Nutrient allocation, accumulation and above-ground biomass in grey alder and hybrid alder plantations

Abstract

Berry polyphenol absorption and the effect of northern berries on metabolism, ectopic fat accumulation, and associated diseases

The prevalence of obesity and type 2 diabetes has increased at an alarming rate in developed countries. It seems in the light of current knowledge that metabolic syndrome may not develop at all without NAFLD, and NAFLD is estimated to be as common as metabolic syndrome in western population (23 % occurrence). Fat in the liver is called ectopic fat, which is triacylglycerols within the cells of non-adipose tissue. Serum alanine aminotransferase (ALT) values correlate positively with liver fat proportions, and increased activity of ALT predicts type 2 diabetes independently from obesity. Berries, high in natural bioactive compounds, have indicated the potential to reduce the risk of obesity-related diseases. Ectopic fat induces common endocrine excretion of adipose tissue resulting in the overproduction of inflammatory markers, which further induce insulin resistance by multiple mechanisms. Insulin resistance inducing hyperinsulinemia and lipolysis in adipocytes increases the concentration of free fatty acids and consequently causes further fat accumulation in hepatocytes. Polyphenolic fractions of berries have been shown to reverse inflammatory reaction cascades in in vitro and animal studies, and moreover to decrease ectopic fat accumulation. The aim of this thesis was to explore the role of northern berries in obesity-related diseases. The absorption and metabolism of selected berry polyphenols, flavonol glycosides and anthocyanins, was investigated in humans, and metabolites of the studied compounds were identified in plasma and urine samples (I, II). Further, the effects of berries on the risk factors of metabolic syndrome were studied in clinical intervention trials (III, IV), and the different fractions of sea buckthorn berry were tested for their ability to reduce postprandial glycemia and insulinemia after high-glucose meal in a postprandial study with humans (V). The marked impact of mixed berries on plasma ALT values (III), as well as indications of the positive effects of sea buckthorn, its fractions and bilberry on omental adiposity and adhesion molecules (IV) were observed. In study V, sea buckthorn and its polyphenol fractions had a promising effect on potprandial metabolism after high-glucose meal. In the literature review, the possible mechanisms behind the observed effects have been discussed with a special emphasis on ectopic fat accumulation. The literature review indicated that especially tannins and flavonoids have shown potential in suppressing diverse reaction cascades related to systemic inflammation, ectopic fat accumulation and insulin resistance development.

Catalytic transformations of fatty acid derivatives for food, oleochemicals and fuels over carbon supported platinum group metals

