TY - JOUR A1 - Monakhova, Yulia A1 - Diehl, Bernd W. K. T1 - Simplification of NMR Workflows by Standardization Using 2H Integral of Deuterated Solvent as Applied to Aloe vera Preparations JF - Applied Magnetic Resonance N2 - In this study, a recently proposed NMR standardization approach by 2H integral of deuterated solvent for quantitative multicomponent analysis of complex mixtures is presented. As a proof of principle, the existing NMR routine for the analysis of Aloe vera products was modified. Instead of using absolute integrals of targeted compounds and internal standard (nicotinamide) from 1H-NMR spectra, quantification was performed based on the ratio of a particular 1H-NMR compound integral and 2H-NMR signal of deuterated solvent D2O. Validation characteristics (linearity, repeatability, accuracy) were evaluated and the results showed that the method has the same precision as internal standardization in case of multicomponent screening. Moreover, a dehydration process by freeze drying is not necessary for the new routine. Now, our NMR profiling of A. vera products needs only limited sample preparation and data processing. The new standardization methodology provides an appealing alternative for multicomponent NMR screening. In general, this novel approach, using standardization by 2H integral, benefits from reduced sample preparation steps and uncertainties, and is recommended in different application areas (purity determination, forensics, pharmaceutical analysis, etc.). Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s00723-021-01393-4 SN - 1613-7507 VL - 52 IS - 11 SP - 1591 EP - 1600 PB - Springer CY - Cham ER - TY - JOUR A1 - Burger, René A1 - Lindner, Simon A1 - Rumpf, Jessica A1 - Do, Xuan Tung A1 - Diehl, Bernd W.K. A1 - Rehahn, Matthias A1 - Monakhova, Yulia A1 - Schulze, Margit T1 - Benchtop versus high field NMR: Comparable performance found for the molecular weight determination of lignin JF - Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis N2 - Lignin is a promising renewable biopolymer being investigated worldwide as an environmentally benign substitute of fossil-based aromatic compounds, e.g. for the use as an excipient with antioxidant and antimicrobial properties in drug delivery or even as active compound. For its successful implementation into process streams, a quick, easy, and reliable method is needed for its molecular weight determination. Here we present a method using 1H spectra of benchtop as well as conventional NMR systems in combination with multivariate data analysis, to determine lignin’s molecular weight (Mw and Mn) and polydispersity index (PDI). A set of 36 organosolv lignin samples (from Miscanthus x giganteus, Paulownia tomentosa and Silphium perfoliatum) was used for the calibration and cross validation, and 17 samples were used as external validation set. Validation errors between 5.6% and 12.9% were achieved for all parameters on all NMR devices (43, 60, 500 and 600 MHz). Surprisingly, no significant difference in the performance of the benchtop and high-field devices was found. This facilitates the application of this method for determining lignin’s molecular weight in an industrial environment because of the low maintenance expenditure, small footprint, ruggedness, and low cost of permanent magnet benchtop NMR systems. KW - NMR KW - PLS-regression KW - Molecular weight determination KW - Chemometrics KW - Biomass Y1 - 2022 SN - 0731-7085 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jpba.2022.114649 VL - 212 IS - Article number: 114649 PB - Elsevier CY - New York, NY ER - TY - JOUR A1 - Monakhova, Yulia A1 - Soboleva, Polina M. A1 - Fedotova, Elena S. A1 - Musina, Kristina T. A1 - Burmistrova, Natalia A. T1 - Quantum chemical calculations of IR spectra of heparin disaccharide subunits JF - Computational and Theoretical Chemistry N2 - Heparin is a natural polysaccharide, which plays essential role in many biological processes. Alterations in building blocks can modify biological roles of commercial heparin products, due to significant changes in the conformation of the polymer chain. The variability structure of heparin leads to difficulty in quality control using different analytical methods, including infrared (IR) spectroscopy. In this paper molecular modelling of heparin disaccharide subunits was performed using quantum chemistry. The structural and spectral parameters of these disaccharides have been calculated using RHF/6-311G. In addition, over-sulphated chondroitin sulphate disaccharide was studied as one of the most widespread contaminants of heparin. Calculated IR spectra were analyzed with respect to specific structure parameters. IR spectroscopic fingerprint was found to be sensitive to substitution pattern of disaccharide subunits. Vibrational assignments of calculated spectra were correlated with experimental IR spectral bands of native heparin. Chemometrics was used to perform multivariate analysis of simulated spectral data. KW - IR spectroscopy KW - Chemometrics KW - Quantum chemistry KW - Molecular modelling KW - Quality control Y1 - 2022 SN - 2210-271X U6 - https://doi.org/10.1016/j.comptc.2022.113891 VL - 1217 IS - Article number: 113891 PB - Elsevier CY - New York, NY ER - TY - JOUR A1 - Burmistrova, Natalia A. A1 - Soboleva, Polina M. A1 - Monakhova, Yulia T1 - Is infrared spectroscopy combined with multivariate analysis a promising tool for heparin authentication? JF - Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis N2 - The investigation of the possibility to determine various characteristics of powder heparin (n = 115) was carried out with infrared spectroscopy. The evaluation of heparin samples included several parameters such as purity grade, distributing company, animal source as well as heparin species (i.e. Na-heparin, Ca-heparin, and heparinoids). Multivariate analysis using principal component analysis (PCA), soft independent modelling of class analogy (SIMCA), and partial least squares – discriminant analysis (PLS-DA) were applied for the modelling of spectral data. Different pre-processing methods were applied to IR spectral data; multiplicative scatter correction (MSC) was chosen as the most relevant. Obtained results were confirmed by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Good predictive ability of this approach demonstrates the potential of IR spectroscopy and chemometrics for screening of heparin quality. This approach, however, is designed as a screening tool and is not considered as a replacement for either of the methods required by USP and FDA. KW - IR spectroscopy KW - Heparin KW - Authenticity KW - Principal component analysis KW - Soft independent modeling of class analogy Y1 - 2021 SN - 0731-7085 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jpba.2020.113811 VL - 194 IS - Article number: 113811 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Haeger, Gerrit A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Siegert, Petra T1 - A convenient ninhydrin assay in 96-well format for amino acid-releasing enzymes using an air-stable reagent JF - Analytical Biochemistry N2 - An improved and convenient ninhydrin assay for aminoacylase activity measurements was developed using the commercial EZ Nin™ reagent. Alternative reagents from literature were also evaluated and compared. The addition of DMSO to the reagent enhanced the solubility of Ruhemann's purple (RP). Furthermore, we found that the use of a basic, aqueous buffer enhances stability of RP. An acidic protocol for the quantification of lysine was developed by addition of glacial acetic acid. The assay allows for parallel processing in a 96-well format with measurements microtiter plates. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ab.2022.114819 SN - 1096-0309 IS - 624 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - CHAP A1 - Poth, Sebastian A1 - Monzon, Magaly A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Lignocellulosic biorefinery : process integration of hydrolysis and fermentation T2 - Proceedings / 11th European Workshop on Lignocellulosics and Pulp : August 16 - 19, 2010, Hamburg, Germany Y1 - 2010 SP - 65 EP - 68 PB - vTi CY - Hamburg ER - TY - JOUR A1 - Welden, Rene A1 - Jablonski, Melanie A1 - Wege, Christina A1 - Keusgen, Michael A1 - Wagner, Patrick Hermann A1 - Wagner, Torsten A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Light-Addressable Actuator-Sensor Platform for Monitoring and Manipulation of pH Gradients in Microfluidics: A Case Study with the Enzyme Penicillinase JF - Biosensors N2 - The feasibility of light-addressed detection and manipulation of pH gradients inside an electrochemical microfluidic cell was studied. Local pH changes, induced by a light-addressable electrode (LAE), were detected using a light-addressable potentiometric sensor (LAPS) with different measurement modes representing an actuator-sensor system. Biosensor functionality was examined depending on locally induced pH gradients with the help of the model enzyme penicillinase, which had been immobilized in the microfluidic channel. The surface morphology of the LAE and enzyme-functionalized LAPS was studied by scanning electron microscopy. Furthermore, the penicillin sensitivity of the LAPS inside the microfluidic channel was determined with regard to the analyte’s pH influence on the enzymatic reaction rate. In a final experiment, the LAE-controlled pH inhibition of the enzyme activity was monitored by the LAPS. KW - microfluidics KW - enzyme kinetics KW - actuator-sensor system KW - light-addressable electrode KW - light-addressable potentiometric sensor Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.3390/bios11060171 SN - 2079-6374 N1 - This article belongs to the Special Issue "Selected Papers from the 1st International Electronic Conference on Biosensors (IECB 2020)" VL - 11 IS - 6 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Poth, S. A1 - Monzon, M. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Lignocellulose-Bioraffinerie: Simultane Verzuckerung und Fermentation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die am häufigsten genutzten Rohstoffe für die Produktion von Treibstoffen und Chemikalien sind fossilen Ursprungs. Da diese limitiert sind, werden im Hinblick auf die Nachhaltigkeit alternative, erneuerbare Rohstoffquellen intensiv untersucht. Vielversprechend in diesem Kontext sind die in Lignocellulose enthaltenen Zucker, die beispielsweise zur Produktion von Ethanol genutzt werden können. In der Regel sind für eine Lig-nocellulose-Bioraffinerie mehrere Prozessschritte notwendig: Vorbehandlung, Verzuckerung und Fermentation. Um diesen Prozess einfacher zu gestalten, ist es möglich, die Verzuckerung und die Fermentation in einem Schritt durchzuführen (SSF). Als Substrat wird hier Cellulose-Faserstoff verwendet, der durch das Organosolv-Verfahren aufgeschlossen wurde. Die Hydrolyse erfolgt mit kommerziell erhältlichen Enzymen und für die Fermentation zu Ethanol werden zwei Hefen verwendet. Beim SSF-Verfahren konnte, im Vergleich zur entkoppelten Verfahrensweise, trotz bestehender Unterschiede in den Temperatur-Optima von Enzymen und Hefen eine Steigerung in der Ethanol-Ausbeute von 0,15 auf 0,2 gg⁻¹ beobachtet werden. Um wirtschaftliche Ausbeuten und Konzentrationen des Produkts erzielen zu können, ist es notwendig den Prozess weiter zu optimieren. Im Einzelfall muss überprüft werden, ob diese Verfahrensweise auch für die Produktion anderer interessanter Stoffe (wie Itaconsäure, Bernsteinsäure) geeignet ist. KW - Lignocellulose-Bioraffinerie KW - Prozessintegration Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050360 N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1568 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Neitmann, E. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Anaerobe Produktion von ABE-Lösungsmitteln aus an Bleicherde adsorbiertem Öl T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Mit Palmöl beladene Bleicherde wurde auf die Anwendbarkeit als Rohstoff zur Bildung von Aceton, Ethanol und Butanol (ABE) untersucht. Nach der Abtrennung des entfärbten bzw. gebleichten Öls bestehen 20–40 % (w/w) des Bleicherderückstands aus adsorbiertem Öl. Somit stellt das Mineral einen wertvollen Rohstoff dar. Zur Produktion der Lösungsmittel wurde das gebundene Öl hydrolysiert. Das freigesetzte Glycerin diente als Substrat einer nachfolgenden anaeroben Fermentation zu den ABE-Lösungsmitteln. Die Fermentationen wurden mit verschiedenen Clostridien-Stämmen durchgeführt, von denen einige lipolytische Aktivität aufweisen. Der Ölgehalt der Bleicherde betrug 28 % der Adsorbermasse. Für die Hydrolyse wurden drei Ansätze untersucht: 1. die direkte Fermentation des Adsorbers mit lipolytisch aktiven Clostridien, 2. der Einsatz von Lipasen und die Fermentation des resultierenden Überstands und 3. die Kofermentation mit einer lipolytisch aktiven Hefe. Jeder der drei Ansätze führte zu einerHydrolyse des Öls und Wachstum der Mikroorganismen. Der Einsatz von Lipasen resultierte in einer vollständigen und der schnellsten Hydrolyse des Öls. Eine Glycerinkonzentration von 13,4 g/L konnte erreicht werden. Die anaerobe Fermentation der verschiedenen Clostridien auf Minimalmedien verlief erfolgreich. Der Vergleich der Fermentationen der Bleicherdehydrolysate zeigte, dass das Hydrolysat wachstumsinhibierende Substanzen enthält. Unter diesen Bedingungen konnte eine Ausbeute von Y P/S = 0,11 erzielt werden. Der Einsatz eines Ionenaustauschers zur Reinigung des Hydrolysats vor der Fermentation resultierte in einer Verbesserung des Wachstums Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950075 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim VL - 81 IS - 8 SP - 1217 EP - 1218 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, K. A1 - Ulber, Roland T1 - Herstellung von Ethanol, Phenolsäuren, organischen Säuren und Biogas durch vollständige Nutzung von Grassilage in einer Bioraffinerie T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Gräser sind in der Lage, einen großen Teil der für eine biobasierte Wirtschaft benötigten Biomasse zur Verfügung zustellen. Um eine ganzjährige Nutzung des Grases zu gewährleisten, muss eine stabile Lagerung des Grases erreicht werden, was z. B. durch Silieren möglich ist. Die konservierende Wirkung der Silierung beruht auf der Bildung organischer Säuren. Um diese zu gewinnen, wird die Silage gepresst, die organischen Säuren über Flüssig/Flüssig-Extraktion aus dem Presssaft abgetrenntund mittels chromatographischer Methoden weiter aufgereinigt. Im präsentierten Konzept werden die im Presskuchen enthaltenen Lignocellulosen hydrolysiert und die erhaltenen Monosaccharide zu Ethanol fermentiert. Die Phenolsäuren, die in Gräsern die Rolle des Lignins übernehmen, können simultan mit der Hydrolyse der Polysaccharide enzymatisch abgetrennt und als Nebenprodukt gewonnen werden. Die nach der Abtrennung des Ethanols verbleibenden Fermentationsreststoffe werden für die Herstellung von Biogas verwendet. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250415 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Die präsentierte Arbeit wird vom BMELV über die FNR gefördert (Förder-kennzeichen 22025407). VL - 84 IS - 8 SP - 1297 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -