BioColour-hankkeessa kehitetään tietokantaa luonnonväriaineiden ja värillisten luonnontuotteiden laadun hallintaan
Strategisen Tutkimusneuvoston rahoittaman, kesällä 2019 alkaneen BioColour-hankkeen (Biovärit – väripaletti biopohjaisille väriaineille ja pigmenteille) yhdessä työpaketissa on parhaillaan rakentumassa Helsingin yliopiston ja Itä-Suomen yliopiston tutkijoiden välisenä yhteistyönä uusi, luonnonyhdisteisiin keskittyvä digitaalinen bioväritietokanta. Tavoitteena on tukea näiden yhdisteiden tuotantoon, tuotekehitykseen ja käyttöön liittyvän yritystoiminnan kehittymistä, sekä tarjota tutkimustietoa ja työkaluja viranomaisille, analyysipalveluille ja muille luonnontuotealan toimijoille erityisesti laatu-, alkuperä- ja aitouskysymyksissä.
Värjäysteollisuus tarvitsee uusia, kestäviä vaihtoehtoja väriaineiksi. Bioteknologisin keinoin tuotetut biovärit, sekä luonnonvärit, joita saadaan esimerkiksi luonnon kasvustoista, viljelytuotannosta, ja teollisuuden sivuvirroista ovat potentiaalisia raaka-aineita. Luonnonvärjäys on perinteisesti yhdistetty pienimuotoiseen yrittäjyyteen ja käsityöläisyyteen. Suuremman mittakaavan tuotannon edellytysten parantamiseksi tietokanta tarjoaa tutkittua referenssitietoa luonnonväreistä koko tuotantoketjun varrelta. Datan painopiste on raaka-aineiden koostumuksessa.
Perimä määrää kunkin suvun ja lajin tyypillisen väriainemolekyylikoostumuksen. Ulkoiset tekijät, esimerkiksi raaka-aineen kasvuolosuhteet tai tietty teknologinen prosessi, vaikuttavat kukin omalla tavallaan näiden yhdisteiden määriin. Luonnonväriaineita käytetään tavallisesti seoksina, mikä voi tuoda haasteita niiden karakterisointiin ja laadun hallintaan. Luonnonväriaineista esiintyy maailmalla myös väärennöksiä, joiden tunnistaminen on tärkeä osa laatutyötä. Geenien määräämää yksilöllisen seoksen tunnusomaisuutta voidaan käyttää aitouden arvioinnissa. Tietokantaa voi hyödyntää esimerkiksi luonnonvärien biologisen alkuperän varmistamiseen, osittain prosessoitujen luonnonväriaineseosten karakterisointiin ja laadun arviointiin sekä luonnonvärituotteiden tai luonnonvärejä sisältävien tuotteiden laadun ja aitouden arviointiin.
Tietokannassa käytetään vain sellaista referenssiaineistoa, jonka data on peräisin vertaisarvioidusta tieteellisestä julkaisusta. Taksonomiselle pohjalle rakentuva bioväriaineiden tietokanta jakautuu kahteen pääosaan.
Tietokannan ensimmäinen osa (A) tarjoaa tietoa eliölajeista, niiden sisältämistä kemiallisista yhdisteistä ja näiden tunnistamisesta. Se tarjoaa perinteisiä, erityisesti kemotaksonomiasta lähteviä, ohjelmoituja työkaluja, jolla voi tehdä hakuja esimerkiksi väriainelähteisiin, väriaineisiin ja niiden kemiallisiin ominaisuuksiin liittyen. Mukaan on otettu väriaineiden lisäksi myös muita tunnusomaisia yhdisteitä, jos niillä on vaikutusta väriin tai erityistä merkitystä esimerkiksi aitoustutkimuksessa.
Taksonomisen luokitellun kautta eliölajit ovat yhteydessä tietokannan toiseen osaan (B), jossa on tietoa visuaalisesta väristä, esimerkiksi RGB- ja CIELab-arvojen muodossa. Nämä kertovat miltä väri näyttää erilaisissa materiaaleissa tietyn prosessin jälkeen.
Hakutyökalusta pyritään kehittämään käyttäjäystävällinen, jotta haettu tieto löytyisi nopeasti. Käyttäjä voi tehdä erilaisia hakuja ja vertailuja esimerkiksi eri lajien kemiallisen koostumuksen välillä. Tietokannasta on apua myös alan tyypillisten käsitteiden, termien ja synonyymien selvittämisessä. Haku- ja vertailutyökalujen lisäksi tietokannassa on tekoälyä ja datatieteen lähestymistapoja, kuten tiedonlouhinta- ja koneoppimismenetelmiä hyödyntävä osio, jossa käytetään tiettyjä osia edellä kuvatusta datasta biovärien laadunvalvonnan ja aitousanalyysin tueksi.
Diversiteetiltään laaja luonnonvärien ja biovärien kirjo tuo paljon mahdollisuuksia, mutta vaatii samalla eri kenttien tutkimustiedon yhdistämistä värien laajamittaisemman käytön edellytysten parantamiseksi sekä laadun hallintaan. Haasteet ovat monimaisia, eikä siksi yksi lähestymistapa tuo aina ratkaisua. Tästä syystä tarvitaan luonnonväreihin keskittyvä tietokanta, joka systemaattisesti kokoaa tutkittua tietoa yhteen. Se kokoaa numeraalista dataa ja tekstin muodossa olevaa informaatiota, sekä tarjoaa käyttöön niin perinteisiin aitous- ja laatututkimuksiin perustuvia kuin myös moderneja datatieteellisiä työkaluja.
Väriaineprofiileja on käytetty kauan aitouden tutkimuksen välineenä muun muassa elintarvikkeiden aitoustutkimuksessa, sillä esimerkiksi DNA-menetelmät eivät ole aina soveltuvia. Tietokantaan on tavoitteena lisätä myöhemmässä vaiheessa myös geneettistä informaatiota. Väriaineprofiileiden vahvuus on siinä, että ne antavat spesifistä tietoa aitoustutkimukseen ja toimivat samalla prosessin eri vaiheissa laatumittareina, erityisesti jos epäspesifiset mittaukset eivät riitä.
Anja Primetta, FT, Helsingin yliopisto
Joni Hyttinen, FT, Itä-Suomen yliopisto
