Role of heat treatment in the processing and quality of oat flakes

This thesis reports on investigations into the influence of heat treatment on the manufacturing of oat flakes. Sources of variation in the oat flake quality are reviewed, including the whole chain from the farm to the consumer. The most important quality parameters of oat flakes are the absence of lipid hydrolysing enzymes, specific weight, thickness, breakage (fines), water absorption. Flavour, colour and pasting properties are also important, but were not included in the experimental part of this study. Of particular interest was the role of heat processing. The first possible heat treatment may occur already during grain drying, which in Finland generally happens at the farm. At the mill, oats are often kilned to stabilise the product by inactivating lipid hydrolysing enzymes. Almost invariably steaming is used during flaking, to soften the groats and reduce flake breakage. This thesis presents the use of a material science approach to investigating a complex system, typical of food processes. A combination of fundamental and empirical rheological measurements was used together with a laboratory scale process to simulate industrial processing. The results were verified by means of industrial trials. Industrially produced flakes at three thickness levels (nominally 0.75, 0.85 and 0.90 mm) were produced from kilned and unkilned oat groats, and the flake strength was measured at different moisture contents. Kilning was not found to significantly affect the force required to puncture a flake with a 2mm cylindrical probe, which was taken as a measure of flake strength. To further investigate how heat processing contributes to flake quality, dynamic mechanical analysis was used to characterise the effect of heat on the mechanical properties of oats. A marked stiffening of the groat, of up to about 50% increase in storage modulus, was observed during first heating at around 36 to 57°C. This was also observed in tablets prepared from ground groats and extracted oat starch. This stiffening was thus attributed to increased adhesion between starch granules. Groats were steamed in a laboratory steamer and were tempered in an oven at 80 110°C for 30 90 min. The maximum force required to compress the steamed groats to 50% strain increased from 50.7 N to 57.5 N as the tempering temperature was increased from 80 to 110°C. Tempering conditions also affected water absorption. A significantly higher moisture content was observed for kilned (18.9%) compared to unkilned (17.1%) groats, but otherwise had no effect on groat height, maximum force or final force after a 5 s relaxation time. Flakes were produced from the tempered groats using a laboratory flaking machine, using a roll gap of 0.4 mm. Apart from specific weight, flake properties were not influenced by kilning. Tempering conditions however had significant effects on the specific weight, thickness and water absorption of the flakes, as well as on the amount of fine material (<2 mm) produced during flaking. Flake strength correlated significantly with groat strength and flake thickness. Trial flaking at a commercial mill confirmed that groat temperature after tempering influenced water absorption. Variation in flake strength was observed , but at the groat temperatures required to inactivate lipase, it was rather small. Cold flaking of groats resulted in soft, floury flakes. The results presented in this thesis suggest that heating increased the adhesion between starch granules. This resulted in an increase in the stiffness and brittleness of the groat. Brittle fracture, rather than plastic flow, during flaking could result in flaws and cracks in the flake. These would be expected to increase water absorption. This was indeed observed as tempering temperature increased. Industrial trials, conducted with different groat temperatures, confirmed the main findings of the laboratory experiments. The approach used in the present study allowed the systematic study of the effect of interacting process parameters on product quality. There have been few scientific studies of oat processing, and these results can be used to understand the complex effects of process variables on flake quality. They also offer an insight into what happens as the oat groat is deformed into a flake.

