Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1 11/03/2016 1
Terveyttä ja kauneutta
Pohjolan marjoista
PilkeCafe360°, Luontokeskus Siida, Inari 2.3.2016
Dosentti Riitta Puupponen-Pimiä
VTT
2 11/03/2016 2
Sisältö: Marjat ja terveys
• Johdanto
• Marjojen bioaktiiviset yhdisteet
• Marjojen polyfenolit
• Marjojen terveysvaikutuksista
• Tutkimusesimerkkejä: 1) Marjojen antimikrobiset ominaisuudet
• 2) Kliininen marjatutkimus
•Prosessoinnilla terveellisempiä ja maukkaampia marjatuotteita • Marjojen bioprosessointi
• Marjojen kuivafraktiointi
• Ekstruusioteknologia
• Marjojen märkäjauhatus
• Marjat ja trendit - Esimerkkituotteita maailmalla
3 11/03/2016 3
Sisältö: Marjat ja kauneus
• Marjat kosmetiikassa
• Luonnollisia säilöntäaineita kosmetiikkaan
• Marjojen antimikrobiset yhdisteet
• Ihon mikrobiston tasapaino • Uudentyyppisiä tuotteita kosmetiikkaan
• Marjojen soluviljelyteknologia
• Avaa uudenlaisia mahdollisuuksia kosmetiikkateollisuudelle
• Kosmetiikkatrendit
4
Pohjoisen luonnon marjat
• Kotimaisia syötäviä marjoja lähes 40
• Poikkeuksellisen suuri määrä bioaktiivisia yhdisteitä
johtuen arktisista kasvuolosuhteista
• Paljon arvokkaita rasvahappoja
• Ainutlaatuinen maku ja aromi
• Voimakas väri
• Vuotuiset sadot huomattavia
• Pitkälti hyödyntämätön luonnonvara!
• Pitkä perinne kansanlääkinnässä: mustikka, karpalo
kiinnostava ja houkutteleva raaka-aine elintarvike-
ja kosmetiikka-teollisuudelle
• Jotkin marjalajit ovat uhanalaisia ja yhä harvinaisempia
luonnossamme
Biotekniikka tarjoaa mahdollisuuden hyödyntää
näitä lajeja luontoystävällisellä tavalla
5 11/03/2016 5 Photo Jouko Lehmuskallio
VTT:n marjatutkimus
6 11/03/2016 6
Lakka
Rubus chamaemorus
Mesimarja
Rubus arcticus
Mustaherukka
Ribes nigrum,
var. Öjeby
Mustikka
Vaccinium myrtillus
Pensasmustikka
Vaccinium
corymbosum
Aronia
Aronia melanocarpa
Var. Viking
Karpalo
Vaccinium oxycoccus
Kaarnikka
Empetrum nigrum
Puolukka
Vaccinium vitis-idaea
Vadelma
Rubus idaeus,
var. Ottawa
Pihlajanmarja
Sorbus aucuparia
Tyrnimarja
Hippophae
rhamnoides
Mansikka
Fragaria ananassa,
Var. Senga Sengana
7
• Koko marjakasvin biosynteesi-
kapasiteetin hyväksikäyttö
• Bioaktiiviset yhdisteet, aromi-
ja väriaineet
• Uudet yhdisteet
Marjatutkimuksen osa-alueet VTT:llä
• Stabiilisuus ja rakenne
• Aistittavat ominaisuudet:
maku, maun ja kemian yhteys
In vitro:
• Antimikrobinen aktiivisuus antioksidanttiaktiivisuus,ruoansulavuu
smallit, solumallit:keratinosyytit,
CaCo-2 ARPE
In vivo
• Kliinisten näytteiden analysointi
metabolomiikan menetelmin
• Marjojen ja marja -
fraktioiden ja –uutteiden
koostumus,
• Aineenvaihduntatuotteiden
analysointi
• UPLC, LC-MS, NMR,
UPLC-MS, GC-MS
• Entsyymiavusteinen prosessointi
• Mikrobifermentaatiot
• Fraktiointiteknologiat
• Uuttoteknologiat
• Jauhatusteknologiat
• Sivuvirtojen hyväksikäyttö
• Pilot-mittakaavan laitteistot
Teknologinen
laatu
Biologiset
vaikutukset
Analytiikka
Prosessointi ja
fraktiointi
Soluviljelyteknologia
8
Bioaktiiviset marjafraktiot erityyppisiin tuotteisiin
Raaka-aineet
Marjojen
sivuvirrat
Prosessoidut
marjat
Marjasolu-
viljelmät
Mikrobiologinen
riskinhallinta Suodattimet
Membraanit
Kosmetiikka Naamiot ja liinat
Kasvovedet
Voiteet
Hygieniatuotteet Ihon desinfiointi
Deodorantit
Saippuat ja kylpytuotteet
Pakkaukset Elintarvikepakkaukset
Eläinten ruoat Lemmikkieläinten ruoat
Siipikarjan rehu
Elintarvikkeet ja
virvoitusjuomat
Markkinat
Luonnolliset
marjapohjaiset
yhdisteet
VTT
IPR
VTT
IPR
VTT
IPR
9 11/03/2016 9 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjojen bioaktiiviset yhdisteet
10
Polyfenolit • Flavonoidit
• Tanniinit
• Fenolihapot
Rasvat
Bioaktiiviset yhdisteet
Proteiinit ja peptidit
Hiilihydraatit
• Sokerit
• Kuitu
Vitamiinit ja karotenoidit
• C, E ja A vitamiinit
Sterolit
Orgaaniset hapot
Mineraalit
• K, Mg, Fe, Zn, Mn
11
Flavonoidit
Antosyaanit
Flavonolit
Flavanolit (Katekiinit)
HO O
OH
OH
OH
OH
(+)-Katekiini
Kompleksiset fenolipolymeerit (polymeeriset tanniinit)
OH
OH
OC
O O
O
O O
O
OC OC
CO OC
HO
HO
HO OH
OH
OH
OH HO
HO HO
HO
HO
Kasuariktiini
Ellagitanniinit
Proantosyanidiinit
HO O
OH
OH
Trimeerinen prosyanidiini
(flavanoli)
OH
OH
HO O
OH
OH
OH
OH
HO O
OH
OH
OH
OH
