Astringent Food Compounds and Their Interactions with Taste Properties

Astringency is traditionally thought to be induced by plant tannins in foods. Because of this current research concerning the mechanism of astringency is focused on tannin‐protein interactions and thus on precipitation, which may be perceived by mechanoreceptors. However, astringency is elicited by a wide range of different phenolic compounds, as well as, some non‐phenolic compounds in various foods. Many ellagitannins or smaller compounds that contribute to astringent properties do not interact with salivary proteins and may be directly perceived through some receptors. Generally, the higher degree of polymerization of proanthocyanidins can be associated with more intense astringency. However, the astringent properties of smaller phenolic compounds may not be directly predicted from the structure of a compound, although glycosylation has a significant role. The astringency of organic acids may be directly linked to the perception of sourness, and this increases along with decreasing pH. Astringency can be divided into different sub‐qualities, including even other qualities than traditional mouth‐drying, puckering or roughing sensations. Astringency is often accompanied by bitter or sour or both taste properties. The different sub‐qualities can be influenced by different astringent compounds. In general, the glycolysation of the phenolic compound results in more velvety and smooth mouthdrying astringency. Flavonol glycosides and other flavonoid compounds and ellagitannins contribute to this velvety mouthdrying astringency. Additionally, they often lack the bitter properties. Proanthocyanidins and phenolic acids elicit more puckering and roughing astringency with some additional bitter properties. Quercetin 3‐O‐rutinoside, along with other quercetin glycosides, is among the key astringent compounds in black tea and red currants. In foods, there are always various other additional attributes that are perceived at the same with astringency. Astringent compounds themselves may have other sensory characteristics, such as bitter or sour properties, or they may enhance or suppress other sensory properties. Components contributing to these other properties, such as sugars, may also have similar effects on astringent sensations. Food components eliciting sweetness or fattiness or some polymeric polysaccharides can be used to mask astringent subqualities. Astringency can generally be referred to as a negative contributor to the liking of various foods. On the other hand, perceptions of astringent properties can vary among individuals. Many genetic factors that influence perceptions of taste properties, such as variations in perceiving a bitter taste or variations in saliva, may also effect the perception of astringency. Individuals who are more sensitive to different sensations may notice the differences between astringent properties more clearly. This may not have effects on the overall perception of astringency. However, in many cases, the liking of astringent foods may need to be learned by repetitive exposure. Astringency is often among the key sensory properties forming the unique overall flavour of certain foods, and therefore it also influences whether or not a food is liked. In many cases, astringency may be an important sub‐property suppressed by other more abundant sensory properties, but it may still have a significant contribution to the overall flavour and thus consumer preferences. The results of the practical work of this thesis show that the astringent phenolic compounds are mostly located in the skin fractions of black currants, crowberries and bilberries (publications I–III). The skin fractions themselves are rather tasteless. However, the astringent phenolic compounds can be efficiently removed from these skin fractions by consecutive ethanol extractions. Berries contain a wide range of different flavonol glycosides, hydroxycinnamic acid derivatives and anthocyanins and some of them strongly contribute to the different astringent and bitterness properties. Sweetness and sourness are located in the juice fractions along with the majority of sugars and fruit acids. The sweet and sour properties of the juice may be used to mask the astringent and bitterness properties of the extracts. Enzymatic treatments increase the astringent properties and fermented flavour of the black currant juice and decrease sweetness and freshness due to the effects on chemical compositions (IV). Sourness and sweetness are positive contributors to the liking of crowberry and bilberry fractions, whereas bitterness is more negative (V). Some astringent properties in berries are clearly negative factors, whereas some may be more positive. The liking of berries is strongly influenced by various consumer background factors, such as motives and health concerns. The liking of berries and berry fractions may also be affected by genetic factors, such as variations in the gene hTAS2R38, which codes bitter taste receptors (V).

Fractionation of Hen Egg and Oat Lipids with supercritical Fluids Chemical and functional Properties of Fractions

Hen eggs and oats (Avena Sativa) are important materials for the food industry. Today, instead of merely satisfying the feeling of hunger, consumers are asking for healthier, biologically active and environmentally friendly products. The growing awareness of consumers’ increasing demands presents a great challenge to the food industry to develop more sustainable products and utilise modern and effective techniques. The modification of yolk fatty acid composition by means of feed supplements is well understood. Egg yolk phospholipids are polar lipids and are used in several applications including food, cosmetics, pharmaceuticals, and special nutrients. Egg yolk phospholipids are excellent emulsifiers, typically sold as mixtures of phospholipids, triacylglycerols, and cholesterol. However, highly purified and characterised phospholipids are needed in several sophisticated applications. Industrial fractionation of phospholipids is usually based on organic solvents. With these fractionation techniques, some harmful residues of organic solvents may cause problems in further processing. The objective of the present study was to investigate the methods to improve the functional properties of eggs, to develop techniques to isolate the fractions responsible for the specific functional properties of egg yolk lipids, and to apply the developed techniques to plant-based materials, too. Fractionation techniques based on supercritical fluids were utilised for the separation of the lipid fractions of eggs and oats. The chemical and functional characterisation of the fractions were performed, and the produced oat polar lipid fractions were tested as protective barrier in encapsulation processes. Modifying the fatty acid compositions of egg yolks with different types of oil supplements in feed had no affect on their functional or sensory properties. Based on the results of functional and sensory analysis, it is evident that eggs with modified fatty acid compositions are usable in several industrial applications. These applications include liquid egg yolk products used in mayonnaise and salad dressings. Egg yolk powders were utilised in different kinds of fractionation processes. The precipitation method developed in this study resembles the supercritical anti-solvent method, which is typically used in the pharmaceutical industry. With pilot scale supercritical fluid processes, non-polar lipids and polar lipids were successfully separated from commercially produced egg yolk powder and oat flakes. The egg and oat-based polar lipid fractions showed high purities, and the corresponding delipidated fractions produced using supercritical techniques offer interesting starting materials for the further production of bioactive compounds. The oat polar lipid fraction contained especially digalactosyadiacylglycerol, which was shown to have valuable functional properties in the encapsulation of probiotics.

Effects of composite casein and [beta]-lactoglobulin genotypes on renneting properties and composition of bovine milk by assuming an animal model

Selostus: Kaseiinien yhdistelmägenotyyppien ja [beta]-laktoglobuliinin genotyyppien vaikutus maidon juoksettumisominaisuuksiin ja koostumukseen

The functional and biological properties of whey proteins : prospects for the development of functional foods

Selostus: Heraproteiinit terveysvaikutteisten elintarvikkeiden kehittämisessä

Yellow-flowered lucerne : properties and influence on performance and reproduction of ewes

Selostus: Sirppimailanen astutettavien uuhien ruokinnassa

Effect of milk coagulation properties of herd bulk milks on yield and composition of Emmental cheese

Selostus: Tankkimaidon juoksettumisominaisuuksien vaikutus Emmental-juuston määrään ja koostumukseen

Preparation, properties and applications of wheat gluten edible films

Selostus: Syötävien gluteenikalvojen valmistus, ominaisuudt ja eräät käyttösovellukset

Micronization of Pharmaceuticals and Food Ingredients using Supercritical Fluid Techniques

Micronization techniques based on supercritical fluids (SCFs) are promising for the production of particles with controlled size and distribution. The interest of the pharmaceutical field in the development of SCF techniques is increasing due to the need for clean processes, reduced consumption of energy, and to their several possible applications. The food field is still far from the application of SCF micronization techniques, but there is increasing interest mainly for the processing of products with high added value. The aim of this study is to use SCF micronization techniques for the production of particles of pharmaceuticals and food ingredients with controlled particle size and morphology, and to look at their production on semi-industrial scale. The results obtained are also used to understand the processes from the perspective of broader application within the pharmaceutical and food industries. Certain pharmaceuticals, a biopolymer and a food ingredient have been tested using supercritical antisolvent micronization (SAS) or supercritical assisted atomization (SAA) techniques. The reproducibility of the SAS technique has been studied using physically different apparatuses and on both laboratory and semi-industrial scale. Moreover, a comparison between semi-continuous and batch mode has been performed. The behaviour of the system during the SAS process has been observed using a windowed precipitation vessel. The micronized powders have been characterized by particle size and distribution, morphology and crystallinity. Several analyses have been performed to verify if the SCF process modified the structure of the compound or caused degradation or contamination of the product. The different powder morphologies obtained have been linked to the position of the process operating point with respect to the vapour-liquid equilibrium (VLE) of the systems studied, that is, mainly to the position of the mixture critical point (MCP) of the mixture. Spherical micro, submicro- and nanoparticles, expanded microparticles (balloons) and crystals were obtained by SAS. The obtained particles were amorphous or with different degrees of crystallinity and, in some cases, had different pseudo-polymorphic or polymorphic forms. A compound that could not be processed using SAS was micronized by SAA, and amorphous particles were obtained, stable in vials at room temperature. The SCF micronization techniques studied proved to be effective and versatile for the production of particles for several uses. Furthermore, the findings of this study and the acquired knowledge of the proposed processes can allow a more conscious application of SCF techniques to obtain products with the desired characteristics and enable the use of their principles for broader applications.

