MAITO-INNO Maito uudet tutkimus ja tuotekehitys innovaatiot Raija Tahvonen, professori, Uudet liiketoimintamahdollisuudet Tuomo Tupasela, vanhempi tutkija, Uudet liiketoimintamahdollisuudet Sirja Viitala, erikoistutkija, Vihreä teknologia + Johanna Vilkki, professori & Pertti Marnila, immunologi Luonnonvarakeskus (Luke) 10.6.2016, Mikkeli, Kyyhkylän kartano
Maito Maito ja maitovalmisteet ovat perinteisiä suomalaisen ruokavalion perusruoka-aineita. Maamme ilmasto-olosuhteet sekä kuuluminen nurmialueeseen ovat tekijöitä, jotka ovat edistäneet maidon tuotantoa ja käyttöä suomessa. Esi-isämme kuluttivat maidon pääasiassa piimänä. Tuoretta, vastalypsettyä maitoa annettiin vain pikkulapsille. Maidossa on proteiineja. Proteiineja tarvitaan elimistön kudosten muodostumiseen sekä niiden uusimiseen. Lisäksi ne ovat tärkeitä elimistön toimintaa säätelevien hormonien ja entsyymien sekä sen vastustuskykyä lisäävien yhdisteiden rakennusaineita. Maidossa on rasvaa. Rasvoilla on lukuisia tehtäviä elimistössä: rasvat ovat osa solukalvojen rakennetta, rasvat ovat elimistön tärkeä energian varastomuoto, kolesterolin kaltaiset rasva-aineet toimivat tärkeinä elintoimintojen säätelijöinä, tietyt rasva-aineet voivat toimia myös solujen 2 viestinvälityksessä. 9.6.2016
Maidon koostumus 4,30% 3,50% 4,70% 0,70% 87% Vettä Rasvaa Proteiinia Laktoosia Kivennäisaineita 3 9.6.2016
Maidon proteiinit Glycomacropeptide (GMP) is a C-terminal part (f 106 169) of kappa-casein which is released in whey during cheese making by the action of chymosin. 4 9.6.2016
Ruokinnat & Prosessit tuotteiden pohjana Eläinravitsemus ruokintamalli Uusi maito Perinteinen prosessiteknologia Elintarviketeknologia Uusi prosessiteknologia Perinteinen tuote Uusi tuote Parannettu tuote Uusi tuote Modifioitu tuote 5 9.6.2016
Esityksen sisältö Tausta Tutkimuksen tavoite Työpakettien keskeinen sisältö Tutkimuksen liittyminen muihin käynnissä oleviin tutkimuksiin Hankkeen toteuttajat Hankkeen keskeiset muutokset verrattuna hakuun Hankkeen ohjausryhmä Hankkeen aikataulu Hankkeen budjetti Tulosten julkaisu- ja hyödyntämissuunnitelma TP1, TP2, (TP3) 6 9.6.2016
Tausta Tämä hankkeen taustalla on joukko erilaisia tarinoita. 1) 2006 haimme ELVIRASTA rahoitusta Turun yliopiston kanssa A novel approach to study the effect of milk on the gastrointestinal symptoms in milk-hypersensitive adults 2) 2013 haimme rahoitusta SalWesta ja Ravitsemuksen tutkimussäätiöltä 3) 2014-2014 olemme hakeneet rahoitusta Luomumaito / FiDiPro (Akatemia, Tekes) 4) 2014 haimme Makera rahoitusta Maito ja vatsavaivat 5) 2015 haimme Makera rahoitusta Maito uudet tutkimus ja tuotekehitys innovaatiot 6) Meillä on edelleen maitohakuja päällä 7 9.6.2016
Tutkimuksen tavoite Tutkimuksen tavoitteena on selvittää ruokinnan ja maidon prosessoinnin vaikutuksia maidon koostumukseen, erityisesti bioaktiivisten komponenttien osalta sekä arvioida terveysvaikutuksia. 8 9.6.2016
Tässä hankkeessa selvitämme i.) kuinka erilaiset tuotantotavat (ruokinnat) vaikuttavat maidontuotantoon ja maidon koostumukseen ja laatuun, erityisesti sellaisten lisäarvoa tuovien komponenttien osalta joilla on korkea bioaktiivisuuspotentiaali ihmisessä (TP1). Vertaamme väkirehuvaltaista ja nurmirehuvaltaista dieettiä sekä luomutuotantoon soveltuvaa dieettiä, jossa tärkeänä komponenttina on kotimainen valkuaislähde, puna-apila. ii.) kuinka vaihtoehtoiset prosessointitavat vaikuttavat maidon laatuun ja bioaktiivisuuteen (TP1 ja TP2). iii.) kuinka eri tavoin prosessoitu maito vaikuttaa ihmisen immuunijärjestelmän indikaattoreihin (TP2). 9 9.6.2016
Tästä on kyse Työpakettien tavoitteena on luoda pohjaa uusien maitopohjaisten tuotteiden kehittämiseksi sekä tuottaa tietoa lopputuotteen kannalta optimaalisten tuotantotapojen tunnistamiseksi. Hankekokonaisuus kattaa koko ketjun alkutuotannosta (ruokinta, maidontuotanto) prosessoinnin kautta kuluttajaan. Hanke on suunniteltu vuosille 2016-2019. 10 9.6.2016
Maito-Inno hankkeen työpakettien keskeinen sisältö ja yhteydet toisiinsa, kuva 1. Kuva 1. Maito-Inno hankkeen työpakettien keskeinen sisältö ja yhteydet toisiinsa. TP3 toteutetaan toisessa yhteydessä, osa siitä (vaikutukset immuunijärjestelmään on siirretty TP2:een). 11 9.6.2016
Tutkimus liittyy FACCE JPI tutkimushankkeeseen Tutkimus liittyy kiinteästi Suomen Akatemian rahoittamaan tutkimushankkeeseen Global network for the development and maintenance of nutrition-related strategies for mitifation of methane and nitrous oxide emissions from ruminan livestock (2015-2018, Diaari n:o 292733) joka on mukana MMM:n ja SA:n koordinoimassa maataloutta, ruokaturvaa ja ilmastonmuutosta koskevassa EUohjelmassa (FACCE JPI). Hankkeessa tutkitaan ravintoaineiden sulavuuden ja siihen vaikuttavien tekijöiden vaihtelua lypsylehmien välillä sekä tarkastellaan ympäristövaikutuksia. Kokeessa testataan erilaisia ruokintatyyppejä (väkirehuvaltainen ja nurmirehuvaltainen sekä luomutuotantoon soveltuva, kotimaiseen valkuaislähteeseen (puna-apilaan) perustuva dieetti). Tässä hakemuksessa esitetty hanke hyödyntää samaa lehmien ruokintakoetta ja tuottaa näin ollen lisätietoa dieettien vaikutuksista. 12 9.6.2016
Tutkimus liittyy myös Tutkimus liittyy myös MAKERA:n ja Valion rahoittamaan hankkeeseen Lypsylehmien kestävyyden parantaminen ja maidontuotannon ympäristövaikutusten vähentäminen energiataseen ravitsemuksellisella säätelyllä (2011-2013, Dnro: 2711/312/2010), jossa tutkittiin maitorasvan ravitsemuksellisen säätelyn vaikutuksia lehmän energia-aineenvaihduntaan, maidontuotantoon ja kudosten (ml. maitorauhanen) geenitoimintaan. 13 9.6.2016
Tutkimus liittyy myös kiinteästi Tutkimus liittyy kiinteästi Turun Yliopiston Biokemian laitoksen hallinnoimaan ja Ravitsemuksen tutkimussäätiön rahoittamaan hankkeeseen Raakamaitoko mahaystävällistä? Prosessoidun maidon ja raakamaidon aiheuttamat vatsaoireet ja aterian jälkeinen aineenvaihdunta. Hanke on ollut käynnissä vuoden ja sen aikana saadut tulokset olivat niin lupaavia, että hankkeelle saatiin jatkorahoitusta samasta rahoituslähteestä kuin aiemminkin. 14 9.6.2016
Toteuttajat, taulukko 1. Tutkija Arvo ja asema Organisaatio Asiantuntemusala hankkeessa Vastuualue hankkeessa Tuomo Tupasela ETM, Vanhempi tutkija Luke Maidon prosessiteknologiat TP2 Johanna Vilkki FT, Professori Luke Genomiikka TP1 Sirja Viitala FT, Erikoistutkija Luke Genomiikka TP1 Heidi Leskinen FT, Erikoistutkija Luke Rasvahappoanalytiikka TP1 Daniel Fischer MSc, Bioinformaatikko Luke Bioinformatiikka, tilastotiede TP1 (TP1.1) Timo Pitkänen MSc, Biometrikko Luke Tilastotiede TP1 (TP1.2) Raija Tahvonen FT, Professori Luke Ravitsemus TP2 Pertti Marnila FM, tutkija, immunologi Luke Immunologia TP2 15 9.6.2016
Hankkeen ohjausryhmä Ohjausryhmän puheenjohtaja, Suvi Ryynänen, neuvotteleva virkamies MMM Muut jäsenet: Petri Koskela, ylitarkastaja MMM Ilkka Pohjamo, maitoasiamies MTK Carina Tikkanen-Kaukanen, Ruralia- & Luomuinstituutti Anu Turpeinen, dosentti, ravitsemuspäällikkö Aila Vanhatalo, professori HY, kotieläinten ravitsemustiede Erkki Vasara, sihteeri Suomen Pienjuustolayhdistys & (Luke, Elintarvike- ja kauppatoimialasta vastaava asiakaspäällikkö) 16 9.6.2016
Hankkeen budjetti Hankkeen kokokustannusarvio on 380.00,00 euroa, joista palkkauskustannuksia on 150 000 euroa. Makeran osuus on 225 000 euroa. 17 9.6.2016
TP1 Tausta TP1.1 Ruokinnan vaikutukset maidon koostumukseen ja bioaktiivisiin komponentteihin TP1.2 Vasikan sukupuolen vaikutus maidon määrään ja koostumukseen Suomalaisessa Ayrshire-lypsykarjassa 18 9.6.2016
TP1.1 Biologisten tekijöiden vaikutukset maidon koostumukseen ja bioaktiivisiin komponentteihin Lehmän maidosta on löydetty molekyylejä, joilla on korkea bioaktiivisuuspotentiaali ihmisessä. Molekyylit osallistuvat tärkeisiin säätelymekanismeihin solussa. On arvioitu että molekyylit voivat kulkeutua emolta jälkeläiselle välittäen mm. immunologisia ja kehitykseen liittyviä asioita. Maidon ko. molekyylit ovat kestäviä ja voivat säilyä muuttumattomina ihmisen ruoansulatusta vastaavissa olosuhteissa. Ne esiintyvät kehon nesteissä molekyyleissä, joiden on arveltu suojelevan em. molekyylejä hajoamiselta ruoansulatuskanavan ankarissa olosuhteissa ja ohjaavan molekyylien pääsyn kohdesoluihin. On näyttöä siitä, että lehmän maidon ko. molekyylit imeytyvät ihmisen ruoansulatuskanavasta ja vaikuttavat ihmisen kehossa ja on arvioitu että lehmän maidon em. molekyyleillä on noin 11000 mahdollista kohdetta ihmisessä. Ko. molekyyliä on sekä raakamaidossa että prosessoiduissa tuotteissa. Kestävyydestä huolimatta niiden määrät vähenevät merkittävästi prosessoinnin aikana mahdollisesti siksi, että suojaavat komponentit hajoavat prosessoinnin aikana. Homogenoinnin, pastöroinnin ja kuumennuksen on osoitettu vähentävän maidon ko. molekyylejä määriä merkittävästi. Koostumukseen saattaa vaikuttaa myös monet biologiset seikat, kuten lehmän ruokinta, rotu, fysiologinen status, mutta näitä kysymyksiä ei ole juuri tutkittu. Alustavaa näyttöä on siitä, että maidon em. molekyylikoostumus eroaa yksilöiden välillä ja laktaatiokauden eri vaiheissa. 19 9.6.2016