Suomenlinnan Kustaanmiekan ketokasvillisuus ja siihen vaikuttavat tekijät

Suomenlinna on yksi Helsingin suosituimmista matkailu- ja kulttuurinähtävyyksistä. Kustaanmiekan, samoin kuin koko Suomenlinnan luonto on muodostunut perinteisestä suomalaisesta saaristoluonnosta ja vuosisatojen saatossa paikalle tulleista linnoituksien kasvistosta. Saaren vaihtelevien elinympäristöjen johdosta alueen kasvillisuus on hyvin rikasta. Linnoituksien monet kasvilajit ovat tulleet tulokaskasveina eri puolilta Eurooppaa sekä Venäjältä. Suurin osa Suomenlinnan alueesta on kallioketoa ja tämän lisäksi myös valliketoa, joista molemmat kuuluvat suojeltaviin alueisiin. Kustaanmiekan niityillä kasvaa keto- ja paahdelajeja, kuten harvinaista ketonoidanlukkoa (Botrychium lunaria L.) sekä ketoneilikkaa (Dianthus deltoides L.). Tämän tutkimuksen ensisijaisena tarkoituksena oli kartoittaa Kustaanmiekan alueen kesäkauden 2009 ketokasvilajisto ja eri putkilokasvilajien runsaus. Tutkimuksessa selvitettiin myös maaperätekijöiden ja alueen hoitohistorian mahdollista vaikutusta ketokasvilajistoon. Tutkimuksessa kartoitettiin kymmenen eri kedon kasvillisuus Suomenlinnan Kustaanmiekan linnoitusalueella. Kedot sijaitsivat eri puolilla Kustaanmiekkaa, sellaisilla paikoilla, missä ketokasvillisuus oli runsainta. Maastotyöt suoritettiin kesä- ja heinäkuussa laskemalla jokaisen kedon ruutujen putkilokasvien peittävyydet sekä listaamalla ylös myös ruutujen ulkopuoliset kevät- ja loppukesän kukkijat touko- ja elokuussa. Maaperän ominaisuuksien määrittämiseksi otettiin kultakin kedolta pintamaanäytteet elokuussa. Muita tutkittuja muuttujia olivat maapinnan kaltevuus sekä sammalen, karikkeen, paljaan maan, kenttäkasvillisuuden pohjakerros ja kallion osuus tutkimusruuduilla. Ketojen kasvillisuuden keskimääräinen korkeus mitattiin kesä- ja heinäkuussa. Kasvistossa oli selviä eroavaisuuksia ketojen välillä. Kasvilajien määrä vaihteli ketojen kokonaislajimäärän ollessa 40-60 kasvilajia. Yhteensä kedoilta löytyi 120 eri putkilokasvilajia, joista useimmat kukkivat sekä kesä- että heinäkuussa. Ketojen kasvilajimäärä vaihteli yhdellä neliömetrillä 6,3-13,6 kasvilajiin, minkä lisäksi Shannon-Wienerin diversiteetti-indeksi vaihteli 1,4-2,3 arvon välillä. Yleisimpiä lajeja, joita kedoilla tavattiin, olivat muun muassa siankärsämö (Achillea millefolium L.), koiranheinä (Dactylis glomerata L.), juolavehnä (Elymus repens L.) ja hopeahanhikki (Potentilla argentea L.). Alueella kasvoi myös muutamia sotatulokaslajeja kuten harmiota (Berteroa incana L.), ukonpalkoa (Bunias orientalis L.) ja karvahorsmaa (Epilobium hirsutum L.). Maaperätekijöillä, kuten suurella fosforin pitoisuudella ei ollut vaikutusta kasvilajien määrään kedoilla. Vain maan pH ja johtoluku korreloivat positiivisesti ketojen kasvillisuuden korkeuden kanssa. Vaikka tulosten perusteella ketojen hoidolla ei ollut vaikutusta ketojen kasvillisuuden määrään, voidaan kuitenkin olettaa oikeanlaisen hoidon parantavan tyypillisten ketokasvien kilpailukykyä muita niittykasveja kohtaan.

Rigorous scaling law for the heat current in disordered harmonic chain

We study the energy current in a model of heat conduction, first considered in detail by Casher and Lebowitz. The model consists of a one-dimensional disordered harmonic chain of n i.i.d. random masses, connected to their nearest neighbors via identical springs, and coupled at the boundaries to Langevin heat baths, with respective temperatures T_1 and T_n. Let EJ_n be the steady-state energy current across the chain, averaged over the masses. We prove that EJ_n \sim (T_1 - T_n)n^{-3/2} in the limit n \to \infty, as has been conjectured by various authors over the time. The proof relies on a new explicit representation for the elements of the product of associated transfer matrices.

