Suomalaisten marjojen fenoliyhdisteet ja niiden stabiilisuus prosessoinnin ja säilytyksen aikana

Suomalaiset marjat sisältävät huomattavia määriä erilaisia fenoliyhdisteitä ja ne ovat siksi erinomaisia fenoliyhdisteiden lähteitä moniin muihin elintarvikkeisiin verrattuna. Fenoliyhdisteet ovat kasveissa syntyviä aineenvaihduntatuotteita, joilla on todettu olevan terveyden kannalta positiivia vaikutuksia. Ne antavat kasvikunnan tuotteille niiden tunnusomaisen värin sekä toimivat suoja-aineina taudinaiheuttajia vastaan. Erityisesti elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkateollisuus jalostavat marjoja erilaisiksi lopputuotteiksi. Fenoliyhdisteet tuovat näihin tuotteisiin hyödyllisiä terveysvaikutuksia ja ne voivat toimia niissä myös väripigmentteinä. Fenoliyhdisteet ovat kuitenkin suhteellisen epästabiileja yhdisteitä. On havaittu, että prosessointi- ja säilytystavat vaikuttavat huomattavasti niiden stabiilisuuteen ja hajoamiseen. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää fenoliyhdisteiden stabiilisuuteen vaikuttavia tekijöitä prosessoinnin ja säilytyksen aikana kirjallisuuden pohjalta. Tämän työn tulosten perusteella marjojen prosessointi kannattaa suorittaa mahdollisimman lyhyessä ajassa matalissa lämpötiloissa, sillä monet fenoliyhdisteistä eivät ole pitkään lämpöstabiileja. Säilytys kannattaa tehdä myös matalissa lämpötiloissa; pitkänä säilytysaikana pakastettuna. Korkea pH vaikuttaa usean fenoliyhdisteen hajoamiseen ja se saattaa aiheuttaa tuotteissa värinmuutoksia. Valo, hapen läsnäolo sekä erilaiset muut yhdisteet voivat vaikuttaa heikentävästi fenoliyhdisteiden stabiilisuuteen sekä prosessoinnin että säilytyksen aikana. Fenoliyhdisteiden stabiilisuus on hyvin rakennekohtaista ja siksi prosessoinnin ja säilytyksen tarkkojen vaikutusten yleistäminen kaikkiin fenoliyhdisteisiin on vaikeaa.

Stabilization of Phospholipid Coatings in Capillary Electrophoresis

The development of a simple method of coating a semi-permanent phospholipid layer onto a capillary for electrochromatography use was the focus of this study. The work involved finding good coating conditions, stabilizing the phospholipid coating, and examining the effect of adding divalent cations, cetyltrimethylammonium bromide, and polyethylene glycol (PEG)-lipids on the stability of the coating. Since a further purpose was to move toward more biological membrane coatings, the capillaries were also coated with cholesterol-containing liposomes and liposomes of red blood cell ghost lipids. Liposomes were prepared by extrusion, and large unilamellar vesicles with a diameter of about 100 nm were obtained. Zwitterionic phosphatidylcholine (PC) was used as a basic component, mainly 1-palmitoyl-2-oleyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC) but also eggPC and 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC). Different amounts of sphingomyelin, bovine brain phosphatidylserine, and cholesterol were added to the PC. The stability of the coating in 40 mM N-(2-hydroxyethyl)piperazine-N’-(2-ethanesulfonic acid) (HEPES) solution at pH 7.4 was studied by measuring the electroosmotic flow and by separating neutral steroids, basic proteins, and low-molar-mass drugs. The presence of PC in the coating solution was found to be essential to achieving a coating. The stability of the coating was improved by the addition of negative phosphatidylserine, cholesterol, divalent cations, or PEGylated lipids, and by working in the gel-state region of the phospholipid. Study of the effect on the PC coating of divalent metal ions calcium, magnesium, and zinc showed a molar ratio of 1:3 PC/Ca2+ or PC/Mg2+ to give increased rigidity to the membrane and the best coating stability. The PEGylated lipids used in the study were sterically stabilized commercial lipids with covalently attached PEG chains. The vesicle size generally decreased when PEGylated lipids of higher molar mass were present in the vesicle. The predominance of discoidal micelles over liposomes increased PEG chain length and the average size of the vesicles thus decreased. In the capillary electrophoresis (CE) measurements a highly stable electroosmotic flow was achieved with 20% PEGylated lipid in the POPC coating dispersion, the best results being obtained for disteroyl PEG (3000) conjugates. The results suggest that smaller particles (discoidal micelles) result in tighter packing and better shielding of silanol groups on the silica wall. The effect of temperature on the coating stability was investigated by using DPPC liposomes at temperatures above (45 C) and below (25 C) the main phase transition temperature. Better results were obtained with DPPC in the more rigid gel state than in the fluid state: the electroosmotic flow was heavily suppressed and the PC coating was stabilized. Also dispersions of DPPC with 0−30 mol% of cholesterol and sphingomyelin in different ratios, which more closely resemble natural membranes, resulted in stable coatings. Finally, the CE measurements revealed that a stable coating is formed when capillaries are coated with liposomes of red blood cell ghost lipids.

Characterization of hydrophobin proteins at interfaces and in solutions using x rays

Hydrophobins are a group of particularly surface active proteins. The surface activity is demonstrated in the ready adsorption of hydrophobins to hydrophobic/hydrophilic interfaces such as the air/water interface. Adsorbed hydrophobins self-assemble into ordered films, lower the surface tension of water, and stabilize air bubbles and foams. Hydrophobin proteins originate from filamentous fungi. In the fungi the adsorbed hydrophobin films enable the growth of fungal aerial structures, form protective coatings and mediate the attachment of fungi to solid surfaces. This thesis focuses on hydrophobins HFBI, HFBII, and HFBIII from a rot fungus Trichoderma reesei. The self-assembled hydrophobin films were studied both at the air/water interface and on a solid substrate. In particular, using grazing-incidence x-ray diffraction and reflectivity, it was possible to characterize the hydrophobin films directly at the air/water interface. The in situ experiments yielded information on the arrangement of the protein molecules in the films. All the T. reesei hydrophobins were shown to self-assemble into highly crystalline, hexagonally ordered rafts. The thicknesses of these two-dimensional protein crystals were below 30 Å. Similar films were also obtained on silicon substrates. The adsorption of the proteins is likely to be driven by the hydrophobic effect, but the self-assembly into ordered films involves also specific protein-protein interactions. The protein-protein interactions lead to differences in the arrangement of the molecules in the HFBI, HFBII, and HFBIII protein films, as seen in the grazing-incidence x-ray diffraction data. The protein-protein interactions were further probed in solution using small-angle x-ray scattering. Both HFBI and HFBII were shown to form mainly tetramers in aqueous solution. By modifying the solution conditions and thereby the interactions, it was shown that the association was due to the hydrophobic effect. The stable tetrameric assemblies could tolerate heating and changes in pH. The stability of the structure facilitates the persistence of these secreted proteins in the soil.

Solubility and physical stability improvement of natiral xanthine derivatives

Use of natural xanthine derivates in medicine is complicated with their physical properties. Theobromine is poorly soluble while theophylline is highly sensitive to hydration. The aim of this study was to improve bioavailability of xanthines by co-crystallization, theophylline was also cocrystallized with carboxylic acids (capric, citric, glutaric, malenic, malonic, oxalic, stearic, succinic) and HPMC. Co-crystallization was performed by slow evaporation and ball milling. Physical stability was checked by wet granulation and water sorption methods, solubility was measured by intrinsic tablet dissolution. Theobromine formed co-crystal with other xanthines and theophylline interacted with all acids except stearic and HPMC, the latter showed alternative interactions based on hydrogen bonding. Hydration resistance was good in theophylline:succinic acid co-crystal and excellent in complexes containing capric, stearic acids and HPMC. Theophylline:HPMC showed improved solubility. The reported approach can promote use of xanthines and can be recommended for other compounds with similar problems.

Eri maitohappobakteerien ja niiden annostustason vaikutus säilörehun käymislaatuun ja aerobiseen stabiilisuuteen

