Maatalous- metsätieteellinen tiedekunta

 

Uusimmat julkaisut

  • Cairns, Johannes (Helsingin yliopisto, 2018)
    Antibiootteja esiintyy eri ympäristöissä usein niin alhaisina pitoisuuksina, etteivät ne estä edes niille herkkien bakteerien kasvua. Tällaisetkin pitoisuudet voivat kuitenkin tuottaa valintapainetta, jolloin antibiooteille vastustuskykyä aiheuttavat kromosomaaliset mutaatiot tai liikkuvat geneettiset elementit, kuten konjugatiiviset plasmidit, lisääntyvät bakteeripopulaatiossa. Vielä ei tiedetä, päteekö tämä bakteerien tyypillisissä elinympäristöissä, joissa bakteerit ovat osa monilajisia yhteisöjä ja vuorovaikutuksessa virusten sekä alkueläinsaalistajien kanssa. Tällaisissa olosuhteissa valintapaine voi kohdistua myös muihin bakteerin ominaisuuksiin, mikä voi häiritä antibioottiresistenssievoluutiota. Tässä työssä tutkittiin alhaisten antibioottipitoisuuksien ja ekologisten vuorovaikutusten yhteisvaikutusta antibioottiresistenssievoluutioon. Työ koostuu neljästä osatutkimuksesta. Ensimmäisessä ja toisessa osatutkimuksessa tarkasteltiin antibiootti- ja virusresistenssin evoluutiota bakteerin ilmiasussa tai perimässä altistamalla bakteeri joko antibiootille tai virukselle tai molemmille. Kolmannessa osatutkimuksessa tarkasteltiin antibiootin ja alkueläinsaalistuksen vaikutusta konjugatiivisen antibioottiresistenssiplasmidin leviämiseen ja säilymiseen bakteeripopulaatiossa. Neljännessä osatutkimuksessa tarkasteltiin alhaisen antibioottipitoisuuden, alkueläinsaalistuksen ja avaruudellisen rakenteen vaikutusta yhteisörakenteeseen sekä konjugatiivisen plasmidin leviämiseen monilajisessa bakteeriyhteisössä. Tutkimuksessa havaittiin, että alhaiset antibioottipitoisuudet lisäsivät antibioottiresistenssiä bakteeripopulaatiossa myös ekologisten vuorovaikutusten alaisuudessa. Lisäksi alkueläinsaalistus edisti resistenssiplasmidin leviämistä ja säilymistä bakteeripopulaatiossa antibiootista riippumatta. Tämä osoittaa, että myös muut ekologiset tekijät kuin antibiootit voivat olla merkityksellisiä antibioottiresistenssigeenien liikkuvuuden kannalta. Monilajisessa bakteeriyhteisössä matala antibioottipitoisuus muutti yhteisön rakennetta, monimuotoisuutta ja plasmidin vastaanottavia kantoja. Myös alkueläinsaalistus ja avaruudellinen rakenne muuttivat näitä tekijöitä vähintään yhtä voimakkaasti. Koska matalan antibioottipitoisuuden vaikutus yhteisöön voi olla samaa suuruusluokkaa tai pienempi kuin keskeisten ekologisten tekijöiden, tieto pelkästään antibiootista ei välttämättä riitä ennustamaan muutosta yhteisön koostumuksessa tai monimuotoisuudessa.
  • Samad, Samia (Helsingin yliopisto, 2018)
    Unlike annual plants, perennials have repeated cycling between the vegetative and generative stages. Studying the balance between these two phases would enable breeders to produce higher quality crops. The woodland strawberry is used as a model to study developmental patterns in perennials because it has a wide geographical distribution, a small sequenced genome, and a number of available natural mutants, which provide excellent resources for physiological, molecular and genetic studies. This thesis investigated the genetic and environmental coordination of shoot apical meristem (SAM) and axillary meristem (AXM) fates in woodland strawberry. In woodland strawberry, SAM forms an inflorescence after flower induction, whereas AXMs can differentiate either into runners or branch crowns that are able to form additional inflorescences. Genetic mapping and the experiments using transgenic lines and natural accessions with contrasting environmental responses showed that a number of genes regulated the balance between vegetative and generative development in woodland strawberry. In general, cool temperature or short days (SD) induced flowering and promoted AXM differentiation to branch crowns, while warm temperature and long days (LD) promoted runner formation. High levels of FvTERMINAL FLOWER1 (FvTFL1) expression in FvTFL1 overexpression lines and NOR1 accession inhibited flowering at temperatures of 10-22°C in both SD and LD, but the environmental control of AXM fate was not affected in these plants indicating that environment influenced AXM differentiation irrespective of flowering. In the seasonal flowering genotype, FvSUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS1 (FvSOC1) was observed to quantitatively increase runner formation. The photoperiodic control of flowering and AXM fate was studied in more detail using FvCONSTANS (FvCO) and FvFLOWERING LOCUS T1 (FvFT1) transgenic lines. These studies showed that FvCO controls the expression of FvFT1, and they both have a major role in the control of the balance between the vegetative and generative development in SD and LD. Genetic mapping studies under differing environments identified five QTLs that, together, explained about half of the observed flowering time variance in the mapping population, and two additional QTLs were identified for the number of branch crowns explaining about 20% of variance. The flowering time QTL on LG6 colocalized with FvTFL1, and one of the QTL regions on LG4 that controlled both flowering time and AXM fate was close to the PFRU, a previously identified locus in the commercial strawberry. Among the previously unknown loci, two flowering time QTLs on LG7 colocalized with putative flowering time genes FvEARLY FLOWERING 6 (FvELF6) and FvCENTRORADIALIS1 (FvCEN1), a homolog of FvTFL1. Furthermore, a gene encoding TCP transcription factor and a homolog of DORMANCY ASSOCIATED MADS BOX (DAM) were identified as candidate genes in QTL regions controlling AXM fate on LG4 and LG5, respectively. This study shed new light into the genetic and environmental control of AXM and SAM fates providing new means to control the balance between vegetative and generative reproduction under different environmental conditions.
  • Vepsäläinen, Henna (Helsingin yliopisto, 2018)
    Ruokatottumukset kehittyvät lapsuudessa ja voivat myös säilyä aikuisuuteen. Siksi lasten ja perheiden kannustaminen terveellisiin ruokatottumuksiin on tärkeää. Terveydenedistämisessä on perinteisesti keskitytty yksilöihin, mutta viime vuosikymmeninä huomio on kiinnittynyt yhä enemmän ympäristöihin. Ruokaympäristöllä tarkoitetaan ruokakäyttäytymiseen liittyviä fyysisiä, sosiaalisia, kulttuurisia, taloudellisia ja poliittisia ympäristötekijöitä. Ruokaympäristöllä on erityinen merkitys lapsille, sillä heidän ei voida ajatella olevan täysin vastuussa omista ruokavalinnoistaan. Lapsen elämässä merkittävimpiä ruokaympäristöjä ovat koti, päiväkoti ja koulu. On näyttöä siitä, että sekä vanhempien ruoankäyttö että kodin ruokasisustus – käytetyimmät ruokaympäristön mittarit – ovat johdonmukaisesti yhteydessä ruoankäyttöön lapsilla. Suurin osa tutkimuksista, jotka ovat selvittäneet vanhemman ja lapsen ruoankäytön samankaltaisuutta, on kuitenkin keskittynyt yksittäisen ruokaryhmän, kuten kasvisten ja hedelmien, käyttöön. Samoin ruokasisustusta on yleisimmin mitattu yksiulotteisesti yksittäisen ruokaryhmän tai terveellisten/epäterveellisten ruokien saatavuutena kotona. Lisäksi tutkimusten vasteina on useimmiten ollut ruoankäyttö ruokaryhmätasolla tai teoriapohjainen ruokavalioindeksi, vaikka aineistolähtöiset ruokavaliotyylit voisivat kuvata tutkittavien ruokavalioita totuudenmukaisemmin. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia kokonaisruokavalioon liittyviä sosiaalisia ja fyysisiä ympäristötekijöitä lapsilla. Tutkimuksen aineisto koostui kahdesta poikkileikkaustutkimuksesta. Julkaisuissa I ja II käytettiin aineistoa DAGIS-tutkimuksesta, joka tutki terveyskäyttäytymistä ja siihen liittyviä tekijöitä 66 suomalaisessa päiväkodissa. Tutkittavina oli 864 lasta 3–6-vuotiaiden ryhmistä. Lasten ja heidän vanhempiensa ruoankäyttöä mitattiin vanhempien täyttämällä ruokafrekvenssikyselyllä (FFQ, engl. food frequency questionnaire). Lisäksi vanhemmat raportoivat kodin ruokasisustuksesta sekä perheeseen liittyvistä sosiodemografisista tekijöistä. Julkaisussa III käytettiin aineistoa 12 maan ISCOLE-tutkimuksesta, joka tutki lihavuuteen liittyviä elintapoja ja ympäristötekijöitä 9–11-vuotiailla lapsilla. Analyyseissä oli mukana yhteensä 6560 lasta (54 % tyttöjä). Ruoankäyttöä mitattiin lasten täyttämällä FFQ:lla, ja lasten vanhemmat raportoivat kodin ruokasisustuksesta. Koulujen ruokasisustusta selvitettiin havainnoimalla kaikissa osallistuvissa kouluissa (n=256). Julkaisussa I tutkittiin vanhemman ja lapsen ruoankäytön samankaltaisuutta ja siihen liittyviä sosiodemografisia tekijöitä. Kokonaisruokavalion samankaltaisuuden määrittämiseen käytettiin uudenlaista tilastollista menetelmää, jossa sekä vanhemman että lapsen FFQ:n ruokarivit järjestettiin käyttötiheyden mukaan. Tämän jälkeen jokaiselle vanhempi-lapsi-parille laskettiin samankaltaisuutta kuvaava luku siten, että tismalleen sama ruokarivien järjestys lapsen ja vanhemman FFQ:ssa tuotti samankaltaisuudeksi +1. Jos ruokarivien järjestys lapsen FFQ:ssa ei muistuttanut lainkaan vanhemman vastaavaa, samankaltaisuudeksi saatiin 0. Isän ja lapsen välinen samankaltaisuus oli keskimäärin 0,50 (95 %:n luottamusväli 0,48–0,52), kun taas äidin lapsen välinen samankaltaisuus oli 0,57 (95 % luottamusväli 0,55–0,58). Jos äiti oli raportoinut lapsen ruoankäytön, isän ja lapsen välinen samankaltaisuus oli pienempi verrattuna tilanteeseen, jossa isä oli sijaisraportoijana. Myös äidin ja lapsen samankaltaisuudessa nähtiin viitteitä vastaavasta raportoijaan liittyvästä harhasta. Lisäksi viikoittaisten perheaterioiden määrä oli positiivisesti yhteydessä äidin ja lapsen ruokavalion samankaltaisuuteen. Vanhempien koulutustaso ei ollut yhteydessä vanhemman ja lapsen ruokavalion samankaltaisuuteen. Julkaisuissa II ja III havaittiin, että epäterveellisten ruokien saatavuus kotona oli positiivisesti yhteydessä yleisesti epäterveellisinä pidettyihin ruokavaliotyyleihin. Vaikka terveellisten ruokien saatavuus kotona oli käänteisesti yhteydessä epäterveellisiin ruokavaliotyyleihin, vaikutti siltä, että yhteys ainakin osittain kumoutui, jos myös epäterveellisiä ruokia oli runsaasti saatavilla. Vastaavasti kodin terveellisten ruokien saatavuus oli positiivisesti ja epäterveellisten käänteisesti yhteydessä yleisesti terveellisinä pidettyihin ruokavaliotyyleihin. Tulokset olivat samanlaisia sekä päiväkoti- että kouluikäisillä lapsilla. Koulun ruokasisustus ei ollut yhteydessä ruokavaliotyyleihin. Vanhemman ja lapsen ruokavaliot muistuttivat toisiaan kohtalaisesti riippumatta perheen sosioekonomisesta taustasta. Lisäksi tutkimuksessa tehtiin tärkeä havainto: lapsen ruokavalio muistutti enemmän sitä vanhempaa, joka oli raportoinut lapsen ruoankäytön tämän puolesta. Tällä mahdollisella sijaisraportoijaan liittyvällä harhalla voi olla vaikutusta tulosten tulkintaan. Siksi tutkijoiden tulisi aina raportoida, kuka toimi lapsen sijaisraportoijana, ja ottaa tämä huomioon analyyseissä. Äitien lisäksi myös isät tulee huomioida perheiden ruoankäyttötutkimuksissa, jolloin sosiaalinen ruokaympäristö kyetään kuvaamaan kokonaisvaltaisemmin. Koska epäterveellisten ruokien saatavuus oli yhteydessä epäterveelliseen syömiseen riippumatta terveellisten ruokien saatavuudesta, tutkimuksen tulokset painottavat epäterveellisten ruokien saatavuuden rajoittamista kotona. Tämän tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää perheiden ruokavalion parantamiseen tähtäävien terveydenedistämiskampanjoiden suunnittelussa ja toteutuksessa.
  • Abaker, Wafa (Helsingin yliopisto, 2018)
    Kuivat alueet kattavat 40% maapallon maapinta-alasta ja niiden maaperä on köyhtynyt, jos köyhtymisellä tarkoitetaan maaperän orgaanisen aineen osuuden vähenemistä, laajalti varsinkin Afrikassa. Orgaanisen aineen väheneminen ja siihen liittyvien ekosysteemipalvelujen (mm. eroosion esto, hiilen kertyminen, maan viljavuus ja veden pidätyskyky) heikkeneminen uhkaavat paikallisten ihmisten toimeentuloa. Sellaisen maankäytön, joka lisää maaperän orgaanista ainetta (esim. puiden lisääminen), voidaan olettaa parantavan maaperän viljavuutta sekä veden imeytymistä ja pidätystä maahan. Eri-ikäisiä (7-24 vuotiaita) Acacia senegal (L.) Willd. (nykyisin Senegalia senegal (L.) Britton.) viljelmiä kahdella alueella Sudanissa käytettiin tutkittaessa: (1) biomassan ja maaperän orgaanisen hiilen (C) varastoja ja muutoksia sekä C3-kasvien (puiden ja ruohovartisten) vaikutusta maaperän orgaaniseen hiileen; (2) maaperän orgaaniseen hiilen liittyviä muutoksia, maaperän vesitalouden kannalta keskeisiä ominaisuuksia ja viljelmän vesitaloutta; ja (3) maaperän typen (N), fosforin (kokonaisfosforin ja kasville saatavilla olevan fosforin) ja kaliumin (kokonaiskaliumin ja kasville saatavilla oleva kaliumin) pitoisuuksia ja N2 sidontaa. Läheisiä puuttomia ruohostoja käytettiin vertailualueina. Puuston biomassan C laskettiin allometristen yhtälöiden ja hiilipitoisuuksien perusteella, aluskasvillisuuden biomassan punnituksen ja hiilipitoisuuden perusteella ja maaperän orgaaninen C (0-50 cm syvyydellä) maanäytteiden hiilipitoisuuden ja maaperän tiheyden perusteella. C3-kasvien osuus maaperän orgaanisesta hiilestä 𝛿13C sekoitusmallin perusteella. Maaperän ja lehtien δ15N arvoja käytettiin arvioitaessa N2 sidonnan merkitystä. Maan kosteuden syvyysvaihtelu mitattiin Time Domain Reflectometry (TDR) tekniikalla. Vuorokautinen vesitase laskettiin mitatun kosteuden syvyysvaihtelun avulla kalibroidulla yksinkertaisella vesitasemallilla. Maaperän vesitalouden kannalta keskeiset ominaisuudet arvioitiin maaperän raekoostumuksen ja orgaanisen hiilen pitoisuuden avulla. Maaperän ravinnepitoisuudet (N, kokonaisfosfori, saatavilla oleva fosfori, kokonaiskalium ja saatavilla oleva kalium) mitattiin näytteistä. Biomassan C lisääntyi viljelmän iän myötä. Vaikkakin suurin osa tästä lisäyksestä johtui puista, myös aluskasvillisuuden C lisääntyi iän myötä ja oli vanhimmilla viljelmillä suurempi kuin läheisillä ruohostoilla. Tämä tulos tukee hypoteesia, jonka mukaan puut lisäävät aluskasvillisuuden tuottavuutta kuivilla alueilla. Viljelmien maaperän orgaanisen hiilen määrä (0-50 cm) lisääntyi viljelmän iän myötä ja oli suurempi kuin ruohostoilla. Iästä johtuva maaperän orgaanisen hiilen lisäys johtui akaasioiden lisäksi myös aluskasvillisuuden biomassasta. Mitatut maaperän kosteudet olivat suurempia ruohostoilla kuin viljelmillä, mutta lisääntyivät viljelmän iän myötä, heijastaen samankaltaista kehitystä maaperän orgaanisessa hiilessä ja siihen liittyvässä kasveille saatavilla olevan veden määrässä. Hydrologisen mallin perusteella viljelmiltä oli vähemmän pintavaluntaa, niillä oli lisääntynyt imeytyminen ja haihtuminen, pienentynyt syöttö pohjaveteen ja alhaisempi maaperän kosteus, kuten mittaustenkin perusteella. Ruohostojen suurempi maaperän kosteus johtui pienemmästä haihdunnasta ja johti suurempaan syöttöön pohjaveteen kuin viljelmillä. Tutkimus korosti empiiristen tutkimuksen tarvetta puiden tiheyden vaikutuksesta vesitaseisiin Afrikan kuivilla alueilla. Kaikkien tutkittujen ravinteiden pitoisuudet olivat suhteellisen alhaisia, mutta olivat korkeimmillaan vanhemmilla viljelmillä ja lähellä pintaa (0-10 cm syvyydellä), kuten maaperän orgaanisen hiilen pitoisuudetkin – viitaten maaperän orgaanisen hiilen merkitykseen maaperän viljavuudelle. Lehvästön korkeat δ15N arvot viittasivat siihen, että N2 sidonnan rooli ei ollut merkittävä maaperän typen kannalta, vaikka A. senegalin tiedetään sitovan typpeä ilmakehästä muilla alueilla, ja siten ei vaikuttanut typen kertymiseen maaperään. Raportoitu typpilaskeuma ei myöskään selitä typen kertymistä maaperään. Mahdollinen selitys typen lisääntymiselle liittyy laiduntavien eläinten tuomaan typpeen. Tutkimus osoitti, että A. senegal lisäsi hiiltä biomassassa ja maaperässä, mikä auttaa ilmastonmuutoksen hillinnässä, ja tämä myös lisää maaperän ravinteiden pitoisuuksia ja siten palauttaa köyhtyneen maaperän viljavuuden paikallisten ihmisten hyödyksi. Koska maaperän orgaanisen hiilen lisäys vahvistaa lukuisia ekosysteemipalveluja, yrityksiä lisätä tai ainakin ylläpitää A. senegal puiden kattamaa aluetta tulisi tukea. Tämä ymmärrys tulisi viedä paikallisille yhteisöille tulevien häiriöiden vähentämiseksi ja kestävän maankäytön kannustamiseksi.