Biomassan energia-arvon nostaminen sekundäärilämmöllä kuivaamalla

Viime aikoina ilmastonmuutos, fossiilisten polttoaineiden väheneminen ja niiden hinnan nousu ovat lisänneet merkittävästi maailmanlaajuista kiinnostusta uusiutuviin energiavaroihin. Suomessa uusiutuvien energialähteiden käytössä on jo pitkään panostettu metsäteollisuuden sivutuotevirtana tuottamaan puuperäiseen biomassaan, jota metsäteollisuus käyttää energiantuotantoonsa. Metsäteollisuuden jätevesien käsittelyssä syntyy erilaisia lietteitä, jotka joko uusiokäytetään tai hävitetään polttamalla tai sijoittamalla kaatopaikalle. Erityisesti biolietteiden uusiokäyttö on hankalaa ja kaatopaikkasijoitus tulevaisuudessa mahdotonta tai ainakin kustannuksiltaan kohtuutonta. Käytännössä liete hävitetään polttamalla ja kuivaamalla siitä tulee polttoaine. Lietteiden energiakäyttö on järkevin tapa hävittää jäteliete. Lietteiden korkean vesipitoisuuden vuoksi ne tulee kuitenkin kuivata ennen polttoa. Lietteen kuivaaminen sekundäärienergiavirralla eli metsäteollisuusprosesseissa sivutuotteena muodostuvalla ns. hukkalämmöllä lisää lietteen poltosta saatavaa energiamäärää ja korvaa fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää lietteen kuivaukseen optimaalisin kuoren ja lietteen seossuhde eri kuivausparametrejä vaihdellen. Kokeellinen työ aloitettiin rakentamalla energiatekniikan koehalliin laboratoriokokoluokan kiintopetikuivuri, jossa kuivumista tutkittiin puhaltamalla polttoainepedin läpi lämmitettyä ilmaa. Kuivattavina polttoaineina olivat kuoren ja lietteen seos tai pelkkä kuori ja liete erilaisilla massoilla ja erilaisilla prosenttisilla suhteilla ja erilaisissa lämpötiloissa. Kuivumiskäyrien määritys perustui massanmuutokseen. Koelaitteessa olivat anturit lämpötilan mittausta varten, jotta lämpötila saatiin säädettyä ja seurattua kokeen edellyttämällä tavalla. Lämpötilat ja painonmuutokset tallentuivat koetta tehdessä tietokoneelle. Kuivauskokeet osoittivat, että liete-kuori seos kuivuu hyvin kiintopedissä kun lietteen massaosuus seoksessa on korkeintaan 50 %. Lietteen massaosuuden ollessa tätä suurempi kuivaaminen ei enää ole tehokasta, mikä johtuu luultavasti ilman suuresta kanavoitumisesta kuivauspedissä. Kuorta kuivatessa lämpötilan nosto 50 °C:stä 70 °C:een oli huomattavasti tehokkaampaa kuin 70 °C:stä 90 °C:een, ajallisesti ero oli noin kaksinkertainen.

Fin de millénaire eli maailmanlopun satiiri : Frédéric Beigbederin Au secours pardon, Marie Darrieussecqin Truismes ja Michel Houellebecqin La Possibilité d'une île

Pro gradu -työni käsittelee ranskalaisen nykykirjallisuuden yhteiskunnallista suuntausta, jota kirjallisuudentutkija Ruth Cruickshank kutsuu fin de millénaire -kirjallisuudeksi. Tutkimani teokset ovat Frédéric Beigbederin Au secours pardon (2007), Marie Darrieussecqin Truismes (1996) ja Michel Houellebecqin La Possibilité d'une île (2005). Pohdin, millaisena ja millaisin keinoin teokset kuvaavat seksuaalisuutta ja sen tulevaisuudennäkymiä kulutusyhteiskunnassa, ja millaisiin yhteiskunnallisiin olosuhteisiin niiden havainnot perustuvat. Hahmottelen reittejä, joita pitkin globaalin mittakaavan yhteiskunnalliset muutokset vaikuttavat ihmisten intiimeihin tunteisiin ja ihmissuhteisiin. Seksuaalisuuden tarkastelun avulla osoitan, että ranskalaisessa nykykirjallisuudessa ilmenee varsin yhteneviä näkemyksiä ja uhkakuvia aikamme sosiaalisesta todellisuudesta. Tällä tavoin tarkennan ja vankennan vielä hajanaista fin de millénaire -käsitettä. Fin de millénaire -kirjallisuuden oma lajityyppi on massakulttuurin, esimerkiksi viihteen ja mainosten, kielestä vaikutteita ammentava dystopian ja satiirin liitto. Kuten Cruickshank kirjoittaa, fin de millénaire -kirjallisuus heijastaa Ranskassa vuosituhannen vaihteessa korostunutta tunnetta käännekohtaan saapumisesta. Dystopian ohella voidaankin puhua myös apokalyptisesta tekstistä, etenkin siksi, että teokset tarjoavat niukasti ratkaisuja kuvaamiinsa ongelmiin. Eritoten Houellebecqin ja Beigbederin teokset käsittelevät tarpeiden luomista kuluttajille seksuaalivietin ja seksuaalisen kilpailun avulla. Kutsun tätä järjestelmää halutaloudeksi, ja käytän sen toiminnan analysoimisessa apuna Michel Foucault'n käsityksiä vallasta ja Jean Baudrillardin käsityksiä kulutusyhteiskunnasta. Halutalouden sosiaalisia seurauksia ovat vieraantuminen, seksuaalisten hierarkioiden jyrkentyminen ja valinnanvapauden kaventuminen. Teosten kuvaamassa yhteiskunnassa erilaiset esimerkiksi sukupuolen, iän ja ulkonäön perusteella rakentuvat seksuaaliset hierarkiat käyvät yhä merkittävämmiksi. Au secours pardon ja La Possibilité d'une île kuvaavat tapahtumaketjua, jossa etenkin heteromiehistä yhä useampi luisuu seksuaaliseen kurjuuteen muun muassa naisten emansipaation sekä yleisen nuoruuden ja kauneuden palvonnan myötä. Truismesissa taas kuvitellaan yhteiskunta, johon feminismi ei ole päässyt vaikuttamaan mutta pornoistuminen on; naisten ruumiista on tullut miesten yhteistä omaisuutta ja seksuaalinen väkivalta on arkipäivää. Sen maailmassa viehättävä ulkonäkö on naisille miltei elinehto. Yleistäen Houellebecqin ja Beigbederin teokset edustavat miesnäkökulmaa ja Darrieussecqin teos naisnäkökulmaa. Teosten näkemyksiä naisten ja miesten välisistä valtasuhteista pohdin naisten seksuaalisesta vallasta kirjoittaneen Henry Laasasen käyttökelpoisten käsitteiden avulla. Kolmea teosta yhdistävät kuvaukset kulttuurista, jossa ihmissuhteet ovat kaupankäyntiä ja seksuaalinen viehätysvoima määrittelee ihmisen arvon. Darrieussecqin teos on lähitulevaisuuteen sijoittuva dystopia, jossa Beigbederin ja Houellebecqin kuvaama arvoliberalismia ja taloudellista liberalismia yhdistävä kulttuuri on vaihtunut uuskonservatiiviseen ja kaksinaismoralistiseen, naisia räikeästi sortavaan yhteiskuntaan. Teoksen kertoja vähättelee itseensä kohdistuvia koskemattomuuden loukkauksia ja pahoittelee kertomuksensa käänteiden säädyttömyyttä varsinkin kuvatessaan omaa haluaan ja seksuaalista subjektiuttaan. Katson teoksen kritisoivan kirjallisuudentutkija Shirley Ann Jordanin termein poliittisen korrektiuden tyranniaa ja peräänkuuluttavan suoraa puhetta pornografiasta ja naisen halusta. Seksuaalisuus toimii tutkimuksessani lähtökohtana, jonka avulla teoksista nousee esiin julma ja rakkaudeton, säälimättömän kilpailun ja väkivallan täyttämä yhteiskunta. Viime kädessä teosten kuvaama maailmanloppu on se, että rakkaus katoaa ihmisten välisistä suhteista, koska rakkaudessa ei ole voiton tavoittelun kannalta mitään järkeä. Satiirin keinojen, kuten päättymättömän ja monikerroksisen ironian, yhdistyminen dystopiaan pelastaa teokset osoittelevalta moralisoinnilta ja tekee niistä toimivaa yhteiskunnallista kirjallisuutta.

Perunan Y-viruksen testaaminen korkeassa happi-hiilidioksidipitoisuudessa idätetyistä perunoista

Perunalla (Solanum tuberosum L.) tällä hetkellä maailmanlaajuisesti eniten sato- ja laatutappioita aiheuttaa perunan Y-virus (PVY). Vaikka pelkän Y-viruksen aiheuttamaa satotappiota on vaikea mitata, on sen arvioitu olevan 20-80 %. Viruksen tärkein leviämistapa on viroottinen siemenperuna. Korkealaatuinen siemenperuna on edellytys ruoka-, ruokateollisuus- ja tärkkelysperunan tuotannolle. Kasvuston silmämääräinen tarkastelu aliarvioi yleensä Y-viruksen esiintyvyyttä. Laboratoriotestauksen avulla saadaan tarkempi tieto pellolta korjatun sadon saastunta-asteesta. Ongelmana Y-viruksen testaamisessa on, että sitä ei havaita dormanssissa olevista perunoista otetuista näytteistä yhtä luotettavasti kuin jo dormanssin ohittaneista perunoista testattaessa. Erilaisia menetelmiä kemikaaleista (Rindite, bromietaani) kasvihormoneihin (mm. gibberelliinihappo) ja varastointiolosuhteiden muutoksiin (kylmä- ja lämpökäsittely) on kokeiltu perunan dormanssin purkamiseen, mutta tulokset ovat olleet vaihtelevia. Tässä tutkielmassa perunan dormanssin purkamiseen käytettiin happi-hiilidioksidikäsittelyä (O2 40 % ja CO2 20 %) eripituisina käsittelyaikoina. Tarkoituksena oli selvittää, vaikuttaako käsittely perunan itämiseen ja dormanssin luontaista aikaisempaan purkautumiseen tai Y-viruksen havaitsemiseen. Lisäksi haluttiin selvittää, voiko Y-viruksen määrittämisen ELISA-testillä (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) tehdä yhtä luotettavasti myös muista kasvinosista (mukula, itu), kuin tällä hetkellä yleisesti käytetystä perunan lehdestä. Idätyskäsittelyn vaikutuksista dormanssin purkautumiseen saatiin vaihtelevia, eikä kovinkaan yleistettäviä tuloksia. Käsittelyn ei myöskään havaittu vaikuttavan PYY-viroottisuuden havaitsemiseen eri näytemateriaaleilla testattaessa. Kun eri kasvinosien toimivuutta testissä vertailtiin, mukulamateriaalin todettiin aliarvioivan PVY-viroottisuutta kaikissa kokeissa. Myös itumateriaali aliarvioi pääsääntöisesti PVY-viroottisuutta ELISA:lla tehdyissä määrityksissä. Luotettavin testimateriaali oli perunan lehti.

Reynolds stress and heat flux in spherical shell convection

Context. Turbulent fluxes of angular momentum and heat due to rotationally affected convection play a key role in determining differential rotation of stars. Aims. We compute turbulent angular momentum and heat transport as functions of the rotation rate from stratified convection. We compare results from spherical and Cartesian models in the same parameter regime in order to study whether restricted geometry introduces artefacts into the results. Methods. We employ direct numerical simulations of turbulent convection in spherical and Cartesian geometries. In order to alleviate the computational cost in the spherical runs and to reach as high spatial resolution as possible, we model only parts of the latitude and longitude. The rotational influence, measured by the Coriolis number or inverse Rossby number, is varied from zero to roughly seven, which is the regime that is likely to be realised in the solar convection zone. Cartesian simulations are performed in overlapping parameter regimes. Results. For slow rotation we find that the radial and latitudinal turbulent angular momentum fluxes are directed inward and equatorward, respectively. In the rapid rotation regime the radial flux changes sign in accordance with earlier numerical results, but in contradiction with theory. The latitudinal flux remains mostly equatorward and develops a maximum close to the equator. In Cartesian simulations this peak can be explained by the strong 'banana cells'. Their effect in the spherical case does not appear to be as large. The latitudinal heat flux is mostly equatorward for slow rotation but changes sign for rapid rotation. Longitudinal heat flux is always in the retrograde direction. The rotation profiles vary from anti-solar (slow equator) for slow and intermediate rotation to solar-like (fast equator) for rapid rotation. The solar-like profiles are dominated by the Taylor-Proudman balance.

Demi-glace-kastikepohjan valmistuksen optimointi ylipainekeittomenetelmälle

Tämän tutkimuksen kirjallisuusosan tavoitteena oli selvittää perinteisen kastikepohjan valmistukseen ja valmistuksen kokonaisvaltaiseen onnistumiseen vaikuttavia seikkoja. Lisäksi käsiteltiin kastikepohjan valmistukseen liittyviä ympäristö- ja energia-asioita, kuten eläinperäisten sivutuotteiden kierrätysmahdollisuuksia. Kokeellisessa osassa tutkimuksen keskeinen lähtökohta oli pyrkiä löytämään ratkaisu ylipainekeittomenetelmään liittyvään kastikepohjan liemiaineksen sameutumisongelmaan. Tutkimuksessa haluttiin löytää syyt sameuden muodostumiseen luiden painekeitossa (max. 1,5 bar). Näin pyrittiin selvittämään keinot sameuden syntymisen estämiseen tai tuotteesta poistamiseen. Ratkaisua etsittiin sekä keittoaika-paine-kombinaatiosta että proteolyyttisen entsyymivalmisteen käytöstä. Tavoitteena oli ulkonäöltään kirkas ja kuiva-ainepitoisuudeltaan mahdollisimman korkea naudanmakuinen demi-glace-kastikepohjaliemi. Liemiaineksista tarkasteltiin kuiva-aine-, kokonaisproteiini- ja sidekudosproteiinipitoisuuksia, pH-arvoja sekä sameutta, ja vertailtiin näitä tuloksia käytettyihin valmistusmenetelmiin ja -olosuhteisiin. Lisäksi otettiin selvää lämmöntalteenoton parantamis-mahdollisuuksista. Tutkimuksessa valmistetun kastikepohjaliemen kuiva-aine koostui pääasiassa proteiineista. Liemen valmistuksessa suuremmalla paineella päästiin hieman nopeammin samoihin kuiva-ainepitoisuuksiin kuin matalammalla paineella. Samoin tapahtui entsyymiä käytettäessä kuin käyttämättä jätettäessä. Tämän tutkimuksen perusteella korkeaa kuiva-ainepitoisuutta tavoiteltaessa kastikepohjaliemen valmistuksessa on valittava korkean sidekudosproteiinin tai sameuden väliltä. Ylipainekeitolla luista saatiin irti lähes pelkästään sidekudosproteiinia, koska luita kuumennettaessa vain kollageeni liukeni veteen muiden proteiinien saostuessa. Lämmöntalteenottojärjestelmien rakentaminen pieneen elintarviketeollisuusyritykseen voi olla kannattamatonta, koska investointikustannuksia ei välttämättä pystytä maksamaan takaisin. Energiatehokkuuden parantaminen pienessä elintarviketeollisuusyrityksessä on haastavaa, mutta kuitenkin mahdollista ammattilaisten tekemien tarkkojen laskelmien ja arviointien avulla.

FIN-CLARIN: A Framework for Depositing and Disseminating Language Resources for R&D

Researchers and developers in academia and industry would benefit from a facility that enables them to easily locate, licence and use the kind of empirical data they need for testing and refining their hypotheses and to deposit and disseminate their data e.g. to support replication and validation of reported scientific experiments. To answer these needs initially in Finland, there is an ongoing project at University of Helsinki and its collaborators to create a user-friendly web service for researchers and developers in Finland and other countries. In our talk, we describe ongoing work to create a palette of extensive but easily available Finnish language resources and technologies for the research community, including lexical resources, wordnets, morphologically tagged corpora, dependency syntactic treebanks and parsebanks, open-source finite state toolkits and libraries and language models to support text analysis and processing at customer site. Also first publicly available results are presented.