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Der Boom aromatisierter weinhaltiger Getränke mit unterschiedlichsten entwickelten Aromaprofile erhöhte den Absatz dieser Getränke in den letzten Jahren. In Anbetracht der Beliebtheit und der Absatzmöglichkeiten dieser Produkte möchten Winzer und Winzerinnen sowie große Kellereien ihr Produktportfolio um aromatisierte weinhaltige Getränke, wie einem eigenen Glühwein erweitern. Die Abfüllung dieser hoch aromatisierten Getränke auf derselben Füllanlage, auf der auch die klassischen Weine abgefüllt werden, kann jedoch rechtliche Probleme für die Hersteller zur Folge haben. Es besteht ein Verschleppungsrisiko zugesetzter Aromastoffe in nachfolgende Weine aufgrund einer Aufnahme und Abgabe in verbauten Dichtung in einer Abfüllanlage. Diese Verschleppung wird anhand des Weingesetzes als ein unzulässiger Aromazusatz eingestuft. Mit der steigenden Anzahl nachgewiesener Fälle von unbewussten Aromaverschleppungen verfasste das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) im Jahr 2019 einen Leitfaden, der zwischen einer Aromatisierung und einer unbewussten Verschleppung differenziert. Verschleppte Aromastoffe, die keinen sensorischen Beitrag im Wein aufzeigen, werden darin als technisch unvermeidbares Übergehen (carryover) eingestuft. Erforderliche Methoden zur Beurteilung des sensorischen Beitrags einzelner Aromastoffe in analytisch auffälligen Weinen werden innerhalb des Leitfadens jedoch nicht genannt.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Betrachtung der Aufnahme und Abgabe von Aromastoffen in Dichtungen während einer Abfüllung aromatisierter Weine, der Evaluation der Einflussfaktoren zur Minimierung des Verschleppungsrisikos sowie der Entwicklung eines Konzeptes zur Erfassung des sensorischen Einflusses einzelner verschleppter Aromastoffe.
Zur Beurteilung der sensorischen Relevanz von sieben Aromastoffen, die häufig in aromatisierten Getränken zu finden sind (γ Decalacton, γ Undecalacton, δ Decalacton, α Ionon, Ethyl 2-methylbutanoat, Eugenol, trans-Zimtaldehyd), wurden Wahrnehmungs-schwellenwerte (odor threshold, OT) in Wasser, Modellwein und einem Weißwein bestimmt. Die erfassten Schwellenwerte variierten in den drei Matrices zwischen einem Faktor von zwei bis hin zu vier Größenordnungen. Eine Evaluierung des sensorischen Einflusses des α Ionon (Himbeeraroma) in einem Weißwein zeigte auf, dass ein sensorischer Einfluss dieses Aromastoffes erst bei Konzentrationen auftrat, die zehnmal so hoch waren wie die sensorische Wahrnehmungsschwelle in Wein.
Mit der Etablierung einer robusten Analysemethode (TD-GC-MS) für den direkten Nachweis von Aromastoffen in einer Polymermatrix war es möglich, die Einflussfaktoren zu untersuchen, die die Aufnahme und Freisetzung von Aromastoffen in und aus Dichtungen beeinflussen. In Modellversuchen dieser Arbeit konnte die Abhängigkeit der Aufnahme der Aromastoffe und der exponierten Polymerfläche, der vorliegenden Konzentration sowie der Polarität der Aromastoffe aufgezeigt werden. Mit Hilfe des dekadischen Logarithmus des Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten (log P) konnte die Varianz in der Absorption der Aromastoffe zu 91 % und fortfolgend verschleppte Aromastoffe in einen nachfolgenden Modellwein zu 99 % erklärt werden. Mit zunehmendem unpolaren Charakter der Aromastoffe stieg die Absorption in unpolare polymere Materialien exponentiell an und führte folglich zu einer proportionalen Zunahme des Verschleppungsrisikos.
Eine Evaluation der üblichen Reinigungsparameter zwischen den Produktwechseln in einer Füllanlage verdeutlichte, dass die gewählte Reinigungstemperatur und -dauer die Abgabe der Aromastoffe an die Reinigungsmittel primär beeinflusst, während die gewählten Reinigungsmedien nur einen sekundären Einfluss hatten. Es konnte ein umgekehrter Effekt zur Absorption gezeigt werden. Polare Aromastoffe wurden von den polaren Reinigungsmitteln effektiver aus der Polymermatrix entfernt. Bei Anwendung niedriger Reinigungstemperaturen von 22 °C wurden längere Reinigungszeiten von bis zu 24 Stunden benötigt, um eine vergleichbare Reinigungseffizienz zu 85 °C über 30 Minuten zu erreichen. Ein vollständiges Entfernen der Aromastoffe war mit einer Reinigung nicht möglich.