Anther culture properties of oat x wild red oat progenies and a search for RAPD markers associated with anther culture ability

Selostus: Ponsiviljeltävyys ja siihen liittyvät geenimerkit peltokauran ja susikauran risteytysjälkeläisissä

Factors affecting tightness of package

Työn tarkoituksena oli tutkia kartonkipohjaisten pakkausmateriaalien läpäisyominaisuuksia sekä pakkausten tiiveyteen vaikuttavia tekijöitä. Työssä verrattiin skaivatun ja skaivaamattoman raakareunan sekä tölkkien pohjaratkaisujen ominaisuuksia vesihöyryn- ja hapen läpäisevyydessä, kun käytetty kartonki oli molemmin puolin polymeeripäällystetty. Tiiveysominaisuuksia tutkittiin myös vuotomittauksin, värjäyksin ja elektronimikroskoopilla. Kuivan elintarvikkeen säilytystestillä ja kilpailijapakkausanalyyseillä oli tarkoituksena myös saada selville eri pakkausmateriaalien ja pakkauksien läpäisevyys- ja tiiveysominaisuuksia. Pakkauksen saumoilla oli yhtä suuri tai suurempi vaikutus vesihöyryn läpäisyssä kuin itse materiaalilla, kun pakkaus oli molemmin puolin polymeeripäällystetty kartonkikuppi. Skaivatun sauman vesihöyrynläpäisy oli vain 4-10 % pienempi kuin raakareunallisen sauman. Pakkauksen ulkopuolisten raakareunojen suojaaminen pienensi vesihöyrynläpäisevyyttä 30 %. Kun pakkauksen sisäpuolen raaka-reuna oli suojattu teipillä, saumoilla ei ollut niin suurta vaikutusta vesihöyryn läpäisyyn verrattuna materiaaliin. Raakareunan määrällä tölkin pohjassa tai pienillä vuodoilla tölkin saumoissa ei ollut merkitystä vesihöyryn läpäisyyn. Hapenläpäisyssä oli tärkeää ehyt barrierkerros. Polymeerisen barrierkerroksen reiät ja sauman skaivaus vaikuttivat enemmän kuin vesihöyryn läpäisyssä. Mitä enemmän tölkin pohjassa oli raakareunaa, sitä suurempi oli sen hapenläpäisy. Pakkauksen konvertointi, koneen säädöt ja lämmön kohdistus, ovat saattaneet aiheuttaa värjäyksellä havaitut barrierkerroksen mikroreiät. Kaupalliset kuiva-ainepakkaukset sisälsivät pääasiassa alumiinilaminaatin vesihöyryn, hapen ja valon suojana, kun tuotteena oli maitojauhetta ja rasvaa sisältävä elintarvike. Kuitenkin, jos pakkausmateriaali sisälsi vain ohuen sumutetun alumiinikerroksen, sen barrieriominaisuus ei ollut yhtä hyvä kuin alumiinilaminaatin. Äidinmaidonkorvikkeen säilytystestissä seurattiin eri analyysein tuotteen laatua kolmen kuukauden säilytyksen ajan. Pakkauksen vesihöyryn läpäisyominaisuus osoittautui tärkeimmäksi, sillä kosteuden vaikutus tuotteen laadun heikkenemisessä oli suurin. Hapen vaikutus on myös olennainen ja siten hyvä hapenestokerros sekä tiiveys ovat myös tärkeitä pakkauksen ominaisuuksia.

