TY - JOUR A1 - Falkenberg, Fabian A1 - Voß, Leonie A1 - Bott, Michael A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Siegert, Petra T1 - New robust subtilisins from halotolerant and halophilic Bacillaceae JF - Applied Microbiology and Biotechnology N2 - The aim of the present study was the characterisation of three true subtilisins and one phylogenetically intermediate subtilisin from halotolerant and halophilic microorganisms. Considering the currently growing enzyme market for efficient and novel biocatalysts, data mining is a promising source for novel, as yet uncharacterised enzymes, especially from halophilic or halotolerant Bacillaceae, which offer great potential to meet industrial needs. Both halophilic bacteria Pontibacillus marinus DSM 16465ᵀ and Alkalibacillus haloalkaliphilus DSM 5271ᵀ and both halotolerant bacteria Metabacillus indicus DSM 16189 and Litchfieldia alkalitelluris DSM 16976ᵀ served as a source for the four new subtilisins SPPM, SPAH, SPMI and SPLA. The protease genes were cloned and expressed in Bacillus subtilis DB104. Purification to apparent homogeneity was achieved by ethanol precipitation, desalting and ion-exchange chromatography. Enzyme activity could be observed between pH 5.0–12.0 with an optimum for SPPM, SPMI and SPLA around pH 9.0 and for SPAH at pH 10.0. The optimal temperature for SPMI and SPLA was 70 °C and for SPPM and SPAH 55 °C and 50 °C, respectively. All proteases showed high stability towards 5% (w/v) SDS and were active even at NaCl concentrations of 5 M. The four proteases demonstrate potential for future biotechnological applications. KW - Biotechnological application KW - Bacillaceae KW - Subtilisin KW - Subtilases KW - Halotolerant protease Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.1007/s00253-023-12553-w SN - 1432-0614 N1 - Corresponding author: Petra Siegert VL - 107 SP - 3939 EP - 3954 PB - Springer Nature CY - Berlin 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 - JOUR A1 - Wissenbach, U. A1 - Six, S. A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Ternes, D. A1 - Steinwachs, S. A1 - Unden, G. T1 - A third periplasmic transport system for l-arginine in Escherichia coli: molecular characterization of the artPIQMJ genes, arginine binding and transport JF - Molecular microbiology Y1 - 1995 SN - 1365-2958 (E-Journal); 0950-382x (Print) VL - Vol. 17 IS - Iss. 4 SP - 675 EP - 686 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 - PAT A1 - Stadtmüller, Ralf A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - A method for production of single-stranded nucleic acids [Europäische Patentanmeldung] Y1 - 2013 PB - Europäisches Patentamt CY - Den Hague ER - TY - PAT A1 - Huschyar, Al-Kaidy A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - System und Verfahren zur Durchführung von chemischen, biologischen oder physikalischen Reaktionen Y1 - 2015 N1 - Patent EP2821134A1 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 - Krafft, Simone A1 - Kuka, Katrin A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Utilization of Lolium perenne varieties as a renewable substrate for single-cell proteins, lactate, and composite materials T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Lolium perenne (perennial ryegrass) is aproductive and high-quality forage grass indigenous to Southern Europe, temperate Asia, and North Africa. Nowadays it is widespread and the dominant grass species on green areas in temperate climates. This abundant source of biomass is suitable for the development of bioeconomic processes because of its high cellulose and water-soluble carbohydrate content. In this work, novel breeds of the perennial ryegrass are being examined with regards to their quality parameters and biotechnological utilization options within the context of bioeconomy. Three processing operations are presented. In the first process, the perennial ryegrass is pretreated by pressing or hydrothermal extraction to derive glucosevia subsequent enzymatic hydrolysis of cellulose. A yield of up to 82 % glucose was achieved when using the hydrothermal ex-traction as pretreatment. In a second process, the ryegrass is used to produce lactic acid in high concentrations. The influence of the growth conditions and the cutting time on the carboxylic acid yield is investigated. A yield of lactic acid of above 150 g kg⁻¹ dry matter was achieved. The third process is to use Lolium perenne as a substrate in the fermentation of K. marxianus for the microbial production of single-cell proteins. The perennial ryegrass is screw-pressed and the press juice is used as medium. When supplementing the press juice with yeast media components, a biomass concentration of up to 16 g L⁻¹ could be achieved. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.202255306 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet and DECHEMA‐BioTechNet Jahrestagungen 2022 together with 13th ESBES Symposium 2022, 12. - 15. September 2022, Eurogress Aachen VL - 94 IS - 9 SP - 1303 EP - 1304 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Thiel, Alexander A1 - Muffler, Kai A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, Kirstin A1 - Sohling, Ulrich A1 - Hruschka, Steffen M. A1 - Ulber, Roland T1 - A novel integrated downstream processing approach to recover sinapic acid, phytic acid and proteins from rapeseed meal JF - Journal of Chemical Technology and Biotechnology N2 - BACKGROUND Currently, several techniques exist for the downstream processing of protein, phytic acid and sinapic acid from rapeseed and rapeseed meal, but no technique has been developed to separate all of the components in one process. In this work, two new downstream processing strategies focusing on recovering sinapic acid, phytic acid and protein from rapeseed meal were established. RESULTS The sinapic acid content was enhanced by a factor of 4.5 with one method and 5.1 with the other. The isolation of sinapic acid was accomplished using a zeolite-based adsorbent with high adsorptive and optimal desorption characteristics. Phytic acid was isolated using the anion-exchange resin Purolite A200®. In addition, the processes resulted in two separated protein fractions. The ratios of globulin and albumin ratio to the total protein were 59.2% and 40.1%, respectively. The steps were then combined in two different ways: (a) a ‘sequential process’ using the zeolite and A200 in batch processes; and (b) a ‘parallel process’ using only A200 in a chromatographic system to separate all of the compounds. CONCLUSIONS It can be concluded that isolation of all three components was possible in both processes. These could enhance the added value of current processes using rapeseed meal as a protein source. © 2015 Society of Chemical Industry Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1002/jctb.4664 VL - 90 IS - 11 SP - 1999 EP - 2006 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Al-Kaidy, Huschyar A1 - Tippkötter, Nils T1 - Superparamagnetic hydrophobic particles as shell material for digital microfluidic droplets and proof-of-principle reaction assessments with immobilized laccase JF - Engineering in Life Sciences N2 - In the field of biotechnology and molecular biology, the use of small liquid volumes has significant advantages. In particular, screening and optimization runs with acceptable amounts of expensive and hardly available catalysts, reagents, or biomolecules are feasible with microfluidic technologies. The presented new microfluidic system is based on the inclusion of small liquid volumes by a protective shell of magnetizable microparticles. Hereby, discrete aqueous microreactor drops with volumes of 1–30 μL can be formed on a simple planar surface. A digital movement and manipulation of the microreactor is performed by overlapping magnetic forces. The magnetic forces are generated by an electrical coil matrix positioned below a glass plate. With the new platform technology, several discrete reaction compartments can be moved simultaneously on one surface. Due to the magnetic fields, the reactors can even be merged to initiate reactions by mixing or positioned above surface-immobilized catalysts and then opened by magnetic force. Comparative synthesis routes of the magnetizable shell particles and superhydrophobic glass slides including their performance and stability with the reaction platform are described. The influence of diffusive mass transport during the catalyzed reaction is discussed by evaluation finite element model of the microreactor. Furthermore, a first model dye reaction of the enzyme laccase has been established. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/elsc.201400124 VL - 16 IS - 3 SP - 222 EP - 230 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Engel, Mareike A1 - Bayer, Hendrik A1 - Holtmann, Dirk A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Flavin secretion of Clostridium acetobutylicum in a bioelectrochemical system - Is an iron limitation involved? JF - Bioelectrochemistry Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2019.05.014 SN - 1567-5394 IS - In Press, Accepted Manuscript PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - GEN A1 - Al-Kaidy, H. A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Eine Plattform-Technologie für die automatisierte Reaktionsführung in magnetisierbaren mikrofluidischen Tropfen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Üblicherweise werden biotechnologische Reaktionssysteme im mikrofluidischen Maßstab in vorstrukturierten Bauteilen oder mit auf Wellplatten basierenden Robotersystemen realisiert. In dem hier vorgestellten System werden chemische oder biologische Reaktionen mit magnetischen Mikroreaktoren (MR) durchgeführt, bei denen hydrophobe magnetische Mikropartikel einen wässrigen Kern umschließen. Solche MR bieten eine gute Kontrolle der Reaktionsbedingungen, eine verbesserte Sicherheit und Portabilität. Die neue Plattformtechnologie ermöglicht die zweidimensionale Bewegung der magnetischen MR auf einer planaren Ebene. Oberhalb oder unterhalb der Plattform werden Magnetfeldgradienten zum Manipulieren und Bewegen eines oder mehrerer magnetischer MR erzeugt. Die optimal auf die MR wirkenden magnetischen Kräfte werden experimentell ermittelt und simuliert. Die Aktivierung der Magnetfelder wird automatisiert durch elektrische Spulen mit Eisenkern bzw. Neodymmagnet gesteuert. Angewendet wurde das System beim reversiblen Öffnen von MR, um z. B. Reaktionspartner in den wässrigen Kern zu injizieren oder Proben zu entnehmen. Ferner wurde Lac-case A und b-Glucosidase auf einer Quarzglasoberfläche immobilisiert und mit einem MR zum Reagieren gebracht. Weiterhin wurden MR fusioniert und so ein wässriger Kern bestehend aus Laccase mit einem aus dem entsprechenden Substrat Syringaldazin vereint. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450424 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1419 EP - 1420 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Eine magnetische horizontale Wirbelschicht für die Durchmischung und Rückhaltung von magnetisierbaren Mikropartikeln im Durchfluss T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Magnetisierbare Partikel als Träger von Katalysatoren können durch Anlegen eines magnetisches Feldes einfach und schnell abgetrennt werden. Die Wiedergewinnung von wertvollen Enzymen unter geringem Energie- und Materialeinsatz der magnetischen Abtrennung eröffnet einen Wettbewerbsvorteil für Produktionsprozesse. Die Abtrennung von magnetisierbaren Partikeln vom Überstand wird üblicherweise entweder durch Anlegen eines äußeren Magnetfelds und der resultierenden Ablagerung der Partikel an den Reaktorwänden oder durch Hochgradientenmagnetseparation (HGMS)durchgeführt. Beide Verfahren resultieren meist in der Bildung eines Filterkuchens aus Magnetpartikeln und den Feststoffen des Reaktionsmediums. Das magnetische horizontale Wirbelbett ermöglicht simultan eine kontinuierliche Reaktionsführung und die Rückhaltung der Partikel im Durchfluss. Die Partikelsuspension fließt durch einen Rohrreaktor, der in einem Magnetfeld mit wechselnden Feldgradienten eingebracht ist. Die Änderung des Magnetfeldgradienten erfolgt entgegen der Strömungsrichtung der Reaktionslösung. Durch alternierende Feldmaxima an den beiden Seiten des Reaktors werden die magnetisierbaren Partikel zu dessen Wänden gezogen. Bei Umkehrung des Feldes wandern die Partikel an die gegenüberliegende Reaktorwand. Durch Wahl einer geeigneten Wechselfrequenz kann eine kontinuierliche Durchmischung und Rückhaltung der Mikropartikel im durchströmten Rohr erreicht werden. Somit können Immobilisierungsreaktionen und Biotransformationen mit den Partikelsystemen im Durchfluss durchgeführt werden. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950076 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 - 1168 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Pasteur, A. A1 - Ulber, Roland T1 - Magnetisch abtrennbare Gold-Nanopartikel zur katalytischen Zuckeroxidation T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Glucose ist ein primäres Zwischenprodukt der Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe, wie z. B. Cellulose. Die wertsteigernde Weiterverarbeitung des Monosaccharids erfolgt häufig in Form vonFermentationsprozessen, jedoch kann der Rohstoff auch für zahlreiche chemische Verarbeitungsstufen genutzt werden. Ein großtechnisch relevanter Prozess ist die Herstellung von Gluconsäure (GS), die u. a. als Nahrungsmittelzusatz (E 574) eingesetzt wird. Die Darstellung der Säure erfolgt durch Oxidation von Glucose mit magnetisierbarem Gold-Nano-Katalysator. Die Rückgewinnung des Katalysators aus der Reaktionslösung wurde unter Einwirkung eines Magnetfeldgradienten verwirklicht. Die Synthese der magnetischen Goldkatalysatoren (sowohl Trägerpartikel als auch Gold-Nanopartikel) wurde durch nass-chemische Fällungsreaktionen durchgeführt. Die Charakteristiken der neuen Materialen konnte durch Messungen des PCD-Potenzials, Laserbeugung und REM/EDX untersucht werden. So wurden u. a. Partikeldurchmesser von 25 lm und ein Goldgehaltvon 1,03 % ermittelt. Weiterhin wurden für die Goldkatalysatoren optimale Reaktionsbedingungen für die Glucoseoxidation im geregelten Rührkesselreaktor etabliert. Hierdurch konnten eine Produktselektivität von 100 % und eine Wiederverwendbarkeit der Partikel über mindestens zehn Zyklen erreicht werden. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250393 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1328 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Stadtmüller, R. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Produktion von einzelsträngigen DNA-Makronukleotiden T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In der Biotechnologie stellt Einzelstrang-DNA (ssDNA) eine Schlüsselrolle dar und fungiert z. B. als Baustein für die nanoskalige Feinmechanik oder als Affinitätsligand, ein sog. Aptamer. Hinsichtlich der industriellen Verwendung bieten Aptamere im Vergleich zu Antikörpern viele Vorteile, wie z. B. eine gute Renaturierung bzw. die Selektion für cytotoxische Moleküle. Aktuell wächst die Nachfrage für chimäre Aptamere von bis zu 200 n, um die simultane Bindung bzw. die Modifikation mehrerer Moleküle zu realisieren. Bis heute wird ssDNA mittels einer sequentiellen Synthese hergestellt, die eine Effizienz von ca. 99,5 % je Zyklus und bereits bei einer Produktlänge von 100 n nur noc hAusbeuten von max. 60 % zeigt. Um dem Bedarf an ssDNA im Bereich > 100 n zu entsprechen, wurden zwei enzymatische Verfahren zur Produktion dieser Makronukleotide entworfen. Die erste Technik basiert auf einerFestphasen-PCR und ermöglicht sowohlein Primer- als auch ein Templatrecycling. Das zweite Verfahren beruht auf einer Plasmidbasierten In-vivo-Amplifikation, der sog. AptaGENE®-Technologie. In einer einzigen Klonierung werden bis zu 100 Kopien des Monomers in einen Vektor kloniert. Nach einer Transformation folgt der reguläre Produktionsprozess in Form einer Kultivierung, Plasmidpräparation und sequenziellen Aufarbeitung von bis zu 6 · 10¹⁵ Makronukleotiden pro Milliliter Fermentationsvolumen. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450372 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1403 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Sieker, T. A1 - Duwe, A. A1 - Poth, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Herstellung von Itaconsäure aus Buchenholzhydrolysaten T2 - Kurzfassungsband / GVC-DECHEMA Vortrags- und Diskussionstagung Biopharmazeutische Produktion : 14. - 16. Mai 2012. Konzerthaus Freibung Y1 - 2012 SP - 57 PB - DECHEMA CY - Frankfurt, M. ER - TY - JOUR A1 - Sieker, Tim A1 - Neuner, Andreas A1 - Dimitrova, Darina A1 - Tippkötter, Nils A1 - Bart, Hans-Jörg A1 - Heinzle, Elmar A1 - Ulber, Roland T1 - Grassilage als Rohstoff für die chemische Industrie JF - Chemie Ingenieur Technik N2 - Grassilage stellt einen nachwachsenden Rohstoff mit großem Potenzial dar. Neben Cellulose und Hemicellulose enthält sie auch organische Säuren, insbesondere Milchsäure. In einem Bioraffinerie-Projekt wird die Milchsäure aus der Silage isoliert und mit gentechnisch optimierten Stämmen zu L-Lysin weiterverarbeitet. Die Lignocellulose wird hydrolysiert und zu Ethanol fermentiert. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Integration der unterschiedlichen Prozesse sowie der einzelnen Prozessschritte zu einem Gesamtprozess, der sämtliche Inhaltsstoffe der Silage verwertet. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201000088 SN - 1522-2640 VL - 82 IS - 8, Special Issue: Industrielle Nutzung nachwachsender Rohstoffe SP - 1153 EP - 1159 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Sieker, Tim A1 - Neuner, Andreas A1 - Dimitrova, Darina A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, Kai A1 - Bart, Hans-Jörg A1 - Heinzle, Elmar A1 - Ulber, Roland T1 - Ethanol production from grass silage by simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation: First steps in the process development JF - Engineering in Life Sciences N2 - Grass silage provides a great potential as renewable feedstock. Two fractions of the grass silage, a press juice and the fiber fraction, were evaluated for their possible use for bioethanol production. Direct production of ethanol from press juice is not possible due to high concentrations of organic acids. For the fiber fraction, alkaline peroxide or enzymatic pretreatment was used, which removes the phenolic acids in the cell wall. In this study, we demonstrate the possibility to integrate the enzymatic pretreatment with a simultaneous saccharification and fermentation to achieve ethanol production from grass silage in a one-process step. Achieved yields were about 53 g ethanol per kg silage with the alkaline peroxide pretreatment and 91 g/kg with the enzymatic pretreatment at concentrations of 8.5 and 14.6 g/L, respectively. Furthermore, it was shown that additional supplementation of the fermentation medium with vitamins, trace elements and nutrient salts is not necessary when the press juice is directly used in the fermentation step. Y1 - 2011 U6 - https://doi.org/10.1002/elsc.201000160 N1 - Special Issue "Bioprocess‐oriented plant design" VL - 11 IS - 4 SP - 436 EP - 442 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Capitain, Charlotte A1 - Wagner, Sebastian A1 - Hummel, Joana A1 - Tippkötter, Nils T1 - Investigation of C–N Formation Between Catechols and Chitosan for the Formation of a Strong, Novel Adhesive Mimicking Mussel Adhesion JF - Waste and Biomass Valorization Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s12649-020-01110-5 SN - 1877-265X N1 - Corresponding author: Nils Tippkötter VL - 12 SP - 1761 EP - 1779 PB - Springer Nature CY - Cham ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Sieker, T. A1 - Wiesen, S. A1 - Duwe, A. A1 - Roth, J. A1 - Ulber, Roland T1 - Simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) sowie Produktion von Aceton, Butanol, Ethanol (ABE) und Dicarbonsäuren aus technischer Cellulose T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Technische Cellulose wurde als möglicher Rohstoff zur fermentativen Produktbildung untersucht. Hierfür wird Cellulose in der Lignocellulose-Bioraffinerie hergestellt und daraus Hydrolysat gewonnen. Die Prüfung der technischen Hydrolysate als Substrate erfolgte anhand eines breiten Spektrums an Bioprodukten, von Kraftstoffen wie Ethanolund Butanol, bis zu den Dicarbonsäuren Itacon- und Bernsteinsäure. Dabei werden Bakterien, Hefen und Pilze als Produktionsorganismen eingesetzt. Die einzelnen Herstellverfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Substrathandhabung. Im Fall der Ethanol- und Butanol-Gewinnung kann eine simultane Saccharifizierung und Fermentierung (SSF) durchgeführt werden. Aufgrund der Produkttoxizität erfordert die Butanol-Herstellung dabei eine In-situ-Produktabtrennung durch Lösemittelimprägnierte Partikel. Die Herstellung der beiden Dicarbonsäuren unterscheidet sich in der Sensitivität der verwendeten Mikroorganismen gegenüber Inhibitoren, die in Spuren im Hydrolysat enthalten sind. Die Bernteinsäurebildung mit Actinobacillussuccinogenes kann mit unbehandeltem Hydrolysat erfolgen. Dagegen erfordert die Gewinnung von Itaconsäure mit A. terreus eine Detoxifizierung des Hydrolysats. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sämtliche Bioraffinerie-Hydrolysate als Substrate für unterschiedliche Fermentationen geeignet sind. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450297 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1518 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Stadtmüller, R. A1 - Wollny, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Amplifikation und Einsatz von ssDNA-Aptameren T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die wachsende Produktpalette von z. B. Pharmazeutika geht mit einer steigenden Nachfrage für hochsensitive/schonende Aufreinigungstechniken einher. Bisherige Verfahren führen oft zu geringer Reinheit und verminderter Bioaktivität, zeigen eine Limitation der Analytengröße oder bedingen dessen Modifikation. Durch die Kombination von mikroskaligen Magnetpartikeln und spezifisch wechselwirkenden Einzelstrang-DNA-Oligonukleotiden, den sog. ssDNA-Aptameren, sind eine höhere Selektivität/Reinheit und eine Automatisierung möglich. In diesem Kontext werden zum einen ssDNA-Amplifikationstechniken und zum anderen der praktische Einsatz von Aptameren in einer Magnetseparation vorgestellt. Die ssDNA-Synthese basiert auf einem In-vivo-dsDNA-Produktionsschritt mittels eines rekombinanten Escherichia coli. Die als High-copy-Plasmid organisierte Sequenz wird in vitro durch Kombination verschiedener enzymatischer Reaktionen in die funktionelle ssDNA überführt. Diese Technik bedingt nur minimale Instrumentierung bzw. Prozessregelung. Die zweite Synthesetechnik wird in Form eines In-vitro-Amplifikationsverfahrens realisiert und beruht auf dem Prinzip einer PCR (Potenzial zu einer Automatisierung bzw. Miniaturisierung). Die gewonnenen Aptamere werden im Anschluss in einem auf Magnetpartikeln basierten Trennverfahren zur Isolationvon 6xHis-tag-Proteinen bezüglich ihrer Eigenschaften untersucht. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250112 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe VL - 84 IS - 8 SP - 1294 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Handtke, Stefan A1 - Schroeter, Rebecca A1 - Jürgen, Britta A1 - Methling, Karen A1 - Schlüter, Rabea A1 - Albrecht, Dirk A1 - Hijum, Sacha A. F. T. van A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Maurer, Karl-Heinz A1 - Lalk, Michael A1 - Schweder, Thomas A1 - Hecker, Michael A1 - Voigt, Birgit T1 - Bacillus pumilus reveals a remarkably high resistance to hydrogen peroxide provoked oxidative stress JF - PLOS one N2 - Bacillus pumilus is characterized by a higher oxidative stress resistance than other comparable industrially relevant Bacilli such as B. subtilis or B. licheniformis. In this study the response of B. pumilus to oxidative stress was investigated during a treatment with high concentrations of hydrogen peroxide at the proteome, transcriptome and metabolome level. Genes/proteins belonging to regulons, which are known to have important functions in the oxidative stress response of other organisms, were found to be upregulated, such as the Fur, Spx, SOS or CtsR regulon. Strikingly, parts of the fundamental PerR regulon responding to peroxide stress in B. subtilis are not encoded in the B. pumilus genome. Thus, B. pumilus misses the catalase KatA, the DNA-protection protein MrgA or the alkyl hydroperoxide reductase AhpCF. Data of this study suggests that the catalase KatX2 takes over the function of the missing KatA in the oxidative stress response of B. pumilus. The genome-wide expression analysis revealed an induction of bacillithiol (Cys-GlcN-malate, BSH) relevant genes. An analysis of the intracellular metabolites detected high intracellular levels of this protective metabolite, which indicates the importance of bacillithiol in the peroxide stress resistance of B. pumilus. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0085625 SN - 1932-6203 VL - 9 IS - 1 PB - PLOS CY - San Francisco ER - TY - GEN A1 - Graf, Alain-Michel A1 - Steinhof, Rafael A1 - Lotz, Martin A1 - Tippkötter, Nils A1 - Kasper, Cornelia A1 - Beutel, Sascha A1 - Ulber, Roland T1 - Downstream-Processing mit Membranadsorbern zur Isolierung nativer Proteinfraktionen aus Kartoffelfruchtwasser T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Bei der Stärkeproduktion entstehendes Kartoffelfruchtwasser besitzt mit 2 – 3 % einen hohen Anteil an ernährungsphysiologisch interessanten Proteinen. Die industrielle Gewinnung dieser Proteinfracht liefert jedoch lediglich ein minderwertiges, denaturiertes Produkt. Mit Hilfe der Membranadsorber-Technologie lassen sich aus Kartoffelfruchtwasser unter milden Reaktionsbedingungen native bioaktive Proteinfraktionen gewinnen. Geeignete Trennbedingungen wurden im Labormaßstab entwickelt und in den Technikumsmaßstab übertragen. An Anionenaustauscher-Membranadsorbern mit einer Membranfläche von 10 000 cm2 wurde eine Patatinhaltige Fraktion (44 kDa) mit Bindungskapazitäten von 0,37 mg/cm2 isoliert. Eine niedermolekulare Proteinfraktion mit Protease-Inhibitoren konnte durch Kationenaustauscher-Membranadsorber mit Bindungskapazitäten von 1,00 mg/cm2 gewonnen werden. Sie ist für verschiedenste Applikationen in der pharmazeutischen, kosmetischen und der Nahrungsmittelindustrie interessant z. B. für Appetitzügler oder muskelaufbauende Proteinpräparate. Der Aufreinigung der nativen Proteinfraktionen durch Ultra-/Diafiltration schließt sich die Konfektionierung durch Sprühtrocknung an. Die bioanalytische Charakterisierung der Produkte belegt die Reinheit und die enzymatische Aktivität sowie die Abreicherung von Störkomponenten wie Glykoalkaloide und Polyphenoloxidasen. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200800139 VL - 81 IS - 3 SP - 267 EP - 274 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Thiel, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Suck, K. A1 - Sohling, U. A1 - Ruf, F. A1 - Ulber, Roland T1 - Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Nachwachsende Rohstoffe stellen eine reichhaltige Quelle für die Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Biomolekülen dar. Die Gruppe der Polyphenole ist dabei für mehrere Industriezweige bedeutend. Ihre antioxidativen Eigenschaften sind z. B. für die Pharmaindustrie interessant. Im derzeit bearbeiteten Projekt sollen Polyphenole aus Pflanzenbestandteilen isoliert und aufgereinigt werden, um sie dann als Komponenten für eine Vernetzung von Polymeren auf der Basis von Fettsäuren einzusetzen. Bisher sind im Wesentlichen Prozesse zur Entfernung von Polyphenolen aus Getränken wie Bier und Wein bekannt. Eine Wiedergewinnung der Polyphenole war in diesen Anwendungen bisher nicht relevant. Die Gewinnung bzw. Abtrennung der Polyphenole erfolgt u. a. durch kommerziell erhältliche Adsorbentien wie PVPP, Adsorberharze XAD16 (Rhöm & Haas) oder SP70 (Sepabeads), deren Partikelgrößen im Bereichvon 0,1 ± 0,8 mm und spezifischen Oberflächen von 700 ± 900 m 2 /g liegen. Als Alternative zu diesen Adsorbern sollen neue Materialien auf Basis von anorganischen Trennmedien, wie z. B. natürlichen Tonmineralien, für die Polyphenolabtrennung verwendet werden. Derzeit wird durch Abgleich von Experiment und Simulation ein Materialscreening durchgeführt. Durch den Einsatz molekulardynamischer Bindungssimulationen wird die Adsorbersuche beschleunigt und Vorhersagen zu Modifikationen bei der Herstellung der neuen Adsorbentien ermöglicht. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201050104 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2010 und 28. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 21. - 23. September 2010, Eurogress Aachen VL - 82 IS - 9 SP - 1589 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Poth, S. A1 - Monzon, M. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Fermentation von Hydrolysaten aus Lignocellulose T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die ökonomische Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und der klimatische Wandel durch die Nutzung dieser haben zu einer intensiven Suche nach erneuerbaren Rohstoffen für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen geführt. Ein viel versprechender Rohstoff in diesem Zusammenhang sind Zucker, die mittels enzymatischer Hydrolyse aus Lignocellulose gewonnen werden können. Die Fermentation erfolgt mit Cellulose- bzw. Hemicellulose-Fraktionen, welche durch thermo-chemische Vorbehandlung von Holz gewonnen und anschließend enzymatisch hydrolysiert werden. Die in den Hydrolysaten enthaltenen Zuckermonomere dienen als Kohlenstoffquelle für die Produktion von Ethanol. Da sowohl Glucose als auch Xylose in den unterschiedlichen Fraktionen enthalten sind, wird zur Umsetzung dieser eine Co-Fermentation zweier Hefen durchgeführt. Im Rahmen der Optimierung dieser Fermentationen werden neben der Ergänzung der Hydrolysate durch notwendige Salze auch Verfahrenweisen wie Fed-Batch-Fermentationen untersucht. Ein weiterer interessanter Ansatz, welcher in diesem Rahmen geprüft wird, ist die enzymatische Hydrolyse der Lignocellulose-Fraktionen und die simultane Fermentation der dabei entstehenden Zucker in einem Schritt. Des Weiteren wurde die Eignung der Hydrolysate für die Biomasseproduktion anderer Mikroorganismen wie Escherichia coli getestet. Y1 - 2009 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.200950243 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet‐Jahrestagung 2009 und 27. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 8.- 10. September 2009, Mannheim N1 - Das hier vorgestellte Vorhaben wird durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe(FNR) gefördert: „Verbundvorhaben: Pilotprojekt Lignocellulose-Bioraffinerie, Teilvorhaben 1: Extraktverarbeitung, Enzymtechnologie, verfahrenstechnische Untersuchungen, Ökobilanzierung, Wirtschaftlichkeitsberechnungen“ (Förderkennzeichen: FNR 22027405). VL - 81 IS - 8 SP - 1220 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Kappler-Tanudyaya, Nathalie A1 - Schmitt, Heike A1 - Tippkötter, Nils A1 - Meyer, Lina A1 - Lenzen, Sigurd A1 - Ulber, Roland T1 - Combination of biotransformation and chromatography for the isolation and purification of mannoheptulose JF - Biotechnology Journal N2 - Mannoheptulose is a seven-carbon sugar. It is an inhibitor of glucose-induced insulin secretion due to its ability to selectively inhibit the enzyme glucokinase. An improved procedure for mannoheptulose isolation from avocados is described in this study (based upon the original method by La Forge). The study focuses on the combination of biotransformation and downstream processing (preparative chromatography) as an efficient method to produce a pure extract of mannoheptulose. The experiments were divided into two major phases. In the first phase, several methods and parameters were compared to optimize the mannoheptulose extraction with respect to efficiency and purity. In the second phase, a mass balance of mannoheptulose over the whole extraction process was undertaken to estimate the yield and efficiency of the total extraction process. The combination of biotransformation and preparative chromatography allowed the production of a pure mannoheptulose extract. In a biological test, the sugar inhibited the glucokinase enzyme activity efficiently. Y1 - 2007 U6 - https://doi.org/10.1002/biot.200700004 SN - 1860-7314 VL - 2 IS - 6 SP - 692 EP - 699 ER - TY - JOUR A1 - El Bergui, Omnia A1 - Abouabdillah, Aziz A1 - Bourioug, Mohamed A1 - Schmitz, Dominik A1 - Biel, Markus A1 - Aboudrare, Abdellah A1 - Krauss, Manuel A1 - Jomaa, Ahlem A1 - Romuli, Sebastian A1 - Müller, Joachim A1 - Fagroud, Mustapha A1 - Bouabid, Rachid T1 - Innovative solutions for drought: Evaluating hydrogel application on onion cultivation (Allium cepa) in Morocco JF - Water N2 - Throughout the last decade, and particularly in 2022, water scarcity has become a critical concern in Morocco and other Mediterranean countries. The lack of rainfall during spring was worsened by a succession of heat waves during the summer. To address this drought, innovative solutions, including the use of new technologies such as hydrogels, will be essential to transform agriculture. This paper presents the findings of a study that evaluated the impact of hydrogel application on onion (Allium cepa) cultivation in Meknes, Morocco. The treatments investigated in this study comprised two different types of hydrogel-based soil additives (Arbovit® polyacrylate and Huminsorb® polyacrylate), applied at two rates (30 and 20 kg/ha), and irrigated at two levels of water supply (100% and 50% of daily crop evapotranspiration; ETc). Two control treatments were included, without hydrogel application and with both water amounts. The experiment was conducted in an open field using a completely randomized design. The results indicated a significant impact of both hydrogel-type dose and water dose on onion plant growth, as evidenced by various vegetation parameters. Among the hydrogels tested, Huminsorb® Polyacrylate produced the most favorable outcomes, with treatment T9 (100%, HP, 30 kg/ha) yielding 70.55 t/ha; this represented an increase of 11 t/ha as compared to the 100% ETc treatment without hydrogel application. Moreover, the combination of hydrogel application with 50% ETc water stress showed promising results, with treatment T4 (HP, 30 kg, 50%) producing almost the same yield as the 100% ETc treatment without hydrogel while saving 208 mm of water. KW - water economy KW - yield KW - deficit irrigation KW - hydrogel KW - onion Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/w15111972 VL - 15 IS - 11 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Thiel, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Muffler, K. A1 - Ruf, F. A1 - Sohling, U. A1 - Ulber, Roland T1 - Optimierung der Wertschöpfungskette bei der Aufarbeitung von Rapsschrot mit Zeolithen T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Im vom BMELV/FNR geförderten SynRg-Projekt wurde unter anderem Rapsschrot untersucht, um Polyphenole zu isolieren und aufzureinigen. Diese sollen anschließend als Basisbausteine für Polymere dienen und ihnen neuartige Eigenschaften verleihen. Derzeit wird an der Polyphenolextraktion gearbeitet, da bei organischen oder wässrigen Extraktionsprozessen überwiegend Sinapin, ein Cholinester der Sinapinsäure, vorliegt und dieses nicht für die Polymerbildung eingesetzt werden kann. Für die im Fokus stehende Sinapinsäure wird deshalb eine simultane Extraktion und enzymatische oder chemische Hydrolyse von Sinapin zu Sinapinsäure durchgeführt. Durch die Hydrolyse konnte die Sinapinsäureausbeute bereits um den Faktor 6,2 auf 15,8 mg g⁻¹ gegenüber einer reinwässrigen Extraktion gesteigert werden. Für die Aufreinigung des an Sinapinsäure reichen Extrakts erfolgt anschließend ein adsorptiver Aufarbeitungsschritt, bei dem Zeolithe zum Einsatz kommen. Mit diesem Material ist es möglich, die Sinapinsäure quantitativ zu adsorbieren und später mit 70 %igem Ethanol bei 60 °C zu desorbieren. Bei den Adsorbern handelt es sich um b-Zeolithe von der Süd-Chemie AG. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250028 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2012 und 30. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 10. – 13. September 2012, Karlsruhe N1 - Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) durch seinen Projektträger der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) unter der Projektnummer22023008 gefördert. VL - 84 IS - 8 SP - 1191 EP - 1192 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Muschallik, Lukas A1 - Kipp, Carina Ronja A1 - Recker, Inga A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Pohl, Martina A1 - Gelissen, Melanie A1 - Schöning, Michael Josef A1 - Selmer, Thorsten A1 - Siegert, Petra T1 - Synthesis of α-hydroxy ketones and vicinal diols with the Bacillus licheniformis DSM 13T butane-2, 3-diol dehydrogenase JF - Journal of Biotechnology N2 - The enantioselective synthesis of α-hydroxy ketones and vicinal diols is an intriguing field because of the broad applicability of these molecules. Although, butandiol dehydrogenases are known to play a key role in the production of 2,3-butandiol, their potential as biocatalysts is still not well studied. Here, we investigate the biocatalytic properties of the meso-butanediol dehydrogenase from Bacillus licheniformis DSM 13T (BlBDH). The encoding gene was cloned with an N-terminal StrepII-tag and recombinantly overexpressed in E. coli. BlBDH is highly active towards several non-physiological diketones and α-hydroxyketones with varying aliphatic chain lengths or even containing phenyl moieties. By adjusting the reaction parameters in biotransformations the formation of either the α-hydroxyketone intermediate or the diol can be controlled. Y1 - 2020 SN - 2590-1559 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2020.09.016 VL - 202 IS - Vol. 324 SP - 61 EP - 70 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - BOOK A1 - Artmann, Gerhard A1 - Temiz Artmann, Aysegül A1 - Zhubanova, Azhar A. A1 - Digel, Ilya ED - Artmann, Gerhard ED - Temiz Artmann, Aysegül ED - Zhubanova, Azhar A. ED - Digel, Ilya T1 - Biological, physical and technical basics of cell engineering Y1 - 2018 SN - 978-981-10-7903-0 PB - Springer CY - Singapore 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 - JOUR A1 - Jablonski, Melanie A1 - Münstermann, Felix A1 - Nork, Jasmina A1 - Molinnus, Denise A1 - Muschallik, Lukas A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Wagner, Torsten A1 - Keusgen, Michael A1 - Siegert, Petra A1 - Schöning, Michael Josef T1 - Capacitive field‐effect biosensor applied for the detection of acetoin in alcoholic beverages and fermentation broths JF - physica status solidi (a) applications and materials science N2 - An acetoin biosensor based on a capacitive electrolyte–insulator–semiconductor (EIS) structure modified with the enzyme acetoin reductase, also known as butane-2,3-diol dehydrogenase (Bacillus clausii DSM 8716ᵀ), is applied for acetoin detection in beer, red wine, and fermentation broth samples for the first time. The EIS sensor consists of an Al/p-Si/SiO₂/Ta₂O₅ layer structure with immobilized acetoin reductase on top of the Ta₂O₅ transducer layer by means of crosslinking via glutaraldehyde. The unmodified and enzyme-modified sensors are electrochemically characterized by means of leakage current, capacitance–voltage, and constant capacitance methods, respectively. KW - acetoin KW - acetoin reductase KW - alcoholic beverages KW - biosensors KW - capacitive field-effect sensors Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/pssa.202000765 SN - 1862-6319 N1 - Corresponding author: Melanie Jablonski VL - 218 IS - 13 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Krämer, Marco A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Bovenberg, Roel A1 - Kremer, Susanne A1 - Müller, Ulrike A1 - Orf, Sonja A1 - Wubbolts, Marcel A1 - Raeven, Leon T1 - Metabolic engineering for microbial production of shikimic acid JF - Metabolic engineering Y1 - 2003 SN - 1096-7184 (E-Journal); 1096-7176 (Print) VL - Vol. 5 IS - Iss. 4 SP - 277 EP - 283 ER - TY - JOUR A1 - Hoffstadt, Kevin A1 - Cheenakula, Dheeraja A1 - Nikolausz, Marcell A1 - Krafft, Simone A1 - Harms, Hauke A1 - Kuperjans, Isabel T1 - Design and construction of a new reactor for flexible biomethanation of hydrogen JF - Fermentation N2 - The increasing share of renewable electricity in the grid drives the need for sufficient storage capacity. Especially for seasonal storage, power-to-gas can be a promising approach. Biologically produced methane from hydrogen produced from surplus electricity can be used to substitute natural gas in the existing infrastructure. Current reactor types are not or are poorly optimized for flexible methanation. Therefore, this work proposes a new reactor type with a plug flow reactor (PFR) design. Simulations in COMSOL Multiphysics ® showed promising properties for operation in laminar flow. An experiment was conducted to support the simulation results and to determine the gas fraction of the novel reactor, which was measured to be 29%. Based on these simulations and experimental results, the reactor was constructed as a 14 m long, 50 mm diameter tube with a meandering orientation. Data processing was established, and a step experiment was performed. In addition, a kLa of 1 h−1 was determined. The results revealed that the experimental outcomes of the type of flow and gas fractions are in line with the theoretical simulation. The new design shows promising properties for flexible methanation and will be tested. KW - methanation KW - plug flow reactor KW - bubble column KW - bio-methane KW - power-to-gas Y1 - 2023 U6 - https://doi.org/10.3390/fermentation9080774 SN - 2311-5637 N1 - The article belongs to the Special Issue Fermentation Processes: Modeling, Optimization and Control VL - 9 IS - 8 SP - 1 EP - 16 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Sieker, T. A1 - Duwe, A. A1 - Poth, S. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Itaconsäureherstellung aus Buchenholz-Hydrolysaten T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Aus hölzernen Cellulosen und Hemicellulosen können durch enzymatische Hydrolyse fermentierbare Zucker für die Herstellung von Chemikalien und Treibstoffen gewonnen werden. Die bisherige Forschung fokussiert sich oft auf die Nutzung dieser Zucker zur Gewinnung von Ethanol. Daneben muss aber auch die stoffliche Nutzung zur Gewinnung von Grundchemikalien berücksichtigt werden. Eine solche Grundchemikalie ist Itakonsäure. Obwohl die biotechnologische Itaconsäureproduktion bereits eingehend untersucht und etabliert ist, gestaltet sie sich im Rahmen von Bioraffinerien der zweiten Generation als schwierig, da der überwiegend verwendete Produktionsorganismus gegen eine weite Bandbreite von Inhibitoren sensibel ist. Die Herstellung von Itaconsäure aus Buchenholzhydrolysaten wird im Rahmen der deutschen Lignocellulose-Bioraffinerie entwickelt. Die unbehandelten Hydrolysate ermöglichen weder das Wachstum von Aspergillus terreus noch die Bildung von Itaconsäure. Daher werden Möglichkeiten zur Konditionierung des Hydrolysates mit dem Ziel einer Itaconsäureproduktion mit hohen Ausbeuten und Konzentrationen vorgestellt. Y1 - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201250414 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 vomBMELV über die FNR gefördert (Förderkennzeichen 22019409). VL - 84 IS - 8 SP - 1300 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Capitain, Charlotte A1 - Ross-Jones, Jesse A1 - Möhring, Sophie A1 - Tippkötter, Nils T1 - Differential scanning calorimetry for quantification of polymer biodegradability in compost JF - International Biodeterioration & Biodegradation N2 - The objective of this study is the establishment of a differential scanning calorimetry (DSC) based method for online analysis of the biodegradation of polymers in complex environments. Structural changes during biodegradation, such as an increase in brittleness or crystallinity, can be detected by carefully observing characteristic changes in DSC profiles. Until now, DSC profiles have not been used to draw quantitative conclusions about biodegradation. A new method is presented for quantifying the biodegradation using DSC data, whereby the results were validated using two reference methods. The proposed method is applied to evaluate the biodegradation of three polymeric biomaterials: polyhydroxybutyrate (PHB), cellulose acetate (CA) and Organosolv lignin. The method is suitable for the precise quantification of the biodegradability of PHB. For CA and lignin, conclusions regarding their biodegradation can be drawn with lower resolutions. The proposed method is also able to quantify the biodegradation of blends or composite materials, which differentiates it from commonly used degradation detection methods. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2020.104914 SN - 0964-8305 VL - 149 SP - In Press, Article number 104914 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 - Tippkötter, Nils A1 - Roikaew, N. A1 - Ulber, Roland T1 - Nitratentfernung aus Molkekonzentrat mit biotechnologischer Regeneration der Abwässer JF - Deutsche Milchwirtschaft Y1 - 2007 SN - 0012-0480 VL - 58 IS - 15 SP - 540 EP - 542 ER - TY - JOUR A1 - Engel, Mareike A1 - Holtmann, Dirk A1 - Ulber, Roland A1 - Tippkötter, Nils T1 - Increased Biobutanol Production by Mediator‐Less Electro‐Fermentation JF - Biotechnology Journal N2 - A future bio-economy should not only be based on renewable raw materials but also in the raise of carbon yields of existing production routes. Microbial electrochemical technologies are gaining increased attention for this purpose. In this study, the electro-fermentative production of biobutanol with C. acetobutylicum without the use of exogenous mediators is investigated regarding the medium composition and the reactor design. It is shown that the use of an optimized synthetic culture medium allows higher product concentrations, increased biofilm formation, and higher conductivities compared to a synthetic medium supplemented with yeast extract. Moreover, the optimization of the reactor system results in a doubling of the maximum product concentrations for fermentation products. When a working electrode is polarized at −600 mV vs. Ag/AgCl, a shift from butyrate to acetone and butanol production is induced. This leads to an increased final solvent yield of Yᴀᴃᴇ = 0.202 gg⁻¹ (control 0.103 gg⁻¹), which is also reflected in a higher carbon efficiency of 37.6% compared to 23.3% (control) as well as a fourfold decrease in simplified E-factor to 0.43. The results are promising for further development of biobutanol production in bioelectrochemical systems in order to fulfil the principles of Green Chemistry. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/biot.201800514 SN - 1860-7314 VL - 14 IS - 4 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Engel, Mareike A1 - Gemünde, Andre A1 - Holtmann, Dirk A1 - Müller-Renno, Christine A1 - Ziegler, Christiane A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Clostridium acetobutylicum’s connecting world: cell appendage formation in bioelectrochemical systems JF - ChemElectroChem N2 - Bacterial cell appendix formation supports cell-cell interaction, cell adhesion and cell movement. Additionally, in bioelectrochemical systems (BES), cell appendages have been shown to participate in extracellular electron transfer. In this work, the cell appendix formation of Clostridium acetobutylicum in biofilms of a BES are imaged and compared with conventional biofilms. Under all observed conditions, the cells possess filamentous appendages with a higher number and density in the BES. Differences in the amount of extracellular polymeric substance in the biofilms of the electrodes lead to the conclusion that the cathode can be used as electron donor and the anode as electron acceptor by C. acetobutylicum. When using conductive atomic force microscopy, a current response of about 15 nA is found for the cell appendages from the BES. This is the first report of conductivity for clostridial cell appendices and represents the basis for further studies on their role for biofilm formation and electron transfer. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1002/celc.201901656 SN - 2196-0216 VL - 7 IS - 2 SP - 414 EP - 420 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Tippkötter, Nils A1 - Roikaew, Wipa A1 - Ulber, Roland A1 - Hoffmann, Alexander A1 - Denzler, Hans-Jörg A1 - Buchholz, Heinrich T1 - Paracoccus denitrificans for the effluent recycling during continuous denitrification of liquid food JF - Biotechnology Progress N2 - Nitrate is an undesirable component of several foods. A typical case of contamination with high nitrate contents is whey concentrate, containing nitrate in concentrations up to 25 l. The microbiological removal of nitrate by Paracoccus denitrificans under formation of harmless nitrogen in combination with a cell retention reactor is described here. Focus lies on the resource-conserving design of a microbal denitrification process. Two methods are compared. The application of polyvinyl alcohol-immobilized cells, which can be applied several times in whey feed, is compared with the implementation of a two step denitrification system. First, the whey concentrate's nitrate is removed by ion exchange and subsequently the eluent regenerated by microorganisms under their retention by crossflow filtration. Nitrite and nitrate concentrations were determined by reflectometric color measurement with a commercially available Reflectoquant® device. Correction factors for these media had to be determined. During the pilot development, bioreactors from 4 to 250 mg·L-1 and crossflow units with membrane areas from 0.02 to 0.80 m2 were examined. Based on the results of the pilot plants, a scaling for the exemplary process of denitrifying 1,000 tons per day is discussed. Y1 - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/btpr.384 SN - 8756-7938 VL - 26 IS - 3 SP - 756 EP - 762 PB - Wiley CY - Hoboken, NJ ER - TY - JOUR A1 - Voigt, Birgit A1 - Albrecht, Dirk A1 - Sievers, Susanne A1 - Becher, Dörte A1 - Bongaerts, Johannes A1 - Evers, Stefan A1 - Schweder, Thomas A1 - Maurer, Karl-Heinz A1 - Hecker, Michael T1 - High-resolution proteome maps of Bacillus licheniformis cells growing in minimal medium JF - Proteomics Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1002/pmic.201400504 SN - 1615-9861 VL - 15 IS - 15 SP - 2629 EP - 2633 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Duwe, A. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Lignocellulose-Biorefinery: Ethanol-Focused T2 - Biorefineries N2 - The development prospects of the world markets for petroleum and other liquid fuels are diverse and partly contradictory. However, comprehensive changes for the energy supply of the future are essential. Notwithstanding the fact that there are still very large deposits of energy resources from a geological point of view, the finite nature of conventional oil reserves is indisputable. To reduce our dependence on oil, the EU, the USA, and other major economic zones rely on energy diversification. For this purpose, alternative materials and technologies are being sought, and is most obvious in the transport sector. The objective is to progressively replace fossil fuels with renewable and more sustainable fuels. In this respect, biofuels have a pre-eminent position in terms of their capability of blending with fossil fuels and being usable in existing cars without substantial modification. Ethanol can be considered as the primary renewable liquid fuel. In this chapter enzymes, micro-organisms, and processes for ethanol production based on renewable resources are described. KW - Bioethanol KW - Biorefinery KW - Lignocellulose feedstook Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1007/10_2016_72 N1 - Part of the Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology book series (ABE,volume 166) SP - 177 EP - 215 PB - Springer CY - Cham ER - TY - JOUR A1 - Hoffstadt, Kevin A1 - Nikolausz, Marcell A1 - Krafft, Simone A1 - Bonatelli, Maria A1 - Kumar, Vivekanantha A1 - Harms, Hauke A1 - Kuperjans, Isabel T1 - Optimization of the ex situ biomethanation of hydrogen and carbon dioxide in a novel meandering plug flow reactor: start-up phase and flexible operation JF - Bioengineering KW - methanation KW - plug flow reactor KW - bubble column KW - biomethane KW - P2G Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/bioengineering11020165 SN - 2306-5354 VL - 11 IS - 2 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Cheenakula, Dheeraja A1 - Hoffstadt, Kevin A1 - Krafft, Simone A1 - Reinecke, Diana A1 - Klose, Holger A1 - Kuperjans, Isabel A1 - Grömping, Markus T1 - Anaerobic digestion of algal–bacterial biomass of an Algal Turf Scrubber system JF - Biomass Conversion and Biorefinery N2 - This study investigated the anaerobic digestion of an algal–bacterial biofilm grown in artificial wastewater in an Algal Turf Scrubber (ATS). The ATS system was located in a greenhouse (50°54′19ʺN, 6°24′55ʺE, Germany) and was exposed to seasonal conditions during the experiment period. The methane (CH4) potential of untreated algal–bacterial biofilm (UAB) and thermally pretreated biofilm (PAB) using different microbial inocula was determined by anaerobic batch fermentation. Methane productivity of UAB differed significantly between microbial inocula of digested wastepaper, a mixture of manure and maize silage, anaerobic sewage sludge, and percolated green waste. UAB using sewage sludge as inoculum showed the highest methane productivity. The share of methane in biogas was dependent on inoculum. Using PAB, a strong positive impact on methane productivity was identified for the digested wastepaper (116.4%) and a mixture of manure and maize silage (107.4%) inocula. By contrast, the methane yield was significantly reduced for the digested anaerobic sewage sludge (50.6%) and percolated green waste (43.5%) inocula. To further evaluate the potential of algal–bacterial biofilm for biogas production in wastewater treatment and biogas plants in a circular bioeconomy, scale-up calculations were conducted. It was found that a 0.116 km2 ATS would be required in an average municipal wastewater treatment plant which can be viewed as problematic in terms of space consumption. However, a substantial amount of energy surplus (4.7–12.5 MWh a−1) can be gained through the addition of algal–bacterial biomass to the anaerobic digester of a municipal wastewater treatment plant. Wastewater treatment and subsequent energy production through algae show dominancy over conventional technologies. KW - Biogas KW - Methane KW - Algal Turf Scrubber KW - Algal–bacterial bioflm KW - Circular bioeconomy Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1007/s13399-022-03236-z SN - 2190-6823 N1 - Corresponding author: Dheeraja Cheenakula VL - 13 SP - 15 Seiten PB - Springer CY - Berlin ER - TY - CHAP A1 - Muffler, Kai A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland ED - Timmis, Kenneth N. T1 - Chemical feedstocks and fine chemicals from other substrates T2 - Handbook of hydrocarbon and lipid microbiology. Volume 4: Consequences of microbial interactions with hydrocarbons, oils and lipids. - (Springer reference) Y1 - 2010 SN - 978-3-540-77588-1 U6 - https://doi.org/10.1007%2F978-3-540-77587-4_214 SP - 2891 EP - 2902 PB - Springer CY - Berlin [u.a.] 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 - TY - GEN A1 - Wollny, S. A1 - Al-Kaidy, H. A1 - Tippkötter, Nils A1 - Ulber, Roland T1 - Prozessintegrierte Magnetseparation im Labormaßstab mittels High-Gradient Magnetic Separator (HGMS) T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - Die Hochgradient-Magnetseparation (HGMS) stellt eine Alternative zu konventionellen Methoden der Proteinaufarbeitung wie Filtration und Chromatographie dar und dient zudem als Prozessintensivierung. Bisherige Separatoren sind für Anwendungen von mehreren Litern Prozessvolumina Fermentationsmedium und Gramm Magnetpartikel ausgelegt. Bei der Entwicklung und Anwendung neuartiger Magnetpartikeloberflächen ist die Verfügbarkeit großer Mengen nicht gegeben. Bisherige Filterkammern erhöhen zudem den Arbeitsaufwand und verursachen größere Partikelverluste bei Spülvorgängen oder der Reinigung aufgrund der Partikeladsorption. Für Anwendungen im Maßstab < 500 mL wird deshalb ein Miniatur-Hochgradientfilter (miniHGF) entwickelt. Das Modell wird im 3D-Drucker Makerbot Replicator 2 gefertigt und magne-isierbare Drähte zur Partikelabscheidung eingesetzt. Die Vergleichbarkeit mit einem etablierten Magnetseparator wird anhand der Aufnahme von Durchbruchskurven und Bestimmung der Filtereffizienz untersucht. Die Praxistauglichkeit mit kleinen Volumina wird in wiederholten Batch-Versuchen mit auf Magnetpartikeln immobilisiertem Enzym und einem kolorimetrischen Assay geprüft. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450618 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1507 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - CHAP A1 - Wulfhorst, H. A1 - Duwe, A. A1 - Möhring, S. A1 - Jurca, O. A1 - Tippkötter, Nils T1 - Analysis of pretreated biomass by differential scanning 132 calorimetry and multivariate data analysis T2 - New frontiers of biotech-processes (Himmelfahrtstagung) : 02-04 May 2016, Rhein-Mosel-Halle, Koblenz/Germany Y1 - 2016 SP - 132 PB - DECHEMA CY - Frankfurt am Main ER - TY - GEN A1 - Tippkötter, Nils A1 - Wulfhorst, H. A1 - Mogue, N. A1 - Möhring, S. A1 - Roth, J. A1 - Ulber, Roland T1 - Spektrometrische Messung und Modellierung der enzymatischen Hydrolyse von Biomasse nach Organosolv- und Liquid Hot Water-Aufschlüssen (LHW) T2 - Chemie Ingenieur Technik N2 - In diesem Beitrag wird die NIR- und MIR-Spektrometrie in Kombination mit multivariaten Kalibrationsmodellen zur Analyse von Monosacchariden und Cellulose aus Biomasse etabliert. Spektrengemischter Standardlösungen mit definierten Glucose- und Xylosekonzentrationen in Wasser werden im NIR-(Lambda 750, Perkin Elmer, USA) und MIR-Bereich (Spektrum 100, PerkinElmer) in Gegenwart von entweder Carboxymethylcellulose oder Grasfasern aufgenommen. Darauf basierend werden Kalibrationsmodelle (Unscrambler®, CAMO-Software AS, Norwegen) entwickelt und zur Vorhersage der Zuckerkonzentration in den Hydrolyseproben und der Celluloseanteile angewendet. Darüber hinaus wird die Partikelgröße der Rohstoffe bestimmt. Die Messergebnisse bilden die experimentelle Basis für die numerische Modellierung der Reaktionskinetik der enzymatischen Hydrolyse von Lignocellulose. Das Modell kombiniert die Bilanzierung der Partikelgrößenverteilungen mit der Multienzymkinetik. Dabei werden neben der Partikelgrößenverteilung und der Substratkonzentration die Zusammensetzung der Rohstoffe nach Vorbehandlung sowie die Produktinhibierung und mehrere enzymatische Aktivitäten berücksichtigt. Das Modell ermöglicht es, die Partikelgrößenverteilungen und die Konzentrationen der Substrate und Produkte während der Hydrolyse vorherzusagen und die kinetischen Parameter im Batch- sowie im Fed-Batch-Reaktor zu bestimmen. Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cite.201450269 SN - 0009-286X SN - 1522-2640 (eISSN) N1 - ProcessNet-Jahrestagung 2014 und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen, 30. September - 2. Oktober 2014, Eurogress Aachen VL - 86 IS - 9 SP - 1584 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -