Suunnittelunäkemys metsäorganisaatioissa ja sen vaikutus tietojärjestelmälle asetettaviin vaatimuksiin

Department of Forest Resource Management in the University of Helsinki has in years 2004?2007 carried out so-called SIMO -project to develop a new generation planning system for forest management. Project parties are organisations doing most of Finnish forest planning in government, industry and private owned forests. Aim of this study was to find out the needs and requirements for new forest planning system and to clarify how parties see targets and processes in today's forest planning. Representatives responsible for forest planning in each organisation were interviewed one by one. According to study the stand-based system for managing and treating forests continues in the future. Because of variable data acquisition methods with different accuracy and sources, and development of single tree interpretation, more and more forest data is collected without field work. The benefits of using more specific forest data also calls for use of information units smaller than tree stand. In Finland the traditional way to arrange forest planning computation is divided in two elements. After updating the forest data to present situation every stand unit's growth is simulated with different alternative treatment schedule. After simulation, optimisation selects for every stand one treatment schedule so that the management program satisfies the owner's goals in the best possible way. This arrangement will be maintained in the future system. The parties' requirements to add multi-criteria problem solving, group decision support methods as well as heuristic and spatial optimisation into system make the programming work more challenging. Generally the new system is expected to be adjustable and transparent. Strict documentation and free source code helps to bring these expectations into effect. Variable growing models and treatment schedules with different source information, accuracy, methods and the speed of processing are supposed to work easily in system. Also possibilities to calibrate models regionally and to set local parameters changing in time are required. In future the forest planning system will be integrated in comprehensive data management systems together with geographic, economic and work supervision information. This requires a modular method of implementing the system and the use of a simple data transmission interface between modules and together with other systems. No major differences in parties' view of the systems requirements were noticed in this study. Rather the interviews completed the full picture from slightly different angles. In organisation the forest management is considered quite inflexible and it only draws the strategic lines. It does not yet have a role in operative activity, although the need and benefits of team level forest planning are admitted. Demands and opportunities of variable forest data, new planning goals and development of information technology are known. Party organisations want to keep on track with development. One example is the engagement in extensive SIMO-project which connects the whole field of forest planning in Finland.

Metsän kiertoajan vaikutus hiilensidontaan ja metsänkasvatuksen kannattavuuteen

Cost-effective mitigation of climate change is essential for both climate and environmental policy. Forest rotation age is one of the silvicultural measures by which the forest carbon stocks can be influenced with in accordance with the Kyoto Protocol, Article 3.4. The purpose of this study is to evaluate how forest rotation age affects carbon sequestration and the profitability of forestry. The relation between the forest rotation period optimizing forest owners’ discounted net returns over time and rotations which are 10, 20 and 30 years longer than the optimal rotation is examined. In addition, the cost of lengthening the rotation period is studied as well as whether carbon sequestration revenues can improve the profitability of forestry. The data used in the study consist of 16 stands located in Southern Finland. The main tree species in these stands were Norway spruce and Scots pine. Forest simulation tool MOTTI was used in the analysis. The results indicate that by lengthening the rotation period forest carbon stocks increase. However, as the rotation period is lengthened by more than 10 years, as a result of the diminishing growth curve, the rate of carbon sequestration slows down. The average discounted cost of carbon sequestration varied between 2.4 – 14.1 €/tCO2. Carbon sequestration rates in spruce stands were higher and the costs lower than those obtained from pine stands. The absence of carbon trading schemes is an obstacle for the commercialization of forest carbon sinks. In the future, research should concentrate on analysing what kind of operational models of carbon trading could be feasible in Finland.

Merestä Metsäksi - yhteistoimintaverkostohankkeen sosiaaliset ja taloudelliset vaikutukset

The object of this study was to find out which factors made landowners interested in From Sea to Forest co-operation network. Co-operation networks protect biodiversity across boundaries and among groups of landowners with different kind of protection contracts. The social effects of From Sea to Forest - project are studied by analyzing the experience of co-operation and trust. Furthermore the possibility to influence decision making when choosing the pilot areas and doing the contracts was surveyed. Economical effects are estimated for those landowners, who signed a protection contract for ten years. The study is part of The Finnish Forest Research Institute s Ecological considerations in landscape-level collaborative planning of private forestry project. The material of the study comprises 13 interviews done in January 2006; seven interviewed were landowners and six forest professionals. The interviews were transcripted and analyzed with Atlas.ti programme. The economical effects were estimated with MOTTI forest simulation programme. From Sea to Forest project interested the landowners for similar reasons: the voluntariness of participation, compensation, fixed-term contracts and the possibility to protect forests so that the proprietary right remains. It was possible to form four different groups of interviewed landowners according to trust: networkers , opportunists , carefuls and selfemployed . Only in the group of opportunists the project created so much trust that a significant increase of interest to participate in the project was noticed. In all the other groups the project didn t create remarkable trust, so trust didn t have an effect on landowners decisions to participate. Other factors, like compensation and voluntariness were decisive for their interest to participate. From Sea to Forest project wasn t a network based on landowners co-operation, the communication was directly with the project worker. The effects on landowners income by signing a ten year ´Natural value trading´ -contract was analyzed by comparing the protection income with predicted forestry income in case that the protection contract wouldn t have been agreed on. For two landowners there was no suggested forestry work within ten years, so their protection income might be an additional income, if they decided to log their forests later. For three landowners delayed thinning of the sapling stand would cause income losses in the future, if they decided to move to active forestry after ten years of protection. For eight landowners the effect of protection is positive to income if they moved to active forestry after the ten years protection period. This occurred, because the tree stand is now mature for final felling on behalf of its age, but ten more years of growth increase the net present value. Longer term protection might diminish the net present value. The protection was profitable because hectare specific forestry income grew compared to forestry cutting plan income.

