Inhibitory effects of wood extracts on the spoilage flora of marinated poultry meat

Polyphenolic compounds occurring naturally in knotwood of plants are known to have antimicrobial effects. The knots (i.e. the branch bases inside tree stems) and outer branches in pine trees contain a remarkably high concentration of phenolic stilbenes, while lignans are the major phenolic constituents of spruce knots. Large amount of these phenolic compounds can be extracted from wood knots at pulp and paper mills where their presence is undesirable. In Finland, marinating of broiler meat is done not only to increase or add value to the meat, but also to enhance the safety and shelf-life. These products are usually packed under a modified atmosphere for further protection against spoilage microorganisms. However, studies have revealed that addition of marinades to poultry products do not have an inhibitory effect on either some psychrotrophic anaerobic bacteria, such as Brochothrix thermosphacta or lactic acid bacteria associated with spoilage. Also, the activity of pathogenic Campylobacter jejuni is not affected by marinating. The objective of this study was to investigate the inhibitory and lethal activities of extracts from spruce (Picea spp.) and pine (Pinus spp.) knotwood and outer branches that are dissolved in ethanol against the spoilage microorganisms in modified atmosphere packaged marinated broiler products. Modified atmosphere packaged broiler products were separately inoculated with ‘normal’ marinades, marinades with 70% ethanol, marinades with a mixture of spruce and pine extracts dissolved in 70% ethanol or mixture of spruce and pine extracts in powder form. The bacterial colony forming units per gram obtained from each of the samples were analysed on de Man Rogosa and Sharpe agar at days 1, 6, 12 and 15. The results showed that there were significant differences in bacterial colony forming units per gram (P <0.05) between packages with ‘normal’ marinades and packages with extracts added to their marinades on the 12th and 15th day. It can be concluded that the addition of extracts from spruce and pine knotwood to marinades significantly retarded growth of spoilage microorganisms during the 15 day test period. However further research is warranted to characterise and establish the safety and suitability of the compound(s) in spruce and pine knotwood extracts that are responsible for inhibitory or lethal activity against the microbes that may be present in marinated poultry meat.

Microbial life and deposits in paper machine circuits

Väitöskirjani käsittele mikrobien ja erilaisten kemikaalien rooleja saostumien ja biofilmien muodostumisessa paperi- ja kartonkikoneilla. "Saostuma" tässä työssä tarkoittaa kiinteän aineen kertymää konepinnoille tai rajapinnoille konekierroissa, jotka on tarkoitettu massasulppujen, lietteiden, vesien tai ilman kuljetukseen. Saostumasta tulee "biofilmi" silloin kun sen oleellinen rakennekomponentti on mikrobisolut tai niiden tuotteet. Väitöstyöni työhypoteesina oli, että i. tietämys saostumien koostumuksesta, sekä ii. niiden rakenteesta, biologisista, fysikaalis-kemiallisista ja teknisistä ominaisuuksista ohjaavat tutkijaa löytämään ympäristöä säästäviä keinoja estää epätoivottujen saostumien muodostus tai purkaa jo muodostuneita saostumia. Selvittääkseni saostumien koostumista ja rakennetta käytin monia erilaisia analytiikan työkaluja, kuten elektronimikroskopiaa, konfokaali-laser mikroskopiaa (CLSM), energiadispersiivistä röntgenanalyysiä (EDX), pyrolyysi kaasukromatografiaa yhdistettynä massaspektrometriaan (Py-GCMS), joninvaihtokromatografiaa, kaasukromatografiaa ja mikrobiologisia analyysejä. Osallistuin aktiivisesti innovatiivisen, valon takaisinsirontaan perustuvan sensorin kehittämistyöhön, käytettäväksi biofilmin kasvun mittaukseen suoraan koneen vesikierroista ja säiliöistä. Työni osoitti, että monet paperinvalmistuksessa käytetyistä kemikaaleista reagoivat keskenään tuottaen orgaanisia tahmakerroksia konekiertojen teräspinnoille. Löysin myös kerrostumia, jotka valomikroskooppisessa tarkastelussa oli tulkittu mikrobeiksi, mutta jotka elektronimikroskopia paljasti alunasta syntyneiksi, alumiinihydroksidiksi joka saostui pH:ssa 6,8 kiertokuitua käyttävän koneen viiravesistä. Monet paperintekijät käyttävät vieläkin alunaa kiinnitysaineena vaikka prosessiolot ovat muuttuneet happamista neutraaleiksi. Sitä pidetään paperitekijän "aspiriinina", mutta väitöstutkimukseni osoitti sen riskit. Löysin myös orgaanisia saostumia, joiden alkuperä oli aineiden, kuten pihkan, saippuoituminen (kalsium saippuat) niin että muodostui tahmankasvua ylläpitävä alusta monilla paperi- ja kartonkikoneilla. Näin solumuodoiltaan Deinococcus geothermalista muistuttavia bakteereita kasvamassa lujasti teräskoepalojen pintaan kiinnittyneinä pesäkkeinä, kun koepaloja upotettiin paperikoneiden vesikiertoihin. Nämä deinokokkimaiset pesäkkeet voivat toimia jalustana, tarttumisalustana muiden mikrobien massoille, joka selittäisi miksi saostumat yleisesti sisältävät deinokokkeja pienenä, muttei koskaan pääasiallisena rakenneosana. Kun paperikoneiden käyttämien vesien (raakavedet, lämminvesi, biologisesti puhdistettu jätevesi) laatua tutkitaan, mittausmenetelmällä on suuri merkitys. Koepalan upotusmenetelmällä todettu biofilmikasvu ja viljelmenetelmällä mitattu bakteerisaastuneisuus korreloivat toisiinsa huonosti etenkin silloin kun likaantumisessa oli mukana rihmamaiseti kasvavia bakteereja. Huoli ympäristöstä on pakottanut paperi- ja kartonkikoneiden vesikiertojen sulkemiseen. Vesien kierrätys ja prosessivesien uudelleenkäyttö nostavat prosessilämpötilaa ja lisäävät koneella kiertävien kolloidisten ja liuenneiden aineiden määriä. Tutkin kiertovesien pitoisuuksia kolmessa eriasteisesti suljetussa tehtaassa, joiden päästöt olivat 0 m3, 0,5 m3 ja 4 m3 jätevettä tuotetonnia kohden, perustuen puhdistetun jäteveden uudelleen käyttöön. Nollapäästöisellä tehtaalla kiertovesiin kertyi paljon orgaanisesti sidottua hiiltä (> 10 g L-1), etenkin haihtuvina happoina (maito-, etikka-, propioni- ja voi-). Myös sulfaatteja, klorideja, natriumia ja kalsiumia kertyi paljon, > 1 g L-1 kutakin. Pääosa (>40%) kaikista bakteereista oli 16S rRNA geenisekvenssianalyysien tulosten perusteella sukua, joskin etäistä (< 96%) ainoastaan Enterococcus cecorum bakteerille. 4 m3 päästävältä tehtaalta löytyi lisäksi Bacillus thermoamylovorans ja Bacillus coagulans. Tehtaiden saostumat sisälsivät arkkeja suurina pitoisuuksina, ≥ 108 g-1, mutta tunnistukseen riittävää sekvenssisamanlaisuutta löytyi vain yhteen arkkisukuun, Methanothrix. Tutkimustulokset osoittivat että tehtaan vesikiertojen sulkeminen vähensi rajusti mikrobiston monimuotoisuutta, muttei estänyt liuenneen aineen ja kiintoaineen mineralisoitumista.

Adhesion,Presence and Antifouling of Deinococcus geothermalis in Paper Machine Environment

This thesis has two items: biofouling and antifouling in paper industry. Biofouling means unwanted microbial accumulation on surfaces causing e.g. disturbances in industrial processes, contamination of medical devices or of water distribution networks. Antifouling focuses on preventing accumulation of the biofilms in undesired places. Deinococcus geothermalis is a pink-pigmented, thermophilic bacterium, and extremely resistant towards radiation, UV-light and desiccation and known as a biofouler of paper machines forming firm and biocide resistant biofilms on the stainless steel surfaces. The compact structure of biofilm microcolonies of D. geothermalis E50051 and the adhesion into abiotic surfaces were investigated by confocal laser scanning microscope combined with carbohydrate specific fluorescently labelled lectins. The extracellular polymeric substance in D. geothermalis microcolonies was found to be a composite of at least five different glycoconjugates contributing to adhesion, functioning as structural elements, putative storages for water, gliding motility and likely also to protection. The adhesion threads that D. geothermalis seems to use to adhere on an abiotic surface and to anchor itself to the neighbouring cells were shown to be protein. Four protein components of type IV pilin were identified. In addition, the lectin staining showed that the adhesion threads were covered with galactose containing glycoconjugates. The threads were not exposed on planktic cells indicating their primary role in adhesion and in biofilm formation. I investigated by quantitative real-time PCR the presence of D. geothermalis in biofilms, deposits, process waters and paper end products from 24 paper and board mills. The primers designed for doing this were targeted to the 16S rRNA gene of D. geothermalis. We found D. geothermalis DNA from 9 machines, in total 16 samples of the 120 mill samples searched for. The total bacterial content varied in those samples between 107 to 3 ×1010 16S rRNA gene copies g-1. The proportion of D. geothermalis in those same samples was minor, 0.03 1.3 % of the total bacterial content. Nevertheless D. geothermalis may endanger paper quality as its DNA was shown in an end product. As an antifouling method towards biofilms we studied the electrochemical polarization. Two novel instruments were designed for this work. The double biofilm analyzer was designed for search for a polarization program that would eradicate D. geothermalis biofilm or from stainless steel under conditions simulating paper mill environment. The Radbox instrument was designed to study the generation of reactive oxygen species during the polarization that was effective in antifouling of D. geothermalis. We found that cathodic character and a pulsed mode of polarization were required to achieve detaching D. geothermalis biofilm from stainless steel. We also found that the efficiency of polarization was good on submerged, and poor on splash area biofilms. By adding oxidative biocides, bromochloro-5,5-dimethylhydantoin, 2,2-dibromo-2-cyanodiacetamide or peracetic acid gave additive value with polarization, being active on splash area biofilms. We showed that the cathodically weighted pulsed polarization that was active in removing D. geothermalis was also effective in generation of reactive oxygen species. It is possible that the antifouling effect relied on the generation of ROS on the polarized steel surfaces. Antifouling method successful towards D. geothermalis that is a tenacious biofouler and possesses a high tolerance to oxidative stressors could be functional also towards other biofoulers and applicable in wet industrial processes elsewhere.

Governance Matters : China's Developing Western Region with a Focus on Qinghai Province

This study is about governance in contemporary China. The focus is on Qinghai Province, one of the twelve provincial-level units included in the western region development strategy launched in 2000 by the government of China. Qinghai, the subject of the case study, is not a very well-known province. Hence, this study is significant, because it provides new knowledge about the province of Qinghai, its governance and diverse challenges, and deepens one s overall knowledge regarding China. Qinghai province is one of the slowest developing regions of China. My research problem is to analyze to what extent provincial development correlates with the quality of governance. The central concept of this research is good governance. This dissertation employs a grounded theory approach while the theoretical framework of this study is built on the Three World s approach of analyzing the three main themes, namely, the environment, economic development, and cultural diversity, and to support the empirical work. Philosophical issues in the humanities and contemporary theories of governance are brought in to provide deeper understanding of governance, and to understand to what extent and how characteristics of good governance (derived from the Western canon) are combined with Chinese tradition. A qualitative research method is chosen to provide a deeper understanding of the contemporary challenges of Qinghai (and China) and to provide some insight into the role and impact of governance on provincial development. It also focuses on the Tibetan ethnic group in order to develop as full an understanding as possible about the province. The challenges faced by Qinghai concern in particular its environment, economic development, and cultural diversity, all of which are closely interrelated. The findings demonstrate that Qinghai Province is not a powerful actor, because it has weak communications with the central government and weak collaboration with its stakeholders and civil society. How Qinghai s provincial government conducts provincial development remains a key question in terms of shaping the province s future. The question is how is Qinghai s government best able to govern in a way that is beneficial for the people. This study demonstrates that this is a significant question that challenges governance everywhere, and particularly in China given the absence of democracy. This study provides the ingredients for reflection as to how provincial government can be motivated to choose to govern in a sustainable way, instead of leaning on growth factors with too little consideration about the impact on the environment and the people.

