Protein cross-linking with oxidative enzymes and transglutaminase : Effects in meat protein systems

The effects of tyrosinase, laccase and transglutaminase (TG) were studied in different meat protein systems. The study was focused on the effects of the enzymes on the gel formation properties of myofibrils, and on the textural and water-holding properties of the heated meat systems. The cross-linking efficiency of a novel Trichoderma reesei tyrosinase was compared to that of the commercial Agaricus bisporus tyrosinase. Trichoderma tyrosinase was found to be superior compared to the Agaricus enzyme in its protein cross-linking efficiency and in the incorporation of a small molecule into a complex proteinaceous substrate. Tyrosinase, laccase and TG all polymerised myofibrillar proteins, but laccase was also found to cause protein fragmentation. A positive connection between covalent cross-link and gel formation was observed with tyrosinase and TG. Laccase was able to increase the gel formation only slightly. With an excessive laccase dosage the gel formation declined due to protein fragmentation. Tyrosinase, laccase and TG had different effects on the texture and water-holding of the heated chicken breast meat homogenates. Tyrosinase improved the firmness of the homogenate gels free of phosphate and with a low amount of meat. TG improved the firmness of all studied homogenates. Laccase weakened the gel firmness of the low-meat, low-salt and low-salt/phosphate homogenates and maintained the firmness on the control level in the homogenate free of phosphate. Tyrosinase was the only enzyme capable of reducing the weight loss in the homogenates containing a low amount of meat and a low amount of NaCl. TG was the only enzyme that could positively affect the firmness of the homogenate gel containing both low NaCl and phosphate amounts. In pilot scale the test products were made of coarsely ground chicken breast fillet with a moderate amount of salt. Increasining the amount of meat, salt and TG contents favoured the development of firmness of the test products. The evaporation loss decreased slightly along with increasing TG and NaCl amounts in the experimental conditions used, indicating a positive interaction between these two factors. In this work it was shown that tyrosinase, laccase and TG affected the same myofibrillar proteins, i.e. myosin and troponin T. However, these enzymes had distinguishable effects on the gel formation of a myofibril system as well as on the textural and water-holding properties of the finely ground meat homogenates, reflecting distinctions at least in the reaction mechanisms and target amino acid availability in the protein substrates for these enzymes.Työssä verrattiin elintarviketeollisuudelle tuntemattomien hapettavien entsyymien tyrosinaasin ja lakkaasin sekä teollisessa mitassa paljon käytetyn transferaasiensyymin transglutaminaasin (TG) katalysoimien kovalenttisten ristisidosten vaikutuksia myofibrilliproteiinien geelinmuodostukseen sekä jauhetun ja kuumennetun lihan rakenteeseen ja vedensidontaan. Lisäksi uuden Trichoderma reesei- ja kaupallisen Agaricus bisporus- tyrosinaasin ristisidontatehokkuutta verrattiin toisiinsa käyttäen substraatteina lyhyitä peptidejä, liukoisia proteiineja ja proteiinikuitua. Trichoderma tyrosinaasin havaittiin olevan tehokas ristisidosten muodostaja proteiinimatriiseissa, toisin kuin Agaricus entsyymin, joka suosi pienimolekyylisiä substraatteja. Tämän tuloksen perusteella oli perusteltua tutkia Trichoderman tyrosinaasin käyttäytymistä myös lihaproteiinisysteemeissä. Tyrosinaasi, lakkaasi ja TG polymeroivat samoja myofibrilliproteiineja, myosiinia ja troponiini T:tä. Lakkaasin todettiin lisäksi pilkkovan näitä proteiineja. Myofibrillien geelinmuodostus tehostui tyrosinaasin ja TG:n katalysoimien ristisidosten vaikutuksesta. Lakkaasin proteiinia pilkkova ominaisuus havaittiin geelinmuodostuksen heikkenemisenä. Mainituilla entsyymeillä todettiin olevan toisistaan poikkeavat vaikutukset broilerin rintalihasta valmistetun kuumennetun homogenaatin rakenteeseen ja vedensidontaan. Tyrosinaasi paransi fosfaatittoman ja alhaisen lihapitoisuuden sisältävän homogenaatin rakennetta. TG paransi rakennetta lisäksi myös homogenaatissa, jossa oli alhainen suolapitoisuus. TG oli rakenteen kiinteyttäjänä selvästi tutkituista entsyymeistä tehokkain. TG:n rakennetta parantavat vaikutus on entuudestaan tunnettu ja sitä hyödynnetään teollisesti useissa liha- ja maitotuotteissa. Lakkaasi pääsääntöisesti heikensi rakennetta. Tyrosinaasin todettiin olevan entsyymeistä ainoa, joka pystyi parantamaan lihasysteemien vedensidontaa. TG:lla ja lakkaasilla vedensidontaominaisuus yleisesti heikkeni. Tässä tutkimuksessa osoitettiin, että tyrosinaasi, lakkaasi ja TG reagoivat samojen myofibrilliproteiinien kanssa, vaikka näillä entsyymeillä on erilaiset reaktiomekanismit ja ne katalysoivat sidoksia osin eri aminohappotähteiden välille. Kuitenkin nämä entsyymit aiheuttivat toisistaan selkeästi eroavia vaikutuksia myofibrillien geelin muodostukseen sekä jauhetun, kuumennetun lihan rakenne- ja vedensidontaominaisuuksiin. Tyrosinaasin todettiin olevan mielenkiintoinen uusi entsyymi lihasysteemien vedensidonnan parantajana