  • Wang, Yujie (Helsingin yliopisto, 2018)
    Beetaglukaani ((1→3),(1→4)-β-D-glukaani) on kauran ja ohran tärkein kuitupolysakkaridi. Sen fysiologiset ja teknologiset edut liittyvät sen kykyyn suurentaa viskositeettia ruoansulatuskanavassa ja liuoksissa. Viljan beetaglukaani on altis pilkkoutumiselle prosesseissa ja säilytyksessä, minkä vuoksi tuotteiden beetaglukaanin pysyvyys ja funktionaalisuus voi heiketä. Beetaglukaanin oksidatiivinen pilkkoutuminen on osoitettu yksinkertaisissa Fenton-reaktiomalleissa, mutta pilkkoutumista ei ole aiemmin tutkittu monimutkaisemmissa lipidejä sisältävissä malleissa. Näissä olosuhteissa lipidien hapettuminen on radikaalien tärkein lähde. Tutkimuksen tavoitteena oli ymmärtää viljan beetaglukaanin pysyvyyttä lipidien hapettumisen yhteydessä ja beetaglukaanin roolia lipidien hapettumisen hidastajana. Lisäksi tutkittiin beetaglukaanin mukana kulkevan jäännösfytaatin osuutta beetaglukaanin oksidatiivisessa pysyvyydessä. Lipidien hapettuminen johti beetaglukaanin merkittävään pilkkoutumiseen öljy vedessä –emulsio-mallissa, jolloin beetaglukaanin viskositeetti ja molekyylipaino pienenivät. Beetaglukaanin pilkkoutuminen oli sitä merkittävämpää, mitä suurempi oli öljyn hapettumisaste, siirtymämetallien pitoisuus tai varastointilämpötila. Beetaglukaania sisältävissä emulsioissa havaittiin myös lipidien hapettumisen hidastumista. Mekanismia tutkittiin eri molekyylipainoisilla puhtailla kauran ja ohran beetaglukaaneilla. Ensin beetaglukaanin kyky hidastaa lipidien hapettumista vaikutti liittyvän beetaglukaanin lähteeseen ja molekyylipainoon. Jatkossa kuitenkin ilmeni, että hapettumisen hidastuminen liittyi beetaglukaaninäytteiden sisältämän jäännösfytaatin pitoisuuteen. Kun fytaatti poistettiin, beetaglukaanin kyky hidastaa lipidien hapettumista hävisi riippumatta beetaglukaanin lähteestä tai molekyylipainosta. Beetaglukaaninäytteiden jäännösfytaatti oli tärkein tekijä lipidien hapettumisen hidastumisessa. Lisäksi jäännösfytaatti suojasi beetaglukaania oksidatiiviselta pilkkoutumiselta. Hapettavissa olosuhteissa kauran beetaglukaani oli stabiilimpi kuin ohran beetaglukaani, sillä kauranäytteissä oli suurempi pitoisuus fytaattia kuin ohranäytteissä. Myös kauran beetaglukaani altistui oksidatiiviselle pilkkoutumiselle, kun sen sisältämä jäännösfytaatti poistettiin. Myös fytiinihapon lisäys hidasti beetaglukaanin pilkkoutumista, ja pilkkoutumisen reaktionopeus riippui fytiinihapon ja raudan moolisuhteesta ja kilpailevien yhdisteiden, kuten askorbiinihapon, läsnäolosta. Tutkimus osoitti, että hapettuneet lipidit ja beetaglukaanin mukana kulkeutuvat yhdisteet voivat vaikuttaa beetaglukaanin oksidatiiviseen pysyvyyteen ja siten niillä voi olla merkitystä beetaglukaanin teknologisessa ja fysiologisessa funktionaalisuudessa.
  • Ylimaunu, Juha (Suomalaisen Kirjallisuuden Seura, 2000)
    Suomalaisen Kirjallisuuden Seuran Toimituksia 773
  • Vanhatalo, Anni (2018)
    Kasvit tuottavat osana sekundaarimetaboliaansa tuhansia erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä eli VOC-yhdisteitä, joita ne hyödyntävät erityisesti puolustusyhdisteinä. Alhaisista pitoisuuksistaan huolimatta nämä yhdisteet osallistuvat ilmakehässä moninaisiin kemiallisiin prosesseihin, jolloin niiden vaikutus ulottuu paljon yksittäisen kasvin kasvuympäristöä laajemmalle. Mänty (Pinus sylvestris L.) tuottaa erityisesti mono- ja seskviterpeenejä, joista valtaosa varastoituu pihkaan. Pihka on tiehyissä paineenalaisena. Tässä tutkimuksessa paineen havaittiin korreloivan positiivisesti sekä ilman lämpötilan että versojen transpiraationopeuden kanssa. Lisäksi sekä korkean pihkanpaineen että ilman korkean lämpötilan havaittiin lisäävän monoterpeenien haihduntanopeutta rungosta. Monoterpeenisyntaasiaktiivisuus kuvaa neulasten maksimaalista kykyä tuottaa monoterpeenejä. Ympäristötekijöiden vuodenaikaisvaihtelun ja neulasten iän todettiin selittävän suurimman osan neulasten monoterpeenisyntaasiaktiivisuuksien sekä monoterpeenivarastojen ja -päästöjen vaihtelusta. Männynneulasten monoterpeenipitoisuuden vaihtelu vuodenaikojen, eri-ikäisten neulasten ja eri puiden välillä oli puolestaan verrattain pientä. Monoterpeenisyntaasiaktiivisuus oli suurempaa alle vuoden ikäisillä neulasilla kuin tätä vanhemmilla. Saman puun neulasten monoterpeenisyntaasiaktiivisuuksien ja monoterpeenivarastojen yhdistekohtainen koostumus ei heijastunut päästöjen koostumukseen: esimerkiksi δ-3-kareenia oli päästöissä selvästi suurempi osuus kuin varastoissa ja syntaasiaktiivisuuksissa. VOC-yhdisteiden päästöjä on mitattu puiden yhteyttävistä osista jo pitkään, mutta tässä tutkimuksessa seurattiin ensikertaa puiden puuosien päästöjä usean vuoden ajan. Mittaukseen käytettiin automaattista kammiomittausjärjestelmää ja siihen liitettyä protoninvaihtoreaktiomassaspektrometriä. Männyn rungosta havaittiin vapautuvan ilmaan monoterpeenejä ja metanolia. Kummankin aineen päästöissä näkyi vuodenaikaisvaihtelua: Metanolipäästöt olivat suurimmillaan keskellä kasvukautta. Monoterpeenipäästöt puolestaan olivat korkeimmillaan paitsi kesien kuumimpina päivinä, myös keväällä puiden yhteytyskapasiteetin palautuessa lepokauden jälkeen. Tutkittujen puiden monoterpeenipäästöjen enantiomeerikoostumuksessa esiintyi vuorokausivaihtelua. Puiden vapauttamien yhdisteiden määrän, yhdisteiden reaktiivisuuden, metsän puulajikoostumuksen ja puiden eri kemotyyppien runsauden havaittiin heijastuvan latvuskerroksen yläpuolisen ilman terpeenikoostumukseen.
  • Teikari, Jonna (Helsingin yliopisto, 2018)
    Itämeri on matala murtovesiallas ja se on luontaisesti erittäin altis rehevöitymiselle. Massiiviset syanobakteeri- eli sinileväkukinnat ovatkin alueella jokakesäinen ilmiö. Kukinnat ovat myrkyllisiä ihmiselle ja muille nisäkkäille ja ne aiheuttavat haittaa veden virkistyskäyttäjille. Kaikki syanobakteerit ovat yhteyttäviä organismeja. Lisäksi Itämerellä kukintoja muodostavat lajit kykenevät sitomaan ilmakehän typpeä, minkä seurauksena epäorgaanisen fosforin saatavuus toimii usein syanobakteerien kasvua rajoittavana tekijänä. Itämerta ympäröivät valtiot valvovatkin nykyään tiukasti maalta tulevia epäorgaanisia fosforipäästöjä, mutta satunnaisia pistekuormituksia tapahtuu edelleen. Pitkään jatkunut raskas fosforikuorma on kuitenkin yhä sitoutuneena pohjan sedimentteihin, mistä se vapautuu vähitellen takaisin vesipatsaaseen. Itämeren syanobakteerikukinnat koostuvat Aphanizomenon sp., Dolichospermum sp. ja Nodularia spumigena -lajeista, joista kaksi jälkimmäistä tuottavat myrkkyjä. Evolutiivisen historiansa vuoksi Dolichospermum sp. esiintyy runsaammin vähäsuolaisemmilla rannikkovesialueilla, kun taas N. spumigena vallitsee suolaisemmalla avomerellä. Tässä työssä Itämeren myrkyllisten ja kukintoja muodostavien syanobakteerien esiintymistä ja kykyä sopeutua ilmastonmuutoksesta ja ihmisen toiminnan seurauksesta aiheutuvaan muuttuvaan ympäristöön on arvioitu nykyaikaisten sekvensointi- ja molekyylibiologisten työkalujen avulla. Koska Itämeren suolapitoisuuden on ennustettu madaltuvan ilmastonmuutoksen seurauksena, tämän työn ensimmäisessä osassa selvitettiin, miten Dolichospermum sp. ja N. spumigena käyttäytyvät epäsuotuisissa suolapitoisuuksissa. Laboratoriokokeet osoittivat, että Dolichospermum sp. on geneettisiltä ominaisuuksiltaan hyvin samankaltainen makean veden sukulaistensa kanssa, eikä se kykene kasvamaan korkeissa suolapitoisuuksissa. Korkeat suolapitoisuudet aiheuttivat mittavaa transkriptomin uudelleenjärjestäytymistä, mikä näkyi erityisesti fotosynteesi- ja typensidontakoneistojen toiminnan tukahduttamisena. Lisäksi korkea suolapitoisuus lisäsi myrkyntuotantoa sekä lipidien uudelleenjärjestäytymistä. N. spumigena kasvoi parhaiten korkeammissa suolapitoisuuksissa, ja matalammat suolapitoisuudet aiheuttivat metabolian hidastumista. N. spumigena -syanobakteerin genomisekvenssistä pystyttiin tunnistamaan ainutlaatuisia ominaisuuksia, joilla on todennäköisesti tärkeä rooli murtovesissä. Tutkittujen lajien kasvu ja metabolia hidastuivat, kun fosforin määrä oli rajoitettu. Molemmat lajit ilmensivät myös voimakkaasti pho-säätelyalueen geenejä, joita voidaan hyödyntää määritettäessä fosforin määrää syanobakteerikukinnoissa. Kaikilta tutkituilta Itämeren N. spumigena -kannoilta löydettiin phnC-M-geenialue, joka on vastuussa stabiilien fosfonaattimolekyylien kuljettamisesta ja pilkkomisesta. Työssä havaittiin, että luonnollisesti tuotetut fosfonaatit toimivat vaihtoehtoisena fosforinlähteenä N. spumigena -syanobakteereille ja tarjoavat lajille kilpailuedun alueilla, joilla epäorgaanisen fosforin saatavuus on niukkaa. N. spumigena ei kuitenkaan hyödyntänyt metyylifosfonaatista vapautuvaa orgaanista hiilimolekyyliä, metaania, ja metaanipitoisuuden määrä ympäröivässä kaasutilassa kasvoi. Massiivisilla N. spumigena -kukinnoilla saattaakin olla yhteys Itämeressä kesäisin havaittuihin kohonneisiin metaanipitoisuuksiin. Tulosten pohjalta voidaan päätellä, että syanobakteerikukinnat eivät katoa Itämerestä mikäli kokonaisfosforin määrää ei pienene, mutta kukintojen lajikoostumus saattaa muuttua ilmastonmuutoksen seurauksena.