Tämän maisterin tutkielman tarkoituksena oli testata eri maitohappobakteerien ja niiden annostustason vaikutusta säilörehun käymislaatuun ja aerobiseen stabiilisuuteen. Biologisilla säilöntäaineilla eli ympeillä säilöttyjen rehujen laatua verrattiin kontrolleina toimiviin painorehuun ja muurahaishapolla tehtyyn rehuun. Koerehut tehtiin Helsingin yliopiston Maataloustieteiden laitoksella 7.6.2010. Timotei (Phleum pratense) - nurminata (Festuca pratensis) kasvusto korjattiin tähkimisen alkuvaiheessa D-arvon ollessa 711 g/kg ka. Nurmikasvuston kuiva-ainepitoisuus oli 170 g/kg heti niiton jälkeen määritettäessä ja neljän tunnin esikuivauksen jälkeen 208 g/kg. Rehuraaka-aine jaettiin kuuteen erään, joihin lisättiin säilöntäaine. Säilöntäainekäsittelyt olivat: 1) ei säilöntäainetta (painorehu), 2) muurahaishappo (100 %:na 4 l/t), 3) Lactobacillus plantarum ja Pediococcus acidilactici 1x10? pmy/g sekä pektinaasi-, ksylanaasi- ja sellulaasientsyymi, 4) L. plantarum 1x10? pmy/g, 5) L. plantarum 1x10? pmy/g ja 6) L. plantarum ja L. buchneri 2x10? pmy/g. Rehut säilöttiin laboratoriosiiloissa kolmena rinnakkaisena. Laboratoriosiilojen lisäksi rehua säilöttiin jokaisesta säilöntäainekäsittelystä kuuteen rinnakkaiseen minisiiloon säilönnän alkuajan fermentaation ja rehujen pH:n muutoksen seuraamiseksi. Minisiiloista seurattiin kaasuntuotantoa 21 päivän ajan. Raaka-aineen koostumus ja rehujen säilönnällinen laatu sekä aerobinen stabiilisuus määritettiin. Säilörehujen kuiva-ainepitoisuus oli suhteellisen pieni (n. 210 g/kg), jotta voitiin testata biologisten säilöntäaineiden tehoa märässä rehussa. Kosteassa rehussa biologisten säilöntäaineiden toiminnan onnistuminen on haastavaa. Koska raaka-aineen sokeripitoisuus oli kuitenkin erittäin suuri (196 g/kg ka), onnistui ymppirehujen säilöntä hyvin. Kaikkien koerehujen pH oli alle 4:n. Painorehu ei täyttänyt hyvän rehun kriteerejä ammoniumtypen osalta. Muurahaishapporehu oli laadultaan tyydyttävää etikkahapon pitoisuuden osalta. Rehussa tapahtui epätyypillistä etanolikäymistä hiivojen toimesta, jonka johdosta rehussa muodostui suuri määrä kaasua säilönnän aikana. Muurahaishapporehu ei kuitenkaan lämmennyt aerobisen stabiilisuuden mittauksen aikana, johtuen todennäköisesti suuresta etikkahapon määrästä ja toisaalta pienestä sokerin määrästä. Maitohappobakteerisäilöntäaineilla saatiin käymislaadultaan parempaa säilörehua verrattuna painorehuun, lukuun ottamatta maitohappobakteeri-entsyymirehua. Entsyymilisäyksestä ei todennäköisesti ollut hyötyä rehun säilöntälaadun kannalta. Raaka-aineen suuren sokeripitoisuuden johdosta säilörehussa oli koko säilönnän ajan tarpeeksi sokeria maitohappobakteerien käytettäväksi ja sokeri toimi siten substraattina haitallisille mikrobeille tuottaen suuren etikkahappopitoisuuden. Maitohappobakteeri-entsyymiseoksella tehty rehu oli etikkahappopitoisuuden perusteella heikkolaatuista. Lactobacillus plantarumin molemmilla annostustasoilla (1x10? ja 1x10? pmy/g rehua) saatiin laadultaan hyvää rehua. Suuri sokeripitoisuus molemmissa rehuissa johtui todennäköisesti raaka-aineen tavallista suuremmasta sokerin määrästä. Molempien rehujen maitohappo-etikkahappo-suhde oli melko korkea, viitaten homofermentatiiviseen maitohappokäymiseen. Lactobacillus buchneri –lisäyksellä rehu oli säilönnälliseltä laadultaan hyvää. Heterofermentatiivisen ympin lisäys nosti tyypillisesti rehun pH:ta sekä pienensi maitohappoetikkahappo-suhdelukua verrattuna homofermentatiiviseen ymppiin. L. buchneri –lisäys paransi hieman säilörehun aerobista stabiilisuutta verrattuna homofermentatiivisella maitohappobakteerilla säilöttyyn rehuun, mutta tulos ei ollut tilastollisesti merkitsevä.