Chromatographic analysis of lignans supplemented in foods

Fytoestrogeenit ovat kasvimateriaalista peräisin olevia yhdisteitä, joilla on ihmisen estrogeeni-hormonin kaltaista aktiivisuutta. Fytoestrogeenit voidaan jakaa kolmeen pääryhmään, joista yksi merkittävä ryhmä on lignaanit. Lignaaneilla on todettu olevan antioxidatiivisia, antiviraalisia ja antibakteriaalisia ominaisuuksia. Niillä on todettu olevan myös positiivisia vaikutuksia hormoniperäisten syöpien ehkäisyssä. Näiden ominaisuuksien vuoksi lignaaneja pyritään hyödyntämään esimerkiksi aktiivisina ainesosina funktionaalisissa elintarvikkeissa. Tässä työssä tutkittiin lignaanin, hydroksimatairesinolin (HMRlignanTM) kemiallisia ominaisuuksia ja soveltuvuutta eri ruoka-aineisiin. Työn tarkoituksena oli selvittää ruoka-aineisiin lisätyn hydroksimatairesinolin kemiallista pysyvyyttä erilaisissa säilytys- ja prosessointioloissa sekä tutkia lignaanin liukoisuutta erilaisiin liuottimiin. Hydroksimatairesinolin analysoimiseksi ruoka-aineista käytettiin korkean erotuskyvyn omaavaa nestekromatografista menetelmää. Menetelmä validoitiin ennen varsinaista analysointia ICH-ohjeiston mukaisesti. Validoinnissa tutkittiin kromatografiamenetelmän spesifisyys, lineaarisuus, tarkkuus, oikeellisuus sekä detektointi- ja määritysrajat tutkittavalle lignaanille. Käytetty menetelmä soveltui hyvin lignaanin analysoimiseen ruoka-aineista. Hydroksimatairesinolin vesiliukoisuuden todettiin olevan noin 1 mg/ml. Tutkimukset osoittivat hydroksimatairesinolin olevan stabiili alle 50ºC:en lämpötiloissa. Korkeammissa lämpötiloissa hydroksimatairesinoli oli stabiili jauhemuodossa lisättynä.

Hermetic sealing of food packaging trays

Suojakaasupakkaaminen on lisääntynyt voimakkaasti viime vuosina elintarvikkeiden pakkaamisessa sillä pakkaamalla elintarvike suojakaasuun voidaan sen hyllyikää pidentää ilman säilöntäaineita. Tällainen pakkaaminen vaatii kuitenkin täysin kaasutiiviin pakkauksen, jonka kaasunläpäisevyys on myös alhainen. Yleisimmin käytetyt pakkausmateriaalit suojakaasupakkaamisessa ovat monikerroksiset muovimateriaalit, joissa yhdistyy monen eri muovin parhaimmat ominaisuudet. Yleisimmin käytettyjä muovilaatuja näissä monikerrosrakenteissa ovat PE, PET, PA ja EVOH polymeerit. Myös muita perinteisiä polymeerejä käytetään jonkin verran näissä rakenteissa. Uudemmat muovilaadut, kuten biohajoavat muovit, eivät ole vielä yleistyneet kaupallisessa käytössä pääasiallisesti niiden korkean hinnan vuoksi. Muovisten pakkausten korvaamista esimerkiksi muovipäällystetyillä kartonkipakkauksilla on viime vuosien aikana tutkittu enenevissä määrin. Muovipakkausten korvaamista helpommin kierrätettävillä ja mahdollisesti biohajoavilla materiaaleilla edistävät EU:n direktiivit, jotka käsittelevät pakkausjätteen käsittelyä. Kartonkivuokien saumaamista kaasutiiviisti tutkittiin myös tässä työssä. Tavoitteena oli löytää pakkaus, joka soveltuisi kanasuikaleiden pakkaamiseen suojakaasuun. Kana on herkkä mikrobiologiselle hajoamiselle, minkä johdosta se tulee pakata suojakaasuun jossa happipitoisuuden tulee olla alle 1 % pakkauspäivästä viimeiseen käyttöpäivään saakka. Suorittamalla erilaisia tiiveystutkimuksia voitiin osoittaa, että kartonkivuoka on mahdollista saumata kaasutiiviisti luotettavalla tavalla. Tämä vaatii kuitenkin kartonkivuokien valmistuksen optimoimista päällystemuovikerroksen ja kartongin paksuuden mukaan sekä kannen saumaamista optimoiduilla saumausparametreilla. Tiivein vuoka saavutettiin muovifilmikannella, jonka saumaus perustui samaan muoviin kuin vuoan saumaus. Polyeteenillä saavutettiin tiivein ja kestävin saumaustulos.