Växtoljor som utgör en förnybar naturresurs används som sådana eller i modifierade former i många industriella processer, som är av stor betydelse för vårt vardagliga liv. Växtoljor används i livsmedel, i kemiska och farmaceutiska produkter, i textilindustrin, för framställning av färgämnen och beläggningsmaterial samt som miljövänliga bränslekomponenter. Fetter och oljor hör till de äldsta kemiska komponenterna som utnyttjas av människan. De består huvudsakligen av glycerolestrar och fettsyror. Fetter och oljor har typiskt en kolkedja med kol-koldubbelbindningar samt karboxyl- och estergrupper, som kan genom hydrering eller dekarboxylering konverteras till nyttiga och miljövänliga produkter med hjälp av ädelmetallkatalysatorer. Aktivt kol (C) används som bärare på katalysatorerna. Väteaddition, d.v.s. hydrering av växtoljor har varit föremål för omfattande forskning i över hundra års tid. Hydreringen är en viktig process, för den tillämpas på produktion av fetter och margarin. Omättade fettsyror hydreras traditionellt på nickelbaserade heterogena katalysatorer. Samtidigt med en partiell hydrering av fettsyrorna och fettsyraestrarna som har två dubbelbindningar pågår också isomeringsreaktioner, vilka ger cis- och transisomerer av reaktantmolekylerna. Den största nackdelen med nickelkatalysatorerna är deras giftighet samt bildning av ohälsosamma transisomerer i reaktionsprodukterna. Dessutom deaktiveras nickelkatalysatorn snabbt p.g.a. att nickeltvålar bildas i reaktionsblandningen. Platinabaserade katalysatorer lider däremot inte av dessa begränsningar. Metaller i platinagruppen i det periodiska systemet studerades i detalj för att avslöja kinetiska effekter i hydreringen av cis-metyloleat. Palladium, rutenium, rhodium, platina och iridium användes som katalytiska metaller. Metallhalten på aktivkolbärare var 1 vikt-%. De olika platinametallerna undersöktes för att kartlägga konkurrerande hydrerings- och isomeringsrutter på metallerna. Det visade sig att metallerna i andra raden av det periodiska systemet (Ru, Rh, Pd) är aktivare i isomeringsprocesserna, medan metallerna i tredje raden (Ir, Pt) har en lägre aktivitet. Pd/C valdes bland platinametallerna, för att den är attraktiv ur ekonomisk synvinkel och den är mycket aktiv och selektiv, speciellt jämfört med nickel. Tyngdpunkten i arbetet var utvecklingen av en alternativ, palladiumbaserad hydreringsteknologi som skulle ersätta den traditionella teknologin som är baserad på användningen av nickelkatalysatorer. Palladiumbaserade katalysatorer kan återcirkuleras, de är aktivare och mera resistenta mot syror och de bildar mindre mängder av skadliga transisomerer. För att denna teknologi skall bli ekonomiskt hållbar och konkurrenskraftig, måste den basera sig på de bästa möjliga katalysatorerna, vilket innebär att en optimal kombination av hög aktivitet och selektivitet samt en lång livstid för katalysatorn krävs. Därför inkluderades teknologiska aspekter kraftigt i forskningen. Mycket arbete satsades på design av palladium på en mesoporös kolbärare och undersökning av korrelationerna mellan katalysatorns egenskaper och dess aktivitet i isomeriseringsreaktionerna och i hydreringen av kol-koldubbelbindningarna i reaktantmolekylen. Katalysatorerna karakteriserades med många fysikaliska och kemiska metoder (transmissionselektronmikroskopi (TEM), röntgendiffraktion (XRD), röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), temperaturprogrammerad reduktion (TPR), temperaturprogrammerad desorption (TPD) av kolmonoxid, kemisorption av kolmonoxid, fysisorption av kväve). Temperaturens, vätetryckets och katalysatorkoncentrationens inverkan på fettsyra- och isomersammansättningen hos de hydrerade oljorna bestämdes under kinetiska betingelser, i frånvaro av massöverföringseffekter. Syreavspjälkning genom fullständig dekarboxylering av karboxylgruppen i fettsyramolekylen är det hittills bästa sättet att framställa miljövänlig dieselolja, eftersom linjära paraffiner fås som reaktionsprodukter och en tillsats av dyr vätgas undviks. Deoxygeneringen undersöktes systematiskt på en Pd/C-katalysator (Sibunit) genom att använda mättade fettsyror C16-C20 och C22 som råvara. Produktmolekylen blev en dieselliknande kolvätemolekyl, med en kolatom färre än i utgångsmolekylen. Lika stora dekarboxyleringshastigheter observerades för rena, mättade fettsyror. En jämförelse av deoxygenereringshastigheterna för stearin-, olein- och linolsyra som råvara vid 300oC i närvaro av 1-volymprocent väte på mesoporös Pd/C (Sibunit) avslöjade att katalysatorns aktivitet och selektivitet ökade med en ökande mättningsgrad av reaktantmolekylen. Då stearinsyra användes som utgångsmolekyl, bestod huvudprodukterna av önskade C17-kolväten, medan mängden av aromatiska C17-komponenter ökade, då olein- och linolsyra användes som utgångsmolekyler. Katalysatordeaktiveringen var relativt påfallande vid deoxygeneringen av linolsyra så att endast 3% av fettsyrorna omsattes till produkter i 330 min. Deaktiveringen orsakades av aromatiska C17-komponenter samt av fettsyradimerer, som bildades via en Diels-Alderreaktion. Hydreringen av omättade fettsyror kan därför rekommenderas som ett primärt kemiskt steg i framställningen av miljövänliga dieselprodukter. Målet var också att öka förståelsen av palladiummetallernas roll i nanoskala, speciellt effekten av metallpartiklarna i katalytisk hydrering och deoxygenering. Pd/C-katalysatorer med lika stora halter av Pd syntetiserades och metallens dispersion på bärarmaterialet varierades systematiskt genom en kontrollerad uppväxt av palladiumnanopartiklar på aktiv kolbärare. Metalldispersionens effekt på hydrerings-hastigheten och cis-transförhållandet undersöktes i detalj. En optimal metalldispersion som gav den högsta dekarboxyleringshastigheten hittades. Massöverföringens inverkan på reaktionens hastighet studerades experimentellt och temperaturprogrammerad desorption av kolmonoxid från katalysatorytan undersöktes ingående. Hydrering av växtoljor genomfördes under satsvisa och kontinuerliga betingelser. Både finfördelat Pd/C och katalysatorgranulat användes i experimenten. Ett av målen med arbetet var uppskalningen av hydreringsprocesserna. Med tanke på stora produktionsvolymer var det logiskt att undersöka kontinuerliga hydrerings- och dekarboxyleringsteknologier. En kontinuerlig packad bäddreaktor studerades i laboratorieskala, vilket gav viktig information om katalysatorns långtidsstabilitet och deaktivering. Effekten av rena fettsyror och triglycerider som råvara samt metallpartikelstorleken och palladiumhalten studerades med hjälp av den kontinuerliga reaktorn. Produktionskapaciteten som erhölls med satsvis och kontinuerlig drift jämfördes. Dekarboxyleringen av stearinsyra undersöktes också i en kontinuerlig packad bädd. Omsättningsgraden blev 15% för en stabil katalysator.