TP1.1, jatkoa Maidon rasvapalloset ovat myös monenlaisten bioaktiivisten komponenttien lähde. Lehmän maidon rasvapalloset koostuvat polaarisista lipideistä, kolesterolista ja proteiineista, jotka voivat vaikuttaa myös ihmisen elimistössä. Polaarisilla lipideillä on useita tärkeitä biologisia funktioita. Useat maidon rasvapallosten proteiineista liittyvät isäntälajin immuunipuolustukseen. Maidon prosessointi vaikuttaa rasvapallosten kokoon ja koostumukseen. Viimeaikaisten tutkimusten valossa näyttää siltä että myös lypsylehmien ruokinta ja erityisesti nurmi- ja väkirehun suhde vaikuttaa myös maidon rasvapallosten kokoon ja koostumukseen ja näin ollen maidon funktionaalisiin ja ravitsemuksellisiin ominaisuuksiin. Eri tavoin tuotetuilla ja prosessoiduilla maitotuotteilla voi olla varsin erilainen biologinen vaikutus ihmisessä, johtuen bioaktiivisten komponenttien määrästä, laadusta ja prosessointikestävyydestä. Parempi tietämys maidon bioaktiivisista komponenteista ja niihin vaikuttavista tekijöistä mahdollistaa erikoistuneiden maitotuotteiden kehitystyön suomalaisesta maidosta ja haluttujen komponenttien tuottamiseen soveltuvien tuotantotapojen tunnistamisen. 20 9.6.2016
TP1.2 Vasikan sukupuolen vaikutus maidon määrään ja koostumukseen Suomalaisessa Ayrshire-karjassa Uudet lisääntymisteknologiat kuten alkiosiirrot ja sperman sukupuolilajittelu lisäävät haluttujen lehmävasikoiden osuutta lypsykarjassa. Syntyvien vasikoiden sukupuolijakauman vinoutuminen saattaa vaikuttaa maitotuotokseen, maidon koostumukseen ja prosessointiominaisuuksiin myös teollisessa mittakaavassa. Tietoa vasikan sukupuolen vaikutuksista maidon bioaktiivisiin komponentteihin ei vielä ole. Ennen kuin vasikan sukupuolen vaikutuksia maidon hienokoostumukseen on mielekästä tarkastella, tarvitaan tieto siitä vaikuttaako vasikan sukupuoli emän seuraavan laktaation maitotuotokseen ja maidon koostumukseen (rasva ja proteiini) Suomalaisessa Ayrshire-karjassa. 21 9.6.2016
TP1 Tavoite Tavoitteena on tuottaa tietoa ruokinnan vaikutuksista maitotuotokseen, maidon peruskoostumukseen (rasva ja proteiini) ja eräiden bioaktiivisten molekyylien sisältöön. Lisäksi tuotetaan ensikäden tietoa kohdussa olevan vasikan sukupuolen vaikutuksesta maidontuotantoon ja maidon koostumukseen Suomalaisessa Ayrshire karjassa tulevia tutkimuksia varten. (LUKE) 22 9.6.2016
TP1.1 Toteutus Tutkimuksessa hyödynnetään ruokintakoetta, joka toteutetaan Lukessa vuonna 2016 erillisellä rahoituksella (Suomen Akatemia). Koejärjestely noudattaa 5x3 latinalaisen neliön mukaista mallia. Koe käsittää kolme 35 päivän koejaksoa ja kolme eri dieettiä. Lehmät käyvät kukin läpi kaikki kolme pötsisulavuuden kannalta erilaista dieettiä: i) matalaenergisen low-input dieetin, jossa nurmisäilörehun osuus on suuri, ii) luomuruokintaa muistuttavan dieetin, jossa kotimaisen valkuaislähteen (puna-apila) osuus on suuri ja iii) korkeaenergisen high-input dieetin, jossa viljapohjaisen väkirehun osuus on suuri. Dieettien järjestys kunkin lehmän kohdalla on satunnaistettu. Maitotuotos ja syönti mitataan joka päivä koko kokeen ajan. Maitonäytteitä kerätään viikoittain maidon koostumusanalyysejä varten, sekä muita tutkimuksia varten kunkin koejakson lopulla