Bruker enzymer til å modifisere og oppgradere cellulose

Cellulose er hoveddelen i plantenes cellevegg og et av de vanligste stoffene vi finner i naturen. Vi bruker også ordet «cellulose» om det råstoffet som benyttes i produksjon av blant annet papir og kunstige tekstiler, som vi får ved kjemisk behandling av trevirke og planter.

Det er et stoff vi har mye av og lett tilgang på, men det er vanskelig å bruke. Den tette strukturen i fibrene som gjør cellulosen til et slitesterkt stoff, gjør det også vanskelig å benytte den til andre produkter på en energieffektiv måte uten å måtte bruke mye kjemikalier.

Gjør cellulosen lettere å bruke

I en ny doktorgrad fra NMBU har stipendiat Fredrik Gjerstad Støpamo utforsket enzymer som kan endre strukturen og funksjonaliteten til cellulosefibrene. Enzymene kalles LPMO-enzymer, som står for lytisk polysakkarid monooksygenase. Ved å bruke disse enzymene kan overflaten på for eksempel papirprodukter bli modifisert og lede til avanserte papirprodukter med nyutviklede fysiske eller kjemiske egenskaper. LPMO-enzymene kan endre cellulosefibernes egenskaper slik at de kan bli lettere å bruke i en rekke produkter, som for eksempel tekstiler, emballasje og til og med elektroniske komponenter.

– Gjennom denne forskningen ønsker vi å bidra til å redusere de miljøutfordringene som er forbundet med mer tradisjonelle, kjemiske prosesser, slik som forurensning og produksjon av kjemisk avfall, sier Støpamo.

– Ved å bruke enzymteknologi til å utvikle bedre cellulose-baserte produkter kan vi på sikt også redusere avhengigheten vår av fossilbaserte materialer som plast.

Kan omformes til bærekraftige materialer

I doktorgraden har han benyttet moderne enzymteknologi og nyutviklede analytiske metoder for å undersøke hvordan cellulose kan omformes til bærekraftige materialer av høy verdi. Hans forskning er også med på å øke den generelle kunnskapen vi har om ulike typer LPMO-enzymer.  

Forskningen har demonstrert store funksjonelle forskjeller mellom ulike LPMO-enzymer, noe som bidrar til en bedre forståelse av de enzymatiske verktøyene som kan benyttes i industrien for ulike bruksområder.

Gjennom arbeidet har forskerne også utviklet en ny analytisk metode som illustrerer funksjonaliteten til enzymene og hvordan cellulosen blir endret fra utsiden og innover til kjernen av cellulose fiberne.

Metoden resulterer på en måte i et 3-dimensionalt-perspektiv av cellulosen og aktiviteten påført av LPMO-enzymene på en måte som aldri har blitt demonstrert før. Dette gir innsikt i både cellulosemodifisering, i tillegg til mer kunnskap om de enzymatiske mekanismene, sier Støpamo.

– Resultater av forskningen vil kunne bidra til videre utvikling for optimalisering og gjenbruk av celluloserikt avfall og gir innsikt i hvordan ulike LPMO-enzymer kan utnyttes i industrien. Dette kan være gunstig også for andre anvendelser, for eksempel bærekraftig produksjon av biodrivstoff eller foredling av andre typer biomasse, sier han.

Målet med forskningen er å utvikle nye og verdiskapende materialer fra cellulose, spesielt også celluloseavfall fra skogindustrien, med bruk av enzymatiske metoder. Dette bidrar til effektivisering av tilgjengelige råvarer og energieffektive og mindre kjemisk-intensive prosesser til å modifisere cellulose, noe som kan bidra til å redusere miljøpåvirkningen.

om doktorgraden:

Fredrik Gjerstad Støpamo

• Fredrik Gjerstad Støpamo fra Larvik disputerte ved NMBUs fakultet for kjemi, bioteknologi og matvitenskap 19. juni 2024
• Tittel på doktorgraden: Modifying cellulose fibers with lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) – Modifisering av cellulosefibre med lytisk polysakkarid monooksygenaser (LPMOer)
• Doktorgraden ble skrevet i forbindelse med forskningsprosjektet FunEnzFibres – From fundamentals to valorization: Enzymatic oxidation of cellulosic fibres and underlying mechanisms
• FunEnzFibres ble gjennomført i et samarbeid mellom VTT Technical Research Centre of Finland, Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU), og University of Natural Resources and Life Sciences (BOKU), Østerrike
• Fredrik har tidligere studert Bachelor i Biologi (NORD Universitet), og Master i Bioteknologi, NMBU