Das Projekt "E 1.2: Multi-layer drying models for optimising high value crop drying in small scale food industries" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik, Fachgebiet Agrartechnik in den Tropen und Subtropen durchgeführt. Fruit tree cultivation is a suitable option for erosion control in mountainous regions of Southeast Asia. However, seasonal overproduction and insufficient access to markets can cause economic losses. The possibility of processing fruits locally could contribute considerably to increase and stabilize farm income. Currently, fruit drying methods in these areas are yielding products of inferior quality. Pre-treatments such as sulphurizing are commonly used, but can make the product undesirable for international markets. In addition, high energy requirements increase production costs significantly. Therefore, the objective of subproject E1.2 is to optimize the drying process of small-scale fruit processing industries in terms of dryer capacity, energy consumption and efficiency and end product quality. During SFB-phase II in E1.1, drying fundamentals for the key fruits mango, litchi and longan were established. In laboratory experiments, impacts of drying parameters on quality were investigated and numerical single-layer models for simulation of drying kinetics have been designed. In SFB-phase III this knowledge will be expanded with the aim of optimizing practical drying processes. Therefore, the single-layer models will be extended to multi-layer models for simulating bulk-drying conditions. The Finite Element Method (FEM) will be adapted to calculate heat and mass transfer processes. Thermodynamic behavior of batch and tray dryers will be simulated using Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Drying facilities will be optimized by systematic parameter variation. For reduction of energy costs, the potential of solar energy and biomass will be investigated in particular. Further research approaches are resulting from cooperation with other subprojects. A mechanic-enzymatic peeling method will be jointly used with E2.3 for studying the drying behavior of peeled litchi and longan fruits. Furthermore, a fruit maturity sensor based on Acoustic Resonance Spectroscopy (ARS) will be developed in cooperation with E2.3 and B3.2. Finally, an internet platform will be built for exchange of farmer-processor information about harvest time and quantities to increase utilization of the processing facilities.
Das Projekt "Dynamic (redox) interfaces in soil - Carbon turnover in microbial biomass and flux into soil organic matter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ, Department Umweltbiotechnologie durchgeführt. Existing models of soil organic matter (SOM) formation consider plant material as the main source of SOM. Recent results from nuclear magnetic resonance analyses of SOM and from own incubation studies, however, show that microbial residues also contribute to a large extent to SOM formation. Scanning electron microscopy showed that the soil mineral sur-faces are covered by numerous small patchy fragments (100 - 500 nm) deriving from microbial cell wall residues. We will study the formation and fate of these patchy fragments as continuously produced interfaces in artificial soil systems (quartz, montmorillonite, iron oxides, bacteria and carbon sources). We will quantify the relative contributions of different types of soil organisms to patchy fragment formation and elucidate the effect of redox con-ditions and iron mineralogy on the formation and turnover of patchy fragments. The develop-ment of patchy fragments during pedogenesis will be followed by studying soil samples from a chronosequence in the forefield of the retreating Damma glacier. We will characterize chemical and physical properties of the patchy fragments by nanothermal analysis and microscale condensation experiments in an environmental scanning electron microscope. The results will help understanding the processes at and characteristics of biogeochemical interfaces.