Pelargonidiini Syanidiinn Delfinidiini Peonidini Petunidiini Malvidiini
Kversetiini Myrisetiini Kemferoli
(+)-Katekiini (-)-Epikatekiini Gallokatekiini Epigallokatekiini
HO O
OH
OH
OH
Syanidiini
+
OH
Fenolihapot
Kahvihappo
OH
HO
Kanelihapot
Kahvihappo p-Kumariinihappo Ferulahappo
Bensoehapot
Protokatekiinihappo p-Hydroksibentsoehappo Gallihappo
HO
OH
Gallihappo
HO OH
O OH
O
Lignaanit
HO
OH
OH
OCH3 OH
Sekoisolarikiresinoli
H3CO
HO
OH
OH
OCH3 OH
H3CO
Stilbeenit
Resveratroli
OH
HO
OH
HO O
O OH
OH
OH
Kversetiini
OH
Marjojen polyfenolien luokittelu
Ref. Puupponen-Pimiä et al. 2005 BioFactors 23:243
12
ANTOSYAANIT
• Väripigmenttejä, jotka antavat monelle marjalle tumman punaisen tai sinisen värin: syanidiini (oranssi), delfinidiini, malvidiini ja petunidiini (violetti), pelargonidiini and peonidiini (punainen)
• Esiintyvät marjoissa sokerijohdannaisina
• Suurimmat pitoisuudet tumman sinisissä marjoissa, 6 g/kg tp
• Mustikka
• Aronia
• Kaarnikka
• Pensasmustikka
• Mustaherukka
• Juolukka (1,5 g/kg fw)
• Määrällisesti marjojen tärkein flavonoidiluokka
R1=R2H : Pelargonidiini
R1=OH; R2=H = Syanidiini
R1=R2=OH : Delfinidiini
R1=OCH3; R2=OH = Petunidiini
R1=R2=OCH3 : Malvidiini
13
FLAVONOLIT
• Yleisiä kaikissa marjoissa
• Yleisimmät yhdisteet ovat kversetiini, myrisetiini ja kemferoli. Kaikissa marjoissa on kversetiiniä.
• Esiintyvät marjoissa sokerijohdannaisina
• Tyypillisesti kitkerä ja karvas maku
• Suurimmat pitoisuudet noin 900 mg/kg tp
• Juolukka
• Tyrnimarja
• Karpalo
• Kaarnikka
• Mustaherukka
• Puolukka (150 mg/kg fw)
R2=OH; R1=R3=H : Kemferoli
R1=R2=OH; R3=H : Kversetiini
R1=R2=R3=OH´: Myrisetiini
14
FENOLIHAPOT
• Kaksi pääluokkaa: hydroksibentsoehapot ja hydroksikanelihapot
• Yleisiä kaikissa marjoissa
• Suurimmat pitoisuudet noin 500 mg/kg tp
• Mustikka
• Lakka
• Kaarnikka
• Puolukka
• Mustaherukka (250 mg/kg tp)
Hydroksibentsoehapot
R1=R2=OH, R3=H : Protokatekiinihappo
R1=R2=R3=OH : Gallihappo
Hydroksikanelihapot
R1=OH : Kumariinihappo
R1=R2=OH : Kahvihappo
R1=OCH3, R2=OH : Ferulahappo
15
ELLAGITANNIINIT
• Kompleksisia ellagihapon johdannaisia
• Spesifisiä Rubus-marjoille, 2-3 g/kg tp • Lakka
• Mesimarja
• Vadelma
• Mansikka (750 mg/kg tp)
Lambertianiini C (trimeeri)
16
PROANTOSYANIDIINIT
• Yleisiä kaikissa metsämarjoissa
• Katekiiniyksiköiden dimeerejä tai oligomeerejä
• Katekiiniyksiköt ovat sitoutuneet toisiinsa yksinkertaisella (B tyyppi) tai kaksinkertaisella sidoksella (A tyyppi)
• Suurimmat pitoisuudet noin 7 g/kg tp
• Aronia
• Ruusunmarja
• Pihlajanmarja
• Mustaherukka
• Karpalo
• Puolukka
• Pensasmustikka (3 g/kg tp)
17 11/03/2016 17
Kuopion yliopisto tutkimus marjojen fenoliyhdisteiden pitoisuuksista
(Määttä-Riihinen et al. J Agric Food Chem 2004, 2005)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Valkoherukka
Keltainen karviainen
Viherherukka
Punaherukka
Punainen karviainen
Tyrni
Karpalo
Mansikka
Makeapihlaja
Puolukka
Pensasmustikka
Keltainen vadelma
Punainen vadelma
Metsävadelma
Lakka
Variksenmarja, etel.
Mustaherukka
Juolukka
Mesimarja
Variksenmarja, pohj.
Mustikka
Marja-aronia
mg/100 g
Antosyaanit
Flavonolit
Katekiinit
Hydroksikanelihapot
Ellagitanniinit
18
Polyfenolit osoittavat mielenkiintoisia biologisia aktiivisuuksia in vitro:
Omaavat antioksidantti aktiivisuutta
Estävät haittamikrobien kasvua
Estävät virusten kasvua
Estävät syöpäsolujen kasvua
Verenpainetta alentavaa vaikutusta
Tulehduksia hillitsevää vaikutusta
Vaikutus oksidatiiviseen stressiin → Vaikutus matala-asteiseen tulehdukseen
Tulehduksia lieventävä vaikutus (pitkäkestoinen tulehdus → tyypin 2 diabetes ja
valtimotauti)
Polyfenolien terveysvaikutuksista
19 11/03/2016 19
Antioksidanttiaktiivisuus (kaikki marjat, kaikki polyfenolit)
Mikrobien kasvua estävää vaikutusta (Rubus-marjat, ellagitanniinit)
Tulehdusta hillitsevää aktiivisuutta (Vaccinium-marjat, antosyaanit)
• Fenolien laaja kirjo
• Eriyhdisteiden vaihteleva imeytyminen
• Muilla ruoasta saatavilla yhdisteillä on vaikutusta marjafenolien imeytymiseen
• Yhdisteiden muuntuminen aineenvaihduntatuotteiksi
Polyfenolien terveysvaikutuksista
20 11/03/2016 20
Marjojen terapeuttisia vaikutuksia
Kroonisten sairauksien ennaltaehkäisy?
• Diabetes?