  • Kaakkurivaara, Tomi (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tämän väitöskirjan päätavoitteina oli tutkia kannettavien pudotuspainomittalaitteiden soveltuvuutta metsätien kantavuuden mittaamiseksi ja vertailla tuloksia raskaaseen pudotuspainolaitteeseen, muodostaa erilaitteilla mitattujen kantavuusarvojen pohjalta metsätien urautumista ennustava taulukko ja vertailla neljän erilaisen lentotuhkarakenteen teknistä onnistumista kantavuuden perusteella ja vertailla taloudellista kannattavuutta perinteiseen murskeen käyttöön. Kantavuustieto olisi merkittävä apu metsäammattilaiselle arvioitaessa kelirikkoisen metsätien kulkukelpoisuutta ja vaurioitumisriskiä ja myös metsätien peruskunnostustarpeen arviointiin kesällä. Puu- ja turveperäisen lentotuhkan käyttökohteiden lisääminen vähentäisi kaatopaikalle päätyvän tuhkan määrää, mikä pienentäisi kaatopaikkamaksujen suuruutta ja edistäisi kiertotalouden periaatteita. Molemmat kannettavat pudotuspainolaitteet (LFWD ja DCP) osoittautuivat tulostensa puolesta vertailukelpoisiksi raskaaseen pudotuspainolaitteeseen verrattuna (FWD) tietyin rajoituksin kevät- ja kesäolosuhteissa. Kaikkien kolmen laitteen kelirikkomittausten osalta löydettiin myös raja-arvot, joiden alittaminen aiheuttaa voimakasta urautumista metsätiellä raskaan ajoneuvon seurauksena. Bioperäisen lentotuhkan hyödyt metsätien kunnostamisessa olivat ilmeiset, kantavuus nousi keväällä samalle tasolle kuin kesämittauksessa ennen kunnostamista. Lentotuhka rakenteen korkeampi hinta puolestaan kompensoitui vähentyneinä kaatopaikkamaksuina.
  • Berka, Anna (Helsingin yliopisto, 2018)
    Väitöskirja tarkastelee paikallisyhteisöjen omistuksessa olevan uusiutuvan energiantuotannon hallintaa, erilaisia paikallistason vaikutuksia ja hankkeiden kustannustehokkuutta. Tavoitteena on ymmärtää kuinka ja minkälaisissa tilanteissa yhteisöllisessä omistuksessa oleva energiatuotanto on toteuttamiskelpoinen ja tehokas tapa pyrittäessä kohti yhteiskunnan kestävää kehitystä. Väitöskirjan julkaisujen tausta on monitieteinen vaihdellen energiapolitiikan analyysista projektitason hankkeiden toteutettavuuteen ja vaikutusten arviointiin. Tutkimusmenetelminä käytetään systemaattisia kirjallisuuskatsauksia, diskurssianalyysia, instituutioiden kehityksen historiallista tarkastelua sekä energiainvestointien riski- ja kannattavuusarviointia. Väitöskirja tuottaa uutta metatason tietoa paikallistason energiatuotannosta Iso-Britanniassa ja sen kehityksestä teknologia- ja instituutiomuutosten aikana. Lisäksi se arvioi ns. Quality of Evidence -ongelmia projektitasolla ja myös vaikutusarvioinnin kirjallisuuden ja menetelmien laajemmasta näkökulmasta. Tulosten mukaan yhteisöllisen energiantuotannon omistusrakenteet ovat herkkiä politiikkaympäristön haasteille ja linjauksille sekä muille eksogeenisille muutoksille. Uusiutuvan energian projekteilla on kuitenkin edellytyksiä tuottaa monia myönteisiä paikallistason vaikutuksia, mutta nämä vaikutukset riippuvat projektien tavoitteenasetannasta ja tuottovaatimuksista. Uusiutuvan energian paikallistason tuotannon kautta voidaan vahvistaa paikallisyhteisöjen kykyä hallita sosioekonomisia ongelmiaan. Yhteisölliset energiantuotantohankkeet, joiden taustalla on uusia ruohonjuuritason toimijoita, ovat kuitenkin erityisen herkkiä erilaisille toimintaan liittyville riskeille, jotka voivat heikentää niiden kannattavuutta verrattuna markkinaehtoisiin hankkeisiin. Laajentuakseen merkittävästi nykyisestään paikallistason uusituvan energian investoinnit tarvitsevat niille räätälöityjä politiikan tukea, mikä olisi kuitenkin perustetavissa hankkeiden tuomilla sosiaalisilla, taloudellisilla ja ympäristöhyödyillä. Paikallistason uusituvan energian tukeminen vaatii kuitenkin myös erityistä valmiutta nivoa yhteen hyvinkin erilaisia energia- ja yhteiskuntapoliittisia tavoitteita.
  • Kemppinen, Asmo (Helsingin yliopisto, 2018)
    Lyhytketjuisiin triasyyliglyseroleihin (SC-TAG) on esteröityneenä vähintään yksi lyhytketjuinen rasvahappo, joka sisältää 2–6 hiiliatomia. Maitorasvan (MF) TAG-koostumus eroaa muista yleisistä ravintorasvoista ja -öljyistä siinä, että SC-TAG:ien osuus (mol-%) on MF:ssa poikkeuksellisen suuri, mikä vaikuttaa MF:n biologisiin, kemiallisiin, fysikaalisiin ja teknologisiin ominaisuuksiin ja tekee MF:n TAG:ien analysoinnista haasteellista. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää kromatografisia (kaasukromatografisia, GC; normaalifaasinestekromatografisia, np-HPLC) ja massaspektrometrisiä (MS) (elektroni-ionisaatio-MS, EI–MS; sähkösumutusionisaatio-MS, ESI–MS / ESI–MS/MS) menetelmiä erottamaan, tunnistamaan ja kvantitoimaan voirasvan (BF) SC TAG:ien asyyliketju- ja sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeereja. Tutkimuksessa kehitettiin yksinkertainen hopeaioni-kiinteäfaasiuuttomenetelmä (Ag-SPE), jota käytettiin fraktioimaan BF:n TAG:t tyydyttyneisiin ja kerta- ja monityydyttymättömiin TAG:eihin. Ag-SPE:n käyttö ennen GC- ja GC–EI–MS-analyysejä mahdollisti samanaikaisesti eluoituvien, mutta eri tyydyttyneisyysasteisten SC-TAG:ien asyyliketju- ja sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerien kvantitoinnin GC:sti ja GC–EI–MS:sti. TAG:ien ja TAG-isomeerien eluointijärjestyksen määrittämiseksi 112 erilaista TAG:a ja TAG-isomeeria syntetisoitiin kemiallisella vaihtoesteröinnillä ja niille määritettiin retentioindeksit (RI) polarisoituvalla fenyyli(65%)metyylisilikoni-GC-kolonnilla. RI-vertailu osoitti, että kolonnin erotuskyky oli riittävä erottamaan kaikkien mono-SC-TAG:ien sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerit toisistaan. Vastaavasti havaittiin, että peräkkäin kytketyt np-HPLC-kolonnit (3 kpl) erottivat täydellisesti kaikkien mono- ja dibutyryyli-TAG:ien ja lähes täydellisesti monokaproyyli-TAG:ien paikkaisomeerit toisistaan sekä dikaproyyli-TAG:ien isomeerit osittain. Yllättäen myös sellaisten pitkäketjuisten-TAG:ien, joihin oli esteröityneenä C20:0-rasvahappo, sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerit erottuivat toisistaan. Tutkimus osoitti lisäksi, että ESI–MS/MS:ssa lyhytketjuiset asyylit (C4:0, C6:0) lohkeavat vähintään 2,3 kertaa helpommin SC-TAG:ien sn-1(3)- asemista kuin sn-2-asemasta, mikä mahdollistaa vastaavien paikkaisomeerien erottamisen tällä menetelmällä. Kaikissa kvantitointimenetelmissä (GC, GC–EI–MS ja np-HPLC–ESI–MS) käytettiin spesifisiä, molaarisia korjauskertoimia (MCF) TAG:eille. Molemmissa MS-menetelmissä todettiin TAG:ien molekyylikoon, tyydyttyneisyyden ja asyyliketju- ja sn 1(3)/sn 2-paikkaisomerian vaikuttavan MCF:iin, minkä vuoksi oli välttämätöntä käyttää spesifisiä MCF:a myös SC-TAG:ien sn 1(3)/sn 2 paikkaisomeerien kvantitoinnissa. Kokeellisesti määritettyjen MCF:ien verraten suuri lukumäärä (>100) mahdollisti harvinaisempien TAG:ien MCF:ien päättelemisen. Kaikilla käytetyillä menetelmillä pystyttiin luotettavasti määrittämään TAG-jakautuma ja yleisimmät TAG:t BF:ssa. BF:sta määritettiin np-HPLC–ESI–MS:sti kaikkiaan 336 erilaista parillista TAG:a, joista 64:ä ei ole aiemmin kokeellisesti todettu BF:ssa. Suuri osa uusista TAG:eista oli monoasetyyli-TAG:ja, harvinaisia mono-SC-TAG:ien sn-2-isomeereja ja di/tri-SC-TAG:ja. Tässä tutkimuksessa käytetyillä menetelmillä pystyttiin kvantitoimaan BF:n SC-TAG:t ja niiden sn 1(3)/sn 2-paikkaisomeerit. Käytetyt menetelmät ovat sovellettavissa MF-väärennysten havaitsemiseen, MF:n biologisten ja teknologisten ominaisuuksien tutkimiseen ja MF:n muokkauksen seurantaan. Ne soveltuvat myös räätälöityjen SC-TAG:ien analysointiin.