Das Projekt "Profilierende Methanmessung in der Ostsee: Cryptophan als chemischer in situ sensor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Sektion Meereschemie durchgeführt. To overcome the limitation in spatial and temporal resolution of methane oceanic measurements, sensors are needed that can autonomously detect CH4-concentrations over longer periods of time. The proposed project is aimed at:- Designing molecular receptors for methane recognition (cryptophane-A and -111) and synthesizing new compounds allowing their introduction in polymeric structure (Task 1; LC, France); - Adapting, calibrating and validating the 2 available optical technologies, one of which serves as the reference sensor, for the in-situ detection and measurements of CH4 in the marine environments (Task 2 and 3; GET, LAAS-OSE, IOW) Boulart et al. (2008) showed that a polymeric filmchanges its bulk refractive index when methane docks on to cryptophane-A supra-molecules that are mixed in to the polymeric film. It is the occurrence of methane in solution, which changes either the refractive index measured with high resolution Surface Plasmon Resonance (SPR; Chinowsky et al., 2003; Boulart et al, 2012b) or the transmitted power measured with differential fiber-optic refractometer (Boulart et al., 2012a; Aouba et al., 2012).- Using the developed sensors for the study of the CH4 cycle in relevant oceanic environment (the GODESS station in the Baltic Sea, Task 4 and 5; IOW, GET); GODESS registers a number of parameters with high temporal and vertical resolution by conducting up to 200 vertical profiles over 3 months deployment with a profiling platform hosting the sensor suite. - Quantifying methane fluxes to the atmosphere (Task 6); clearly, the current project, which aims at developing in-situ aqueous gas sensors, provides the technological tool to achieve the implementation of ocean observatories for CH4. The aim is to bring the fiber-optic methane sensor on the TRL (Technology Readiness Level) from their current Level 3 (Analytical and laboratory studies to validate analytical predictions) - to the Levels 5 and 6 (Component and/or basic sub-system technology validation in relevant sensing environments) and compare it to the SPR methane sensor, taken as the reference sensor (current TRL 5). This would lead to potential patent applications before further tests and commercialization. This will be achieved by the ensemble competences and contributions from the proposed consortium in this project.
Das Projekt "Kompetenznetzwerk Genomforschung an Bakterien für Umwelt, Landwirtschaft und Biotechnologie, Cluster C. glutamicum (an der Universität Bielefeld) - Regulation des Phosphat-Stoffwechsels in C. glutamicum und Lipid-Synthese: Identifizierung von Regulatoren und regulatorischen Metaboliten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Biotechnologie 1 durchgeführt. Phosphorous (P) is an essential component of all cells. P assimilation occurs mainly in the form of phosphate via the reactions of the energy and carbon metabolism. Therefore, the P metabolism is closely intertwined with the energy and the central carbon metabolism: only with sufficient P supply an optimal energy and carbon metabolism is possible. As the latter generates precursor metabolites for the biosynthesis of amino acids, the interplay of P and C metabolism is of particular importance in amino acid producing Corynebacterium glutamicum. The Institute of Biotechnology 1 at the Research Center Jülich successfully worked on the biochemical and genetic characterisation of the main amino acid biosynthesis pathways in C. glutamicum as well as on the central carbon metabolism. Moreover, using nuclear magnetic resonance (NMR) studies and stable isotope labeling techniques, in vivo activities of single enzymes and pathways were quantified. These informations were used to optimize amino acid production with C. glutamicum (metabolic design, Sahm et al. 2000). Within the project, the P metabolism and its regulation shall be characterized in depth using the genome sequence of C. glutamicum. The phosphate stimulon of C. glutamicum will be defined using DNA microarray technology. Among this group of genes showing differential expression in dependence of phosphate availability, genes of the energy and central carbon metabolism will be of particular interest. In Jülich, the equipment for the generation and application of DNA microarrays is available as well as expertise to use this key technology for genome-wide expression analyses in E. coli (Zimmer et al. 2000). A parallel approach will focus on unraveling the molecular mechanism(s) of phosphate regulation with particular emphasis on two-component regulatory sytems, which in E. coli and B. subtilis play central roles in this regulation. Regarding the analysis of genetic regulatory mechanisms, extensive experience has been gained for the genetic and biochemical characterization of two-component sytems in enterobacteria (Kaspar et al. 1999).
Das Projekt "Water as medium for nutrient distribution: Monitoring water distribution between subsoil and topsoil considering roles of biopores and plants, by MRT and pressure probes (WatMed)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Bio-und Geowissenschaften (IBG), IBG-2: Pflanzenwissenschaften durchgeführt. Magnetic resonance tomography (MRT) on microcosm soil cores (200 mm Ø) used for CeMiX, comprising naturally stacked subsoil down to 700 mm plus topsoil from CeFiT, will be implemented at a laterally partially open Split 1.5 T magnet, with intended final in-plane spatial resolution of 200 Micro m. Three-dimensional biopore distributions and dynamics of their formation within the cores will be determined non-invasively and compared to complementing CT analyses of SP 2. One major aim is a non-invasive differentiation of the biopores into earthworm- and root system-originating ones and currently air-, water-, root- and earthwormfilled ones, based on NMR relaxation parameters. Attempts will additionally be made to classify different wall coatings of the biopores with regard to their water affinity. Dynamics of water distribution within the microcosm core and its biopore structures, starting from initial values taken from CeFiT (SP 3), will be documented with an in-plane resolution of 5 mm, in parallel to measurements of root growth dynamics for calculation of biomass and root surface area. Special emphasis will be put on the role of the plant root system for a re-distribution of water/D2O (and solutes) between different soil layers. Finally we will attempt MRT-controlled sample collection from the microcosm cores, to get - together with our research unit partners of SPs 4-8 - repeated access to minimally invasively acquired data on nutrient and microorganism distributions in concert with non-invasively collected water and root distribution data as a basis for dynamic modelling of water and solute circuits in SP 10. Beside the microcosm cores, flat rhizotrons as used in SP 3 will be employed to enable measurements of root and shoot hydrostatic pressure profiles with pressure probes, in addition to MRT measurements. In this way water distributions and corresponding driving forces and growth dynamics will be measured altogether in a minimally invasive manner.
Das Projekt "Infrarot-Bioresonanz-Flächenheizung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carbotherm Wärmesysteme Leipzig durchgeführt. Das Vorhaben betrifft eine Heiz-oder/und Kühlvorrichtung zur Erwärmung oder Klimatisierung eines in einem Raum befindlichen Mediums mit einer Abstrahleinheit (IR-Carbon-Flächenelement) zur Emittierung elektromagnetischer Wellen von 9.2 mkm und mit einer Signalverarbeitungseinheit, bestehend aus einem Frequenzgenerator zum Erzeugen einer vorgegebenen Abstrahlfrequenz. Die IR-emitierenden Heizelemente arbeiten mit 35 Volt-Gleichstrom, der aus photovoltaischen oder wind- energetischen Quellen bezogen werden kann.Der Energieaufwand ist dabei wesentlich kleiner als bei herkömmlichen Systemen und liegt bei 400 Watt pro 100 m2 zu erwärmender Fläche (18-20 Grad)im Dauerbetrieb. Im bei abgesekter Amplitude wirkt das System als Kühleinrichtung so das ein dualer Betrieb als Heiz- und Kühlaggregat mit niedrigster Energiebilanz erfolgt.
Das Projekt "Depletion of algal toxin-contaminated water using selective biofilters based on plant-produced antibodies (plantibodies)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie, Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie durchgeführt. Although the use of genetically modified plants for bioremediation, or the in situ cleaning of contaminated sites, has been known for quite some time, little attention has so far been paid to the production of antibodies in plants and their ex vivo application in selective depletion. Therefore, highly affine and specific antibodies against algal toxins using microcystin as an example will be produced in plants at low cost within this research project. The basis is a monoclonal antibody (Mab 10E7, species: mouse) generated in a former research project. The sequence of the variable domains will be determined, optimized for plants and sub cloned into suitable plant transformation vectors, which already contain constant antibody sequences. In addition, a scFv fragment containing different tag sequences and fusion proteins will be constructed. Leaf-based (tobacco) as well as seed-based (barley) systems will be used.Affinity-purified plant-produced antibodies (plantibodies) will be characterized in detail for their binding properties using microtitre plate-ELISA and surface plasmon resonance (SPR). The monoclonal mouse antibody will be used as reference. To assure cost-efficiency for future applications, roughly purified fractions (sequential pH and temperature treatment followed by filtration) will be tested for the upscaling. Following immobilization of the plantibody fractions on suitable substrates, for instance membranes, porous polymer monoliths or in porous glasses, their application for depletion will be defined using model water samples spiked fortified with microcystins.
Das Projekt "Biokybernetische Aspekte im Siedlungswesen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Biokybernetisches Forschungsinstitut Hensch durchgeführt. Das Regulationssystem von Mensch, Tier und Pflanze wird von informationstragenden Mikroenergien im CM-Wellenlaengenbereich gesteuert. In diesem Wellenlaengenbereich gelten die Gesetze der Akustik und der Optik, sowie die Prinzipien der Resonanz. Diese Schwingungen treten links- oder rechtszirkular auf und haben unterschiedlich biologische Wirkung. Emittenten sind das terrestrische Abstrahlungsvermoegen des Magma der Erde. Durch Anomalien in der Erdkruste ergeben sich Strahlungsverdichtungen mit verstaerkender Wirkung. Weitere Emittenten kommen aus dem Kosmos und aus technischen Anlagen. Die Baugeschichte verwendete diese biokybernetisch wirkenden Strahlungsphaenomene verstaerkend oder - je nach Bedarf - daempfend, umpolarisierend oder feldveraendernd. Das hat Konsequenzen fuer die heutige Stadtplanung und Architektur. Messtechnische Untersuchungen sind kaum moeglich, da die Intensitaeten weit unterhalb des Rauschpegels angesiedelt sind. Durch Hautwiderstandsmessungen und durch abstimmbare Antennen mit dem nachgeschalteten Empfaenger Mensch lassen sich jedoch die Regulationsfrequenzen ermitteln.
Das Projekt "Rekombinante humane Laktoperoxidase und Eosinophile Peroxidase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Chemie durchgeführt. Im menschlichen Körper gibt es verschiedene Häm-Peroxidasen, die in der unspezifischen Immunabwehr eine wichtige Rolle spielen. Laktoperoxidase (LPO) findet man beispielsweise in der Muttermilch, im Speichel und in der Tränenflüssigkeit. Eosinophile Peroxidase (EPO) kommt in speziellen weißen Blutzellen, den sog. Eosinophilen, in hoher Konzentration vor und wird bei Befall des menschlichen Körpers mit Parasiten ausgeschüttet. Beide Enzyme produzieren durch Oxidation von Halogeniden und Thiocyanat antimikrobiell wirkende Oxidationsmittel. Auf der anderen Seite wird spekuliert, dass beide Proteine an der Entstehung von Krankheiten beteiligt sind. Laktoperoxidase beispielsweise soll durch Oxidation von Arzneimitteln oder körperfremden Stoffen an der Entstehung von Brustkrebs beteiligt sein, während EPO eine wichtige Rolle bei allergischen und chronischen Atemwegserkrankungen (z.B. Asthma) zu spielen scheint. Vor allem aufgrund des beschränkten Zugangs zu natürlichen Quellen und die schwierige Reinigung, sind allerdings sowohl die funktionalen als auch strukturellen Eigenschaften von beiden humanen Enzymen weitgehend unbekannt. Basierend auf unserer Erfahrung in der Expression verwandter Proteine in produzierenden Säugetierzelllinien, ist uns kürzlich die gentechnische Herstellung von (rekombinanter) humaner Laktoperoxidase gelungen. Erste Versuche in der Produktion rekombinanter humaner EPO sind ebenfalls vielversprechend. Nach Optimierung der Produktion und Evaluierung alternativer Klonierungsstrategien und Produktionszelllinien sollen beide Oxidoreduktasen in hoher Ausbeute produziert werden. Mit Hilfe dieser Modellprotein können dann erstmals umfangreiche Struktur-Funktionsbeziehungen durch eine Kombination von molekularbiologischen, biochemischen und biophysikalischen Methoden durchgeführt werden. Mit Hilfe der UV-Vis und Resonanz-Ramanspektroskopie werden Hämstruktur- und Umgebung, sowie Oxidations- und Spinzustand des Hämeisens untersucht. Spektroelektrochemische Untersuchen werden Rückschlüsse auf die Reduktionspotentiale relevanter Redoxpaare erlauben. Mittels Multimixing-Stopped-flow-Spektroskopie in Kombination mit Mutagenese sollen schließlich die Mechanismen der Liganden bzw. Substratbindung im aktiven Zentrum als auch sämtliche Redox-Teilreaktionen des Halogenid- und Peroxidasezyklus aufgeklärt werden. Parallel wird versucht beide Proteine zu kristallisieren und ihre Struktur mittels Röntgenbeugung aufzuklären. Die Untersuchungen werden in Zusammenarbeit mit drei renommierten Gruppen in Italien und Spanien durchgeführt. Diese Forschungen sind nicht nur die notwendige Basis für das Verständnis der physiologischen und pathophysiologischen Rolle(n) von LPO und EPO, sondern auch für die zukünftige rationale Entwicklung von spezifischen Pharmazeutika.