Maasto- ja helikopterilaskenta metsäpeurakannan ikä- ja sukupuolijakauman seurannassa

Suomenselän keskiosissa elävän metsäpeuraosakannan kehitystä on seurattu muutaman vuoden välein toistuvilla talvisilla helikopterilaskennoilla. Menetelmällä saadaan tarkka arvio osakannan yksilömäärästä sekä ikä- ja sukupuolijakaumasta. Lentolaskenta on kuitenkin kallis, eikä sitä voida tehdä vähälumisina talvina. Tietoa kannan tilasta ei saada laskentojen välisinä vuosina. Näiden syiden vuoksi seurantamenetelmiä on tarpeen kehittää ja monipuolistaa. Peurapopulaation ikä- ja sukupuolirakennetta voidaan arvioida keräämällä havaintoja eläimistä sellaisena aikana jolloin kaikki ikäluokat liikkuvat samoilla alueilla. Vasaosuuden perusteella voidaan arvioida kannan lisääntymismenestystä ja suurpetojen saalistuksen vaikutuksia. Sukupuolijakauma puolestaan kertoo esimerkiksi väärin kohdennetun pyynnin vaikutuksista. Suomenselän alueen metsästäjät keräsivät maastohavaintoaineiston peuraosakannan ikä- ja sukupuolijakaumasta 11.10.–16.12.2007. Peuralaumoja valokuvattiin samassa yhteydessä havaintojen tarkentamiseksi. Kevättalvella 2008 tehtiin helikopterilaskenta. Menetelmien antamia ikä- ja sukupuolijakaumia vertailtiin, ja syitä poikkeamiin pohdittiin. Sekä maastohavaintojen että lento- ja maastolaskennan kuva-aineistojen perusteella arvioidut metsäpeuran vasaosuudet olivat yhdenmukaiset. Yksittäisten laskijoiden havaintojen vasaosuuksissa oli vaihtelua, joka johtui ensisijaisesti peurojen elintavoista. Laskennan ajankohta, havaitun lauman koko ja laskijan taidot vaikuttivat tulokseen vain vähän. Hirvas- ja vaadinosuuksissa oli hajontaa. Maastolaskennassa naaraiden osuus oli aliarvio, lentolaskennassa puolestaan hirvasosuus. Tulosten perusteella maastolaskenta sopii erinomaisesti metsäpeurakannan vasaosuuden seurantaan, ja ns. ”early warning” -järjestelmäksi ilmaisemaan muutoksista kantaa säätelevissä tekijöissä. Aikuiskannan rakennetta voidaan seurata parhaiten valokuvaamalla tai videoimalla peuralaumoja silloin kun laumakoko on suurimmillaan.

Energiapuuharvennus osana metsänkasvatusta ja ilmastonmuutoksen hillitsemistä

The aim of this study was to compare the differences between forest management incorporating energy wood thinning and forest management based on silvicultural recommendations (baseline). Energy wood thinning was substituted for young stand thinning and the first commercial thinning of industrial wood. The study was based on the forest stand data from Southern Finland, which were simulated by the MOTTI-simulator. The main interest was to find out the climatic benefits resulting from carbon sequestration and energy substitution. The value of energy wood was set to substitute it for coal as an alternative energy fuel (emission trade). Other political instruments (Kemera subsidies) were also analysed. The largest carbon dioxide emission reductions were achieved as a combination of carbon sequestration and energy substitution (on average, a 26-90 % increase in discounted present value in the beginning of rotation) compared to the baseline. Energy substitution increased emission reductions more effectively than carbon sequestration, when maintaining dense young stands. According to the study, energy wood thinning as a part of forest management was more profitable than the baseline when the value of carbon dioxide averaged more than 15 €/CO2 and other political subsidies were unchanged. Alternatively, the price of energy wood should on average exceed 21 €/m3 on the roadside in order to be profitable in the absence of political instruments. The most cost-efficient employment of energy wood thinning occured when the dominant height was 12 meters, when energy substitution was taken into account. According to alternative forest management, thinning of sapling stands could be done earlier or less intensely than thinning based on silvicultural recommendations and the present criteria of subsidies. Consequently, the first commercial thinning could be profitable to carry out either as harvesting of industrial wood or energy wood, or as integrated harvesting depending on the costs of the harvesting methods available and the price level of small-size industrial wood compared to energy wood.

