TY - GEN A1 - Hering, T. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Antimikrobielle Oberflächenmodifikation durch Mikropartikel T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Ausbildung von Biofilmen in technischen Anlagen, wie z. B. Kühlkreisläufen, Wasseraufbereitungssystemen und Bioreaktoren, führen zu Materialschäden (Biofouling) und stark erhöhtem Energieaufwand. Im Rahmen der aktuellen Forschungsarbeiten erfolgen aktive sowie passive Bio-Modifikationen auf funktionalisierten magnetischen Mikropartikelober-flächen. Um die verschiedenen funktionalisierten magnetischen Mikropartikel zu analysieren und ihre antimikrobielle Wirkung zu testen, wird der Einsatz einer 3D-gedruckten, magnetischen Plattform für ein Fluoreszenz-basiertes Screening-System untersucht. Für den Oberflächenschutz wurden verschiedene, antimikrobiell funktionalisierte Partikelkombinationen mit dem Mikroorganismus Escherichia coli GFPmut2 in Bezug auf aktiven Oberflächenschutz verglichen. Um die antimikrobielle Oberflächeneffekte von synergistischen Kombinationen unterschiedlich funktionalisierter Partikel zu bestimmen, werden Oberflächen einem Magnetfeld ausgesetzt, das die Mikropartikel als definierte Schicht auf ihnen zurück hält. Diese modifizierten Oberflächen können sowohl durch Fluoreszenzspektroskopie als auch -mikroskopie analysiert werden. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650084 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1302 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Kuthan, K. A1 - Al-Kaidy, H. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Tropfenbasierte Enzymreaktionen auf Glasoberflächen im μL-Maßstab mit ortsaufgelöster pL-Dosierung der Reaktanden T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mit der Entwicklung wässriger Tropfen, die mit einer schützenden Hülle magnetisierbarer, hydrophober Partikel umgeben sind, ergeben sich neue Möglichkeiten im Bereich der Mikrofluidik. So können die Tropfen als flüssige Mikroreaktoren eingesetzt werden. Der wässrige Kern dieser Mikroreaktoren besteht aus einer Substratlösung für enzymatische Umsetzungen. Durch Bewegen der Mikroreaktoren können diese über immobilisierten Enzymen positioniert werden, um so einen enzymatischen Umsatz innerhalb der Mikroreaktoren zu realisieren. Hierfür wurde eine neue Mikroreaktorplattform-Technologie etabliert. Die Mikroreaktoren können aufgrund ihrer magnetisierbaren Hüllenpartikel über elektromagnetische Spulen bewegt werden. Die Bewegung erfolgt dabei mit einer automatisierten Aktuatorplattform, bestehend aus einer 3x3 Doppelspulenmatrix mit Magnetkernen. Als modellhaftes Reaktionssystem wird eine Enzymkaskade eingesetzt, die sich aus einer b-Glucosidase, Glucose-Oxidase und Meerrettichperoxidase zusammensetzt. Primär untersuchte Substrate sind Fluorescein-di-b-D-glucopyranoside, und 1-(3,7-Dihydroxy-10H-phenoxazin-10-yl)-ethanon, bei deren Umsatz fluoreszierende Produkte entstehen. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650117 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1336 EP - 1337 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Roth, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - New Approach for Enzymatic Hydrolysis of Lignocellulose with Selective Diffusion Separation of the Monosaccharide Products T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic material plays an important role in the classical biorefinery approach. Apart from the pretreatment of the raw material, hydrolysis is the basis for the conversion of the cellulose and hemicellulose fraction into fermentable sugars. After hydrolysis, usually a solid-liquid separation takes place, in order to separate the residual plant material from the sugar-rich fraction, which can be subsequently used in a fermentation step. In order to factor out the separation step, the usage of in alginate immobilized crude cellulose fiber beads (CFBs) were evaluated. Pretreated cellulose fibers are incorporated in an alginate matrix together with the relevant enzymes. In doing so, sugars diffuse trough the alginate matrix, allowing a simplified delivery into the surrounding fluid. This again reduces product inhibition of the glucose on the enzyme catalysts. By means of standardized bead production the hydrolysis in lab scale was possible. First results show that liberation of glucose and xylose is possible, allowing a maximum total sugar yield of 75 %. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650301 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1237 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Wulfhorst, H. A1 - Merseburg, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Batteriekomponenten aus nachwachsenden Rohstoffen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In diesem Beitrag geht es um die Integration von Stoffströmen einer Lignocellulose-Bioraffinerie in Verfahren zur Batterieherstellung. Pflanzliche Reststoffe aus der Biokraftstoffherstellung wie Lignin sollen zur Herstellung neuer Batteriematerialien verwendet werden. Hierbei wird das Lignin als Matrix für die vorgraphitischen C-haltigen Einlagerungsverbindungen in den Elektroden genutzt. Die Si-C-Komposite werden durch das Einbetten von Si in eine Ligninmatrix mit anschließender Carbonisierung hergestellt. Das Lignin hierfür wird durch die sequentielle hydrothermale Vorbehandlung von Buchenholz bei variablen Bedingungen gewonnen und mit Si-Nanopartikel sowie als Referenz ohne Si-Nanopartikel gefällt. Die Ergebnisse zeigen, dass die sequenzielle Vorbehandlung höhere Ausbeuten im Vergleich zum LHW- oder Organosolv-Aufschluss liefert. Um eine Anode herzustellen, wurde das resultierende Si–C-Kompositmaterial carbonisiert, auf einen Stromsammler aufgetragen und elektro-chemisch charakterisiert. Der Einfluss der Vorbehandlungsschritte auf den Herstellungsprozess und die ökonomische Bewertung des untersuchten Bioraffinerie-Prozesses wurde mithilfe eines Stoffstrommodells analysiert. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650333 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1234 EP - 1235 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Engel, M. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Einfluss eines Phenazin-Mediators und elektrischen Potenzials auf die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In den letzten Jahren haben nachhaltige, biotechnologische Prozesse zunehmend an Bedeutung gewonnen. Die Aceton-Butanol-Ethanol-Fermentation (ABE-Fermentation) mit dem anaeroben Bakterium Clostridium acetobutylicum zur Gewinnung von Biobutanol könnte in diesem Zusammenhang eine Möglichkeit der nachhaltigen Kraftstoffproduktion darstellen. In dieser Arbeit wird der Einfluss zusätzlich verfügbarer Elektronen durch den Einsatz des Phenazin-Farbstoffs Neutralrot als Redoxmediator sowie das Anlegen eines elektrischen Potenzials während der ABE-Fermentation untersucht. Es wird gezeigt, dass das Neutralrot keinen Einfluss auf die Leerlaufspannung von ca. 500 mV vs. Ag/AgCl während der Fermentation hat. Der Mediator bewirkt allerdings eine frühere Butanolbildung sowie höhere Butanolkonzentrationen. Wird zudem die Mediatorkonzentration von 125 mM auf 250 mM angehoben, wird dabei auch die maximale Butanolkonzentration um 36 % ± 1,8 % innerhalb von28 Stunden gesteigert. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650105 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1254 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Capitain, C. A1 - Hering, T. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Enzymatische Polymerisation von Ligninmodellkomponenten und Organosolv-Lignin mit aromatischen Aminosäuren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die stoffliche Nutzung von Lignin aus Bioraffinerien ist ein wichtiger Bestandteil für den Wertschöpfungsprozess von nachwachsenden, pflanzlichen Rohstoffen. Lignin zählt zu den wenigen erneuerbaren Quellen für phenolische Bestandteile, wird aber derzeit meist nur thermisch verwertet. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Funktionalisierung von Lignin zur Verbesserung der Adhäsionseigenschaften. Als funktionelle Gruppe wird die aromatische Aminosäure L-DOPA verwendet, die charakteristisch für die Adhäsionskraft von Muscheln ist. Lignin ist ein geeignetes Stützgerüst, da es ein Polymer ist, das durch enzymkatalysierte Polymerisation gebildet wird. Essenziell für die Entwicklung ist ein besseres Verständnis über die Bildung von Lignin-Polymeren und deren verschiedene Eigenschaften. Um die Einflussfaktoren auf Kettenlänge und Polymerisationseffizienz zu untersuchen, werden zurzeit sowohl Ligninmodellkomponenten (LMK) als auch gelöstes Organosolv-Lignin verwendet. Laufende Untersuchungen werden zeigen, ob sich die enzymatische Polymerisationsreaktion auf ein gelöstes Ligninpolymer aus einem Organosolv-Aufschluss übertragen lässt. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650374 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2016 und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1236 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Möhring, S. A1 - Wulfhorst, H. A1 - Capitain, C. A1 - Roth, J. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Fractioning of lignocellulosic biomass: Scale-down and automation of thermal pretreatment for parameter optimization T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In order to efficiently convert lignocellulose, it is often necessary to conduct a pretreatment. The biomass considered in this study typically comprises of agricultural and horticultural residues, as well as beechwood. A very environmentally friendly method, namely, fungal pretreatment using white-rot fungi, leads to an enhanced enzymatic hydrolysis. In contrast to other processes presented, the energy input is extremely low. However, the fungal growth on the lignocellulosic substrates takes several weeks at least in order to be effective. Thus, the reduction of chemicals and energy for thermal processing is a target of our current research. Liquid hot water (LHW) and solvent-based pretreatment (OrganoSolv) require more complex equipment, as they depend on high temperatures (160 – 180 °C) and enhanced pressure (up to 20 bar). However, they prove to be promising processes in regard to the fractioning of lignocellulose. For optimal lignin recovery the parameters differ from those established in cellulose extraction. A novel screening system scaled down to a reaction volume of 100 mL has been developed and successfully tested for this purpose. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201650288 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 2016, 12. - 15. September 2016, Eurogress Aachen VL - 88 IS - 9 SP - 1229 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Engel, Mareike A1 - Thieringer, Julia A1 - Tippkötter, Nils T1 - Linking bioprocess engineering and electrochemistry for sustainable biofuel production T2 - Young Researchers Symposium, YRS 2016. Proceedings N2 - Electromicrobial engineering is an emerging, highly interdisciplinary research area linking bioprocesses with electrochemistry. In this work, microbial electrosynthesis (MES) of biobutanol is carried out during acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentations with Clostridium acetobutylicum. A constant electric potential of −600mV (vs. Ag/AgCl) with simultaneous addition of the soluble redox mediator neutral red is used in order to study the electron transfer between the working electrode and the bacterial cells. The results show an earlier initiation of solvent production for all fermentations with applied potential compared to the conventional ABE fermentation. The f inal butanol concentration can be more than doubled by the application of a negative potential combined with addition of neutral red. Moreover a higher biofilm formation on the working electrode compared to control cultivations has been observed. In contrast to previous studies, our results also indicate that direct electron transfer (DET) might be possible with C. acetobutylicum. The presented results make microbial butanol production economically attractive and therefore support the development of sustainable production processes in the chemical industry aspired by the “Centre for resource-efficient chemistry and raw material change” as well as the the project “NanoKat” working on nanostructured catalysts in Kaiserslautern. Y1 - 2016 N1 - Young Researchers Symposium, YRS 2016, 14th - 15th April 2016, Fraunhofer-Zentrum Kaiserslautern SP - 49 EP - 53 PB - Fraunhofer Verlag CY - Karlsruhe ER - TY - JOUR A1 - Harish, Ajay B. A1 - Wriggers, Peter A1 - Jungk, Juliane A1 - Hojdis, Nils A1 - Recker, Carla T1 - Mesoscale Constitutive Modeling of Non-Crystallizing Filled Elastomers JF - Computational Mechanics N2 - Elastomers are exceptional materials owing to their ability to undergo large deformations before failure. However, due to their very low stiffness, they are not always suitable for industrial applications. Addition of filler particles provides reinforcing effects and thus enhances the material properties that render them more versatile for applications like tyres etc. However, deformation behavior of filled polymers is accompanied by several nonlinear effects like Mullins and Payne effect. To this day, the physical and chemical changes resulting in such nonlinear effect remain an active area of research. In this work, we develop a heterogeneous (or multiphase) constitutive model at the mesoscale explicitly considering filler particle aggregates, elastomeric matrix and their mechanical interaction through an approximate interface layer. The developed constitutive model is used to demonstrate cluster breakage, also, as one of the possible sources for Mullins effect observed in non-crystallizing filled elastomers. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1007/s00466-015-1251-1 SN - 1432-0924 VL - 57 SP - 653 EP - 677 PB - Springer CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Schwab, Lukas A1 - Hojdis, Nils A1 - Lacayo, Jorge A1 - Wilhelm, Manfred T1 - Fourier-Transform Rheology of Unvulcanized, Carbon Black Filled Styrene Butadiene Rubber JF - Macromolecular Materials and Engineering N2 - Rubber materials filled with reinforcing fillers display nonlinear rheological behavior at small strain amplitudes below γ0 < 0.1. Nevertheless, rheological data are analyzed mostly in terms of linear parameters, such as shear moduli (G′, G″), which loose their physical meaning in the nonlinear regime. In this work styrene butadiene rubber filled with carbon black (CB) under large amplitude oscillatory shear (LAOS) is analyzed in terms of the nonlinear parameter I3/1. Three different CB grades are used and the filler load is varied between 0 and 70 phr. It is found that I3/1(φ) is most sensitive to changes of the total accessible filler surface area at low strain amplitudes (γ0 = 0.32). The addition of up to 70 phr CB leads to an increase of I3/1(φ) by a factor of more than ten. The influence of the measurement temperature on I3/1 is pronounced for CB levels above the percolation threshold. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/mame.201500356 SN - 1439-2054 VL - 301 IS - 4 SP - 457 EP - 468 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -