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Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien
(2010)
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.
Gras hat ein hohes Potenzial als nachwachsender Rohstoff. Bei ungeeigneter Lagerung verderben Gräser allerdings innerhalb weniger Tage. Dieser Nachteil kann durch die Silierung des Grasschnittes behoben werden. Eines der wichtigsten in der Silage enthaltenen Produkte ist die Milchsäure. Um diese für weitere Aufarbeitungsschritte zugänglich zu machen, wird aus der Silage ein Presssaft hergestellt. Die Milchsäure wird aus einem Silagepresssaft mittels Extraktion durch ionische Flüssigkeiten isoliert. Dabei wird zum einen eine reine Milchsäure hergestellt, die z. B. für die Herstellung von Polymilchsäure genutzt werden kann. Zum anderen wird ein weniger aufgereinigter Extrakt gewonnen, der für die fermentative Produktion von L-Lysin und 1,2-Propandiol genutzt werden soll. Im Rahmen des Projekts erfolgt die gentechnische Optimierung von Corynebacterium glutamicum für die Umsetzung von Milchsäurezu L-Lysin. Die im nach der Pressung verbleibenden Presskuchen enthaltenen Grasfasern bestehen zu einem großen Teil aus Polysacchariden. Diese werden hydrolysiert und die dabei freigesetzten Zucker zu Grundchemikalien wie Ethanol oder Itakonsäure fermentiert. Im Rahmen einer vollständigen Nutzung der Silage wird das Raffinat aus der Milchsäureextraktion als Mediumsupplement in der Fermentation eingesetzt, was die Zugabe weiterer Medienbestandteile überflüssig macht. Die Rückstände der Hydrolysen und Fermentationen sollen darüberhinaus für die Herstellung von Biogas genutzt werden.
The continuously growing amount of renewable sources starts compromising the stability of electrical grids. Contradictory to fossil fuel power plants, energy production of wind and photovoltaic (PV) energy is fluctuating. Although predictions have significantly improved, an outage of multi-MW offshore wind farms poses a challenging problem. One solution could be the integration of storage systems in the grid. After a short overview, this paper focuses on two exemplary battery storage systems, including the required power electronics. The grid integration, as well as the optimal usage of volatile energy reserves, is presented for a 5- kW PV system for home application, as well as for a 100- MW medium-voltage system, intended for wind farm usage. The efficiency and cost of topologies are investigated as a key parameter for large-scale integration of renewable power at medium- and low-voltage.
Durch den Einsatz magnetisierbarer Partikel lassen sich Stoffwechselprodukte direkt und selektiv aus feststoffreichen Fermentationssuspensionen abtrennen. Im Gegensatz zu klassischen Adsorbermaterialien können magnetisierbare Partikel mit sehr geringen Durchmessern verwendet werden. Zur deren Abtrennung ist jedoch ein hoher Magnetfeldgradient notwendig. Dieser wird in der Regel durch in der Trennkammer bzw. dem Magnetfeld eingebrachte magnetisierbare Drähte realisiert. Bei der Auslegung der Drahtgitter ist ein Kompromiss zwischen Abtrennrate und Durchlässigkeit nötig. Die Ausrichtung der Drähte in Relation zum Magnetfeld, deren Abstand sowie die geometrische Anordnung können hierbei variiert werden. Zum Verständnis der Einflüsse auf das sich ausbildende Magnetfeld und die Fluiddynamik wurden Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode durchgeführt und experimentell überprüft. Hierfür wurden die Drähte unter Variation von Anzahl, Richtung und Anordnung in den Hochgradient-Magnetseparator eingebracht. Erste Verifizierungen der Simulationen zeigen, dass die in Magnetfeldrichtung ausgerichteten Drähte (x-Achse) über die geringste Partikelrückhaltefähigkeit verfügen. Die Drähte der y- und z-Achse halten den größten Anteil der Magnetpartikel zurück, wobei die Drähte in y-Richtung den höchsten Feldgradienten ausbilden. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine rhomboedrische Drahtanordnung der kubischen vorzuziehen ist.