Die abschließende Untersuchung einer Abfüllung in einem industriellen Maßstab illustrierte eine hohe Aufnahme der Aromastoffe in Dichtungen und einen niedrigen Reinigungseffekt obgleich der umfangreichen Reinigung in den Kellereien. Trotz der analytisch nachweisbaren Aromastoffe in den Dichtungsmaterialien war eine sensorische bzw. analytische Differenzierung der abgefüllten Weine nicht möglich. Die analytisch erfassten Konzentrationen an Eugenol und γ Decalacton unterschritten die Wahrnehmungsschwellenwerte in Wein, weshalb eine Authentizitätskontrolle hinsichtlich der erfassten Aromastoffe nicht zu einer Beanstandung führen sollte.
Die vorliegende Arbeit ist Teil des Drittmittelprojekts „Minimierung von Aromaverschleppung bei der Abfüllung von Wein, Sekt und Fruchtwein – AiF 20220 N“, einem IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Forschungskreis der Ernährungsindustrie e. V. (FEI), welches von 2018–2021 über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wird.
Die Synopsis setzt sich auseinander mit dem Einsatz von Künstlicher Intelligenz (Maschinelles Lernen) im Kontext biomechanischer Daten. Potentiale der Methoden werden herausgearbeitet und ausgewählte praxisrelevante Limitationen anhand von fünf Publikationen adressiert. Unter anderem können durch Verwendung von Ensemble Feature Selection, Explainable Artificial Intelligence und Metric Learning sowie die Entwicklung eines pathologieunabhängigen Klassifikators vielversprechende Perspektiven aufgezeigt werden.
Die vorliegende Synopsis hat sich in ihren Inhalten maßgeblich mit drei Aspekten der Ganzkörper-Elektromyostimulation (GK-EMS) beschäftigt: der Zielgruppe, den Stimulationsparametern sowie der Effektivität des Trainings.
Auf Basis der durchgeführten Studien konnte die zu trainierende Zielgruppe um ein jugendliches Probandengut mit unterschiedlichem sportlichem Hintergrund (Radsport, Fußball) erweitert werden, was die Anwendung einer GK-EMS Applikation nun auch bei minderjährigen Athleten unter Einhaltung diverser Sicherheitsaspekte möglich macht.
Bei den untersuchten Stimulationsparametern wurden die Erkenntnisse in Bezug zur maximalen Intensitätstoleranz erweitert, hier kommt es nach drei aufeinanderfolgenden Untersuchungen zu einer Anpassung dieser, was ein Ansatz zur Erstellung eines Maximums und einer nachfolgenden Ableitung von objektiven Trainingsintensitäten sein kann. Die verwendete Stimulationsfrequenz (20 Hz oder 85 Hz) hat des Weiteren keinen Einfluss auf die Leistungssteigerungen unterschiedlicher Parameter (Counter Movement Jump, Squat Jump, Rumpfflexion und Rumpfextension) nach einer 10-wöchigen GK-EMS Applikation mit einem untrainierten Probandengut.
Die Effektivität des GK-EMS konnte durch einen 8 bis 10-wöchigen Trainingszeitraum mit unterschiedlichen Zielgruppen anhand unterschiedlicher Zielparameter belegt werden, vor allem bei den Maximalkraftparametern der Rumpfflexion (+33.7%), Rumpfextension (+20.9%), der Knieflexion (+20.7%) sowie Knieextension (+31.4%) wurden hierbei signifikante Leistungssteigerungen festgestellt.
Aufbauend auf den generierten Ergebnissen wurde ein 4-Faktoren-Modell des GK-EMS aufgestellt, welches in der praktischen Anwendung als ein dynamisches Leitbild zur sicheren und effektiven GK-EMS Anwendung zu betrachten ist und der Maximierung des Trainingserfolgs bei gleichzeitiger Kontrolle der Inhalte und Minimierung von gesundheitlichen Risiken für den Trainierenden dient.
Die Inhalte des GK-EMS, vor allem in Bezug auf die verwendeten Stimulationsparameter, sollten in zukünftigen Untersuchungen weiter spezifiziert werden, um eine verbesserte Systematisierung und somit eine sichere Anwendung des GK-EMS zu gewährleisten.
Riesling wird neben seiner mannigfaltigen Variabilität im Aromaprofil, das unter anderem durch die unterschiedliche Bodenbeschaffenheit entsteht, vor allem in Deutschland auch wegen seiner Kältetoleranz und Anpassungsfähigkeit geschätzt. Er gilt zudem auch als alterungsfähiger Wein, allerdings kommt es bei zu starker Sonnenexposition der Rebe und langer bzw. warmer Lagerung vermehrt zur Bildung von 1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin (TDN). Dieser von Carotinoiden abstammende Aromastoff verursacht die sogenannte „Petrolnote“, die vor allem in wärmeren Anbauregionen zum sortentypischen Bukett des Rieslings gehört. Deutsche Rieslingweine zeichnen sich dagegen überwiegend durch einen säurebetonten, fruchtigen Charakter aus, bei dem das Auftreten einer Petrolnote vor allem im Fall von Jungweinen als unpassende Fehlnote empfunden wird.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war deswegen, die sensorische Relevanz von TDN zu evaluieren und Maßnahmen zu realisieren, die geeignet sind, die Konzentrationen an freiem und gebundenem TDN zu verringern und dadurch das Auftreten der Petrolnote zu vermeiden.
Dafür wurde zunächst in Kapitel 6.1 die Empfindlichkeit von Verbrauchern und geschulten Prüfern gegenüber TDN sowie die Konzentration bestimmt, ab der die Petrolnote zu einer Ablehnung des Weins durch Verbraucher führt. Während geschulte Prüfer Rieslingweine bereits ab einem TDN-Gehalt von 2,3 µg/L unterscheiden konnten, lag die Wahrnehmungsschwelle von 156 Verbrauchern mit 14,7 µg/L um ein Mehrfaches darüber, und wurde außerdem durch das Geschlecht der Probanden beeinflusst. Die Petrolnote führte ab TDN-Gehalten von 60 µg/L bei einjährigem und 91 µg/L bei achtjährigem Riesling zur Ablehnung des Weins. Die Konzentration an freiem TDN in 261 Rieslingweinen aus drei verschiedenen Weinwettbewerben überstieg bei rund der Hälfte der Weine die Wahrnehmungsschwelle von geschulten Prüfern, während die Wahrnehmungsschwelle von Verbrauchern nur von 15% der Weine überschritten wurde. Gleichzeitig lag bei keinem der Weine der TDN-Gehalt über der Ablehnungsschwelle.
Durch die Evaluierung der instrumentellen Analyseparameter in Kapitel 6.2 wurde für die Untersuchung von freiem TDN und weiteren Aromastoffen eine Methode entwickelt, die es ermöglicht, nicht nur die TDN-Konzentrationen zu erfassen, sondern auch eine umfassende Qualitätsbewertung der Versuchsweine durchzuführen. Parallel dazu wurde eine Schnellmethode zur Erfassung der Gehalte an gebundenem TDN und Vitispiran implementiert, um auch die Effektivität der in dieser Arbeit durchgeführten weinbaulichen und oenologischen Praktiken im Hinblick auf das TDN-Potential zu beurteilen.
Kapitel 6.3 und 6.4 beschreiben weinbauliche Maßnahmen, die in mehrjährigen Studien auf ihre Eignung zur Reduzierung der TDN-Konzentration untersucht wurden. Während bei den Weinen, die aus Beeren unterschiedlicher Größe hergestellt wurden, keine signifikanten Unterschiede über die Jahrgänge hinweg beobachtet wurden, konnte durch die Variation der Rebunterlagen der Gehalt an gebundenem TDN um rund 30% reduziert werden. Ausgangspunkt einer weiteren Versuchsreihe waren acht verschiedene Rieslingklone auf derselben Unterlage, welche anschließend auf ihren TDN Gehalt untersucht wurden. Dabei wurden deutliche Differenzen in der Disposition einiger Klone zu höheren Gehalten an gebundenem TDN festgestellt. Hier ergab sich eine positive Korrelation zwischen der Lockerbeerigkeit der Trauben und der Menge an gebundenem TDN in den produzierten Weinen – je kompakter die Traube, desto weniger gebundenes TDN und gebundenes Vitispiran wurde gebildet. Die höhere Sonnenexposition der Beeren, die diesen Effekt hervorruft, beeinflusste auch die Gehalte an gebundenem TDN und Vitispiran in Weinen, die von Reben geerntet wurden, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten und in variierender Intensität entblättert wurden. Dabei führt sowohl eine maximale Entblätterung in der Traubenzone wie auch die Laubentfernung einen Monat nach der Blüte zu einer Erhöhung der Konzentration an gebundenem TDN und Vitispiran von rund 50%. Entblätterungsmaßnahmen zur Blüte oder zur Véraison, die der Regulierung der Erntemenge und der Traubengesundheit dienen, führten dagegen zu keinem Anstieg im Vergleich zur nicht-entblätterten Kontrolle.