Poverty and the Environment : Investment Poverty and the Role of Assets in Generating Welfare for Farmer Households in the Province of Herrera, Panama

Köyhiä maanviljelijöitä on usein syytetty kehitysmaiden ympäristöongelmista. On väitetty, että eloonjäämistaistelu pakottaa heidät käyttämään maata ja muita luonnonvaroja lyhytnäköisesti. Harva asiaa koskeva tutkimus on kuitenkaan tukenut tätä väitettä; perheiden köyhyyden astetta ja heidän aiheuttamaansa ympäristövaikutusta ei ole kyetty kytkemään toisiinsa. Selkeyttääkseen köyhyys-ympäristö –keskustelua, Thomas Reardon ja Steven Vosti kehittivät investointiköyhyyden käsitteen. Se tunnistaa sen kenties suuren joukon maanviljelijäperheitä, jotka eivät ole köyhiä perinteisten köyhyysmittareiden mukaan, mutta joiden hyvinvointi ei ole riittävästi köyhyysrajojen yläpuolella salliakseen perheen investoida kestävämpään maankäyttöön. Reardon ja Vosti korostivat myös omaisuuden vaikutusta perheiden hyvinvointiin, ja uskoivat sen vaikuttavan tuotanto- ja investointipäätöksiin. Tässä tutkimuksessa pyritään vastaamaan kahteen kysymykseen: Miten investointiköyhyyttä voidaan ymmärtää ja mitata? Ja, mikä on viljelijäperheiden omaisuuden hyvinvointia lisäävä vaikutus? Tätä tutkimusta varten haastateltiin 402 maanviljelijäperhettä Väli-Amerikassa, Panaman tasavallan Herreran läänissä. Näiden perheiden hyvinvointia mitattiin heidän kulutuksensa mukaan, ja paikalliset köyhyysrajat laskettiin paikallisen ruoan hinnan mukaan. Herrerassa ihminen tarvitsee keskimäärin 494 dollaria vuodessa saadakseen riittävän ravinnon, tai 876 dollaria vuodessa voidakseen ravinnon lisäksi kattaa muitakin välttämättömiä menoja. Ruoka- eli äärimmäisen köyhyyden rajan alle jäi 15,4% tutkituista perheistä, ja 33,6% oli jokseenkin köyhiä, eli saavutti kyllä riittävän ravitsemuksen, muttei kyennyt kustantamaan muita perustarpeitaan. Molempien köyhyysrajojen yläpuolelle ylsi siis 51% tutkituista perheistä. Näiden köyhyysryhmien välillä on merkittäviä eroavaisuuksia ei vain perheiden varallisuuden, tulojen ja investointistrategioiden välillä, mutta myös perheiden rakenteessa, elinympäristössä ja mahdollisuuksissa saada palveluja. Investointiköyhyyden mittaaminen osoittautui haastavaksi. Herrerassa viljelijät eivät tee investointeja puhtaasti ympäristönsuojeluun, eikä maankäytön kestävyyttä muutenkaan pystytty yhdistämään perheiden hyvinvoinnin tasoon. Siksi investointiköyhyyttä etsittiin sellaisena hyvinvoinnin tasona, jonka alapuolella elävien perheiden parissa tuottavat maanparannusinvestoinnit eivät enää ole suorassa suhteessa hyvinvointiin. Tällaisia investointeja ovat mm. istutetut aidat, lannoitus ja paranneltujen laiduntyyppien viljely. Havaittiin, että