Aqueous-phase reforming of renewables for selective hydrogen production in the presence of supported platinum catalysts

The evolution of our society is impossible without a constant progress in life-important areas such as chemical engineering and technology. Innovation, creativity and technology are three main components driving the progress of chemistry further towards a sustainable society. Biomass, being an attractive renewable feedstock for production of fine chemicals, energy-rich materials and even transportation fuels, captures progressively new positions in the area of chemical technology. Knowledge of heterogeneous catalysis and chemical technology applied to transformation of biomass-derived substances will open doors for a sustainable economy and facilitates the discovery of novel environmentally-benign processes which probably will replace existing technologies in the era of biorefinary. Aqueous-phase reforming (APR) is regarded as a promising technology for production of hydrogen and liquids fuels from biomass-derived substances such as C3-C6 polyols. In the present work, aqueous-phase reforming of glycerol, xylitol and sorbitol was investigated in the presence of supported Pt catalysts. The catalysts were deposited on different support materials, including Al2O3, TiO2 and carbons. Catalytic measurements were performed in a laboratory-scale continuous fixedbed reactor. An advanced analytical approach was developed in order to identify reaction products and reaction intermediates in the APR of polyols. The influence of the substrate structure on the product formation and selectivity in the APR reaction was also investigated, showing that the yields of the desired products varied depending on the substrate chain length. Additionally, the influence of bioethanol additive in the APR of glycerol and sorbitol was studied. A reaction network was advanced explaining the formation of products and key intermediates. The structure sensitivity in the aqueous-phase reforming reaction was demonstrated using a series of platinum catalysts supported on carbon with different Pt cluster sizes in the continuous fixed-bed reactor. Furthermore, a correlation between texture physico-chemical properties of the catalysts and catalytic data was established. The effect of the second metal (Re, Cu) addition to Pt catalysts was investigated in the APR of xylitol showing a superior hydrocarbon formation on PtRe bimetallic catalysts compared to monometallic Pt. On the basis of the experimental data obtained, mathematical modeling of the reaction kinetics was performed. The developed model was proven to successfully describe experimental data on APR of sorbitol with good accuracy.

The accumulation of financial and social capital as a means to achieve a sustained competitive advantage for consumer co-operatives

By so far, scholars have discussed how the characteristics of consumer co-operatives (cooperative principles, values and the dual role of members as the users and owners) can potentially give them a competitive advantage over investor-owned firms (IOFs). In addition, concern for the community (as partly derived from locality and regionality) has been seen as a potential source of success for consumer co-operatives. On the other hand, the geographicbound purpose of consumer co-operation causes that consumer co-operative can be regarded as a challenging company form to manage. This is because, according to the purpose of consumer co-operation, co-operatives are obligated to 1) provide the owners with services and goods that are needed and do so at more affordable prices than their competitors do and/or 2) to operate in areas in which competitors do not want to operate (for example, because of the low profitability in certain area of business or region). Thus, consumer co-operatives have to operate very efficiently in order to execute this geographic-bound corporate purpose (e.g. they cannot withdraw from the competition during the declining stages of business). However, this efficiency cannot be achieved by any means; as the acceptance from the important regional stakeholders is the basic operational precondition and lifeline in the long run. Thereby, the central question for the survival and success of consumer co-operatives is; how should the consumer co-operatives execute its corporate purpose so it can be the best alternative to its members in the long run? This question has remained unanswered and lack empirical evidence in the previous studies on the strategic management of consumer cooperation. In more detail, scholars have not yet empirically investigated the question: How can consumer co-operatives use financial and social capital to achieve a sustained competitive advantage? It is this research gap that this doctoral dissertation aims to fulfil. This doctoral dissertation aims to answer the above questions by combining and utilizing interview data from S Group co-operatives and the central organizations in S Group´s network (overall, 33 interviews were gathered), archival material and 56 published media articles/reports. The study is based on a qualitative case study approach that is aimed at theory development, not theory verification (as the theory is considered as nascent in this field of study). Firstly, the findings of this study indicate that consumer co-operatives accumulate financial capital; 1) by making profit (to invest and grow) and 2) by utilizing a network-based organizational structure (local supply chain economies). As a result of financial capital accumulation, consumer co-operatives are able to achieve efficiency gains but also remain local. In addition, a strong financial capital base increases consumer co-operatives´ independence, competitiveness and their ability to participate in regional development (which is in accordance with their geographically bound corporate purpose). Secondly, consumer cooperatives accumulate social capital through informal networking (with important regional stakeholders), corporate social responsibility (CSR) behaviour and CSR reporting, pursuing common good, and interacting and identity sharing. As a result of social capital accumulation, consumer co-operatives are able to obtain the resources for managing; 1) institutional dependencies and 2) customer relations. By accumulating both social and financial capital through the above presented actions, consumer co-operatives are able to achieve sustained competitive advantage. Finally, this thesis provides useful ideas and new knowledge for cooperative managers concerning why and how consumer co-operatives should accumulate financial and social capital (to achieve sustained competitive advantage), while aligning with their corporate purpose.