Transmission properties of high barrier coated paperboard packages

High barrier materiaaleilla pyritään pidentämään pakattujen elintarvikkeiden hyllyikää. Barrierin tärkein tehtävä on elintarvikkeen suojaaminen hapelta ja kosteudelta. Alumiinin käyttöä barriermateriaalina pyritään vähentämään korvaamalla alumiini polymeereillä, jotka täyttävät elintarvikkeiden asettamat korkeat säilyvyysvaatimukset. Etyylivinyylialkoholin (EVOH) hapenläpäisevyys on kuivissa olosuhteissa alhaisin kaupallisista muovilaaduista. EVOH tarjoaa myös erinomaisen suojan muita kaasuja, rasvoja, hajuja ja aromeja vastaan ja sitä on helppo prosessoida. Polyamideilla on erinomainen kaasutiiveys sekä hyvä lujuus ja sitkeys. Eri muovilaatuja sekoittamalla voidaan vähentää hapenläpäisyä ja parantaa prosessointia. Polyolefiineja käytetään yleisesti päällystysmateriaaleina, koska ne suojaavat tuotetta erinomaisesti kosteudelta. Hapenläpäisyllä tarkoitetaan hapen kulkeutumista materiaalin läpi joko permeaation kautta tai reikien ja vuotojen läpi. Kaasun permeoitumiseen materiaalin läpi vaikuttavat materiaalin vapaa tilavuus, kiteisyysaste, orientaatio, substituointi, suhteellinen kosteus, lämpötila, barrierkerroksen paksuus, paine-ero ja permeoituvan molekyylin ominaisuudet. Kokeellisessa osassa analysoitiin ja vertailtiin kartonkipohjaisia mehutölkkejä, joissa käytettävät high barrier materiaalit olivat EVOH ja PA. Kartonkipohjaisia alumiinitölkkejä käytettiin referenssinä. Pakkausten hapenläpäisevyysmittauksissa saatiin samasta näytteestä toistettavia tuloksia, vaikka vuotomittauksissa saadut tulokset eivät olleet vertailukelpoisia hapenläpäisytulosten kanssa. Tölkkien valmistus vaikutti oleellisesti pakkausten tiiveysominaisuuksiin. Hapenläpäisy vuotojen ja reikien läpi oli merkittävämpää kuin hapenläpäisy materiaalin läpi. Pakkausten tiiveysominaisuuksia analysoitiin mittaamalla appelsiinimehun askorbiini-happopitoisuus. Askorbiinihapon hajoaminen mitattiin koetölkkeihin pakatusta appelsiinimehusta, ja lämpötilan, valon ja hapen vaikutusta askorbiinihapon hajoamiseen tutkittiin 12 viikon ajan. Lämpötilalla oli suurin vaikutus askorbiinihapon hajoamiseen huolimatta käytetystä pakkausmateriaalista.

Characterizing Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii JS and Lactobacillus rhamnosus LC705 as a new probiotic combination: basic properties of JS and pilot in vivo assessment of the combination

Characterizing Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii JS and Lactobacillus rhamnosus LC705 as a new probiotic combination: basic properties of JS and pilot in vivo assessment of the combination Each candidate probiotic strain has to have the documentation for the proper identification with current molecular tools, for the biological properties, for the safety aspects and for the health benefits in human trials if the intention is to apply the strain as health promoting culture in the commercial applications. No generalization based on species properties of an existing probiotic are valid for any novel strain, as strain specific differences appear e.g. in the resistance to GI tract conditions and in health promoting benefits (Madsen, 2006). The strain evaluation based on individual strain specific probiotic characteristics is therefore the first key action for the selection of the new probiotic candidate. The ultimate goal in the selection of the probiotic strain is to provide adequate amounts of active, living cells for the application and to guarantee that the cells are physiologically strong enough to survive and be biologically active in the adverse environmental conditions in the product and in GI tract of the host. The in vivo intervention studies are expensive and time consuming; therefore it is not rational to test all the possible candidates in vivo. Thus, the proper in vitro studies are helping to eliminate strains which are unlikely to perform well in vivo. The aims of this study were to characterize the strains of Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii JS and Lactobacillus rhamnosus LC705, both used for decades as cheese starter cultures, for their technological and possible probiotic functionality applied in a combined culture. The in vitro studies of Propionibacterium freudenreichii ssp. shermanii JS focused on the monitoring of the viability rates during the acid and bile treatments and on the safety aspects such as antibiotic susceptibility and adhesion. The studies with the combination of the strains JS and LC705 administered in fruit juices monitored the survival of the strains JS and LC705 during the GI transit and their effect on gut wellbeing properties measured as relief of constipation. In addition, safety parameters such as side effects and some peripheral immune parameters were assessed. Separately, the combination of P. freudenreichii ssp. shermanii JS and Lactobacillus rhamnosus LC705 was evaluated from the technological point of view as a bioprotective culture in fermented foods and wheat bread applications. In this study, the role ofP. freudenreichii ssp. shermanii JS as a candidate probiotic culture alone and in a combination with L. rhamnosus LC705 was demonstrated. Both strains were transiently recovered in high numbers in fecal samples of healthy adults during the consumption period. The good survival through the GI transit was proven for both strains with a recovery rate from 70 to 80% for the JS strain and from 40 to 60% for the LC705 strain from the daily dose of 10 log10 CFU. The good survival was shown from the consumption of fruit juices which do not provide similar matrix protection for the cells as milk based products. The strain JS did not pose