75 Jahre Vereinsgeschichte
(2010)
Fast response of Scots pine to improved water availability reflected in tree-ring width and δ13C
(2010)
Drought-induced forest decline, like the Scots pine mortality in inner-Alpine valleys, will gain in importance as the frequency and severity of drought events are expected to increase. To understand how chronic drought affects tree growth and tree-ring δ13C values, we studied mature Scots pine in an irrigation experiment in an inner-Alpine valley. Tree growth and isotope analyses were carried out at the annual and seasonal scale. At the seasonal scale, maximum δ13C values were measured after the hottest and driest period of the year, and were associated with decreasing growth rates. Inter-annual δ13C values in early- and latewood showed a strong correlation with annual climatic conditions and an immediate decrease as a response to irrigation. This indicates a tight coupling between wood formation and the freshly produced assimilates for trees exposed to chronic drought. This rapid appearance of the isotopic signal is a strong indication for an immediate and direct transfer of newly synthesized assimilates for biomass production. The fast appearance and the distinct isotopic signal suggest a low availability of old stored carbohydrates. If this was a sign for C-storage depletion, an increasing mortality could be expected when stressors increase the need for carbohydrate for defence, repair or regeneration.
Studying global change through investigation of the plastic responses of xylem anatomy in tree rings
(2010)
Variability in xylem anatomy is of interest to plant scientists because of the role water transport plays in plant performance and survival. Insights into plant adjustments to changing environmental conditions have mainly been obtained through structural and functional comparative studies between taxa or within taxa on contrasting sites or along environmental gradients. Yet, a gap exists regarding the study of hydraulic adjustments in response to environmental changes over the lifetimes of plants. In trees, dated tree-ring series are often exploited to reconstruct dynamics in ecological conditions, and recent work in which wood-anatomical variables have been used in dendrochronology has produced promising results. Environmental signals identified in water-conducting cells carry novel information reflecting changes in regional conditions and are mostly related to short, sub-annual intervals. Although the idea of investigating environmental signals through wood anatomical time series goes back to the 1960s, it is only recently that low-cost computerized image-analysis systems have enabled increased scientific output in this field. We believe that the study of tree-ring anatomy is emerging as a promising approach in tree biology and climate change research, particularly if complemented by physiological and ecological studies. This contribution presents the rationale, the potential, and the methodological challenges of this innovative approach.
Increasing Scots pine (Pinus sylvestris L.) mortality has been recently observed in the dry inner valleys of the European Alps. Besides drought, infection with pine mistletoe (Viscum album ssp. austriacum) seems to play an important role in the mortality dynamics of Scots pines, but how mistletoes promote pine decline remains unclear. To verify whether pine mistletoe infection weakens the host via crown degradation, as observed for dwarf mistletoes, we studied the negative effects of pine mistletoe infestation on the photosynthetic tissues and branch growth of pairs of infested and non-infested branches. Pine mistletoe infection leads to crown degradation in its host by reducing the length, the radial increment, the ramification, the needle length and the number of needle years of the infested branches. This massive loss in photosynthetic tissue results in a reduction in primary production and a subsequent decrease in carbohydrate availability. The significant reduction in needle length due to mistletoe infection is an indication for a lower water and nutrient availability in infested branches. Thus, mistletoe infection might lead to a decrease in the availability of water and carbohydrates, the two most important growth factors, which are already shortened due to the chronic drought situation in the area. Therefore, pine mistletoe increases the risk of drought-induced mortality of its host when growing in a xeric environment.
Martinella
(2010)
Self metathesis of oleochemicals offers a variety of bifunctional compounds, that can be used as monomer for polymer production. Many precursors are in huge scales available, like oleic acid ester (biodiesel), oleyl alcohol (tensides), oleyl amines (tensides, lubricants). We show several ways to produce and separate and purify C18-α,ω-bifunctional compounds, using Grubbs 2nd Generation catalysts, starting from technical grade educts.
Metathese von Ölsäure und Derivaten ist ein interessanter Weg für die Synthese bifunktioneller Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen. Verwendet wurden Ru-Katalysatoren der zweiten Generation, welche eine hohe Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und Verunreinigungen aufweisen. Trotz des Einsatzes technischer Edukte waren Umsetzungen mit niedrigen Katalysatormengen (0.001 – 0.01 mol-%) möglich, mit Ausbeuten entsprechend der Literatur. Kreuzmetathesen ermöglichten variable Kettenlängen und Funktionalitäten der Monomere, die Produktgewinnung ist jedoch aufwändig. Selbstmetathese lieferte C18-bifunktionelle Verbindungen, welche einfach durch Destillation oder Kristallisation isoliert werden können. Neben der katalystischen Umsetzung wurde auch die Produktgewinnung untersucht und für ausgewählte Produkte auch im größeren Maßstab durchgeführt.