  • Marcenaro, Delfia (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tarhapapu (Phaseolus vulgaris L.) on tärkeä palkokakasvi, jota viljellään laajalti ympäri maailmaa korkean ravintoarvonsa vuoksi. Afrikan ja Latinalaisen Amerikan kehitysmaissa (esim. Tansaniassa ja Nicaraguassa) pavuntuotanto on tärkeää ruokaturvan ja tulonmuodostuksen näkökulmasta etenkin köyhimmissä väestöryhmissä, jotka koostuvat pienviljelijöistä. Kasvitautiongelmat, tuholaiset, terveiden siementen puute, viljelymenetelmien kehittymättömyys ja ympäristöolot ovat usein keskeisinä rajoituksina pavuntuotannolle. Nicaraguassa ja Tansaniassa paikallisten papulajikkeiden sertifioitujen siementen puute aiheuttaa merkittäviä sadon määrän ja laadun menetyksiä. Nicaraguassa ja Tansaniassa viljelyä rajoittaa se, että siemenpavuissa leviävät sienet ja virukset ovat jääneet vähälle huomiolle. Tässä tutkimuksessa tunnistettiin ja eristettiin pavunsiementen sieniä tärkeässä, uudessa papulajikkeessa INTA Rojo. Näytteenotto tehtiin neljästä siemenvarastosta ja kuudesta siemenerästä Nicaraguan papujen päätuotantoalueilla. Viruksia tutkittiin myös maatiaispapulajikkeista ja äskettäin viljelyyn otetuista uusista papulajikkeista Nicaraguassa ja Tansaniassa. Siemenpavuista eristetyistä sienistä 87 sienikantaa aiheutti taudinoireita pavuissa. Ne kuuluivat kahdeksaan sukuun: Fusarium spp. (F. chlamydosporum, F. equiseti, F. incarnatum), Lasiodiplodia theobromae, Macrophomina phaseolina, Corynespora cassiicola, Colletotrichum capsici, Colletotrichum gloeosporioides, Diaporthe sp. (Phomopsis), Aspergillus flavus, ja Penicillium citrinum. Nicaraguassa neljältä viljelyalueelta tutkittujen papujen (INTA Rojo) itävyys oli huono, 16-40%, mikä viittaa sienten merkittävään satotasoa vähentävään vaikutukseen, kun tervettä siementä ei ole saatavilla. Tässä tutkimuksessa kehitettiin neljä erilaista lajispesifistä alukeparia sienten F. equiseti, F. chlamydosporum, F. incarnatum, C. capsici, C. gloesporiodes ja C. cassiicola havaitsemiseksi PCR-menetelmällä (polymerase chain reaction). Testi perustuu ribosomaalista RNA:ta tuottavien geenien välialueisiin (ITS1 ja ITS2), joiden DNA-sekvenssi vaihtelee sienilajien välillä. Phaseolus vulgaris endornavirus 1:n (PvEV-1) ja PvEV-2:n läsnäolo havaittiin pavuissa sekä Nicaraguassa että Tansaniassa. Samoin Cowpea mosaic virus havaittiin pavuissa yhdellä Tansanian alueella. On ilmeistä, että uudet Nicaraguassa viljeltävät papulajikkeet ovat aiempaa kestävämpiä viruksille, koska viruksia ei näistä papulajikkeista löytynyt. Tansaniassakin papujen viruskestävyyttää on kehitetty kestävyysjalostuksella. Tämän tutkimuksen tulokset edustavat ensimmäistä laajempaa analyysiä siemenpavuissa esiintyvistä patogeenisista sienistä Nicaraguassa ja tuo esiin sienten, kuten F. equiseti, F. incarnatum, L. theobromae, C. cassiicola ja Diaporthe-lajien merkityksen siementen itävyyden ja siten satotason heikentäjinä. Tutkimuksen tulokset edesauttavat Nicaraguan ja Tansanian kansallisen siementuotantojärjestelmän parantamista antamalla uutta tietoa siemenpapujen mukana leviävistä ja satotasoa heikentävistä taudinaiheuttajista.
  • Coloma, Sebastián (Helsingin yliopisto, 2018)
    Bioottisten ja abioottisten ympäristötekijöiden tiedetään vaikuttavan typpeä sitoviin syanobakteerikukintoihin, jotka muokkaavat ravinneympäristöä, mikä puolestaan vaikuttaa pelagiseen ravintoverkkoon ja planktiseen yhteisöön. Abioottiset tekijät, kuten ravinteiden saatavuus ja sääolosuhteet, ovat laajasti tutkittuja. Vähemmän tutkittua on bioottisten tekijöiden kuten faagien vaikutus kukintoja muodostaviin typpeä sitoviin syanobakteereihin. Tämän tutkimuksen tavoite on kuvata faagin vaikutusta syanobakteeriin (Nodularia spumigena) ja ravinneympäristöön laajemmassa planktisessa yhteisössä kokeellisen lähestymistavan kautta. Lisäksi tämä tutkimus tarkastelee isännän vastustuskyvyn eli faagiresistenssin evoluution vaikutusta kokeelliseen planktonyhteisödynamiikkaan (sis. filamenttinen syanobakteeri Nodularia spumigena, syanofaagi 2AV2, viherlevä Chlorella vulgaris ja rataseläinpopulaatioita) sekä typen kiertoon planktonkomponenttien välillä ravintoverkossa. Kokeellista tutkimusta varten Itämerestä eristettiin ja karakterisoitiin syanofaagi, jolle annettiin nimi 2AV2. Syanofaagi 2AV2 kuuluu Siphovirus-heimoon, ja sillä on 12–18 tunnin pituinen lyyttinen sykli sekä kapea isäntäkirjo (12 altista isäntäkantaa 45 testatusta Nodularia-suvun kannasta). Faagi-infektio johti alttiiden isäntäsolujen lyysautumiseen ja vastustuskykyisten solujen valintaan. Resistenssievoluutio vähensi merkittävästi typen vapautumista, joka johtuu faagi-infektion aiheuttamasta solujen hajoamisesta. Lisäksi resistentin populaation isolaateista erottui kaksi eri morfotyyppiä, joista 40 % oli lyhyt- ja 60 % pitkärihmaisia, kun taas 100 % alttiista isännistä oli pitkärihmaisia. Lisäksi havaittiin eroavaisuuksia näiden morfotyyppien ominaisuuksissa, kuten kasvunopeudessa ja keijuvuudessa. Ominaisuuksien eroavaisuudet resistenttien syanobakteerien kesken kuvastavat vaihtokauppaa faagiresistenssin ja kelpoisuuden välillä faagin poissaollessa. Tämä on ensimmäinen tutkimus, jossa havaitaan faagiresistenssievoluution jälkeisiä morfologisia muutoksia Nodulariassa (rihmojen pituuksissa). Kokeellisessa planktonyhteisössä Nodularian, syanofaagi 2AV2:n, Chlorellan ja rataseläimen biomassat vaihtelivat riippuen resistentin syanobakteerin esiintymistiheydestä kasvatuksen alussa. Resistenssin esiintymistiheys (frekvenssi) syanobakteeripopulaatiossa oli ratkaiseva tekijä ekologisessa sukkessiossa ja typen kierrossa ravintoverkossa. Tämä tutkimus tukee hypoteesia, että syanofaagit eivät ainoastaan vaikuta syanobakteeripopulaatioihin vaan myös laajemmin planktonyhteisödynamiikkaan ja typen kiertoon ravintoverkossa.
  • Gürbüz, Göker (Helsingin yliopisto, 2018)
    Ruuan valmistamisen ja säilytyksen aikana tapahtuu erilaisia kemiallisia reaktioita, joista hapettuminen on merkittävin ruuan ravitsemuksellisiin ja aistinvaraisiin ominaisuuksiin vaikuttava reaktioiden sarja. Hapettuminen heikentää myös ruuan rakenteellisia sekä toiminnallisia ominaisuuksia, kuten liukoisuutta tai kykyä muodostaa emulsioita. Ruuassa herkkiä hapettumiselle ovat sekä proteiinit että lipidit. Lipidien hapettumisesta on runsaasti tutkimustietoa. Sen sijaan proteiinien hapettumista ja proteiinien ja lipidien välisisiä vuorovaikutuksia on tutkittu verrattain vähän. Väitöskirjatutkimuksessa valmistettiin härkäpavusta, kvinoasta ja amarantista eristetyistä proteiineista ja rypsiöljystä emulsioita, joiden hapettumista seurattiin mittaamalla sekä proteiinien että lipidien hapettumistuotteita. Amarantin proteiinit tuottivat kestävämpiä emulsioita verrattuna kvinoan proteiineihin. Hapettumisreaktioita aikaansaavat myös kasvikunnan entsyymit kuten lipoksigenaasi. Tämän entsyymin tuhoaminen lämpökäsittelyllä tai mikroaalloilla edisti härkäpavun proteiineista valmistetun emulsion kestävyyttä. Tutkimuksessa selvitettiin myös molekyylien tasolla proteiinien ja lipidien välisiä hapettumisreaktioita. Maidon heraproteiinista, beta-laktoglobuliinista, eristetyn peptidin voitiin LC-MS/MS -menetelmän avulla osoittaa muodostavan reaktiotuotteita (addukteja) lipidien hapettumistuotteen, malondialdehydin (MDA), kanssa. Reaktiotuotteiden todettiin syntyneen nk. Schiffin emäsreaktion kautta. Tutkimustulosten mukaan ruuan lipidien ja proteiinien keskinäisten reaktioiden hallinta vaikuttaa merkittävästi elintarvikkeiden hapettumiseen ja siten ruuan laatuun.