neljästä peräkkäisestä lypsykerrasta. Maitonäytteet säilytetään kunkin suunnitellun analyysin vaatimalla tavalla myöhempää käyttöä varten. Tuoreen maitonäytteen rasvapalloset fraktioidaan painovoimaan perustuvalla erotusmenetelmällä, jossa tilavuudeltaan suuremmat palloset kulkeutuvat ylimmäisiin jakeisiin ja alimpaan jakeeseen jäävät tilavuudeltaan pienimmät palloset. Tuoreiden maitonäytteiden ja fraktioidun maidon rasvapalloset analysoidaan Mastersizer 2000- partikkelianalysaattorilla. Näytteet säilytetään mahdollisia jatkotutkimuksia varten. 23 9.6.2016
TP1.2 Toteutus Selvitämme olemassa olevaa koelypsyaineistoa ja koelypsymallia (Lidauer et al. 2015) hyödyntäen vaikuttaako vasikan sukupuoli maitotuotokseen ja maidon koostumukseen Suomalaisessa Ayrshire lypsykarjassa ja mikä on mahdollisen vaikutuksen taloudellinen arvo. Vaikutusta arvioidaan muokkaamalla koelypsymallin lypsykäyrää kuvaavia funktioita sisältämään syntyneen vasikan sukupuolen. Tällä tavalla selvitämme eroavatko sukupuolikohtaiset lypsykäyrät toisistaan laktaation eri vaiheissa. 24 9.6.2016
TP2 (tausta) Tuotantotavan ja prosessointimenetelmien vaikutus maidon teknologiseen laatuun Eri tuotantotavoilla on vaikutusta lopputuotteen koostumukseen maidontuotannossa. Luomun terveellisyyttä on tutkittu paljon, mutta vankkaa tieteellistä todistusta luomutuotteiden paremmuudelle terveysmielessä ei ole saatu. Paitsi tämä: luomumaidossa on enemmän terveellisiä omega-3- rasvahappoja kuin tavallisessa maidossa. Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa analysoitiin 1,5 vuoden aikana yhteensä 400 maitonäytettä. Tuloksista selvisi, että luomumaidon omega-6- ja omega-3-rasvahappojen suhde on tavallista maitoa parempi. Rasvahappojen hyvä suhde on tärkeä, sillä liika omega-6:sen ja liian vähäinen omega-3:sen saanti on joissain tutkimuksissa yhdistetty esimerkiksi sydänsairauksiin ja syöpiin. Omega erot johtuivat lehmien erilaisesta ruokavaliosta. Lehmien syömällä rehulla on merkitystä maidon sisältämille ravintoaineille ja bioaktiivisille komponenteille. Luomutiloilla eläimet on ruokittava luonnonmukaisesti tuotetuilla rehuilla. Luomutilan viljelykierrossa puna-apila on tärkeä kasvi ja punaapilaa on runsaammin säilörehussa, jota luomutilojen lehmät syövät. Puna-apilan ansiosta luomumaito saattaa sisältää enemmän ihmiselle välttämätöntä omega-3- rasvahappoa α-linoleenihappoa kuin tavallinen maito (Valio Oy). 25 9.6.2016
TP2 Tavoitteet Tavoitteena on tutkia prosessoinnin ja prosessointiolosuhteiden vaikutuksia maidon laatuun ja selvittää uusien hellävaraisempien prosessointimenetelmien toimivuutta ja menetelmien vaikutuksia maidon koostumukseen ja ihmisen hyvinvointiin. 26 9.6.2016
TP2 Toteutus Toteutus perustuu yhteistyötilalta tulevaan maitoon. Maitonäytteitä käytetään eri tavoin käsiteltyinä koostumuksen ja bioaktiivisten komponenttien määritykseen, että tutkittaessa niiden vaikutusta ihmisen immuunijärjestelmän indikaattoreihin. 27 9.6.2016