Das Projekt "Biochemie der Peroxidasine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Chemie durchgeführt. Enzyme der Peroxidase-Cyclooxygenase Superfamilie katalysieren biochemische Reaktionen, die in unzähligen biologischen Prozessen eine wichtige Rolle spielen, z.B. bei der unspezifischen Immunabwehr, der Synthese der Schilddrüsenhormone oder der Bildung und Modifizierung der extrazellulären Matrix. Sie sind zudem auch bei der Pathogenese von chronischen entzündlichen Erkrankungen beteiligt. In der Subfamilie 2 dieser Superfamilie findet man Multidomänen-Oxidoreduktasen, sog. Peroxidasine (Pxds). Hierbei handelt es sich um glykosylierte und sekretierte Häm-Peroxidasen, die zusätzlich zur katalytischen Domäne sog. Leucin-reiche Wiederholungssequenzen, Immunoglobulin C-ähnliche Domänen sowie von Willebrandfaktor C enthalten. Diese Strukturmotive finden sich in vielen extrazellulären Molekülen, die mit anderen Proteinen in Wechselwirkung treten. Ursprünglich wurde Peroxidasin in Basalmembranen von Drosophila entdeckt. Spätere Arbeiten zeigten, dass diese Enzyme auch in Wirbeltieren vorkommen und eine Rolle bei der unspezifischen Immunabwehr, der Gewebsbildung, Ausbreitung von Tumoren und oxidativen Prozessen eine Rolle spielen. Kürzlich wurde gezeigt, dass dieses Metallprotein mit Hilfe von Hypohalogeniten im Kollegen IV für die Bildung von kovalenten Kohlenstoff-Stickstoffbindungen verantwortlich ist, ein Prozess, der sowohl bei der Gewebsbildung als auch bei zahlreichen Kranksheitsbildern eine wichtige Rolle spielt. Trotz der physiologischen Bedeutung dieser neuen Proteinfamilie ist das biochemische Wissen sehr bescheiden. In diesem Projekt sollen daher, basierend auf umfangreichen phylogenetischen Voranalysen und der bereits erfolgreich durchgeführten rekombinanten Produktion von humanem Peroxidasin 1 in tierischen Zellkulturen, die Struktur-Funktionsbeziehungen von vier Peroxidasinen unterschiedlicher Entwicklungsstufe und Sequenz analysiert werden: Peroxidasin 1 von Caenorhabditis elegans, Pxd von Drosophila melanogaster als auch die beiden humanen Peroxidasine 1 & 2. Basierend auf der rekombinanten Produktion der vier Modell-Proteine in voller Kettenlänge bzw. von verkürzten Varianten unterschiedlicher Domänenzusammensetzung werden umfangreiche bio-chemische/biophysikalische Analysen durchgeführt: (i) UV-vis-, Fluoreszenz- CD-, Lichtstreuung-, RR- und ESR-Spektroskopie, (ii) Stopped-flow-Spektroskopie und Polarographie, (iii) MS und Röntgenkristallographie, (v) Spektroelektrochemie und (vi) Kalorimetrie. Mit Hilfe dieser Methoden sollen Struktur und Aktivität der Peroxidasine aufgeklärt werden wie z.B. (i) oligomere Struktur und Architektur des aktiven Zentrums, (ii) Interaktion der Domänen und Mechanismen der Proteinentfaltung, (iii) Chemie der prosthetischen Gruppe inklusive Oxidations- und Spinzustände, Häm-Liganden und posttranslationale Modifizierungen, (iv) Spezifität, Zugänglichkeit, und Bindungorte von Substraten als auch chemische Natur der Reaktionsprodukte (v) Chemie, Reaktivität und Relevanz von Redox-Intermediaten und (vi) die Ro
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