Langattoman peltotiedustelijan maanalainen toimintaympäristö ja laitesuunnittelu

Tässä väitöskirjassa esitellään langattomien maanalaisten peltotiedustelijoiden järjestelmän tavoitteet ja rajoitukset. Tarkoitus oli kehittää käytännön viljelyyn sovellettava pellon seurantajärjestelmä, sillä reaaliaikaisen kosteus- ja lämpötilatiedon keruulaitteiden puuttuminen haittaa viljelytoimenpiteiden suunnittelua. Mittaus-aineistosta voi tehdä sekä havaintoja pellon ominaisuuksista että muutoksista niissä. Tulevaisuudessa tiedustelijalla saatetaan voida mitata ravinteita tai kemikaaleja. Kun peltotiedustelijan 869 MHz:n radioaalto saavuttaa vastaanottoantennin, on 1) maa-aines vaimentanut sitä; 2) osa aallosta heijastunut rajapinnoilta; 3) pellosta ulos taittuva aalto hajaantunut ja; 4) aallon intensiteetti alentunut etäisyyden kasvaessa. Maan sähkökenttäkäyttäytymistä kuvaava permittiivisyys on kompleksinen suure, jonka reaaliosa kuvaa varautumiskykyä (polarisoitumista) ja imaginaariosa häviöllisyyttä (sähkönjohtavuutta). Pellon pinnassa aalto on pallomainen, joten heijastumisen lisäksi hajaannuttaa taittuminen suurilla taitekulmilla sen tehoa. Tiedustelijan prototyyppiä varten kehitettiin maa-aineksessa toimivat antennit, joiden taajuuskaistat kattoivat ne aallonpituudet, jotka 869 MHz:n radioaalto saa kuivassa ja märässä mullassa, sillä aallon etenemisnopeus ja pituus muuttuvat maan kosteudesta riippuen. Vaimennusmallin testausmittauksiin tehtiin discone-antenni, ja tiedustelijaa varten piirilevytekniikalla pienikokoinen elliptinen monopoliantenni, jonka piirikortille ladottiin myös tiedustelijan elektroniikka. Multalaatikkoon upotettujen antennien säteilyominaisuudet määritettiin piirianalysaattorilla heijastusvaimennusmittauksin. Elektroniikkasuunnittelun tavoitteita oli pieni koko ja pitkä toimintaikä. Näihin päästiin komponenttivalinnoilla sekä ohjelmoinnin keinoin. Tiedustelija teki mittaukset ja lähetti tulokset 10 min välein ja sen keskivirrankulutus oli 4,2 uA käytettäessä 3 V:n paristoa, jonka 1800 mAh kapasiteetti riittäisi huonollakin hyötysuhteella yli 10 vuodeksi. Vuoden mittaisen 12 prototyypin käytön perusteella voidaan kantamaa parantaa yli nykyisen 200 m:n ilman käyttöiän lyhentymistä 1) nostamalla laitteen lähetystehoa ja pariston käyttöastetta lisäkomponenteilla; 2) parantamalla vastaanottoantennin vahvistusta; 3) pidentämällä lähetysten jaksoa; 4) ohjelmoimalla tiedustelija suodattamaan mittaustietoja ja; 5) koodaamalla useita tuloksia samaan lähetteeseen. Järjestelmän ja mittaustulosten käytettävyyttä voidaan parantaa paikantamalla tiedustelijoiden syvyydet aaltoilevan lämpötilan vaihe-erojen perusteella ja ohjelmoimalla tiedustelijaan opastava asennustoiminto. Lisäksi maahan asennetun tiedustelijan toimintaparametrit tai jopa koko ohjelmisto voidaan vaihtaa langattomasti. Vastaanottoasemat matkapuhelinmastoissa voisivat vastaanottaa viestejä parin kilometrin säteeltä. Koostettu aineisto maaperäsimulaattoreihin yhdistettynä antaisi kuvan alueellisesta tilanteesta ja viljelijän omille lohkoille sijoitetut tiedustelijat korjauspisteitä keskiarvosta.

Väkirehun määrän vaikutus lypsylehmän säilörehun syöntiin ja tuotokseen

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää väkirehumäärän vaikutuksia lypsylehmien säilörehun syöntiin ja syöntikäyttäytymiseen sekä tuotokseen lypsykauden alussa. Väkirehun määrän vaikutuksia on tutkittu paljon niukemmalla väkirehustuksella. Tilojen väkirehun osuus rehustuksessa saattaa ylittää jopa 60 %, joten on tärkeää selvittää väkevän rehustuksen vaikutusta lehmiin. Tutkimustietoa väkirehun määrän vaikutuksista säilörehupohjaisella ruokinnalla lypsykauden alussa on myös suhteellisen vähän. Koe suoritettiin Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskuksessa (MTT) Jokioisissa Minkiön koenavetassa 20.9.2005 - 25.4.2006 välisenä aikana. Koe tehtiin pihaton osastossa, jossa oli säilörehun syöntiä mittaavat vaakakupit. Koe tehtiin jatkuvana ryhmäkokeena satunnaistetun koemallin mukaisesti. Koe-eläiminä oli 30 Ayshire-lehmää, joista 12 oli ensikoita ja 18 vanhempaa lehmää. Eläimet otettiin kokeeseen poikimisen jälkeen ja ne olivat mukana kokeessa 100 ensimmäisen lypsypäivän ajan. Kokeessa oli kaksi ryhmää eli matalan väkirehutason eläimet (MVR) sekä korkean väkirehutason eläimet (KVR). Vähemmän väkirehua saaneet eläimet saivat väkirehua 10 kg (ensikot) tai 13 kg (vanhemmat lehmät) päivässä. Väkevämmän ruokinnan ryhmässä vastaavat väkirehumäärät olivat 15 kg (ensikot) ja 18 kg (vanhemmat lehmät). Herutuksen kesto oli MVR-ryhmässä 11 vuorokautta ja KVR-ryhmässä 17 vuorokautta. Väkirehun määrän lisääminen vähensi säilörehun syöntiä, mutta lisäsi syönnin kokonaismäärää. Toteutuneet väkirehun osuudet kuiva-aineen syönnin kokonaismäärästä olivat 64 % (KVR) ja 52 % (MVR). Syönnin kokonaismäärä oli KVR-ryhmässä keskimäärin 2,1 kg kuiva-ainetta suurempi kuin MVR-ryhmässä. Säilörehun syönti oli MVR-ryhmässä keskimäärin 9,4 kg ka ja KVR-ryhmässä 7,9 kg ka. Korvaussuhde oli 0,41 kg ka säilörehua / kg ka väkirehua. Säilörehun syönnissä oli havaittavissa neljä syöntihuippua, eikä syönnin rytmittyminen poikennut juuri ryhmien välillä. Syöntihuiput tapahtuivat rehunjaon ja lypsyn jälkeen. Lisäksi keskiyöllä oli havaittavissa pienempi syöntihuippu. Enemmän väkirehua saaneet lehmät söivät säilörehua yhtä monta kertaa päivässä, mutta söivät numeerisesti nopeammin. Niiden yksittäinen syöntikerta oli lyhyempi ja sen aikana syöntimäärä oli pienempi kuin MVR-ryhmän eläimillä. Säilörehun syöntimäärä lisääntyi poikimisen jälkeen molemmissa ryhmissä, mutta määrän lisääntyminen tapahtui nopeammin vähemmän väkirehua saaneiden ryhmässä. Syöntimäärän lisääntyminen on selitettävissä kokonaissyöntiajan lisääntymisellä, sekä syöntiajan lisääntymisellä syöntikertaa kohden. Sitävastoin syöntinopeus hidastui lypsykauden edetessä. Tässä kokeessa ei saavutettu tuotosvastetta väkirehun määrää lisäämällä, vaikka rehun kokonaissyönti lisääntyi selvästi. Tuotosvaste oli vain 0,027 kg/kg ka väkirehua. Energiakorjattuna maitona ilmaistuna tuotosvaste oli negatiivinen eli - 0,22 EKM/kg ka. Huono tuotosvaste voi johtua tässä kokeessa väkirehun suuresta määrästä ja koostumuksesta. Suurempi kuiva-aineen syönti näytti kerryttävän KVR-ryhmän eläinten elopainoa maidontuotannon sijaan. Maidon rasva- ja valkuaispitoisuuksissa ei havaittu merkitseviä eroja ryhmien välillä, mutta pitoisuudet olivat pienempiä KVR-ryhmässä MVR-ryhmään verrattuna.

Valikoivan metsästyksen vaikutus hirven ikärakenteeseen ja vasatuottoon Savonrannan ja Sodankylän riistanhoitoyhdistysten alueilla