Wie in Kapitel 6.5 ausgeführt wird, resultiert ein hoher Pressdruck beim Keltern sowie ein niedriger Stickstoffgehalt des Mosts in einer Zunahme des gebundenen TDN von 50 100%. Höhere Säuregehalte während der Lagerung verursachten in mehreren Versuchsreihen nicht nur eine höhere Freisetzungsrate von TDN, sondern auch einen verstärkten Abbau anderer Aromastoffe wie Ester, β-Damascenon oder Linalool. Dagegen hatte ein niedriger pH-Wert während der Gärung kaum Einfluss auf den Hefemetabolismus und die dadurch gebildeten Aromastoffe. Die Erhöhung der Gärtemperatur von 12 auf 24 °C hatte jedoch eine Zunahme von honig- oder petrolartigen Noten in den Rieslingweinen zur Folge. Die Verwendung unterschiedlicher Hefestämme führte zu einer Variation der Konzentrationen an gebundenem TDN zwischen 70 und 147 µg/L, abhängig vom Hefestamm und dem Jahrgang. Zwei der untersuchten neun Hefen brachten Weine mit bis zu 40% geringeren Gehalten an gebundenem TDN in Mosten mit hohem Stickstoffgehalt hervor, während drei weitere Hefen besser für den Einsatz in nährstoffarmen Most geeignet waren. Bei der Lagerung der Weine spielte die Lagertemperatur eine entscheidende Rolle in Bezug auf den Gehalt an freiem TDN, gefolgt vom Material des Flaschenverschlusses und der Flaschenorientierung.
Mittels geeigneter Filtermaterialien, die in Kapitel 7 beschrieben sind, wurde der Gehalt an freiem Wein um bis zu 80% reduziert, ohne die meisten der anderen Aromastoffe signifikant zu beeinflussen.
Somit wurde durch diese Arbeit ein vielfältiger Maßnahmenkatalog für die Weinwirtschaft entwickelt, der geeignet ist, den Anforderungen des fortschreitenden Klimawandels entgegenzutreten und die herausragende Position des Rieslings in Deutschland zu sichern.
Die Ergebnisse der vorliegenden Synopsis konnten an vergleichsweise hohen Probandenzahlen zeigen, dass die auftretenden Amplituden der Kopfbeschleunigungen stark von der Herangehensweise (Stand, Sprung, Lauf) abhängen. Was zunächst trivial erscheint, ist nun evidenzbasiert und von hoher praktischer Relevanz. Bei der Technikvermittlung sind somit zunächst Kopfballvarianten aus der Standposition vorzuziehen, da diese zu einer geringeren Beschleunigung des Kopfes führen als Varianten welche mit einem Anlauf gekoppelt werden (Stand vs. Sprung). Kopfballvarianten mit einem erhöhten koordinativen Anforderungsprofil (Sprung) führen nicht zwangsläufig zu einer erhöhten Kopfbeschleunigung, sollten jedoch aus methodischen Gründen trotzdem zu einem späteren Zeitpunkt trainiert werden. Das eingesetzte Kopfballpendel führte zu Kopfbeschleunigungen zwischen 5.2 und 7.8 G. Diese Werte liegen deutlich unterhalb derer, die bei beschleunigten Bällen gemessen werden, was für den Einsatz des Kopfballpendels bei der Technikschulung spricht. Der Rumpfmuskulatur wird eine große Bedeutung bei der technischen Umsetzung von Kopfbällen zugesprochen [120]. Die vorliegenden Ergebnisse konnten jedoch keinen Anstieg der Kopfbeschleunigung nach Ermüdung der Rumpfmuskulatur darlegen. Ein Pre-Post-Vergleich bei beschleunigten Bällen muss folgen, um dies weiterführend untersuchen zu können. Vergleichbare Ergebnisse und Interpretationen liegen nun zur Wirksamkeit einer 6-wöchigen Hals-Nackenkräftigung vor, welche bei dem statischen Kopfballpendel keine Änderungen der Kopfbeschleunigung zur Folge hatten. Kritisch reflektiert werden müssen insbesondere die Art und Dauer sowie die Inhalte einer solchen Intervention. Dennoch steckt hinter dieser Hypothese weiterhin ein vielversprechender Ansatz das Kopfballspiel sicherer zu machen. Die Ausrichtung des Kopf-Hals-Rumpfsegmentes steht in keinem direkten Zusammenhang zur resultierenden Beschleunigung des Kopfes, wonach eine erhöhte Nickbewegung nicht mit einer erhöhten Kopfbeschleunigung korreliert. Im nächsten Schritt muss ein intraindividueller Vergleich vorgenommen werden, da die Kompensationsmechanismen höchst individuell sind. Außerdem sollte zukünftig die maximale Kopfbeschleunigung - unabhängig von dem Zeitpunkt - mit dem Winkel (Kopf, HWS) während des ersten Ballkontaktes verglichen werden, statt den zeitsynchronen Vergleich des Winkels und der in diesem Moment messbaren Kopfbeschleunigung vorzunehmen.
Die übergeordnete Zielsetzung dieser Arbeit bestand in der Entwicklung katalytischer Verfahren, um damit neue Nutzungsmöglichkeiten für Carbonsäuren und deren Derivate in der chemischen Wertschöpfungskette zu schaffen.
Reiner Biodiesel ist mit modernen Motoren aufgrund seines ungünstigen Siedeverhaltens nur eingeschränkt kompatibel. Im ersten Projekt wurde daher ein Verfahren entwickelt, einen Biokraftstoff mit einem Siedeverhalten von kommerziellem Diesel herzustellen. Dazu wurde eine lösungsmittelfreie isomerisierende Ethenolyse von Pflanzenölestern entwickelt, mit der Produktgemische aus Olefinen, Mono- und Diestern mit genau definierten physikalischen Eigenschaften erzeugt werden können.
Die Reaktion von Pflanzenölestern mit Alkenen verläuft mit minimalem Energiebedarf, maximaler Atomeffizienz, ohne Lösungsmittel und praktisch abfallfrei und folgt somit den Prinzipien grüner Chemie. Es werden unterschiedliche industrielle Pflanzenölmethylester, sowie verschiedene kurzkettige Olefine toleriert. Mit diesem Verfahren wurde aus Rapsölmethylester (RME) und Ethen ein Biokraftstoff hergestellt, der alle spezifizierten Grenzwerte hinsichtlich des Siedeverhaltens von Dieselkraftstoffen erfüllt.
Mit Hilfe einer numerischen Simulationsmethode wurde ein Zusammenhang zwischen den katalytischen Parametern der isomerisierenden Metathese und der chemischen Zusammensetzung des Produktgemischs hergestellt. Damit wurden die Zielvorgaben für die anschließende systematische Reaktionsoptimierung errechnet.
Im zweiten Teilprojekt wurde ein neuer Zugang zu in ortho-Position nitrierten aromatischen Carbonsäurederivaten entwickelt. Die einzigartig effektive dirigierende Gruppe ermöglicht die ortho-selektive Nitrierung von substituierten aromatischen Carbonsäuren bei nur 50 °C. Der präformierte Kupferkomplex Cu(NO3)(PPh3)2 vermittelt zusammen mit dem Oxidationsmittel NMO selektiv die Mononitrierung in guten Ausbeuten. Das System toleriert eine große Breite funktioneller Gruppen, sowie fünf- und sechsgliedrige Heteroaromaten.
Im Gegensatz zu klassischen Verfahren mit stickstoffhaltigen dirigierenden Gruppen, die im Produkt verbleiben, gelang es uns, eine schnelle Methode zur mikrowellenunterstützten Verseifung zu entwickeln. Dadurch ist es möglich, nach der Nitrierung in situ eine Protodecarboxylierung des aktivierten Amids durchzuführen und den Nitroaromaten zu erhalten. Alternativ kann durch Verseifung das Carboxylat dargestellt werden, welches als Anker für anschließende decarboxylierende Kupplungsreaktionen fungieren kann.