Nutrient recycling – from vision to practice

Nutrient losses to water need to be reduced. This can be accomplished by sustainable use of nutrients and by recycling the nutrients contained in organic side streams. Researchers propose specific actions to speed up the changes needed for better nutrient recycling in Finland.201

Kiertotalouden ekosysteemit

Kiertotalous on toimintatapa, jolla tähdätään kestävän kehityksen mukaiseen kasvuun. Materiaalikierrot ovat kiertotalouden keskiössä, sillä niihin liittyy merkittäviä ympäristövaikutuksia ja toisaalta merkittävää liiketoimintaa eri sektoreilla. Vuonna 2018 materiaalikierroissa toimi yli 500 yritystä, ja kiertotaloudesta liikevaihtoa arvioidaan muodostuneen noin 11 mrd € (5 % bkt:sta). Kiertotalouden yritykset perustavat liiketoimintansa pääosin kierrätyksen tai resurssitehokkuuden liiketoimintamalleille. Vain muutama prosentti kiertotalouden liikevaihdosta kertyi tuote palveluna-konsepteista tai jakamisalusta-liiketoiminnasta. Materiaalikiertotalouden ekosysteemit voidaan jakaa kolmeen tyyppiekosysteemiin: alueellisista vahvuuksista ponnistavat ekosysteemit, teollisuuden vahvojen vetureiden ekosysteemit, sekä kiertotalousvisioon nojaavat ekosysteemit. Eri tyyppisillä ekosysteemeillä on oma tärkeä roolinsa kiertotalouden toteutuksessa. Kiertotalouden materiaalikiertoihin liittyvä liiketoiminta on arvion mukaan kaksinkertaistettavissa vuoteen 2030 mennessä. Kasvu vaatii kuitenkin samaan suuntaan ohjaavia yhtäaikaisia politiikkatoimia, kuten sääntely, investointituet ja T&K&I kannusteet. Seuraavaksi tulisi arvioida valittujen kiertotaloustoimien yhteinen vaikuttavuus eri toimialoilla suhteessa hiilineutraalisuustavoitteisiin ja kiertotalouden toteutumiseen. Yhteyshenkilö: Sari Tasa, Työ- ja elinkeinoministeriö ja Inka Orko, VTT Julkaisu päivitetty 19.3.2020: tekijät ja yhteyshenkilöt, tekijäluettelo s. 22, oikeinkirjoitus s. 99

Comparison of enzymatic and pH shift methods to extract protein from whole Baltic herring (Clupea harengus membras) and roach (Rutilus rutilus)

This study aimed to establish the differences between enzymatically extracted hydrolysates and pH shifted protein isolates from whole Baltic herring and roach in terms of polypeptide patterns, functionality, sensory properties, microbial quality, yield, and composition. Alkaline extraction resulted in the highest yields, whereas the hydrolysates showed the highest protein contents. The hydrolysates showed higher protein solubility (86.0–88.5%) than the protein isolates (5.1–14.5%) as well as the higher foam capacity for Baltic herring. However, for roach, alkaline extracted protein isolates exhibited the highest foam capacity. All hydrolysates showed poor foam stability (0–13%) while the protein isolates showed notably higher stability (30–55%). The hydrolysates showed relatively low bitterness, whereas alkaline extracted roach proteins were perceived as bitter. This study demonstrated that it was possible to produce protein isolates and hydrolysates from whole fish with good microbial quality. However, both processes need to be optimised according to the food application and fish species.</p

Towards a breakthrough in nutrient recycling : State-of-the-art and recommendations for developing policy instruments in Finland

The report has been complemented on 11.9.2018This report describes the state-of-the-art in phosphorus and nitrogen recycling in Finland and looks at basic data on the volumes and geographical distribution of biomasses and their nutrients. Based on this data, the report makes proposals for measures aiming to promote nutrient recycling. This report was prepared collaboratively by experts at the institutions making up the Finnish Partnership for Research on Natural Resources and the Environment (LYNET) to underpin a national action plan on nutrient recycling. Of all sectors in Finland, agriculture is the largest user and recycler of phosphorus and nitrogen. Different biomasses contain an annual total of approximately 26,000 t of recyclable phosphorus, which exceeds the fertilisation needs of grasslands and cereal crops in the entire area of Finland. The volume of nitrogen contained in biomasses is approximately 95,000 t. Still, approx. 11,000 t of phosphorus and 152,000 t of nitrogen are annually used in Finland as conventional inorganic fertilisers. There is a regional imbalance between manure production and crop nutrient requirements. The breakthrough in nutrient recycling means increased implementation of manure processing, thus making manure nutrients easier to transport and reducing the use of conventional inorganic fertilisers. At minimum 20% of the entire volume of manure generated in Finland will require advanced processing to enable long-distance transport of the manure phosphorus to areas in need of it. This requires separation of water. The highest demand for advanced processing is experienced in the regions of Ostrobothnia (approx. 60% at minimum), South Ostrobothnia and Satakunta (approx. 30 %) and Southwest Finland (13%). In the agricultural sector, fertilisation is currently guided by a wide array of different policy instruments, which make up an incoherent and unstructured whole. The instruments cause considerable amounts of regulatory burden, but appear to do little to promote sustainable nutrient recycling. This report proposes a total reform of the policy instruments to boost the recycling of nutrients. All legal standards related to fertilisation should be merged into a single statute, for example by developing the Nitrate Decree. At the same time, the current policy that controls nutrient use via the EU agri-environmental scheme should be abandoned, and the role of the environmental permit for livestock installations and its relationship with general regulatory instruments be clarified. A field plot specific nutrient database should be created to support guidance. The knowledge base of nutrient recycling should be developed by creating and maintaining a comprehensive data system on the quantities, properties and locations of nutrient-rich biomasses and ashes and their current processing methods. The report also proposes setting regional processing targets for livestock manure. Key objectives should include reducing excessive fertilisation in crop production. The goal of normative guidance should be nutrient use according to the crop needs.201

Kohti ravinteiden kierrätyksen läpimurtoa : Nykytila ja suositukset ohjauskeinojen kehittämiseksi Suomessa