Suomen hirvenmetsästykseen omaksuttiin 1970-luvun alussa valikoivan metsästyksen periaatteet, joiden tavoitteena oli maksimoida vasatuotto hirvikannan ikärakennetta muuttamalla. Metsästysstrategiassa tapahtui huomattava muutos, kun hirvisaaliin vasaosuutta lisättiin selvästi. Tämän seurauksena naarashirvien keski-ikä ja vasatuotto kohosivat. Vasojen suuri osuus saaliissa oli keskeinen tekijä hirvikannan rajuun kasvuun. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää saaliin vasaosuuden vaikutusta hirven ikärakenteeseen ja vasatuottoon Savonrannan ja Sodankylän riistanhoitoyhdistysten alueilla. Tutkimusalueet valittiin hyvin erilaisten hirvisaaliin vasaosuuksien perusteella, sillä Savonrannan vuosien 1994-2003 saaliin vasaosuuden keskiarvo oli 50,1 % ja Sodankylän 19,6 %. Tutkimuksen ennakko-olettamuksena oli, että erilaisten saaliin vasaosuuksien pitäisi vaikuttaa aikuistuvan ikäluokan suhteellisen osuuden kautta hirvipopulaation keski-ikään ja sitä kautta vasatuottoon. Ikärakenteen osalta tutkittiin naaraiden, valtasonnien eli 6,5-9,5-vuotiaiden uroshirvien ja vähintään 8-piikkisten urosten ikärakennetta. Tutkimus rakentui hirven iänmääritysaineiston ympärille, joka kerättiin Savonrannan ja Sodankylän riistanhoitoyhdistysten hirvenmetsästäjien avustuksella vuosina 2003 ja 2004. Iänmääritysaineistossa oli yhteensä 244 hirveä. Näistä oli naaraita 152 ja uroksia 92 kpl. Hirven ikärakennetietojen saamiseksi suoritti tutkimuksen tekijä iänmäärityksen hammasnäytteistä. Iänmääritys tehtiin hammassementtikerroksiin perustuvaa menetelmää käyttäen, jota varten sahattiin poikittaisia hammasleikkeitä hirven ensimmäisestä etuhampaasta (I1). Tutkimuksen aineistoon kuuluivat myös Savonrannan ja Sodankylän hirvihavaintokorttien perusteella saadut vasatuottotiedot vuosilta 1995- 2004 ja Riistawebin saalistiedot vuosilta 1994-2003. Tutkimuksen perusteella hirvisaaliin vasaosuus vaikuttaa Savonrannan ja Sodankylän riistanhoitoyhdistysten naaraiden ikärakenteeseen. Kaksivuotisesta aineistosta saatiin Savonrannan naaraiden keski-iäksi 6,40 vuotta. Sodankylän naaraiden keski-ikä oli 5,09 vuotta. Myös naaraiden ikäjakaumat olivat hyvin erilaiset. Hirvisaaliin vasaosuus ei sen sijaan vaikuta Savonrannan ja Sodankylän valtasonnien ja vähintään 8-piikkisten urosten ikärakenteeseen. Savonrannan valtasonnien keski-ikä oli 7,21 vuotta ja Sodankylän 7,07 vuotta. Savonrannan vähintään 8-piikkisten urosten keski-ikä oli 5,82 vuotta ja Sodankylän 5,91 vuotta. Tutkimuksella saatiin selville saaliin ikärakenne, elävän hirvikannan ikärakenteen tutkiminen vaatii laajempia tutkimuksia. Hirvisaaliin vasaosuus vaikuttaa Savonrannan ja Sodankylän riistanhoitoyhdistysten vasatuottoon. Naaraiden ikärakenteen erot näkyivät osaltaan hirvihavaintokorttien ja näytenaaraiden perusteella lasketuissa vasatuottotiedoissa. Saaliin vasaosuus vaikuttaa välillisesti hirven vasatuottoon, sillä se vaikuttaa ensin naaraiden ikärakenteeseen, joka vaikuttaa edelleen vasatuottoon.

Assessment and control of Bacillus cereus emetic toxin in food

Despite of improving levels of hygiene, the incidence of registered food borne disease has been at the same level for many years: there were 40 to 90 epidemics in which 1000-9000 persons contracted food poisoning through food or drinking water in Finland. Until the year 2004 salmonella and campylobacter were the most common bacterial causes of food borne diseases, but in years 2005-2006 Bacillus cereus was the most common. Similar developement has been published i.e. in Germany already in the 1990´s. One reason for this can be Bacillus cereus and its emetic toxin, cereulide. Bacillus cereus is a common environmental bacterium that contaminates raw materials of food. Otherwise than salmonella and campylobacter, Bacillus cereus is a heat resistant bacterium, capable of surviving most cooking procedures due to the production of highly thermo resistant spores. The food involved has usually been heat treated and surviving spores are the source of the food poisoning. The heat treatment induces germination of the spore and the vegetative cells then produce toxins. This doctoral thesis research focuses on developing methods for assessing and eliminating risks to food safety by cereulide producing Bacillus cereus. The biochemistry and physiology of cereulide production was investigated and the results were targeted to offer tools for minimizing toxin risk in food during the production. I developed methods for the extraction and quantitative analysis of cereulide directly from food. A prerequisite for that is knowledge of the chemical and physical properties of the toxin. Because cereulide is practically insoluble in water, I used organic solvents; methanol, ethanol and pentane for the extraction. For extraction of bakery products I used high temperature (100C) and pressure (103.4 bars). Alternaties for effective extraction is to flood the plain food with ethanol, followed by stationary equilibration at room temperature. I used this protocol for extracting cereulide from potato puree and penne. Using this extraction method it is also possible also extract cereulide from liquid food, like milk. These extraction methods are important improvement steps for studying of Bacillus cereus emetic food poisonings. Prior my work, cereulide extraction was done using water. As the result, the yield was poor and variable. To investigate suspected food poisonings, it is important to show actual toxicity of the incriminated food. Many toxins, but not cereulide, inactivate during food processing like heating. The next step is to identify toxin by chemical methods. I developed with my colleague Maria Andesson a rapid assay for the detection of cereulide toxicity, within 5 to 15 minutes. By applying this test it is possible to rapidly detect which food was causing the food poisoning. The chemical identification of cereulide was achieved using mass spectrometry. I used cereulide specific molecular ions, m/z (+/-0.3) 1153.8 (M+H+), 1171.0 (M+NH4+), 1176.0 (M+Na+) and 1191.7 (M+K+) for reliable identification. I investigated foods to find out their amenability to accumulate cereulide. Cereulide was formed high amounts (0.3 to 5.5 microg/g wet wt) when of cereulide producing B. cereus strains were present in beans, rice, rice-pastry and meat-pastry, if stored at non refrigerated temperatures (21-23C). Rice and meat pastries are frequently consumed under conditions where no cooled storage is available e.g. picnics and outdoor events. Bacillus cereus is a ubiquitous spore former and is therefore difficult to eliminate from foods. It is therefore important to know which conditions will affect the formation of cereulide in foods. My research showed that the cereulide content was strongly (10 to 1000 fold differences in toxin content) affected by the growth environment of the bacterium. Storage of foods under nitrogen atmosphere (> 99.5 %) prevented the production of cereulide. But when also carbon dioxide was present, minimizing the oxygen contant (< 1%) did not protect the food from formation of cereulide in preliminary experiments. Also food supplements affected cereulide production at least in the laboratory. Adding free amino acids, leucine and valine, stimulated cereulide production 10 to 20 fold. In peptide bonded form these amino acids are natural constituents in all proteins. Interestingly, adding peptide bonded leucine and valine had no significant effect on cereulide production. Free amino acids leucine and valine are approved food supplements and widely used as flawour modifiers in food technology. My research showed that these food supplements may increase food poisoning risk even though they are not toxic themselves.

Streptococcus milleri -ryhmä : Tunnistus lajitasolle ja esiintyvyys tietyissä infektioissa

S. milleri -ryhmän bakteerit ovat osa ihmisen suun, nielun, suoliston ja genitaalialueen normaaliflooran bakteeristoa. Kommensaalien lisäksi ryhmään kuuluu myös merkittäviä patogeenejä, jotka esiintyvät varsin runsaina löydöksinä monenlaisissa märkivissä infektioissa. Ryhmään kuuluu kolme lajia: S. anginosus, S. constellatus ja S. intermedius. Lajit ovat varsin samankaltaisia ja raportoidaankin usein vain ryhmänimellä. Lajit ovat kuitenkin erotettavissa, sillä ne eroavat toisistaan tuottamiensa entsyymien suhteen ja esiintyvyydessään kehon eri osissa. Työn tarkoituksena oli tunnistaa erityyppisistä kliinisistä infektioista otetuista näytteistä eristettyjä S. milleri -ryhmään luokiteltuja kantoja lajitasolle ja selvittää niiden esiintymisyleisyyttä näissä infektioissa. Näytteenottopaikat jaettiin viiteen ryhmään: naisten urogenitaalialue (15 kantaa), miesten urogenitaalialue (8 kantaa), oraaliset (28 kantaa), umpisuoli (34 kantaa) ja "muut" (12 kantaa). Lajitunnistuksen lisäksi selvitettiin kantojen hemolyyttisyys ja mahdollinen Lancefield-seroryhmä (A, C, F, G). Lajien erottelu perustuu eroihin bakteerien kyvyissä hajottaa tiettyjä substraatteja (entsyymiprofilointi), hemolyyttisyys määritettiin verimaljalla ja seroryhmitys tehtiin kaupallisella vasta-aine-sakkautumistestillä (Streptex latex Z1- 50). Työssä testattiin käytössä olevia ja kehiteltiin uusia, lähinnä ennalta muodostuneiden entsyymien tunnistamiseen perustuvia erottelumenetelmiä. Vertailtavina oli kolme entsyymiprofiliontimenetelmää, joista yksi on fluorogeeninen (4-Metyyli-umbelliferyyli-subtraatit) ja kaksi kromogeenistä (Weetabs ja RoscoDiagnostic tablets). Kannoilta määritettiin seuraavat aktiivisuudet: ?-fukosidaasi, (?-glukosidaasi, glukosidaasi, ?-galaktosidaaasi, ?-N-asetyyli-galaktosaminidaasi, ?-N-asetyyli-glukosaminidaasi, sialidaasi ja hyaluronidaasi. Työhön sisältyy myös erilaisten kasvatusalustojen sekä pH:n vaikutusten arviointia bakteerienentsyymiaktiivisuuksiin ja testituloksiin. Lisäksi työssä testattiin kromatografisensoluseinärasvahappoanalyysin soveltuvuutta lajien erotteluun. Menetelmiä tarkasteltiin herkkyyden sekäkäytännön suorittamisen ja aiheutuvien kustannusten kannalta. Asetetut tavoitteet saavutettiin. Kaikki käytetyt menetelmät osoittautuivat toimiviksi. Entsyymitestien tuloksetkorreloivat keskenään ja kirjallisuuden kanssa hyvin. Kannat karakterisoitiin, tunnistettiin lajitasolle ja lajiensiintyvyyttä kehon eri osissa voitiin vertailla. Mikään entsyymitesti ei osoittautunut ylivoimaisesti parhaaksi tai huonoimmaksi, vaikkakin yksittäistensubstraattien kohdalla eri testien herkkyydet vaihtelivatkin huomattavasti. Rasvahappoanalyysi ei erotellutkantoja toivotulla tavalla, joten sen käytöstä luovuttiin työn melko varhaisessa vaiheessa. Tutkituista 97 S. milleri -kannasta tunnistettiin 58 S. anginosus-kantaa, 29 S. constellatus-kantaa ja 10 S.ntermedius-kantaa. Eri lajit noudattivat entsyymiprofiiliaan muutamaa poikkeusta lukuunottamatta hyvinkinsäännöllisesti. Lajien sisäinen variaatio hemolyysiominaisuuksissa oli merkittävää ja S. inilleri -ryhmän erilajien sekä hemolyysisltään ja seroryhmältään erilaisten kantojen esiintyvyydessä kehon eri osissa havaittiinselkeitä eroja. Avainsanat: entsyymiprofilointi, fluorogeeniset ja kromogeeniset substraatit, seroryhmä, hemolyysi, esiintyvyys

Ravinnon hiilihydraattien glykemiaindeksin vaikutus keskiglukoosipitoisuuteen ja glukoosikäyrän alaiseen pinta-alaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto

Johdanto Korkeat aterianjälkeiset veren glukoosipitoisuushuiput ovat haitallisia verisuonille jo ennen varsinaisten diabeteskriteerien täyttymistä. Valitsemalla alhaisen glykemiaindeksin (GI) hiilihydraatteja ruokavalioon, voidaan veren glukoosipitoisuutta alentaa diabeetikoilla. Tyypin 2 diabeteksen lisääntymisen takia on tarpeellista etsiä keinoja ehkäistä sairauden puhkeamista riskiryhmissä. Glukoosimonitorilla on mahdollista seurata aiempaa tarkemmin glykemiaindeksin vaikutusta veren glukoosipitoisuuteen. Tavoitteet Selvittää, miten korvaamalla ruokavalion tavanomaiset hiilihydraatit joko korkean tai alhaisen GI:n hiilihydraateilla voidaan vaikuttaa vuorokauden keskiglukoosipitoisuuteen. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, voidaanko vain hiilihydraattien laatua muuttamalla, puuttumatta niiden määrään tai muuhun ruokavalioon, vaikuttaa glukoosiaineenvaihduntaan henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosin sieto. Tutkittavat ja menetelmät Tutkimus toteutettiin satunnaistettuna vaihtovuorokokeena, jossa tutkittavina oli 56 51-73-vuotiasta henkilöä, joista naisia oli 41 ja miehiä 15. Tutkittavilla oli heikentynyt glukoosinsieto tai ruokavaliohoitoinen tyypin 2 diabetes. Tutkittavat korvasivat ruokavalionsa päähiilihydraatit 7-10 vuorokauden ajaksi glykemiaindeksiltään joko alhaiseksi (GI = 38) tai korkeaksi (GI = 72) arvioiduilla tutkimushiilihydraateilla. Kolmen viimeisen vuorokauden ajaksi tutkittaville asennettiin glukoosimonitoriin kytketty ihonalainen sensori, joka mittasi kudosnesteen glukoosipitoisuutta ja tutkimusjaksojen lopuksi tutkittaville tehtiin oraalinen glukoosirasituskoe. Tulokset Alhaisen GI:n ruokavaliolla kahden vuorokauden glukoosikäyrien alainen pinta-ala oli pienempi kuin korkean GI:n ruokavaliolla (16487 vs. 17270 mmol/l*48h; p = 0,009, n = 47). Vastaavasti kahden vuorokauden keskiglukoosipitoisuudet olivat 5,7 mmol/l ja 6,0 mmol/l, p = 0,009, n = 47. Glykosyloitunut hemoglobiini oli alhaisen GI:n ruokavalion jälkeen pienempi (5,33% vs. 5,38 %, p = 0,017, n = 53). Tutkittavien paino pieneni kummallakin ruokavaliolla; alhaisen GI:n ruokavaliolla 1,02 kg ja korkean GI:n ruokavaliolla 0,31 kg (p alle 0,001, n = 56). Vaikutusta plasman paastoglukoosiin ja seerumin paastoinsuliiniin ei ollut. Johtopäätökset Korvaamalla ruokavalion päähiilihydraatit alhaisen GI:n hiilihydraateilla, voidaan pitkäaikaista glukoositasoa pienentää ja näin ollen mahdollisesti ehkäistä heikentyneen glukoosinsiedon kehittymistä tyypin 2 diabetekseksi. Koska paastoglukoosipitoisuus ja paastoinsuliinipitoisuus eivät muuttuneet, lienee erityisesti aterianjälkeisillä glukoosihuipuilla merkitystä elimistön pitkäaikaiselle glukoositasolle henkilöillä, joilla on heikentynyt glukoosinsieto.