  • Pekkarinen, Antti-Juhani (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tässä väitöskirjassa kehitetään, parametrisoidaan ja validoidaan yksityiskohtainen taloudellis-ekologinen malli poropopulaatiosta, sen energiaresursseista ja käytöstä. Mallin avulla tutkitaan paliskunnan mahdollisimman suurta kestävää tulotasoa tavoittelevaa teurastusta, populaation ruokintaa ja laidunten käytön säätelyä. Erilaisiin lähtökohtiin perustuvia arvioita taloudellis-ekologisista optimiratkaisuista verrataan poronhoidon nykytilaan. Poronhoito on merkittävä elinkeino erityisesti Ylä-Lapin alueella ja samalla kiinteä osa saamelaista kulttuuria. Poro (Rangifer tarandus L.) vaikuttaa arktiseen ympäristöön ja populaation omiin ravintoresursseihin erityisesti jäkälikköjä kuluttamalla. Poron riippuvuus jäkälän määrästä vastaakin ekologiassa paljon tutkittua dynaamista kuluttaja-resurssi – systeemiä. Taloudellinen tarkastelu lisää tähän klassiseen ekologiseen malliin ihmisen vaikutuksen luonnonvarojen hyödyntäjänä ja muokkaajana. Tämä lisäys on välttämätön, jotta poronhoidosta saataisiin kuva pohjoiseen arktiseen luontoon sopeutuneena tärkeänä ja kulttuurisesti omaleimaisena taloudellista ylijäämää tavoittelevana elinkeinona. Väitöskirjan malli perustuu poro-jäkälä dynamiikkaan, mutta sisältää myös muut luontaiset ravintolähteet sekä lisärehun. Ekologinen malli nojaa laajasti käytettyihin teorioihin ja metodeihin, kuten eläinyksilöiden optimaalisen ravinnon valinnan teoriaan ja dynaamiseen ikä- ja sukupuoliluokkaiseen mallirakenteeseen. Optimointi ratkaistaan kehittyneillä matemaattisilla algoritmeilla. Malli sisältää yksityiskohtaisen kuvauksen tuloista, kustannuksista, poronhoidolle maksetuista tuista ja huomioi korkokannan vaikutukset. Tuloksena on aikaisempaa tutkimusta oleellisesti realistisempi monitieteinen kuvaus poro-laidun dynamiikasta ja porotaloudesta. Vastoin luonnonvarataloustieteen klassista tulosta poropopulaation optimaalinen koko on realistisilla positiivisilla korkokannoilla suurempi kuin koron ollessa nolla. Vastaavasti jäkälämäärä on alhaisempi. Yksi tutkimuksen päätuloksista on, että, taloudellisesti optimaaliset teurastukset kohdistetaan vasoihin. Aikuiset naaraat on kannattavinta teurastaa yhdeksän ja koiraat viiden vuoden ikäisinä. Verrattuna aikaisempaan tutkimukseen yksi väitöskirjan mallien edistysaskel on joustavan poron polygamisen luonteen huomioivan pariutumismallin käyttäminen. Tämän seurauksena saadaan arvio optimaalisesta populaation sukupuolijakaumasta samoin kuin eri sukupuolta olevien eläinyksilöiden taloudellisesta arvosta. Sovelletussa pariutumismallissa sekä koiras-naaras suhde että koiraiden ja naaraiden ikäluokkarakenne vaikuttavat syntyvien vasojen määrään. Koiraiden määrä voidaan pitää pienenä niiden korkean lisääntymiskyvykkyyden seurauksena. Tästä seuraa, että marginaalisen koiraan taloudellinen arvo on naarasta korkeampi. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että tutkittaessa taloudellisesti kestävää poronhoitoa tulee sekä ekologiset että taloustieteelliset tekijät huomioida monipuolisesti. Yksi väitöskirjan päätuloksista on, että taloudellisesti optimaalinen jäkäläbiomassa on selvästi pienempi kuin aikaisemmissa tutkimuksissa. Tähän on sekä ekologisia ja taloudellisia että poronhoidollisia syitä: korkea korko, vähäinen vanhan metsän määrä, laidunkierron puuttuminen, runsas lupon määrä ja valtion suorat tulotuet alentavat kaikki jäkäläbiomassan määrää tasapainotilassa. Lisäksi joissain tapauksissa intensiiviseen lisäruokintaan pohjautuva poronhoito saattaa olla taloudellisesti kannattavinta. Tämä johtaa alhaisiin jäkälämääriin ja jäkälälaidunten kulumiseen. Väitöskirjassa arvioitu talviaikainen jäkälän hukkaantuminen laidunnuksen seurauksena vastaa jo aikaisemmissa optimointimalleissa käytettyä, mutta kesäaikainen jäkälän hukkaantuminen on tallaantumisen vuoksi huomattavasti suurempaa. Tulos korostaa vuodenaikaisen laidunkierron merkitystä jäkälän kulumisen estämisessä. Validointitulokset osoittavat, että malli pystyy myös hyvin kuvamaan jäkälän määrän kehitystä. Validoidulla mallilla tehdyt arviot taloudellisesti optimaalisesta jäkälämäärästä ovat korkeampia verrattuna laidunten nykytilaan poronhoitoalueella. Jäkälän lisääminen tasolle, jossa taloudellisesti kannattava poronhoito voi perustua luonnonlaitumiin kestää mallilla saatavien arvioiden mukaan vuosikymmeniä ja vaatisi osin myös voimakkaita poromäärien leikkauksia. Myös lisäruokinnan käyttäminen on kannattavaa sopeutumisen alkuvuosina. Kuitenkaan välittömillä teurastuksilla toteutettu mahdollisimman nopea sopeutumisratkaisu jäkäliköiden elvyttämiseksi ei näytä taloudellisesti perustellulta. Hitaampi sopeuttaminen hyödyntää paremmin poropopulaation ikäluokkarakennetta ja huomioi poronomistajien tarpeen säilyttää riittävä tulotaso myös sopeuttamisjakson aikana. Bioekonomisia malleja on metsä- ja kalataloudesta käytetty runsaasti käytännön kysymysten ja suositusten laatimiseen. Myös tässä väitöskirjassa kehitettyä porotalouden mallia voidaan käyttää monien empiiristen, soveltavien ja käytännön kysymysten tarkasteluun. Mallilla voidaan tutkia kilpailevien maankäyttömuotojen aiheuttamia kustannuksia ja esimerkiksi erilaisten geneettisten muutosten taloudellista potentiaalia. Lisäksi voidaan arvioida petoeläinten porotaloudelle aiheuttamia kustannuksia. Maa- ja metsätalousministeriö määrittää kymmenvuosittain suurimmat sallitut poroluvut eri paliskunnille. Kehitetyllä mallilla voidaan tuottaa erilaisiin lähtökohtiin perustuvia arvioita taloudellis-ekologisesti perustelluista poromääristä. Mallin dynaaminen rakenne huomioi ikäluokkarakenteesta syntyvät viiveet sopeutumisprosesseissa ja näin voidaan arvioida kannattavimpia sopeutumispolkuja nykytilanteesta kohti tavoiteltavia poromääriä.
  • Kylkilahti, Eliisa (Helsingin yliopisto, 2018)
    Väitöskirjassa tutkitaan palvelutilanteita kulttuurin ja yhteiskunnan rakentumisen paikkoina. Kulutustutkimuksen perinteeseen sitoutuvan otteen keskiössä ovat kuluttajat kulttuurisina, sosiaalisina ja poliittisina palvelutoimijoina. Tutkimus täydentää ymmärrystä (kaupallisesta) palvelukulttuurista arkielämän toimijoiden, erityisesti nuorten kuluttajien ja palvelutyöntekijöiden, näkökulmasta. Tutkimuksessa tarkastellaan, miten he osallistuvat palvelukulttuurin tuottamiseen: sen muuttamiseen ja ylläpitämiseen. Tutkimuksen lähestymistapa on esitysteoreettinen eli palvelutilanteet nähdään esityksinä, joita ohjaavat muun muassa kulttuuriset käsikirjoitukset. Tutkimuksessa analysoidaan suomalaista palvelutarina-aineistoa (n=356), joka koostuu kuluttajien ja asiakaspalvelijoiden kertomuksista, joissa he kuvaavat miellyttäviksi tai epämiellyttäviksi kokemiaan palvelutilanteita. Tutkimusaineistoa on tulkittu tarinallisin ottein, esimerkiksi kulttuurisia tarinoita ja juonikulkuja tunnistaen. Tutkimustulokset osoittavat, että arkiset palvelutilanteet tarjoavat näyttämön monenlaisille esityksille, niissä esitetään palvelun lisäksi muun muassa ikää ja sukupuolta. Palvelussa jaettavat toimijaroolit kuluttajina ja palvelutyöntekijöinä määrittyvät sosiaalisten asemien sekä niihin kiinnittyvien kulttuuristen merkitysten kautta, esimerkiksi nuoria saatetaan pitää lähtökohtaisesti uhkaavina häiriöiden aiheuttajina. Muun muassa nämä kerrokselliset toimija-asemat aiheuttavat palveluesityksissä jännitteitä; palvelukäsikirjoitusten rutiinit kyseenalaistuvat, kun palvelussa kohtaavat asiakkaiden ja palvelutyöntekijöiden lisäksi nuoret ja aikuiset. Tavanomaisen palveluesityksen kulun häiriintyessä toiminnasta voi tulla pelillistä eli epävarmaa ja pelaajien yhdessä tuottamaa. Pelitilanteesta voi rakentua yhteispelillinen tai kilpailullinen, jopa toisen osapuolen ulossulkeva. Pelillisessä palveluesityksessä voidaan pyrkiä parempaan palveluun taktisesti esiintymällä eli tilannesidonnaisia kulttuurisia ja sosiaalisia resursseja hyödyntäen, esimerkiksi pukeutumistapaa muuttaen tai ottamalla perheenjäsen mukaan palvelutilanteeseen. Kuluttajalähtöisen ja tasa-arvoisen palvelukulttuurin rakentaminen edellyttää toimijoiden sidoksellisuuden tunnustamista. Tulokset tarkoittavat, että kuluttajat osallistuvat palvelutilanteiden rakentamiseen, mutta heidän mahdollisuutensa luovuuteen ovat sidoksissa kulttuurisiin toimija-asemiin ja tilannesidonnaisiin resursseihin. He saattavat vahvistaa palvelun epätasa-arvoisuutta entisestään. Erityisesti nuoria tulisi auttaa tunnistamaan epätasa-arvoista asemointia. Lisäksi, sosiaalisen median keskusteluihin päätyviä kuluttajatarinoita käsittelevien yritysten tulisi ymmärtää, että tarinoissa on kyse jännitteisten poikkeustilanteiden tulkitsemisesta. Poikkeustilanteissa toimiminen on merkityksellistä, niissä tulisi rohkeasti tarttua kuluttajien käsikirjoittamattomiin avauksiin tasa-arvoisen palvelun periaatetta vaalien, jotta esitykset kestävät julkisetkin tulkinnat.
  • Bao, Yulong (Helsingin yliopisto, 2018)
    Väitöskirjan tavoite oli tutkia proteiinien hapettumisen vaikutuksia ja vaikutusmekanismeja lihan laatuominaisuuksiin, kuten mureuteen, väriin ja vedenpidätyskykyyn eli lihan kykyyn pidättää lihasnestettä. Tätä varten lihaa säilytettiin suojakaasupakkauksissa eri happipitoisuuksissa. Tutkimuksessa mitattiin proteiinien hapettumista sekä eräitä lihan laatuominaisuuksia, erityisesti mureutta ja väriä. Lisäksi myofibrilliproteiineja hapetettiin mallikokeissa hypokloriittihapolla (HClO) ja tutkittiin sitten proteiinien hapettumisen vaikutusta filamenttien nettovarauksiin, proteiinien yhteenliittymiseen ja näiden seikkojen vaikutuksia vedenpidätyskykyyn. Yleisesti ottaen proteiinien hapettumisen todettiin lisääntyvän sekä suojakaasupakkausten happipitoisuuden että HClO-pitoisuuden noustessa. TBARS-arvoina mitattu rasvojen hapettuminen oli myös suurempaa, kun liha oli säilytetty korkeammissa happipitoisuuksissa. Proteolyysin ja proteiinien poikkisidosten merkitystä tutkittiin hapettumisen aiheuttaman sitkeyden kannalta. Sian longissimus dorsi -lihaksen leikkautumisvoima kasvoi suojakaasun happipitoisuuden noustessa, mikä osoitti lihan sitkeyden lisääntymistä. Myosiinin raskaan ketjun poikittaissidosten määrä oli suurempi 80 % happea sisältävissä kuin 0 tai 20 % sisältävissä suojakaasupakkauksissa, kun taas pakkausten happipitoisuus ei vaikuttanut desmiinin tuhoutumiseen, mikä viittaa siihen, että hapettumisen aiheuttaman sitkistyminen johtuu pikemminkin poikittaissidosten muodostumisesta kuin proteolyysin vähenemisestä. Hapettumisen aiheuttama sitkistymistä havaittiin myös jauhelihassa, koska 20-80 %:in happipitoisuudessa säilytetystä lihasta valmistetut jauhelihapihvit olivat kovempia kuin 0 %:in happipitoisuudessa säilytetyistä lihoista valmistetut. Jauhelihapihvien sisällä värin punaisuus laski kypsennyslämpötilan ja suojakaasupakkauksen happipitoisuuden noustessa, ja jo melko matala happipitoisuus (20 %) aiheutti ns. ennenaikaisen ruskistumisen. Esimerkiksi 20 %:in happipitoisuudessa säilytetystä lihasta valmistetut jauhelihapihvit olivat sisältä ruskeita 55 °C:eessa, kun taas 0 %:issa säilytetyissä lihoista valmistetut olivat sisältä vaaleanpunaisia. Mallikokeessa proteiinien poikittaissidosten muodostuminen voitiin osoittaa proteiinipartikkelien koon kasvun kautta HClO-pitoisuuden kasvaessa, mutta hapettuminen silti paransi vedenpidätyskykyä. Isoelektrisen fokusointimenetelmän avulla voitiin osoittaa, että liuenneiden myofibrilliproteiinien isoelektrinen piste laski hapettumisen seurauksena. Tämä osoittaa negatiivisen nettovarauksen kasvua. Väitöskirjassa esitetään hypoteesi hapettumisen aiheuttamista muutoksista vedensidontakykyyn: koska vedenpidätyskyvyn muutos on tasapainossa edistävien tekijöiden (esim. nettovarauksen kasvu) ja estävien tekijöiden (esim. poikittaissidokset ja proteiinien yhteenliittyminen) välillä ja koska hapettumisen aiheuttama negatiivisten nettovarauksen nousu johtuu positiivisesti varautuneen histidiinin sivuketjun neutraloitumisesta proteiinien karbonylaation seurauksena, vedenpidätyskyvyn nousun katsottiin johtuvan histidiinin hapettumisesta.
  • Olascoaga, Beñat (2018)
    Fotosynteesin edellytyksenä on sen valoriippuvaisten ja -riippumattomien reaktioiden välinen tasapaino, jolloin valokemian kautta tapahtuva energian sisäänvirtaus vastaa kulutusta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit edesauttavat tasapainon muodostumista, sillä jotkut prosessit säätelevät valoriippuvaisten valokemialllisten reaktioiden aktiivisuutta, kun taas toiset säätelevät lämpötilariippuvaisten biokemiallisten reaktioiden aktiivisuutta. Biokemialliset ja fysiologiset prosessit mukauttavat myös fotosynteesiin käytettävissä olevaa absorboidun energian määrää ohjaamalla osan energiasta ei-valokemiallisille reaktiopoluille, jotka hajauttavat energiaa lämpönä ja fluoresenssina. On kiinnostavaa, että tietyt fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat fotosynteesin dynamiikkaa luonnehtivien lehden optisten ominaisuuksien (LOP) kanssa. Mutta kuinka tukevalla pohjalla näihin ominaisuuksiin vaikuttavia biokemiallisia ja fysiologisia prosesseja koskeva tietämyksemme on, ja miten hyvin lehtien optiset ominaisuudet ja fotosynteesin dynamiikan taustalla vaikuttavat biokemialliset ja fysiologiset prosessit korreloivat, kun niitä tarkastellaan erilaisilla spatiotemporaalisilla skaaloilla? Tässä väitöskirjassa tutkittiin, korreloivatko lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvat optiset ominaisuudet riittävän hyvin fotosynteesin dynamiikkaan vaikuttavien biokemiallisten ja fysiologisten prosessien kanssa, ja pätevätkö nämä korrelaatiot eri spatiotemporaalisilla skaaloilla. Tässä väitöskirjassa osoitetaan lehtien reflektanssiin ja fluoresenssiin perustuvien optisten ominaisuuksien sopivuus fotosynteesin dynamiikan tutkimiseen sopiviksi optisiksi korvikemuuttujiksi. Työssä myös tunnistetaan vaihtelulähteitä, jotka voivat rikkoa fotosynteesin ja optisten ominaisuuksien välisen korrelaation. Vaihtelulähteet luokitellaan metodologisten (liiallinen yksinkertaistaminen ja tekniset/instrumentaaliset rajoitteet) ja spatiotemporaalisten rajoitteiden mukaan. Fotosynteesidynamiikan taustalla olevien prosessien ja lehtien optisten ominaisuuksien liiallista yksinkertaistamista tarkasteltiin tutkimalla PAR-säteilyn absorptiota männynneulasiin. PAR-absorptiota pidetään yleisesti klorofyllikonsentraatiosta riippuvaisena, mutta tässä väitöskirjassa osoitetaan, että absorptiota säätelee myös vahojen vaikutus neulasten PAR-reflektanssiin. Koska neulasten PAR-absorption suora mittaaminen on vaikeaa, PAR-reflektanssia käytettiin PAR-absorption korvikemuuttujana. Tämän teknisen/instrumentaalisen rajoitteen ratkaisemiseen väitöskirja esittelee uuden metodologian, joka helpottaa PAR-absorption suoraa arviointia. Väitöskirjassa myös osoitetaan, että eräät optiset ominaisuudet näyttävät olevan tunnottomia, kun pyritään mittaamaan tiettyjen biokemiallisten ja fysiologisten prosessien dynamiikkaa. Tämä päti valokemialliseen reflektanssi indeksiin (PRI), jonka avulla ei pystytty havaitsemaan zeaksantiinista riippumattomia, absorboidun PAR-säteilyn lämpöhajaantumisen taustalla olevia prosesseja. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan, että myös lehden morfologia voi vaikuttaa optisiin ominaisuuksiin, mikä saattaa vaikuttaa optiikkaan perustuvaan monitorointiin yksittäistä lehteä suuremmilla skaaloilla. Huolimatta väitöskirjassa esiin tuoduista varauksista optisten menetelmien potentiaali fotosynteesiaktiivisuuden dynamiikan seurannassa on kiistaton, ja tässä esitetyt tulokset voivat osaltaan pienentää epävarmuutta, joka liittyy fotosynteesin kuvaamiseen optisin menetelmin eri spatiotemporaalisilla kaaloilla.