• Sydän- ja verisuonisairaudet?
• Degeneroivat silmäsairaudet?
• Muistisairaudet?
• Vanhenemiseen liittyvät aineenvaihdunnalliset häiriöt?
• Syöpäsairaudet?
Epidemiologiset tutkimukset viittaavat siihen, että marjoilla olisi kroonisilta sairauksilta
suojaavaa vaikutusta
Kliinistä tutkimustulosta positiivisista vaikutuksista kertyy vähitellen
21 11/03/2016 21
Tyypin 2 diabetes • Antosyaanit parantavat insuliiniresistenssiä
• Antosyaaniuutteet vähentävät tulehdusvastetta
• Resveratroli saattaa lieventää riskitekijöitä ja parantaa
glukoositasapainoa
Sydän- ja verisuonisairaudet • Antosyaanit tehostavat verisuonten endoteelin toimintaa
(endoteelin toimintahäiriö →verisuonten kalkkeutuminen)
• Tummat marjat laskevat verenpainetta
• Tummat marjat nostavat HDL-kolestrolia
• Tummat marjat ja tyrnimarja nostavat veren kversetiinipitoisuutta
• Tummilla marjoilla suotuisa vaikutus verihiutaleiden toimintaan
• Mustikka auttaa krooniseen matala-asteiseen tulehdukseen ( →
riski sairastua sydän- ja verisuonisairauksiin pienenee)
• Mustikka alentaa verenpainetta
• Mustikka vähentää valtimojäykkyyttä
Suoliston mikrobisto • Rubus-marjojen syönti muuttaa yksilöllisesti suoliston mikrobistoa
• Suolistobakteeristo saattaa vaikuttaa ellagitanniinien vaikutuksiin
Kliininen
marjatutkimus
22 11/03/2016 22 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjojen mikrobien kasvua estävät vaikutukset
23 11/03/2016 23
Antimikrobisen aktiivisuuden tutkiminen
• Tutkittu Pohjoisen luonnon tärkeimmät marjat ja niiden
polyfenolit
• Normaaleja suolistomikrobeja vastaan
• Suoliston hyviä (probiootit) bakteereita vastaan
• Ihmiselle haitallisia suolistobaktereita vastaan
• Elintarvikkeita ja kosmetiikkaa pilaavia bakteereita
vastaan
• Tunnistettu antimikrobisesti kiinnostavimmat polyfenolit
• Tutkittu niiden vaikutusmekanismeja
• Tutkittu bioprosessoinnin vaikutusta antimikrobiseen
tehoon
24
Marjat
Polyfenolipuhdasaineet, tunnetut aineenvaihduntatuotteet, erilaiset polyfenoleita sisältävät uutteet,
Eri polyfenoliryhmät: ellagitanniinit, antosyaanit, proantosyanidiinit, kokonaiset marjat, marjan lehdet,
marjojen soluviljelmät
Mustikka Vaccinium myrtillus
Pensasmustikka Vaccinium corymbosum
Puolukka Vaccinium vitis-idaea
Karpalo Vaccinium oxycoccus
Vadelma Rubus idaeus, var. Ottawa
Lakka Rubus chamaemorus
Mesimarja Rubus arcticus
Mansikka Fragaria ananassa Senga Sengana
Mustaherukka Ribes nigrum, var. Öjeby
Tyrnimarja Hippophae rhamnoides
Aronia Aronia melanocarpa var. Viking
Kaarnikka Empetrum nigrum
Pihlajan marja Sorbus aucuparia
25
Antimikrobisuustutkimuksissa käytetyt mikrobit
Bakteerit • Bacillus cereus
• Bacteroides fragilis
• Bifidobacterium sp (probiotic strains)
• Campylobacter jejuni
• Enterococcus faecalis
• Escherichia coli
• Helicobacter pylori
• Lactobacillus species (also probiotic strains)
• Listeria innocua, L. monocytogenes
• Pseudomonas aeruginosa, P. fragi
• Salmonella enterica sv. Typhimurium; S. infantis
• Staphylococcus aureus, S. epidermidis
Hiivat • Candida albicans, C. krusei
• Saccharomyces cerevisiae
Homesienet • Penicillium sp.
26 11/03/2016 26
Antimikrobisen tehon testaaminen
Staphylococcus aureus E-70045
1,00E+03
1,00E+04
1,00E+05
1,00E+06
1,00E+07
1,00E+08
1,00E+09
0 5 10 15 20 25 30
Growth period (h)
cfu
ml-1
Control
Cloudberry /VTT
Rowanberry /VTT
Rowan leaves /VTT
Kuva 2.
Kuva 3.
Kuva 1.
• Nesteviljelmä (0.5 -10 ml) johon lisätään testattavaa yhdistettä (Kuva 1.)
• Testattavan mikrobin optimikasvuolosuhteet
• Sopii myös huonosti liukenevalle materiaalille
• Otetaan näytteitä kasvatuksen eri aikapisteissä (Kuva 2.)
• Määritetään kasvukäyrän perusteella tutkittavan yhdisteen vaikutus kasvuun /
kasvunestoon / viljelmän kuolemiseen (Kuva 3.)
27
Marjojen polyfenolien antimikrobiset vaikutukset
Berry extract
(1 mg ml-1
)
Bacillus
cereus
Campylo-
bacter
jejuni
Clostridium
perfringens
Escherichia
coli
Helico-
bacter
pylori
Staphylo-
coccus
aureus
Staphylo-
coccus
epidermidis
Salmonella
enterica sv.
Typhimurium
Candida
albicans
bilberry
++++ - + ++ +++++ ++ nt ++ -
black currant
++++ - + + +++++ +++ nt - -
buckthorn
berry ++++ - + + nt nt nt - -
chokeberry
+++ - + +++* nt ++ ++ nt -
cloudberry
++++ +++ +++++ +++ +++++ +++++ ++++ ++++* +++*
cranberry
++++ - +++* ++ nt +++ +++ - -
crowberry
++++ - - nt nt nt nt nt -
highbush
bilberry ++++ - ++ - nt ++ ++ - -
lingonberry
++++ - - + nt +++ ++++ - -
raspberry
++++ +++ +++ +++ +++++ ++++ ++++ ++++* ++
rowanberry
++++ + - - nt + nt + -
strawberry
++++ ++ ++ + +++++ ++++ +++ +++* ++++*
-no inhibitory effects; + weak inhibition; ++ clear inhibition; +++ strong inhibition; ++++ very strong inhibition; +++++ death of the culture
* decrease in plate count during first 5 to 10 hours, but later during the incubation period strong increase in cell numbers; nt not tested
Nohynek et al. 2006, Nutririon and Cancer 54:18
28 11/03/2016 28
Puhdistusliinat kosketusnäytölle ja kännykälle
29 11/03/2016 29
Esimerkki kliinisestä marjatutkimuksesta
Photo Jouko Lehmuskallio
30 11/03/2016 30
Marjojen terapeuttisesti aktiiviset yhdisteet
Kliininen tutkimus VTT – Itäsuomen yliopisto– Tampereen yliopisto
TAVOITE
Tutkia runsaasti marjoja sisältävän ruokavalion vaikutusta
metabolisen oireyhtymän henkilöillä
Sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöihin
• Verenpaine
• Seerumin lipidit ja lipidiprofiilit (lipidomiikan menetelmä)
• Veren antioksidanttikapasiteetti
• Tulehduksiin liittyvät tekijät
• Insuliiniherkkyys ja sokeriaineenvaihduntaabolism
Suolistomikrobiston koostumus ja stabiilisuus
• Suolistobakteerien profiilit
31 11/03/2016 31
-4 0 4 8 12
Ryhmä K (n=12): Kontrolli
Ryhmä M (n=15): Antosyaani Mustikka
Ryhmä LVM (n=20): Ellagitanniini Lakka-vadelma-mansikka
Interventiojakso Aloitusjakso Palautumisjakso
Tutkimuksen
rakenne
32 11/03/2016 32
Marjat
• ryhmä LVM (n=20) mansikkapurée 100 g + vadelmia 100 g +
lakkoja 100 g
• ryhmä M (n=15) mustikkapurée 200 g + kuivatut mustikat 40 g
(vastaa 3 dl tuoreita marjoja)
• ryhmä K (n=12) kontrolli, ei marjoja)
33 11/03/2016 33
Tulokset (1)
Veren lipidit ja antioksidanttistatus
• fS-Tot-Chol ↓ Laskeva suuntaus lakka, vadelma, mansikka -ryhmässä
• fS-HDL-Chol
• fS-LDL-Chol ↓ Laskeva suuntaus lakka, vadelma, mansikka -ryhmässä
• fS-Triglycerides
• Apo A1
• Apo B
• Total antioxidant capacity TRAP
• 8-isoprostane ↓ Laskeva suuntaus lakka, vadelma, mansikka -ryhmässä
• Lipidomiikka-tarkastelussa lakka, vadelma mansikka –ryhmässä nähtiin
vaikutuksia useassa lipidiryhmässä
• Tulokset viittasivat siihen, että lakka, vadelma mansikka –dieetillä saattaa olla
positiivista vaikutusta veren lipideihin
34 11/03/2016 34
Tulokset (2)
Tulehduksen välittäjäaineet
• TNFα ↓ Laskeva suuntaus mustikka-ryhmässä
• Interleukiini 6 ↓ Laskeva suuntaus mustikka-ryhmässä
• CRP ↓ Tilastollisesti merkittävä lasku mustikka-
ryhmässä
35 11/03/2016 35
Tulokset (3)
Paino ja verenpaine
• BMI
• Vyötärönympärys
• Elimistön rasva (%)
• Systoolinen verenpaine Suotuisa suuntaus kummassakin ryhmässä
• Diastoolinen verenpaine Suotuisa suuntaus kummassakin ryhmässä
Sokeri- ja insuliiniaineenvaihdunta
• Glukoositoleranssi Suotuisa suuntaus mustikka-ryhmässä
• Insuliiniherkkyys Suotuisa suuntaus mustikka-ryhmässä
36 11/03/2016 36
Tulokset (4)
Ravinteiden saanti
• Kuidun saanti ↑ Tilastollisesti merkitsevä nousu kummallakin ryhmällä
Suolistomikrobisto
• Yksilökohtaisia muutoksia suolistomikrobistossa 35% lakka, vadelma,
mansikka –ryhmän tutkimushenkilöistä
• Kaikki muutokset liittyivät clostridial-ryhmiin, jotka ovat tärkeimpiä
butyraatteja tuottavia suolistobakteereita. Tarvitaan lisää tutkimusta , jotta
voidaan identifioida bakteeri-lajit ja varmentaa mahdolliset positiiviset
tulokset.
• Marjojen ellagitanniinien biologinen hyväksikäytettävyys näyttää riippuvan
suolistomikrobiston koostumuksesta.
37 11/03/2016 37
Lopulliset tulokset
Anthocyanin rich diet had positive effects on chronic inflammation
Bioavailability of ellagitannins appear to be dependent on gut microbiota
38 11/03/2016 38
Kliininen marjatutkimus
julkaistiin DOSIKSESSA
39 11/03/2016 39 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjojen prosessointi bioaktiivisiksi jakeiksi
40
Edelleen muokkaus toimivuuden parantamiseksi elintarvikkeissa,
kosmetiikassa tai rehuissa
Rikasteet
Marjarikasteiden valmistaminen VTT:llä
Marja Puristusjäte
Hybridiprosessi
Proteiini Kuitu Bioaktiiviset
yhdisteet
Bioprosessointi Jauhaminen ja
kuivafraktiointi
Termo-
mekaaninen
prosessointi
Entsyymit
ja
mikrobit
Erottaminen ja konsentrointi
Marjasoluviljelmä
Rasvat
41 41 11/03/2016
Aromia ja terveyttä Pohjolan marjoista
Miksi puristekakku?
Tarve
• Marja- ja mehuteollisuus tuottaa
suuria määriä puristekakkua, jota ei
riittävästi hyödynnetä.
• Kuluttajan kiinnostus
välipalatuotteisiin on kasvanut
Tarve tuottaa terveellisiä, hyvän
makuisia ja laadukkaita, mutta
edullisia välipalatuotteita, on kasvanut
voimakkaasti
Edut
• Puristekakku on edullinen raaka-aine,
jonka tiedetään olevan terveellinen ja
sitä voidaan käyttää kokomarjan
asemasta terveystuotteissa (marjan
kuoret ja siemenet)
Kilpailu
• Voidaan hyvin korvata koko marja
• VTT on kehittänyt
prosessointimenetelmiä, joilla
puristekakusta voidaan valmistaa
edullisesti terveellisiä tuotteita
(polyfenolit ja kuitu)
42 11/03/2016 42 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjojen bioprosessointientsyymien ja fermentaation
avulla
43 11/03/2016 43 43
Aromia ja terveyttä Pohjolan marjoista –
Miksi bioprosessointi?