Äidinmaito - terveysjuomaa ja normaalibakteereita

The chemical composition of breast milk has been studied in detail in the past decades. Hundreds of new antibacterial and antiviral components have been found. Several molecules have been found to promote the proper function of neonatal intestine. However, microbiological studies of breast milk have been, until recently, focused mainly on detecting harmful and pathogenic bacteria and viruses. Natural microbial diversity of human milk has not been widely studied before the work reported in this thesis. This is mainly because breast milk has traditionally been thought to be sterile - even if a certain amount of commensal bacteria have usually been detected in milk samples. The first part of this licentiate thesis contains a short literature review about the anatomy and physiology of breast feeding, human milk chemical and microbiological composition, mastitis, intestinal flora and bacteriocins. The second part reports on the experiments of the licentiate work, concentrating on the microbial diversity in the milk of healthy breast-feeding mothers, and the ability of these bacteria to produce antibacterial substances against pathogenic bacteria. The results indicate that human milk is a source of commensal bacteria for infant intestine. 509 random isolates from 40 breast milk samples were isolated and identified by 16S rRNA sequencing. Median bacterial count was about 600 colony forming units per milliliter. Over half of the isolates were staphylococci, and almost one third streptococci. The most common species were skin bacteria Staphylococcus epidermidis and oral bacteria Streptococcus salivarius and Streptococcus mitis. Lactic acid bacteria, identified as members of Lactobacillus-, Lactococcus- and Leuconostoc -genera, were found in five milk samples. Enterococci were found in three samples. A novel finding in this study is the capability of these commensal bacteria to inhibit the growth of pathogens. In 90 precent of the milk samples commensal bacteria inhibiting the growth of Staphylococcus aureus were found. In 40 precent of samples the colonies could block the growth completely. One fifth of the isolated Staph. epidermidis strains, half of Str. salivarius strains, and all lactic acid bacteria and enterococci could inhibit or block the growth of Staph. aureus. In further study also Listeria innocua- and Micrococcus luteus active isolates were found in 33 and 11 precent of milk samples (out of 140). Furthermore, two Lactococcus lactis isolates from the breast milk were shown to produce bacteriocin nisin, which is an antimicrobial molecule used as a food preservative. The importance of these human milk commensal bacteria in the development of newborn intestinal flora and immune system, as well as in preventing maternal breast infections, should be further explored.

Information, risk and trust in the food chain : Ex-ante valuation of consumer willingness to pay for beef quality information using the contingent valuation method

The safety of food has become an increasingly interesting issue to consumers and the media. It has also become a source of concern, as the amount of information on the risks related to food safety continues to expand. Today, risk and safety are permanent elements within the concept of food quality. Safety, in particular, is the attribute that consumers find very difficult to assess. The literature in this study consists of three main themes: traceability; consumer behaviour related to both quality and safety issues and perception of risk; and valuation methods. The empirical scope of the study was restricted to beef, because the beef labelling system enables reliable tracing of the origin of beef, as well as attributes related to safety, environmental friendliness and animal welfare. The purpose of this study was to examine what kind of information flows are required to ensure quality and safety in the food chain for beef, and who should produce that information. Studying the willingness to pay of consumers makes it possible to determine whether the consumers consider the quantity of information available on the safety and quality of beef sufficient. One of the main findings of this study was that the majority of Finnish consumers (73%) regard increased quality information as beneficial. These benefits were assessed using the contingent valuation method. The results showed that those who were willing to pay for increased information on the quality and safety of beef would accept an average price increase of 24% per kilogram. The results showed that certain risk factors impact consumer willingness to pay. If the respondents considered genetic modification of food or foodborne zoonotic diseases as harmful or extremely harmful risk factors in food, they were more likely to be willing to pay for quality information. The results produced by the models thus confirmed the premise that certain food-related risks affect willingness to pay for beef quality information. The results also showed that safety-related quality cues are significant to the consumers. In the first place, the consumers would like to receive information on the control of zoonotic diseases that are contagious to humans. Similarly, other process-control related information ranked high among the top responses. Information on any potential genetic modification was also considered important, even though genetic modification was not regarded as a high risk factor.