Julkaisua täydennetty 11.9.2018Raportti kuvaa fosforin ja typen kierrätyksen nykytilanteen Suomessa ml. perustiedot biomassojen ja niiden sisältämien ravinteiden määristä sekä alueellisesta jakaumasta. Esitettyjen tietojen pohjalta annetaan toimenpide-ehdotuksia ravinteiden kierrätyksen edistämiseksi. Luonnonvara- ja ympäristötutkimuksen yhteenliittymä LYNET:iin kuuluvien laitosten asiantuntijoiden yhteistyönä toteutettu selvitys tehtiin taustaksi kansalliselle ravinteiden kierrätyksen toimintaohjelmalle. Suomessa maatalous on yksittäisistä toimialoista suurin fosforin ja typen käyttäjä ja myös kierrättäjä. Erilaiset biomassat sisältävät vuositasolla kierrätettävissä olevaa fosforia yhteensä noin 26 000 tonnia, mikä on enemmän kuin koko Suomen nurmien ja viljojen lannoitustarve. Typpeä biomassat sisältävät noin 95 000 tonnia. Kuitenkin Suomessa käytetään vuosittain perinteisinä epäorgaanisina lannoitteina noin 11 000 t fosforia ja 152 000 t typpeä. Noin 20 % Suomen lantafosforista muodostuu alueilla, joilla sen määrä on suurempi kuin kasvien tarve. Lantafosforia tulisi siten kuljettaa muille alueille korvaamaan perinteisiä epäorgaanisia fosforilannoitteita. Kuljettaminen edellyttää yleensä prosessointia, mm. veden poistoa. Myös muiden biomassojen käsittelyssä on tarpeen ottaa käyttöön ravinteita tehokkaammin kierrättäviä teknologioita. Maataloussektorilla lannoitusta ohjataan useiden ohjauskeinojen palapelillä, josta on muodostunut epäyhtenäinen ja jäsentymätön kokonaisuus. Nykyisellään ohjaus aiheuttaa huomattavaa sääntelytaakkaa, mutta sen merkitys kestävän ravinnekierrätyksen edistäjänä vaikuttaa heikolta. Raportissa ehdotetaan mm. ravinteiden käytön ohjauskeinojen kokonaisuudistusta, jossa luotaisiin yleinen kaikkea viljelyä ja lannoittamista koskeva säädös esim. nitraattiasetusta kehittämällä. Samalla luovuttaisiin ympäristökorvausjärjestelmän nykyisenkaltaisesta ravinteiden käytön ohjauksesta ja selkeytettäisiin eläinsuojan ympäristöluvan roolia ja suhdetta yleiseen normiohjaukseen. Ohjauksen tueksi luotaisiin peltolohkokohtainen ravinnetietokanta. Ravinteiden kierrätyksen tietopohjaa tulisi kehittää luomalla kattava ja päivitettävä tietojärjestelmä ravinnerikkaiden biomassojen ja tuhkan syntypaikoista, määristä, ominaisuuksista ja nykykäsittelyistä. Tuotantoeläinten lannoille ehdotetaan asetettavaksi alueelliset prosessointitavoitteet. Keskeisenä tavoitteena tulisi olla ylilannoituksen vähentäminen kasvintuotannossa ja siirtyminen kasvien tarpeen mukaiseen lannoitukseen.201

Repeated centralized multidisciplinary team assessment of resectability, clinical behavior, and outcomes in 1086 Finnish metastatic colorectal cancer patients (RAXO): A nationwide prospective intervention study

Background: Resection of colorectal cancer (CRC) metastases provides good survival but is probably underused in real-world practice.Methods: A prospective Finnish nationwide study enrolled treatable metastatic CRC patients. The intervention was the assessment of resectability upfront and twice during first-line therapy by the multidisciplinary team (MDT) at Helsinki tertiary referral centre. The primary outcome was resection rates and survival.Findings: In 2012-2018, 1086 patients were included. Median follow-up was 58 months. Multiple metastatic sites were present in 500 (46%) patients at baseline and in 820 (76%) during disease trajectory. In MDT assessments, 447 (41%) were classified as resectable, 310 (29%) upfront and 137 (18%) after conversion therapy. Sixhundred and ninety curative intent resections or local ablative therapies (LAT) were performed in 399 patients (89% of 447 resectable). Multiple metastasectomies for multisite or later developing metastases were performed in 148 (37%) patients. Overall, 414 liver, 112 lung, 57 peritoneal, and 107 other metastasectomies were performed. Median OS was 80.4 months in R0/1-resected (HR 0.15; CI95% 0.12-0.19), 39.1 months in R2-resected/LAT (0.39; 0.29-0.53) patients, and 20.8 months in patients treated with "systemic therapy alone" (reference), with 5-year OS rates of 66%, 40%, and 6%, respectively.Interpretation: Repeated centralized MDT assessment in real-world metastatic CRC patients generates high resectability (41%) and resection rates (37%) with impressive survival, even when multisite metastases are present or develop later. </p