhäjärvi-instituuttisäätiön kanssa. Rahoitus tulee Varsinais-Suomen ja Satakunnan ELY-keskuksien kautta Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelmasta.

Lisätietoja

Pauliina Ojansivu
Koordinaattori
Funktionaalisten elintarvikkeiden kehittämiskeskus
Turun yliopisto
pauliina.ojansivu@utu.fi
p. 040 152 7840