• Bioprosessoinnilla entsyymien tai fermentaation avulla voidaan muokata
marjaraaka-ainetta hyvin kokonaisvaltaisesti, sen rakennetta, makua,
väriä, säilytysaikaa ja voidaan myös vapauttaa bioaktiivisia yhdisteitä
marjaraaka-aineesta.
• Hyödyt
• Uudenlaisia tuotteita ja ainesosia elintarviketeollisuudelle
• Enemmän bioaktiivisia yhdisteitä (antioksidantteja ja haittamikrobien
kasvua estäviä aineita) ja enemmän mehua
• E.g. Puupponen-Pimiä et al. 2008, J. Agric. Food Chem. 56:681
• E.g. Buchert et al. (2005) J. Sci. food Agric. 85:2548-2556
• Uudenlaisia bioaktiivisia yhdisteitä
• Lisää aromia, voimakkaampi väri, pitempi säilytysaika
• E.g. Viljanen et al. 2014 Food Chem 157, 148-156
44
Entsyymiavusteinen marjojen prosessointi
Parempi
antioksidantti
Lisääntynyt
antimikrobinen
aktiivisuus
Enemmän
Bioaktiivisia
yhdisteitä
Mehu Puristekakku
Entsyymikäsittely
• Marjamateriaalin
perusteellinen muokkaaminen
kasvin soluseinää pilkkovilla
entsyymeillä ja bioaktiivisten
yhdisteiden vapautuminen ja
muuttuminen
Raaka-aine
• Erilaiset marjat
• Soluseinää pilkkovat entsyymit
• Sellulaasit,
hemisellulaasit,
pektinaasit, ksylanaasit
jne.
• Prosessin ylösskaalaus:
• Kapasiteetti n. 10 L
Puristus
Pakastemarjat
Käsittely entsyymeillä
Kuumennus
Sulatus ja murskaus
45
90
100
110
120
Ref
.
Pec
tinex
Ultr
a SP-L
Pec
tinex
Sm
ash
Pec
tinex
BE-3
L
Bio
pectin
ase C
CM
Ref
. (fo
r Eco
nase)
Eco
nase C
E
Mehusaanto
Sa
an
to
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Ref
.
Pec
tinex
Ultr
a SP-L
Pec
tinex
Sm
ash
Pec
tinex
BE-3
L
Bio
pectin
ase
CCM
Ref
.(for
Eco
nase)
Eco
nase
CE
Unknown
Arabinosides
Glucosides
Galactosides
Antosyaaniglykosidien jakaantuminen
mustikkamehussa
Pit
ois
uu
s (
mg
/kg
-1)
Mustikan entsymaattinen
mehunpuristus
Ref. Buchert et al. (2005) J. Sci. food Agric. 85:2548-2556
46 11/03/2016 46
Entsyymien vaikutus
antioksidanttiaktiivisuuteen
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600 Ei entsyymejä
Pectinex Smash
Pectinex BE 3-L
Biopectinase CCM
Pectinex Ultra SP-L
Pectinex 3 XL
Pectinex BE XXL
Polygalacturonase
Pectinex Smash XXL
Biopectinase Super
Karpalo Musta-
herukka
Viher-
herukka
Mustikka Puolukka
47 11/03/2016 47
Pectinex BE XXL –entsyymikäsittelyn vaikutus
Salmonella- bakteeriin
1,00E+02
1,00E+03
1,00E+04
1,00E+05
1,00E+06
1,00E+07
1,00E+08
1,00E+09
1,00E+10
0 5 10 15 20 25 30
cfu
/ml
Kasvatusaika (h)
Pectinex BE XXL
0-growth
control juice
control cake
BE XXL 10 nkat juice
BE XXL 10 nkat, cake
BE XXL 50 nkat juice
BE XXL 50 nkat, cake
Puupponen-Pimiä et al. 2008, J. Agric. Food Chem. 56:681
48 11/03/2016 48
Uusi väri
Marjafermentaatiot VTT:n teknologialla
Fermentaatio
• Marjamateriaalin
perusteellinen muokkaaminen,
rakenne, maku, väri,
säilytysaika ja bioaktiivisten
yhdisteiden vapautuminen
Raaka-aine
• Puolukka, vadelma, lakka
• Mikrobit
• LAB, hiivat
• Prosessin ylösskaalaus:
• Kapasiteetti n. 10 L
Marjat
Marjojen murskaus
Fermentaatio
Esikäsittelyt
Mikrobit
Uusi aromi Enemmän
bioaktiivisia
yhdisteitä
Mehun puristus
Kuivaus, fraktiointi
49 11/03/2016 49
VTT: mikrobikantakokoelmat
http://culturecollection.vtt.fi
Yli 200 maitohappobaktterilajia:
• Lactobacillus acidophilus
• Lactobacillus buchneri
• Lactobacillus brevis
• Lactobacillus casei
• Lactobacillus delbrueckii
• Lactobacillus fermentum
• Lactobacillus reuteri
• Lactobacillus paracasei
• Lactobacillus plantarum
VTT:n mikrobikantakokoelmassa (VTTCC) on noin
6500 mikrobikantaa ja kasvisolulinjaa, jotka kattavat
yli 800 bakteerilajia, jotka edustavat 225 sukua, yli
600 sienilajia, jotka edustavat 255 sukua, ja vuodesta
2014 lähtien myös noin 50 kasvisolulinjaa. Monet
kannat ovat ainutlaatuisia ja saatavilla ainoastaan
VTT:n kantakokoelmasta.
50 11/03/2016 50
• Entsyymikäsittely vähentää puolukan hapanta
makua
• Puolukan fermentaatio lisää luontaisen
säilöntäaineen, bentsoehapon, määrää
51 11/03/2016 51
Bioprosessointi pilot-mittakaavan bioreaktoreissa
• Kapasiteetti noin 15 L
• 4 lead-ins for sensors, two
gas connections
• Kolmilapainen sekoittaja
• Säädettävä lämpötila,
kasvatusaika, kaasufaasi ja
sekoitusnopeus
• Entsyymireaktoreiden kapasiteetit 2 x 1 L ja 1
x 10 L
• Ohjelmoitava sekoituksen ja lämpötilan säätö
• Tiedon taltiointi
HAFICO High Pressure
Tincture Press HP 5 H: Hydraulisesto toimiva
korkeapainen Hydraulic
operated high-pressure
tincture press for
Noin 5 L täyttötilavuus .
52 11/03/2016 52 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjojen kuivafraktiointi bioaktiivisiksi jakeiksi
53
Stereomikroskooppikuvia lakasta.
A) Lakan siemenet; B); Hieno siemenfraktio
C) Kiekkomyllyllä jauhetut siemenet; D) Marjan
kuoret ja E) Karkea siemenfraktio.
Mikroskooppileikekuva lakan siemenestä.
Kuivafraktiointi:
Marjakakku kuivataan, jauhetaan ja
seulotaan erikokoisten seulojen läpi:
hedelmäliha, kuoret, siemenet, hieno ja
karkea siemenfraktio
54 11/03/2016 54
• Kuivafraktioinnilla voidaan tuottaa voimakkaan
bioaktiivisia jakeita lakan siemenestä
• Toiset fraktiot lieventävät tulehduksia ja toiset
estävät virtsatulehduksia aiheuttavan E.coli-
bakteerin kiinnittymistä
55 11/03/2016 55 Photo Jouko Lehmuskallio
Ekstruusioteknologia marjojen prosesoinnissa
56 11/03/2016 56 kuiva mustikka märkä mustikka märkä mustaherukka
Marja-välipalatuotteita ekstruusioteknologialla
Mustikka,
kuiva
Mustaherukka,
märkä
Mustaherukka,
kuiva
Kuivafraktioita sekä märästä
puristekakusta tehtyjä ainesosia
voidaan käyttää kehittämään
rapeita ilmavia rakenteita tai
lastumaisia tai hiutalemaisia
tuotteita.
Mansikka-sivuvirta-
fraktio paransi
tuotteen rakennetta
57 11/03/2016 57
Perinteinen vs. Superkriittinen fluidi-ekstruusio (SCFX)
15% marjasivuvirtaa
30 % marjasivuvirtaa kontrollil
• SCFX –menetelmällä voidaan käyttää
miedompia prosessiolosuhteita (100 rpm,
T<80C)
• Väri ja aromi ovat stabiilimpia (marjan aromi
voidaan hyvin aistia näissä tuotteissa)
• Hyvin pienet ja tasaisesti jakaantuneet
ilmakuplat lisäävät tuotteen
laajenemisnopeutta
• Aromiyhdisteet, mausteet ja muut lämpöherkät
yhdisteet (vitamiinit, mineraalit jne.) voidaan
laittaa mukaan jo prosessin alussa SCFX-
tekniikalla, jolloin tuotteessa on parempi
aromi-profiili ja stabiilisuus verrattuna
perinteiseen ekstruusio-menetelmään.
30 %
marjasivuvirtaa
58 11/03/2016 58 Photo Jouko Lehmuskallio
Märkäjauhatusteknologia
59 11/03/2016 59
VTT’s patent
• ”Marjan puristekakku jauhetaan veden läsnäollessa toistuvasti
(1-5 kertaa), jolloin saadaan homogeenisen suspension, jossa
partikkelikoko on hyvin pieni, 50 – 1000 pm”. Saatua homogeenista
seosta voidaan sekoittaa erityyppisiin elintarvikematriiseihin.
60 11/03/2016 60
Märkäjauhatus Masuko
-Supermass Colloider-laitteella
Equipment manufactured by Masuko Sangyo Co., Ltd., Japan
61 11/03/2016 61
Esimerkkituotteita, joissa on märkäjauhettua mustikkakakkua
Marjanauhat • Sisältävät marjaa (mustikka,
mansikka, omena), vesi, sokeri
ja tärkkelys -> kuivattuna
sopivaan koostumukseen
• 1/3 marjaraaka-aineesta
puristekakkua
Muffinsit, joissa
mustikkaraitoja • Kaikki marjaraaka-ainen on
puristekakkua (10%)
• >7% kuitua
Leivonnaisia, joissa
mustikkaa ja suklaata • Kaikki marjaraaka-aine on
puristekakkua (6%)
• >6% kuitua
62 11/03/2016 62 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjat ja trendit
63 11/03/2016 63
Top 10 elintarvike-trendiä 2015
1. From clean label to clear label
2. Convenience for foodies
3. Reaching Millennials
4. Snacks rise to the occasion
5. Good fats, good carbs
6. More in store for protein
7. New routes for fruit
8. A fresh look at frozen
9. Private label powers on
10. Rich, chewy and crunchy
http://www.foodnavigator.com/Market-Trends/Innova-top-ten-food-trends-2015/%28page%29/10
64 64 11/03/2016
1. From clean label to
clear label
• Luomusta luonnolliseen,
lisäaineettomaan. Trendi on
lisääntynyt viime vuosina
• “Some of these claims have been so
overused that they are beginning to
lose some of their potency” (Lu Ann
Williams, director of innovation at
Innova Market Insights)
• Tuotteille halutaan selviä ja
yksinkertaisia pakkausmerkintöjä
4. Snacks rise to the
occasion
• ”We are seeing the snackification of
just about everything” (Lu Ann
Williams, director of innovation at
Innova Market Insights)
• Perinteiset ateria-ajat ovat
vähentyneet ja terveelliset
välipalatuotteet korvaavat
aterioita
• Elintarviketeollisuus on vastannut
välipalatuotteiden kysynnän kasvuun
korvaamalla perinteiset aamiaisruoat
esimerkiksi myslivälipaloilla ja
aamiaiskekseillä, ja nyt ollaan menossa
kohti mukaan otettavia ja käteviä
lounaita ja päivällisiä korvaavia aterioita
65 65 11/03/2016
7. Uudenlaisia
hedelmätuotteita
• Marja-ja hedelmäpohjaisissa
välipalatuotteissa ja aineosissa
on havaittavissa valtavaa kasvua.
Hedelmä-pohjaiset välipalatuotteet
ovat ohittaneet hedelmällä
maustetut välipalat.
10. Täyteläinen, rapea
ja sitkeä
• Rakenne on usein aliarvioitu, - mutta
näin ei pitäisi olla
• ”Rakenne tulee saamaan paljon
enemmän huomiota kuin koskaan
aikaisemmin”. (Lu Ann Williams,
director of innovation at Innova
Market Insights
66
Sept 2014, 10 Unique Ingredient Applications http://www.foodingredientsfirst.com/Home/KeyTrendsAjax?Id=41&ImageId=283&pageno=3
Esimerkkejä innovatiivisista markkinoilla olevista marjatuotteista
July 2014, 10 Superfood Innovations
Makeutettu
hedelmällä,
luonnolliset aromi- ja
väriaineet, ei
säilöntäaineita
Välipalajuoma luomu
hedelmistä ja
vihanneksista
Mustikka smoothie
Superfood, ei lisättyä
sokeria
67
June 2014, 10 Drinks with a Difference April 2014, 10 Trends for the Soft Drinks Gategory
Hyvinvointijuoma,
sokeriton,
antioksidantteja
Luonnollinen
makeutus Raakakaakao
smoothie
68 11/03/2016 68
Esimerkkejä markkinoilla olevista välipalatuotteista (U.S.)
http://thepurebar.com/ https://www.kashi.com/our-foods/snack-bars
(Kellogg’s)
• Luomu
• Ei-GMO
• Gluteeniton
• Vegaani • LUomu
• Ei-GMO
69 11/03/2016 69 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjat kosmetiikassa
70 11/03/2016 70
Marjat pitävät huolta ihostasi
• Ihon suojaaminen (UV säteily, saasteet)
• Ihon ennenaikaisen vanhenemisen estäminen
• Ihon uusiutuminen
• Ihon kirkastaminen ja vaalentaminen
• Ihon mikrobiston tasapainotus, uusi kasvava trendi!
71 11/03/2016 71
Aktiiviset marjayhdisteet kosmetiikassa
Siemenöljyt: Omega rasvahapot
Sterolit
Tokoferolit
Karotenoidit
Kleimit:
Vahvistavat ihosolujen solumembraanien toimintaa
Suojelevat tehokkaasti solumembraanien rasvahappoja
hapettumiselta
Voimistavat kollageenin synteesiä
Stabiloivat solurakenteita
72 11/03/2016 72
Aktiiviset marjayhdisteet kosmetiikassa
Bioaktiiviset uutteet:
Polyfenolit, arbutiini
Kleimit:
Antioksidantti- ja anti-inflammatorinen aktiivisuus
(suojelevat ihoa)
Stabiloivat kollageenia ja elastiinia estämällä niiden
hajoamista ja siten edistävät ihon elastisuuden
säilymistä
Tasapainottavat ihon mikrobistoa
Vahvistavat ihon pintaverisuonia
Vaalentavat ihoa
Mineraalit ja aromaattiset tuoksut
Kleimit:
Kosteuttavat, puhdistavat ja suojelevat ihoa
73 11/03/2016 73 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjojen antimikrobiset yhdisteet kosmetiikassa
74
Marjojen antimikrobiset yhdisteet
kosmetiikassa
Marja-
sivuvirrat
Prosessoidut
marjat
Marjojen
soluviljelmät Kosmetiikka
Luonnolliset
Antimikrobiset
yhdisteet
Luonnolliset säilöntäaineet - ihon mikrobiston tasapaino
75 11/03/2016 75
Lakan (Rubus chamaemorus) antimikrobinen
vaikutus Staphylococcus aureus -bakteeriin
102
103
104
105
106
107
108
109
0 5 10 15 20 25 30
Kasvatusaika (h)
pm
y/m
l
kontrolli Pakkaskuivattu lakkamarja (10 mg ml-1)
Lakkamarjan fenoliuute (1 mg ml-1)
Lakkamarjan ellagitanniinifraktio(1 mg ml-1)
Puupponen-Pimiä et al. 2005, Appl. Microbiol. Biotechnol. 67:8
76 11/03/2016 76 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjojen soluviljelmät kosmetiikassa
77 11/03/2016 77
1. Marjakasvi Suomen
luonnosta
2. Pieni osa kasvia + hormonit
erilaistumaton
haavasolukko eli kallus
3. Kallussolukon valinta ja
optimointi (kestää noin
vuoden)
4. Eriväristen, nopeasti
kasvavien kallussolukoiden
ylläpito
5. Suspensioviljelmien aloitus
Ainutlaatuinen kokoelma marjojen soluviljelmiä
78 11/03/2016 78
Marjojen soluviljelyteknologia
• Erilaistumattomia,
totipotentteja soluja,
”kantasoluja”
• Koko marjakasvin
biosynteesikapasiteetin
hyödyntäminen
• Mahdollisuus tuottaa uusia
yhdisteitä • Ei ilmastovaikutuksia
• Saanto ja laatu eivät juurikaan muutu
• Ei sairauksia tai kasvituholaisia
• Ei maatalouskemikaaleja
• Tuotteen puhdistus ja talteenotto helppo
79 11/03/2016 79
Marjojen soluviljelmien tutkiminen
• Soluviljelytuotteet
• Solut & solu-uutteet
• Bioaktiiviset yhdisteet
• Aromiyhdisteet
• Pigmentit, väriaineet
• Primääriaineen-
vaihduntatuotteet
• rasvat, proteiinit
• Sekundääriaineen-
vaihduntatuotteet
• Fenoliyhdisteet
• Teollisuuden
käyttämiä
valmistusaineita:
• Kosmetiikassa
• Lääkkeissä
• Hygieniatuotteissa
• Elintarvikkeissa
• Rehuissa
• Jne …
• Teknologiat
• Soluviljelmien aloitus
• Kasvatus olosuhteet
• Kemiallinen
karakterisointi
• Bioaktiivisuuksien
arviointi
• Ylösskaalaus
teollisuuden tarpeisiin
• Uuttoteknologia
• Viljelmien kryösäilöntä
80 80 11/03/2016
Kemiallinen karakterisointi
Analyysi
(g / 100 g kp) Marja
Solu-
viljelmä
Proteiini 9 38
Lipidit 3,1 - 5,6 2,9
Monosakkaridit nd 24
Ravintokuitu ~ 40 ~ 20
C vitamiini ~ 0,4 - 0,6 ~ 0,1
Fenoliyhdisteet 1,5 - 3 0,2 - 1
Antioksidanttiaktiivisuus
(DPPH) 100 492
Lakan soluviljelmän
ominaisuuksia
• Mineraalit (korkea tuhka-
pitoisuus
• Proteinit
• Rasvahapot
• Kuidut
• Flavanolit 10 x enemmän
kuin marjassa
81
Flavonoidit
Antosyanidiinit
Flavonolit
Flavanolit (Katekiinit)
HO O
OH
OH
OH
OH
(+)-Katekiini
Polymeeriset tanniinit
OH
OH
OC
O O
O
O O
O
OC OC
CO OC
HO
HO
HO OH
OH
OH
OH HO
HO HO
HO
HO
Kasuariktiini
Ellagitanniinit
Proantosyanidiinit
HO O
OH
OH
Proantosyanidiini trimeeri (flavanoli)
OH
OH
HO O
OH
OH
OH
OH
HO O
OH
OH
OH
OH
Pelargonidiini Syanidiini Delfinidiini Peonidiini Petunidiini Malvidiini
Kversetiini Myrisetiini Kemferoli
(+)-Katekiini (-)-Epikatekiini Gallokatekiini Epigallokatekiini
HO O
OH
OH
OH
Syanidiini
+
OH
Fenolihapot
Kahvihappo
OH
HO
Kanelihapot
Kahvihappo P-Kumariinihappo Ferulahappo
Bentsoehapot
Protokatekiinihappo P-Hydroksibentsoehappo Gallihappo
HO
OH
Gallihappo
HO OH
O OH
O
Lignaanit
HO
OH
OH
OCH3 OH
Sekoisolarikiresinoli
H3CO
HO
OH
OH
OCH3 OH
H3CO
Stilbeenit
Resveratroli
OH
HO
OH
HO O
O OH
OH
OH
Kversetiini
OH
Lakkamarjan fenoliyhdisteet
Oranssilla merkittyjä yhdisteitä
esiintyy marjan hedelmälihassa
82
Flavonoids
Anthocyanidins
Flavonols
Flavanols (Catechines)
HO O
OH
OH
OH
OH
(+)-Catechin
Complex phenolic polymers (polymeric tannins)
OH
OH
OC
O O
O
O O
O
OC OC
CO OC
HO
HO
HO OH
OH
OH
OH HO
HO HO
HO
HO
Casuarictin
Ellagitannins
Proanthocyanidins
HO O
OH
OH
Procyanidin trimer (flavanol)
OH
OH
HO O
OH
OH
OH
OH
HO O
OH
OH
OH
OH
Pelargonidin Cyanidin Delphinidin Peonidin Petunidin Malvidin
Quercetin Myricetin Kaempferol
(+)-Catechin (-)-Epicatechin Gallocatechin Epigallocatechin
HO O
OH
OH
OH
Cyanidin
+
OH
Phenolic acids
Caffeic acid
OH
HO
Cinnamic acids
Caffeic acid p-Coumaric acid Ferulic acid
Benzoic acids
Protocatechuic acid p-Hydroxybenzoic acid Gallic acid
HO
OH
Gallic acid
HO OH
O OH
O
Lignans
HO
OH
OH
OCH3 OH
Secoisolariciresinol
H3CO
HO
OH
OH
OCH3 OH
H3CO
Stilbenes
Resveratrol
OH
HO
OH
HO O
O OH
OH
OH
Quercetin
OH
Lakan soluviljelmän fenoliyhdisteet
Vihreällä merkittyjä yhdisteitä
esiintyy soluviljelmässä
83 83
Lakkasolukon tuoton ylösskaalaus ja tuotto
bioreaktoreissa
300 L teräksinen
bioreaktori
2 – 50 L kertakäyttöinen
Wave-tyyppinen
bioreaktori
Suodatus ja pesu Pakkaskuivaus
Raaka-aine
lopputuotteeseen
Nohynek, L., Bailey, M., Tähtiharju, J., Seppänen-Laakso, T., Rischer, H., Oksman-Caldentey, K.-M. & Puupponen-Pimiä, R. (2014): Cloudberry (Rubus
chamaemorus) cell culture with bioactive substances: establishment and mass propagation for industrial use. Eng Life Sci 14: 667-675.
Kallusviljelmä kasvatusmaljoilla
84 11/03/2016 84 Photo Jouko Lehmuskallio
Marjat kosmetiikasa – tulevaisuudennäkymiä
85 11/03/2016 85
Tulevaisuudennäkymiä – marjat kosmetiikassa
• Luonnollisuus - synteettisten valmistusaineiden, säilöntäaineiden ja värien korvaaminen
luonnollisilla
• Cosmeceuticals - cosmetics + pharmaceuticals: kosmetiikka menossa kohti lääkkeitä,
hoitava kosmetiikka
• Edistyksellisempiä ihonhoitotuotteita tarvitaan - tieteellisesti tutkittua, luotettava tietoa
• Monitoiminnalliset tuotteet – estävät mikrobien kasvua, ovat antioksidantteja, hillitsevät
tulehduksia
• Nutrikosmetiikka – ihoa hoidetaan ulkoisesti ja sisäisesti, vaikutetaan syvempiin ihon
kerroksiin
• Terveen ihon mikrobiston tukeminen - haittamikrobien kasvun esto vaikuttamatta hyviin
mikrobeihin
• Kestävä kehitys, ympäristöystävällisyys - välttämättömyys tulevaisuuden kosmetiikassa
• Kasvien soluviljelyteknologian hyödyntäminen - pitkäaikainen trendi kosmetiikassa
86 11/03/2016 86
Marjatutkimus VTT:llä
Kaisa Poutanen (terveysvaikutukset prosessointi)
Riitta Puupponen-Pimiä (bioaktiivisuudet, soluviljelmät, fraktiointi)
Anna-Marja Aura (aineenvaihdunta suolistomallit),
Liisa Nohynek (antimikrobisuus, soluviljelmät)
Kaisu Honkapää (prosessointi)
Raija-Liisa Heiniö (aistinvarainen arviointi)
Emilia Nordlund (entsymaattinen prosessointi)
Veera Virtanen (liiketoiminnan kehitys)
Kirsi-Marja Oksman-Caldentey (biotekniikka, soluviljelmät)