  • Koivumäki, Tuuli (Helsingin yliopisto, 2018)
    Maidon heraproteiinit, erityisesti α-laktalbumiini ja β-laktoglobuliini, ovat ravitsemuksellisesti erinomaisia ja monipuolisia aminohappojen lähteitä. Siksi ne ovat suosittuja myös erilaisissa urheilijoiden lisäravinnevalmisteissa. Elintarvikkeissa proteiineilla on ravintoarvonsa lisäksi tärkeitä teknologisia tehtäviä, ja niitä voidaankin lisätä tarkoituksellisesti esimerkiksi parantamaan vaahtoutumista, sitomaan vettä tai emulgaattoreiksi. Hapettuminen on kemiallinen ilmiö, joka tunnetaan sekä tieteessä että kotikeittiöissä parhaiten rasvan reaktioina, ns. ”härskiintymisenä”. Myös proteiinit ovat alttiita hapettumaan, vaikka niiden lopputuotteita harvemmin havaitaankaan suoraan aistinvaraisesti virhemakuina tai värimuutoksina. Toisaalta hapettuminen voi olla myös haluttua, esimerkiksi tuotteen rakenteen muokkausta entsyymien avulla. Proteiinien ei-toivotun hapettumisen tärkeimmät seuraukset ovat hyväksikäytettävyyden ja ravitsemuksellisen arvon heikkeneminen, erityisesti mikäli hapettumista on tapahtunut ns. välttämättömissä aminohapoissa. Proteiinien laadun arviointiin tarvitaankin uusia työkaluja, sillä perinteisin hapetustuotteiden määritysmenetelmä perustuu vain hyvin yleispätevään karbonyylimuotoisten yhdisteiden spektrofotometriseen mittaukseen. Tämä menetelmä on kuitenkin erityisen epäedustava maidon heraproteiineille, joissa useat tyypilliset aminohapot kuten kysteiini, metioniini, tryptofaani ja tyrosiini voivat hapettuessaan tuottaa muitakin kuin karbonyyliyhdisteitä. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli kehittää uusia nykyaikaisia määritysmenetelmiä heraproteiinien hapettumisen tutkimuksen avuksi, erityisesti nestekromatografia–massaspektrometriaa (LC–MS) hyödyntäen. Tutkimuksessa kehitettiin menettelytapa, jossa heraproteiinit hydrolysoitiin entsymaattisesti luonnollisella trypsiinillä, sekä syntyneet peptidit eroteltiin preparatiivisella kromatografialla ja kerättiin osafraktioikseen jatkotutkimuksiin. Näin eristettyjä peptideitä hapetettiin 14 vrk metallikatalysoiduissa olosuhteissa +37 °C:ssa ja osanäytteitä kerättiin 0, 1, 4, 7, 10 ja 14 vrk. Hapettumismuutosten tutkimuksen päätyökaluna käytettiin nestekromatografi–kvadrupoli-ioniloukku-massaspektrometria sähkösumutusionisaatiota käyttäen. Tunnistukset perustuivat moninkertafragmentaatiomassaspektrien lisäksi UV/VIS- ja fluoresenssi-ilmaisimilla kerättyyn tietoon. Tämän väitöskirjatyön tulokset osoittivat, että karbonyylimuotoiset hapettumistuotteet olivat todella useimmiten toissijaisia tutkittujen peptidien kaikista havaituista hapettumismuutoksista. Esimerkiksi lysiineistä vain 50 % hapettui tunnetuimpaan α-AAS-muotoonsa, jota on pidetty yhtenä tärkeimmistä hapettumisen merkkiyhdisteistä. Sen sijaan kaikki tutkittujen peptidien metioniinit sekä suurin osa tryptofaaneista ja kysteiineistä olivat erittäin alttiita hapettumaan, muodostaen tuotteita joita karbonyylimääritys ei havaitse. Näiden yksittäisten tyypillisten hapettumiskohteiden tunnistamisen lisäksi väitöskirjatyön tuloksena ehdotetaan useita peptideitä, joiden hapettumisen tilaa voitaisiin seurata ns. kohdennettuina ja edustavina merkkiyhdisteinä kokonaisten heraproteiinien ravitsemuksellisen laadun arvioinnissa.
  • Ghafar, Abdul (Helsingin yliopisto, 2018)
    Aerogeelit ovat erittäin huokoisia ja kevyitä kiinteitä materiaaleja, jotka valmistetaan korvaamalla geelin nestefaasi ilmalla siten, että kolmiulotteinen polymeeriverkosto säilyy myös kuivassa materiaalissa. Polysakkaridien käyttö aerogeelien valmistuksessa on herättänyt kiinnostusta viime vuosina polysakkaridien erinomaisten ominaisuuksien vuoksi: polysakkaridit eivät ole myrkyllisiä, ovat ympäristöystävällisiä, ja niitä saadaan uusiutuvista lähteistä. Siksi polysakkaridipohjaisia aerogeeleja pidetään potentiaalisina biolääketieteellisiin, farmaseuttisiin, ja elintarviketeollisuuden sovelluksiin. Geelinmuodostus on ensimmäinen askel kohti aerogeelin valmistusta, vaikkakaan kaikki polysakkaridit eivät muodosta geeliä alkuperäisessä muodossaan. Siksi niiden rakennetta täytyy parannella ja muokata. Muokkaustekniikan valinta on erittäin tärkeää polysakkaridipohjaisten aerogeelien valmistuksessa, erityisesti elintarvikkeisiin liittyvissä sovelluksissa, koska tekniikan täytyy olla turvallinen. Tässä työssä käytettiin galaktoosioksidaasia (GaO) turvallisena ja ympäristöystävällisenä muokkaustekniikkana guar-kasvin galaktomannaanin (GM) ja tamarindin siementen galaktoksyloglukaanin (XG) hapetuksessa ja ristisidonnassa. Lisäksi tutkittiin GaO:n katalysoimaa hapetusta sekä GM- ja XG-hydrogeelien muodostumista nanofibrilloidun selluloosan (NFC) läsnä ollessa, käyttäen vaihtelevia määriä NFC:tä (5-25 %). NFC:n rooli oli toimia vahvistajana näin muodostuvissa komposiittihydrogeeleissä. Geelien nestefaasi poistettiin käyttäen kahta eri tekniikkaa, pakkaskuivausta ja ylikriittistä CO2-kuivausta. Myös näiden menetelmien suhdetta aerogeelien ominaisuuksiin, kuten tilavuuden pienenemiseen, morfologiaan, pinta-alaan ja mekaanisiin ominaisuuksiin tutkittiin. Tässä työssä käytettiin synkrotroni röntgensäde mikrotomografiaa (XMT) modernina ja ei-invasiivisena kuvantamistekniikkana karakterisoimaan aerogeelien laadullisia ja määrällisiä morfologisia ominaisuuksia suhteessa niiden valmistusolosuhteisiin. GM- ja XG-polysakkaridien entsymaattinen hapetus ilman NFC-vahvistamista tuottaa elastisia hydrogeelejä. Tässä tutkimuksessa kävi ilmi, että NFC:n lisääminen aina 25 % pitoisuuteen asti ei estänyt entsyymiaktiivisuutta, joten menetelmällä oli mahdollista valmistaa komposiittihydrogeelejä. NFC vahvistajana kasvatti merkittävästi elastista moduulia (G’) verrattuna pelkästään GM:stä ja XG:stä valmistettuihin hydrogeeleihin riippuen polysakkaridin tyypistä (GM tai XG). Kun hydrogeelin nestefaasin korvattiin liuottimella, NFC:n vahvistava vaikutus verrattuna GM-hydrogeeliin havaittiin myös. NFC vähentää tilavuuden kutistumista, joka taas riippuu liuottimesta. Pakkaskuivaus on tehokkaampi kuivausmenetelmä hydrogeelin alkuperäisen tilavuuden säilyttämiseen, erityisesti verrattuna ylikriittisellä CO2:lla kuivaamiseen, joka aiheutti merkittävää tilavuuden kutistumista kuivauksen aikana. Ylikriittisellä CO2-kuivauksella valmistetuissa aerogeeleissä havaittiin kuitenkin mesohuokoisia rakenteita, joiden huokoskoko vaihteli muutamista nanometreistä satoihin nanometreihin, saavuttaen suuren, jopa 30 m2 /g pinta-alan. Pakkaskuivatuilla aerogeeleillä sen sijaan oli erilainen morfologia, esimerkiksi, huokoskoko vaihteli välillä 125-250 µm, ja pinta-ala oli matala (< 10 m2/g). Polysakkaridiaerogeelien kolmiulotteisia rakenteita tutkittiin onnistuneesti. Kvantitatiivisista tuloksista saatiin selvitettyä huokoskoot ja seinämien paksuuden vaihteluväli, jotka riippuivat jäädytysmenetelmistä ja NFC-vahvistamisesta. Tämä työ osoitti, että tutkittujen polysakkaridiaerogeelien ominaisuudet riippuivat prosessointiparametreistä, kuivausmenetelmän valinnasta, ja vahvistavan aineen lisäämisestä. GM- ja XG-pohjaisten aerogeelien ominaisuuksia voitiin muokata haluttuun sovellukseen valitsemalla sopiva kuivausmenetelmä ja huolellisesti kontrolloidut prosessointiolosuhteet. XMT havaittiin lupaavaksi karakterisointitekniikaksi biopohjaisille huokoisille materiaaleille, kun halutaan selvittää niiden rakenneominaisuuksia suhteessa niiden toiminnallisiin ominaisuuksiin.

Näytä lisää