Search

Novel food products are fortified with plant sterols and stanols because of their ability to lower the LDL-cholesterol levels in plasma up to 10−15%. These compounds are added to food either in their free form or as fatty acyl esters. Like other unsaturated lipids, sterols are also prone to oxidation in the presence of oxygen and initiators such as heat, light, metal ions and enzymes. Oxidation may occur already during the manufacture of sterol preparations or during food processing and storage. The known adverse health effects of the oxidation products of cholesterol have prompted the evaluation of the biological effects of plant sterol oxides. The oxidation behaviour of free cholesterol has been extensively studied, whereas those of plant sterols have been less thoroughly examined. The oxidation behaviour of mainly free sterols has been investigated, but knowledge on those of fatty acyl esters or other conjugates is deficient. This study investigated the effects of chemical (i.e., esterification, unsaturation degree of the acyl moiety and sterol structure) and external (i.e., temperature and medium) factors on the oxidation of sterols. Development of solid-phase extraction and HPLC-DAD-ELSD methods for the isolation and determination of intact steryl ester monohydroperoxides allowed the primary oxidation of steryl esters to be followed both in neat preparations and in saturated lipid media. The oxidation of steryl and acyl moieties could be distinguished; therefore, the oxidation of both moieties could be followed in intact molecules. Further reactions of the monohydroperoxides were followed in terms of secondary oxidation products of sterol and oligomers. Introduction of an acyl moiety to a sterol altered the physical state and polarity of the sterol and affected its oxidation. In neat preparations at 100 °C, esterified sterols were liquefied and thus oxidised greatly, whereas the free sterol remained in a solid state and was therefore unaltered. Increased unsaturation of the acyl moiety increased the oxidation rate of both the steryl and acyl moieties. No differences in the initial reactivities of these two moieties were observed, but they oxidised concomitantly. For esters with monounsaturated acyl moieties, greater contents of steryl than of acyl moiety hydroperoxides were measured, whereas for an ester with polyunsaturated acyl moiety, greater contents of the acyl moiety hydroperoxides were measured. Increased temperature (140 °C) induced the oxidation of both steryl esters and free sterol. In a saturated lipid medium at 100 °C, the oxidation of steryl esters was decelerated, whereas the oxidation of free sterol was accelerated. Due to reduced oxidation rates, the accumulation of further reaction products was also delayed. In neat preparations and in the lipid medium, the steryl ester hydroperoxides decomposed into traditionally determined sterol secondary oxidation products and also underwent polymerisation as a rival reaction. By altering the chemical and physical properties of sterols, their oxidisabilities may be affected. If these factors are regulated in the manufacture of the preparations and in the food processing, formation of oxidation products may be controlled and the desired functionality of plant sterols preserved. Steroleita esiintyy kaikkialla eläin- ja kasvikunnassa, ja näin ollen myös ravinnossamme. Eläinkunnan yleisin steroli, kolesteroli, toimii elimistössä muun muassa solukalvojen rakennusaineena sekä D-vitamiinin että hormonien esiasteena. Kasvisteroleilla on vastaavia tehtäviä kasvikunnassa. Ravinnosta saatavien kasvisterolien on jo pitkään tiedetty alentavan veren kolesteroliarvoja ja ehkäisevän näin muun muassa sydän- ja verisuonitauteja. Siksi elintarvikkeita on ryhdytty rikastamaan kasvisteroleilla. Tyydyttymättömien rasvojen tavoin sterolit ovat kuitenkin alttiita hapettumiselle ruoanvalmistuksessa ja -säilytyksessä, mikä heikentää niiden laatua ja turvallisuutta. Hapettumisen aikaan saavat muun muassa kuumennus, astioiden sisältämät metallit, ilmassa oleva happi, entsyymit ja valo. Sterolien hapettumisreaktioiden tunteminen on tärkeää, jotta tätä sterolien kemiallista pilaantumista voitaisiin ehkäistä. Kasvisterolit ja kolesteroli esiintyvät ravinnossamme sekä vapaina että esteröitynä steroleina. Kasvisterolit lisätään elintarvikkeisiin usein rasvahappoestereinä, joiden rasvaliukoisuus on vapaata sterolia parempi. Vapaiden sterolien hapettumista on tutkittu melko kattavasti, mutta esteröityjen sterolien hapettumismekanismeja ei juuri tunneta. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli kerätä lisätietoa esteröityjen sterolien hapettumisreaktioista selvittämällä miten näiden yhdisteiden kemialliset ominaisuudet ja erilaiset ympäristötekijät vaikuttavat niiden hapettumiseen. Työssä tarkasteltiin miten esteröinti ja siihen käytetyt erilaiset rasvahapot sekä sterolirakenteet vaikuttavat hapettumisnopeuteen ja reaktioihin. Lisäksi selvitettiin lämpötilan ja ympäröivän väliaineen vaikutuksia. Syntyneet hapettumistuotteet mitattiin sellaisenaan ilman esterisidoksen pilkkomista, ja näin ollen voitiin seurata hapettuiko esteri steroli- vai rasvahappo-osastaan. Saadut tulokset osoittivat, että keittolämpötilassa (100 °C) esteröinti muutti sterolin hapettumiskäyttäytymistä vaikuttamalla sen olomuotoon ja sijaintiin väliaineessa. Estereissä hapettumista tapahtui yhtäaikaisesti sekä steroli- että rasvahappo-osassa. Mitä tyydyttyneempi rasvahappo-osa esterissä oli, sitä hitaammin koko molekyyli hapettui, ja sitä pysyvämpiä syntyneet tuotteet olivat. Alkuvaiheen hapettumistuotteiden jatkoreaktioissa syntyi jo tunnettujen hapettumistuotteiden lisäksi myös merkittävä määrä polymeroitumistuotteita. Nämä tuotteet saattavat heikentää sterolien hyödynnettävyyttä elimistössämme. Lämpötilan nosto 140 °C:seen kiihdytti hapettumista ja polymerisaatiota odotetusti. Esteröityjen sterolien hapettuminen keittolämpötilassa hidastui, kun ne liuotettiin tyydyttyneeseen rasvaan. Vapaan sterolin hapettuminen puolestaan kiihtyi tyydyttyneessä rasvassa, sillä se hakeutui rasvakerroksen pinnalle. Tämän työn tuloksia voidaan hyödyntää kehitettäessä uusia kasvisteroleilla rikastettuja elintarvikkeita ja niiden prosessointimenetelmiä. Hapettumismekanismien tunteminen auttaa kehittämään valmistus- ja säilytysmenetelmiä, joissa sterolit eivät pilaannu. Lisäksi reaktioiden tunteminen mahdollistaa oikeanlaisten hapettumisen estäjien, antioksidanttien, valinnan. Koska sterolien hapettuminen riippui niiden rakenteesta ja olomuodosta sekä ympäröivästä rasvasta että sterolien sijainnista siinä, on sterolien säilyvyys syytä varmistaa erikseen kussakin elintarvikkeessa.

Rhizoctonia solani is a soil inhabiting basidiomycetous fungus able to induce a wide range of symptoms in many plant species. This genetically complex species is divided to 13 anastomosis groups (AG), of which AG-3 is specialized to infect potato. However, also a few other AGs are able to infect or live in close contact with potato. On potato, R. solani infection causes two main types of diseases including stem canker observed as a dark brown lesions on developing stems and stolons, and black scurf that develops on new tubers close to the time of harvest. These disease symptoms are collectively called a ‘Rhizoctonia disease complex’. Between the growing seasons R. solani survives in soil and plant debri as sclerotia or as the sclerotia called black scurf on potato tubers which when used as seed offer the main route for dispersal of the fungus to new areas. The reasons for the dominance of AG-3 on potato seem to be attributable to its highly specialization to potato and its ability to infect and form sclerotia efficiently at low temperatures. In this study, a large nationwide survey of R. solani isolates was made in potato crops in Finland. Almost all characterized isolates belonged to AG-3. Additionally, three other AGs (AG-2-1, AG-4 and AG-5) were found associated with symptoms on potato plants but they were weaker pathogens on potato than AG-3 as less prone to form black scurf. According to phylogenetic analysis of the internal transcribed sequences (ITS) of the ribosomal RNA genes the Finnish AG-3 isolates are closely related to each other even though a wide variation of physiological features was observed between them. Detailed analysis of the ITS regions revealed single nucleotide polymorphism in 14 nucleotide positions of ITS-1 and ITS-2. Additionally, compensatory base changes on ITS-2 were detected which suggests that potato-infecting R. solani AG-3 could be considered as a separate species instead of an AG of R. solani. For the first time, molecular defence responses were studied and detected during the early phases of interaction between R. solani AG-3 and potato. Extensive systemic signalling for defence exploiting several known defence pathways was activated as soon as R. solani came into close contact with the base of a sprout. The defence response was strong enough to protect vulnerable sprout tips from new attacks by the pathogen. These results at least partly explain why potato emergence is eventually successful even under heavy infection pressure by R. solani. Rhizoctonia solani on geneettisesti monimuotoinen