TP2 Toteutus, jatkoa TP2.1. Prosessoinnin vaikutus tuotteiden bioaktiivisiin komponentteihin Maitonäytteet kerätään kaikista vaiheista, mutta määritykset (kuten TP1.1) tehdään TP1:stä täydentäen prosessoidusta maidosta. TP2.2. Prosessoinnin vaikutus ihmisen immuunijärjestelmän indikaattoreihin Maidon vaikutusta eräisiin immuunijärjestelmän indikaattoreihin tutkitaan kokeessa, jossa koehenkilöinä on Luken oma henkilöstö (N=10). Luken henkilöstö ottaa itse näytteet. Tutkittavat prosessit 1) Raakamaito (nopea jäähdytys) 2) Pastörointi 3) UHT 4) Separointi, vakiointi (takaisin samaan rasvapitoisuuteen), pastörointi 5) Separointi, vakiointi, homogenointi, pastörointi 6) Kalvosuodatus 7) Korkeapainetekniikka (edellyttäen, että saadaan ostopalveluna suomesta) Koe toteutetaan yhdessä tai kahdessa osassa prosessointimenetelmien osalta. 28 9.6.2016
TP2 Toteutus, jatkoa Koejärjestely: Koehenkilö on maidottomalla ruokavaliolla koetta edeltävän viikon. Koehenkilöstä otetaan ensimmäisen koepäivän (raakamaito) aamuna paastoverinäyte, josta analysoidaan oxidative burst (reaktiivisen hapen vapautuminen) ja sytokiineja ja immuunireseptoreita (IL-4, IL-6). Verinäytteen oton jälkeen koehenkilö juo kolme dl koemaitoa ja on sen jälkeen ruuatta 2 seuraavaa tuntia. Sitten otetaan seuraava verinäyte, josta analysoidaan samat asiat kuin paastonäytteestä. Verinäytteen oton jälkeen koehenkilö jatkaa maidottomalla ruokavaliolla seuraavan viikon. Viikon kuluttua seuraavana koepäivänä koehenkilö antaa jälleen aamulla paastoverinäytteen ja juo sen jälkeen 3 dl pastöroitua maitoa ja on sen jälkeen ruuatta 2 seuraavaa tuntia. Sitten otetaan seuraava verinäyte, josta analysoidaan samat asiat kuin paastonäytteestä. Verinäytteen oton jälkeen koehenkilö jatkaa maidottomalla ruokavaliolla vielä viikon ja koe toistetaan vielä UHT-kuumennetulla maidolla. Mikrobiologisen turvallisuuden vuoksi pastöroitu maito pakastetaan (säilytysaikaa tulee viikko). Aikataulu: Eettisen toimikunnan lupahakemus elokuu 2016 Koe marraskuu 2016 helmikuu 2017 (myös analyysit ja raportti) Julkaisut: käsikirjoitukset 31.12.2019 mennessä 29 9.6.2016
TP3 (tausta) Ravitsemuksen tutkimuksen säätiön hanke Erilaiset ruuan aiheuttamat vatsavaivat ovat nykyään varsin yleisiä. Vuonna 2014 Turun yliopiston Elintarviketieteet ja Luonnonvarain tutkimuskeskus (MTT) käynnistivät tutkimuksen, jossa tutkittiin raakamaidon ja pastöroidun ja homogenoidun maidon aterianjälkeistä aineen-vaihduntaa ja aterianjälkeisiä vatsaoireita sensitiivisillä tutkimushenkilöillä. Verinäytteiden ja oirepäiväkirjan lisäksi suolistoa tutkittiin nieltävällä SmartPill -kapselilla, joka mittaa painetta, lämpötilaa ja ph:ta suoliston eri osissa. Tutkimukseen osallistui seitsemän henkilöä. Tutkimuksessa saatiin viitteitä siitä, että prosessoitu maito ja raakamaito käyttäytyvät ruuansulatuskanavassa eri tavoin. Tulokset olivat hyvin mielenkiintoisia ja tutkimusta jatketaan suuremmalla määrällä tutkimushenkilöitä. 30 9.6.2016
TP3 Tavoite Tutkimuksen tavoite on selvittää eri tavoilla prosessoitujen ja tuotettujen maitojen vaikutusta ihmisen ruoansulatusjärjestelmän fysiologiaan. 31 9.6.2016
Kiitos mielenkiinnosta! 32 9.6.2016