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.

Sydämen hypertrofian ja kroonisen vajaatoiminnan farmakologinen hoito

Sydämen krooninen vajaatoiminta on merkittävä maailmanlaajuinen ongelma. Se on erilaisten sydän- ja verisuonisairauksien aiheuttama monimuotoinen oireyhtymä. Sydämen vasemman kammion hypertrofia eli sydämen seinämien paksuuntuminen on yksi keskeinen tekijä, joka voi olla sydämen vajaatoiminnan taustalla. Kohonnut verenpaine on yleisin syy, joka johtaa sydänlihaksen paksuuntumiseen. Tämä johtaa sydämen pumppaustoiminnan häiriintymiseen, erilaisten neurohormonaalisten mekanismien aktivaatioon ja edelleen sydämen vajaatoimintaan. Sydämen vajaatoiminnan neurohormonaalisista mekanismeista tärkeimmät ovat reniini-angiotensiini-aldosteroni-järjestelmän ja sympaattisen hermoston aktivaatio, sydämen rakenteiden uudelleenmuovautuminen, sydänlihassolujen apoptoosi ja systeeminen tulehdustila. Sydämen hypertrofiaa ja sen syntymistä pyritään estämään kohonneen verenpaineen lääkehoidolla. Reniini-angiotensiini-aldosteronijärjestelmällä on keskeinen merkitys sydämen vajaatoiminnassa. Sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavista lääkeaineista angiotensiinikonvertasin estäjät (ACEestäjät) ovat säilyttäneet johtoasemansa jo vuosikymmenten ajan. Angiotensiinireseptoreiden salpaajien (AT1-salpaajien) odotettiin syrjäyttävän ACE-estäjät sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta toistaiseksi niitä pidetään vain vaihtoehtoisina lääkkeinä. Sympaattisen hermoston aktivaatiota vähentävät β-salpaajat ovat vakiinnuttaneet asemansa toiseksi tärkeimpänä lääkeryhmänä. Diureetit ovat paljon käytetty lääkeaineryhmä sydämen vajaatoiminnan hoidossa, mutta niistä ainoastaan aldosteroniantagonisteilla on tutkitusti ennustetta parantavaa vaikutusta. Kroonisen vajaatoiminnan hoidossa käytetään edelleen myös digoksiinia. Tulevaisuudessa sydämen vajaatoiminnan ennusteeseen vaikuttavia lääkeaineita voivat olla reniinin estäjät, neutraaliendopeptidaasin estäjät, vasopressiinin antagonistit tai inflammatroisiin sytokiineihin vaikuttavat molekyylit. Erikoistyön kokeellisessa osiossa tarkoituksena oli tutkia sydämen hypertrofian kehittymistä vatsa-aortta kuristetuilla rotilla ja kalsiumherkistäjä levosimendaanin sekä AT1-salpaaja valsartaanin vaikutuksia hypertrofian kehittymiseen. Kokeellisessa osiossa arvioitiin myös sydämen hypertrofian ja vajaatoiminnan jyrsijämallina käytetyn vatsa-aortan kuristuksen (koarktaation) toimivuutta ja vaikutuksia ultraäänen avulla määritettyihin kardiovaskulaarisiin parametreihin. Vatsa-aortta kuristettiin munuaisvaltimoiden yläpuolelta. Kuristus saa aikaan verenpaineen kohoamisen ja sydämen työtaakan lisääntymisen. Pitkittyessään tila johtaa sydänlihaksen hypertrofiaan ja vajaatoimintaan. 64 eläintä jaettiin ryhmiin, siten että jokaiseen ryhmään tuli kahdeksan eläintä. Ryhmistä kolmelle annettiin lääkeaineena levosimendaania kolmella eri päiväannoksella (0,01 mg/kg; 0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg) ja kolmelle valsartaania kolmella eri päiväannoksella (0,10 mg/kg; 1,00 mg/kg; 10,00 mg/kg) juomaveden mukana. Lääkitys aloitettiin leikkauksen jälkeen ja jatkettiin kahdeksan viikon ajan. Kardiovaskulaariset parametrit, kuten isovolumetrinen relaksaatioaika (IVRT), vasemman kammion läpimitta systolessa ja diastolessa sekä seinämäpaksuudet, ejektiofraktio (EF), supistuvuusosuus (FS), minuuttitilavuus (CO) ja iskutilavuus (SV) määritettiin kahdeksan viikon kuluttua leikkauksesta ultraäänitutkimuksen avulla. Lisäksi määritettiin eläinten sydämen paino suhteessa ruumiin painoon. Tuloksia verrattiin ilman lääkehoitoa olleeseen koarktaatioryhmään. Eläinmallin toimivuutta arvioitiin vertaamalla koarktaatioryhmän tuloksia sham-operoidun ryhmän tuloksiin. Levosimendaanilla havaittiin työssä sydämen systolista toimintaa parantava vaikutus. Tämä näkyi tendenssinä parantaa ejektiofraktioita ja vasemman kammion supistuvuusosuuksia. Sydämen diastoliseen toimintaan ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Diastolista toimintaa arvioitiin isovolumetrisen relaksaatioajan muutoksilla. Sydämen hypertrofian kehittymiseen ei kummallakaan lääkeaineella ollut merkittävää vaikutusta. Eläinmallin todettiin mallintavan hyvin sydämen hypetrofiaa ihmisellä, mutta ei niinkään sydämen vajaatoimintaa.