Basidiomycete-heimoon kuuluva kantasieni, joka aiheuttaa monenlaisia tautioireita lukuisilla eri kasvilajeilla. Lajiin kuuluvat sienet voidaan jakaa 13 anastomoosiryhmään (AG). Vaikka perunalla tavataan säännöllisesti useampiakin AG:n edustajia, anastomoosiryhmää 3 (AG-3) pidetään ensisijaisesti perunaa infektoivana R. solani:n muotona. Tämä säännöllisesti perunakasvustoissa tavattava taudinaiheuttaja ilmenee kahtena erilaisena tautioireena: versonkärkiä ja maavarsia vioittavana versolaikkuna ja myöhemmin kasvukaudella mukuloiden pintaan muodostuvana seitirupena. Sieni säilyy etenkin maahan jäävinä rihmastopahkoina kasvijätteessä ja seittirupena mukuloiden pinnalla. Seittirupisten siemenperunoiden mukana sieni leviää uusille perunanviljelyalueille. Yksi tekijä AG-3:n yleisyydessä näyttää olevan sen kyky tartuttaa perunaa jo alhaisissa lämpötiloissa sekä muodostaa tehokkaasti rihmastopahkoja mukuloiden pinnalle. Tässä koko Suomen kattavassa tutkimuksessa eristettiin perunoista yli 500 R. solani -kantaa. Tulokset osoittivat, että ilmasto-oloissamme AG-3 on ylivoimaisesti yleisin perunalla tavattava R. solani:n muoto. Tämän lisäksi tavattiin muutamia anastomoosiryhmien AG2-1, AG-4 ja AG-5 kantoja. Niiden taudinaiheutuskyky perunassa oli rajallinen. Kantojen fylogeneettinen tutkimus osoitti suomalaisten AG-3-kantojen olevan läheistä sukua toisilleen huolimatta suurista fysiologisten ominaisuuksien eroista. Tarkemmissa tutkimuksissa ribosomaalisten geenialueiden väleissä olevilla ITS-alueilla havaittiin aiemmin hyvin vähälle huomiolle jäänyttä monimuotoisuutta. ITS-2-alueella havaitut mutaatiot viittaavat AG-3 ryhmän mahdolliseen eriytymiseen muista R. solani –lajiin luokitelluista kannoista. Ennen taimelle tuloa peruna on erityisen herkkä R. solani:n aiheuttamalle versolaikulle. Mikrosiruanalyysiä käyttäen havaittiin, että R. solani –sienen rihmojen tartuttaessa idun tyveä iduissa virittyi nopeasti kestävyysvaste, joka voitiin mitata idun kärkiosasta jo 48 tuntia tartunnan alkamisesta. Useita tunnettuja puolustusvastereittejä hyödyntävä kestävyys tehostui seuraavien päivien aikana ja oli voimakkuudeltaan riittävä suojaamaan versojen kärkiä uudelta tartunnalta. Versonkärkien puolustusvasteen nopea herääminen selittänee perunan itujen kyvyn taimettua huolimatta korkeastakin R. solani:n aiheuttamasta tartuntapaineesta.

Hankkeessa tutkittiin elektroniikkateollisuuden ESD-suojavaatteiden ja kemianteollisuuden suojavaatteiden sähköstaattisia ja käyttömukavuusominaisuuksia pesukertojen suhteen. Sähköstaattisia ominaisuuksia vertailtiin eri kosteuksissa ja eri menetelmillä suoritetuilla mittauksilla. Tutkimuksessa oli mukana yksitoista vaatetta, jotka olivat takkeja, T-paitoja ja haalareita. Materiaalitestaukset tehtiin kuuden vaatteen mukana tulleille materiaalinäytteille. ESD-vaatteissa oli mukana johtavalta rakenteeltaan sekä ruudullisia että raidallisia materiaaleja. Vaatteiden pesut suoritettiin pesulassa kullekin materiaalille tyypillisen pesuohjelman mukaan. Sähköisten ominaisuuksien tutkimuksessa käytettiin yhdeksää mittausmenetelmää, joista kuusi suoritettiin vaate- ja kolme kangasnäytteille. Vaatteista tutkittiin pintaresistiivisyyttä eri standardien mukaan, läpimenoresistanssia, resistanssia pisteestä pisteeseen ja varauksen purkautumisaikaa. Kankaista tutkittiin varautumista hankauksessa, resistanssin riippuvuutta mittausetäisyydestä sekä tarrautumistaipumusta. Tutkimuksessa käytettiin tai sovellettiin standardeja SFS-EN 1149, SFS-EN 100015, IEC/EN 61340, DIN 54345 ja AATCC Test Method 115. Näytteistä tutkittiin sähköstaattisia ominaisuuksia uutena sekä viiden, 25 ja 50 pesukerran jälkeen kahdessa eri kosteudessa (8 ± 3 % RH ja 25 ± 3 % RH). Eri menetelmien välistä korrelaatiota tutkittiin graafisesti. Pintaresistiivisyyttä tutkittiin kahdella rengasanturilla ja yhdellä neliöanturilla. Kankaiden varautumista hankauksessa ja tarrautumista tutkittiin materiaalin, hankauskankaan, hankaussuunnan, pesukertojen ja kosteuden suhteen. Epähomogeenisten kankaiden resistanssia tutkittiin mittausetäisyyden, materiaalin, pesukertojen ja kosteuden suhteen. Käyttömukavuutta tutkittiin testaamalla vaatteiden vaatetusfysiologisia ominaisuuksia seuraavien mittausmenetelmien mukaisesti: lämmöneristävyys ja vesihöyrynläpäisyvastus (ISO 11092 / SFS-EN 31092), ilmanläpäisykyky (SFS 4782 (DIN 53887)), paksuus (SFS 3380) ja vaatetuksen lämmöneristävyys (SFS-ENV 342). Lisäksi suoritettiin kysely henkilönsuojauksesta viidessä yrityksessä, jotka olivat elektroniikka- ja kemianteollisuuden alalta. Suojavaatteiden käyttömukavuusominaisuuksia tutkittiin uusina ja 25 pesun jälkeen.