C-terminal truncation of a metagenome-derived detergent protease for effective expression in E. coli
(2010)
Recently, a new alkaline protease named HP70 showing highest homology to extracellular serine proteases of Stenotrophomonas maltophilia and Xanthomonas campestris was found in the course of a metagenome screening for detergent proteases (Niehaus et al., submitted for publication). Attempts to efficiently express the enzyme in common expression hosts had failed. This study reports on the realization of overexpression in Escherichia coli after structural modification of HP70. Modelling of HP70 resulted in a two-domain structure, comprising the catalytic domain and a C-terminal domain which includes about 100 amino acids. On the basis of the modelled structure the enzyme was truncated by deletion of most of the C-terminal domain yielding HP70-C477.
This structural modification allowed effective expression of active enzyme using E. coli BL21-Gold as the host. Specific activity of HP70-C477 determined with suc-l-Ala-l-Ala-l-Pro-l-Phe-p-nitroanilide as the substrate was 30 ± 5 U/mg compared to 8 ± 1 U/mg of the native enzyme. HP70-C477 was most active at 40 °C and pH 7–11; these conditions are prerequisite for a potential application as detergent enzyme. Determination of kinetic parameters at 40 °C and pH = 9.5 resulted in KM = 0.23 ± 0.01 mM and kcat = 167.5 ± 3.6 s⁻¹. MS-analysis of peptide fragments obtained from incubation of HP70 and HP70-C477 with insulin B indicated that the C-terminal domain influences the cleavage preferences of the enzyme. Washing experiments confirmed the high potential of HP70-C477 as detergent protease.
Background
To demonstrate the applicability of acoustic cardiac triggering (ACT) for imaging of the heart at ultrahigh magnetic fields (7.0 T) by comparing phonocardiogram, conventional vector electrocardiogram (ECG) and traditional pulse oximetry (POX) triggered 2D CINE acquisitions together with (i) a qualitative image quality analysis, (ii) an assessment of the left ventricular function parameter and (iii) an examination of trigger reliability and trigger detection variance derived from the signal waveforms.
Results
ECG was susceptible to severe distortions at 7.0 T. POX and ACT provided waveforms free of interferences from electromagnetic fields or from magneto-hydrodynamic effects. Frequent R-wave mis-registration occurred in ECG-triggered acquisitions with a failure rate of up to 30% resulting in cardiac motion induced artifacts. ACT and POX triggering produced images free of cardiac motion artefacts. ECG showed a severe jitter in the R-wave detection. POX also showed a trigger jitter of approximately Δt = 72 ms which is equivalent to two cardiac phases. ACT showed a jitter of approximately Δt = 5 ms only. ECG waveforms revealed a standard deviation for the cardiac trigger offset larger than that observed for ACT or POX waveforms.
Image quality assessment showed that ACT substantially improved image quality as compared to ECG (image quality score at end-diastole: ECG = 1.7 ± 0.5, ACT = 2.4 ± 0.5, p = 0.04) while the comparison between ECG vs. POX gated acquisitions showed no significant differences in image quality (image quality score: ECG = 1.7 ± 0.5, POX = 2.0 ± 0.5, p = 0.34).
Conclusions
The applicability of acoustic triggering for cardiac CINE imaging at 7.0 T was demonstrated. ACT's trigger reliability and fidelity are superior to that of ECG and POX. ACT promises to be beneficial for cardiovascular magnetic resonance at ultra-high field strengths including 7.0 T.
Tricarbonylrhenium(I) and -technetium(I) halide (halide = Cl and Br) complexes of ligands derived from 4,5-diazafluoren-9-one (df) and 1,10-phenanthroline-5,6-dione (phen) derivatives of benzoic and 2-hydroxybenzoic acid hydrazides have been prepared. The complexes have been characterized by elemental analysis, MS, IR, 1H NMR and absorption and emission UV/Vis spectroscopic methods. The metal centres (ReI and TcI) are coordinated through the nitrogen imine atoms and establish five-membered chelate rings, whereas the hydrazone groups stand uncoordinated. The 1H NMR spectra suggest the same behaviour in solution on the basis of only marginal variations in the chemical shifts of the hydrazine protons.
Ein viel versprechender erneuerbarer Rohstoff für die Produktion von Chemikalien und Treibstoffen ist Lignocellulose aus pflanzlicher Biomasse. Die darin enthaltenen Zucker können mittels enzymatischer Hydrolyse freigesetzt und fermentativ zu Ethanol umgesetzt werden. Ein interessanter Ansatz ist dabei die simultane Verzuckerung und Fermentation. Hefen und Enzyme haben mit 30 °C bzw. 50 °C zwar unterschiedliche Temperaturoptima, es konnte aber gezeigt werden, dass auch bei den niedrigeren Temperaturen eine Umsetzung der Cellulose zu Glucose erfolgt, wenn auch langsamer als bei optimalen Bedingungen. Außerdem konnte in Vorversuchen gezeigt werden, dass Ethanol in den zu erwartenden Konzentrationen keinen Einfluss auf die enzymatische Umsetzung hat.
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.
In den letzten drei bis vier Jahren unterlag der Bereich der Bilanzierung und Offenlegung von unsicheren Steuerpositionen im IFRS- und US-GAAP-Abschluss einem stetigen Wandel. Sowohl nach US-GAAP als auch nach IFRS nehmen die Anforderungen an die Bilanzierung und Offenlegung beständig zu. Schon allein dies zeigt die Bedeutung, die dem Themenbereich der Steuerrisiken beigemessen wird. Aber nicht nur im Rahmen der Berichterstattung im Jahresabschluss stehen Steuerrisiken oben auf der Agenda, auch der amerikanische Internal Revenue Service (IRS) verfolgt das Thema sehr konsequent und plant, bestimmte Unternehmen zu Angaben von Steuerrisiken im Rahmen der Steuererklärungen zu verpflichten.
Der Aufsatz befasst sich mit den neueren Entwicklungen im Bereich der Bilanzierung und Offenlegung von unsicheren Steuerpositionen in der Rechnungslegung nach IFRS, US-GAAP und HGB und der Offenlegung von Steuerrisiken im Rahmen der Steuererklärung.
We analyze the influence of dipole-dipole interactions in an electromagnetically induced transparency set up for a density at the onset of cooperative effects. To this end, we include mean-field models for the influence of local-field corrections and radiation trapping into our calculation. We show both analytically and numerically that the polarization contribution to the local field strongly modulates the phase of a weak pulse. We give an intuitive explanation for this local-field-induced phase modulation and demonstrate that it distinctively differs from the nonlinear self-phase-modulation that a strong pulse experiences in a Kerr medium.
Numerical avalanche dynamics models have become an essential part of snow engineering. Coupled with field observations and historical records, they are especially helpful in understanding avalanche flow in complex terrain. However, their application poses several new challenges to avalanche engineers. A detailed understanding of the avalanche phenomena is required to construct hazard scenarios which involve the careful specification of initial conditions (release zone location and dimensions) and definition of appropriate friction parameters. The interpretation of simulation results requires an understanding of the numerical solution schemes and easy to use visualization tools. We discuss these problems by presenting the computer model RAMMS, which was specially designed by the SLF as a practical tool for avalanche engineers. RAMMS solves the depth-averaged equations governing avalanche flow with accurate second-order numerical solution schemes. The model allows the specification of multiple release zones in three-dimensional terrain. Snow cover entrainment is considered. Furthermore, two different flow rheologies can be applied: the standard Voellmy–Salm (VS) approach or a random kinetic energy (RKE) model, which accounts for the random motion and inelastic interaction between snow granules. We present the governing differential equations, highlight some of the input and output features of RAMMS and then apply the models with entrainment to simulate two well-documented avalanche events recorded at the Vallée de la Sionne test site.
Realization of a calorimetric gas sensor on polyimide foil for applications in aseptic food industry
(2010)
In this extended abstract we describe the robot programming and planning language READYLOG, a GOLOG dialect which was developed to support the decision making of robots acting in dynamic real-time domains like robotic soccer. The formal framework of READYLOG, which is based on the situation calculus, features imperative control structures like loops and procedures, allows for decision-theoretic planning, and accounts for a continuously changing world. We developed high-level controllers in READYLOG for our soccer robots in RoboCup’s Middle-size league, but also for service robots and for autonomous agents in interactive computer games.
4CH TX/RX Surface Coil for 7T: Design, Optimization and Application for Cardiac Function Imaging
(2010)
Practical impediments of ultra high field cardiovascular MR (CVMR) can be catalogued in exacerbated magnetic field and radio frequency (RF) inhomogeneities, susceptibility and off-resonance effects, conductive and dielectric effects in tissue, and RF power deposition constraints, which all bear the potential to spoil the benefit of CVMR at 7T. Therefore, a four element cardiac transceive surface coil array was developed. Cardiac imaging provided clinically acceptable signal homogeneity with an excellent blood myocardium contrast. Subtle anatomic structures, such as pericardium, mitral and tricuspid valves and their apparatus, papillary muscles, and trabecles were accurately delineated.