jos perheen hyvinvointi putoaa alle 1000 dollarin/henkilö/vuosi, tällaiset tuottavat maanparannusinvestoinnit muuttuvat erittäin harvinaisiksi. Investointiköyhyyden raja on siis noin kaksi kertaa riittävän ravitsemuksen hinta, ja sen ylitti 42,3% tutkituista perheistä. Heille on tyypillistä, että molemmat puolisot käyvät työssä, ovat korkeasti koulutettuja ja yhteisössään aktiivisia, maatila tuottaa paremmin, tilalla kasvatetaan vaativampia kasveja, ja että he ovat kerryttäneet enemmän omaisuutta kuin investointi-köyhyyden rajan alla elävät perheet. Tässä tutkimuksessa kyseenalaistettiin yleinen oletus, että omaisuudesta olisi poikkeuksetta hyötyä viljelijäperheelle. Niinpä omaisuuden vaikutusta perheiden hyvinvointiin tutkittiin selvittämällä, mitä reittejä pitkin perheiden omistama maa, karja, koulutus ja työikäiset perheenjäsenet voisivat lisätä perheen hyvinvointia. Näiden hyvinvointi-mekanismien ajateltiin myös riippuvan monista väliin tulevista tekijöistä. Esimerkiksi koulutus voisi lisätä hyvinvointia, jos sen avulla saataisiin paremmin palkattuja töitä tai perustettaisiin yritys; mutta näihin mekanismeihin saattaa vaikuttaa vaikkapa etäisyys kaupungeista tai se, omistaako perhe ajoneuvon. Köyhimpien perheiden parissa nimenomaan koulutus olikin ainoa tutkittu omaisuuden muoto, joka edisti perheen hyvinvointia, kun taas maasta, karjasta tai työvoimasta ei ollut apua köyhyydestä nousemiseen. Varakkaampien perheiden parissa sen sijaan korkeampaa hyvinvointia tuottivat koulutuksen lisäksi myös maa ja työvoima, joskin monesta väliin tulevasta muuttujasta, kuten tuotantopanoksista riippuen. Ei siis ole automaatiota, jolla omaisuus parantaisi perheiden hyvinvointia. Vaikka rikkailla onkin yleensä enemmän karjaa kuin köyhemmillä, ei tässä aineistossa löydetty yhtään mekanismia, jota kautta karjan määrä tuottaisi korkeampaa hyvinvointia viljelijäperheille. Omaisuuden keräämisen ja hyödyntämisen strategiat myös muuttuvat hyvinvoinnin kasvaessa ja niihin vaikuttavat monet ulkoiset tekijät. Ympäristön ja köyhyyden suhde on siis edelleen epäselvä. Köyhyyden voittaminen vaatii pitkällä tähtäimellä sitä, että viljelijäperheet nousisivat investointiköyhyyden rajan yläpuolelle. Näin heillä olisi varaa alkaa kartuttaa omaisuutta ja investoida kestävämpään maankäyttöön. Tällä hetkellä kuitenkin isolle osalle herreralaisia perheitä tuo raja on kaukana tavoittamattomissa. Miten päästä yli tuhannen dollarin kulutukseen perheenjäsentä kohden, mikäli elintaso ei yllä edes riittävään ravitsemukseen? Ja sittenkin, vaikka hyvinvointi kohenisi, ei ympäristön kannalta parannuksia ole välttämättä odotettavissa, mikäli karjalaumat kasvavat ja eroosioalttiit laitumet leviävät.

Characterizing Physical Properties of Wetting Paper by Air Coupled Ultrasound and Light

This thesis reports investigations into the paper wetting process and its effects on the surface roughness and the out-of-plane (ZD) stiffness of machine-made paper. The aim of this work was to test the feasibility of employing air-borne ultrasound methods to determine surface roughness (by reflection) and ZD stiffness (by through transmission) of paper during penetration of distilled water, isopropanol and their mixtures. Air-borne ultrasound provides a non-contacting way to evaluate sample structure and mechanics during the liquid penetration event. Contrary to liquid immersion techniques, an air-borne measurement allows studying partial wetting of paper. In addition, two optical methods were developed to reveal the liquid location in paper during wetting. The laser light through transmission method was developed to monitor the liquid location in partially wetted paper. The white light reflection method was primarily used to monitor the penetration of the liquid front in the thickness direction. In the latter experiment the paper was fully wetted. The main results of the thesis were: 1) Liquid penetration induced surface roughening was quantified by monitoring the ultrasound reflection from the paper surface. 2) Liquid penetration induced stiffness alteration in the ZD of paper could be followed by measuring the change in the ultrasound ZD resonance in paper. 3) Through transmitted light revealed the liquid location in the partially wetted paper. 4) Liquid movement in the ZD of the paper could be observed by light reflection. The results imply that the presented ultrasonic means can without contact measure the alteration of paper roughness and stiffness during liquid transport. These methods can help avoiding over engineering the paper which reduces raw material and energy consumption in paper manufacturing. The presented optical means can estimate paper specific wetting properties, such as liquid penetration speed, transport mechanisms and liquid location within the paper structure. In process monitoring, these methods allow process tuning and manufacturing of paper with engineered liquid transport characteristics. With such knowledge the paper behaviour during printing can be predicted. These findings provide new methods for paper printing, surface sizing, and paper coating research.

Dimensional Reduction Near the Deconfinement Transition

When ordinary nuclear matter is heated to a high temperature of ~ 10^12 K, it undergoes a deconfinement transition to a new phase, strongly interacting quark-gluon plasma. While the color charged fundamental constituents of the nuclei, the quarks and gluons, are at low temperatures permanently confined inside color neutral hadrons, in the plasma the color degrees of freedom become dominant over nuclear, rather than merely nucleonic, volumes. Quantum Chromodynamics (QCD) is the accepted theory of the strong interactions, and confines quarks and gluons inside hadrons. The theory was formulated in early seventies, but deriving first principles predictions from it still remains a challenge, and novel methods of studying it are needed. One such method is dimensional reduction, in which the high temperature dynamics of static observables of the full four-dimensional theory are described using a simpler three-dimensional effective theory, having only the static modes of the various fields as its degrees of freedom. A perturbatively constructed effective theory is known to provide a good description of the plasma at high temperatures, where asymptotic freedom makes the gauge coupling small. In addition to this, numerical lattice simulations have, however, shown that the perturbatively constructed theory gives a surprisingly good description of the plasma all the way down to temperatures a few times the transition temperature. Near the critical temperature, the effective theory, however, ceases to give a valid description of the physics, since it fails to respect the approximate center symmetry of the full theory. The symmetry plays a key role in the dynamics near the phase transition, and thus one expects that the regime of validity of the dimensionally reduced theories can be significantly extended towards the deconfinement transition by incorporating the center symmetry in them. In the introductory part of the thesis, the status of dimensionally reduced effective theories of high temperature QCD is reviewed, placing emphasis on the phase structure of the theories. In the first research paper included in the thesis, the non-perturbative input required in computing the g^6 term in the weak coupling expansion of the pressure of QCD is computed in the effective theory framework at an arbitrary number of colors. The two last papers on the other hand focus on the construction of the center-symmetric effective theories, and subsequently the first non-perturbative studies of these theories are presented. Non-perturbative lattice simulations of a center-symmetric effective theory for SU(2) Yang-Mills theory show --- in sharp contrast to the perturbative setup --- that the effective theory accommodates a phase transition in the correct universality class of the full theory. This transition is seen to take place at a value of the effective theory coupling constant that is consistent with the full theory coupling at the critical temperature.