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Globalization has many advantages for humans and technology. But for flora and fauna the mixing of native with foreign organisms can be dangerous. Because non-indigenous animal and plant species often have no natural enemies. Therefore, they spread unhindered and decimate the resources for native species. 

Acacia displaces native plants 

A prime example of an imported plant endangering the native ecosystem is Acacia longifolia in Portugal. In the 20th century, the Australian-originated long-leaved acacia was introduced for the attachment of sand dunes. But without natural enemies or equal competition, the yellow-flowering shrub spreads massively and influences the water and nutrient balance to the detriment of indigenous plants. "The long-leaved acacia fundamentally changes very sensitive and species-rich dune ecosystems in southwestern Portugal," explains landscape ecologist and first author André Große-Stoltenberg from the University of Münster. The acacia thus threatens the native plant variety in several ways: It enriches the nutrient-poor dune ecosystem with nitrogen, removes much water from the soil and condenses the vegetation.

Acacia stock mapped in Portugal 

Now, for the first time, scientists from the Universities of Münster, Hamburg, Freiburg and Bielefeld have mapped the entire acacia population in an eleven-square-kilometer dune ecosystem on Portugal's west coast and its effects on nutrient content with high-resolution aircraft sensor data. Their results are published in the journal "Remote Sensing of Environment". The study was funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft, the European Facility for Airborne Research and the German Academic Exchange Service. For their investigations, the researchers combined GPS-based terrain mapping with remote sensing data, using both "normal" aerial images as well as laser scanning and hyperspectral data. The hyperspectral sensors, which also detect infrared waves, made it possible to visualise all of the plant biomass. "The acacia leaves a clear signal of productivity in the ecosystem. It only becomes visible through the use of infrared sensors," explains Große-Stoltenberg. 

Warning system for ecosystem changes 

The total plant biomass indicates the degree of acacia invasion: the more acacia trees grow in the dunes and the older the shrubs become, the greater the biomass. "With the help of infrared sensor data in particular, we were able to explicitly show that acacia transforms the dune ecosystem step by step into a forest-like ecosystem in relation to primary production," says Große-Stoltenberg. With this method, acacia-induced ecosystem changes can be detected at a very early stage of the invasion, covering less than ten percent of the area. According to the researchers, this method allows for early detection and thus appropriate countermeasures in the future in case of acacia or similar plant invasion. The analysis of the data was carried out with an algorithm that "learns" to recognize acacia in the aerial images with the help of the reference data from the GPS-supported terrain mapping.

jmr

Modernes Hochleistungssaatgut hat in den vergangenen Jahrzehnten die landwirtschaftlichen Erträge enorm gesteigert. Gleichzeitig hat es zu einer starken Verarmung der Sorten geführt und bietet meist keine Lösungen für ökologische Anbausysteme, kleinbäuerliche Strukturen und weniger fruchtbare Böden – die aber einen großen Teil der weltweiten Anbauflächen ausmachen. Die Umweltwissenschaftlerin und Nachhaltigkeitsforscherin Stefanie Sievers-Glotzbach untersucht deshalb, ob eine Gemeingüterorientierung im Saatgutsektor diese Probleme besser lösen könnte, und wie der Weg dorthin aussehen müsste. Eine Gemeingüterorientierung bedeutet konkret, dass Sorten für die Weiterzüchtung und Vermehrung offengehalten werden – also kein Sortenschutz und keine Hybridzüchtung.

Schon in ihrer Jugend haben praktische Umweltfragen und der Klimaschutz Stefanie Sievers-Glotzbach bewegt. Als Mitglied der Naturschutzorganisation BUND engagierte sie sich politisch, war in der Umweltbildung aktiv, wirkte bei der Organisation großer Kongresse mit. Dabei merkte sie: „Die ganzen Fragen haben mich auch auf einer wissenschaftlichen Ebene interessiert.“ Das Studium der Umweltwissenschaften an der Universität Lüneburg lag da nahe.

Nicht im Kämmerlein forschen

Wichtig war der jungen Frau von Anfang an, nicht Forschung im Kämmerlein zu betreiben, sondern damit Dinge zu erzielen, die wichtig sind. Schnell stellt sie fest: „Die Wissenschaft liegt mir mehr als die Arbeit in einer NGO, wo die Arbeit inhaltlich oberflächlicher stattfinden muss.“ Ihr Doktorvater Stefan Baumgärtner lenkt schließlich ihre Aufmerksamkeit auf Wirtschaftsfragen. „Ich habe schnell gemerkt, wie stark die Wirtschaft unser ganzes System bestimmt“, schildert Sievers-Glotzbach. Von der Umweltwissenschaft verschiebt sie ihren Fokus Richtung Nachhaltigkeitsforschung.

In ihrer Promotion befasst die junge Wissenschaftlerin sich damit, wie sich in der Landwirtschaft Nachhaltigkeit und Gerechtigkeit verankern lassen. Sind globale Gerechtigkeit und Generationengerechtigkeit in der Umweltnutzung (un)vereinbar, wie können Nutzungskonflikte aufgelöst werden? Sievers-Glotzbach entwirft Modelle, deren Ziele sich – anders als in der industriellen Landwirtschaft heute üblich – nicht an maximaler Effizienz, sondern an Gerechtigkeit orientieren. 2013 wird sie mit dem „Leuphana Nachwuchspreis Forschung“ der Universität gewürdigt und für den Deutschen Studienpreis der Körber-Stiftung nominiert.

Geprägt wird Sievers-Glotzbach in dieser Zeit von zahlreichen Forschern aus dem Bereich der ökologischen Ökonomik und sozial-ökologischen Forschung, insbesondere dem Landschaftsökologen Jörn Fischer. „Er arbeitet transdisziplinär und kommuniziert seine Forschung gut nach außen“, lobt sie den bloggenden Professor. „Viele Forscher machen zwar Politikberatung, wirken aber wenig in der Praxis“, findet sie.

Nachwuchsforschungsgruppe „RightSeeds“

An der Universität Oldenburg beginnt sie zunächst als Wissenschaftliche Mitarbeiterin, koordiniert dort den Studiengang „Sustainability, Economics and Management“, die Forschung tritt etwas in den Hintergrund. Schließlich wird sie Juniorprofessorin für das Fachgebiet „Ökonomie der Gemeingüter“ und leitet seit Oktober 2016 die BMBF-Nachwuchsforschungsgruppe „RightSeeds“.

Interdisziplinäres Forschen und eine gute Öffentlichkeitsarbeit sind der 34-Jährigen auch bei ihrer heutigen Arbeit wichtig. „Wissenschaftskommunikation ist in den Weiterbildungen für Gruppenleiter erst nach drei oder vier Jahren dran“, bedauert Sievers-Glotzbach. Die Zeit dafür ist knapp, denn als Juniorprofessorin muss sie Ergebnisse in der Lehre und Publikationen nachweisen – weit früher, als das im Forschungsprojekt „RightSeeds“ selbst gefordert ist.

Saatgut vor Vereinnahmung schützen

Darin beschäftigen die Wissenschaftlerinnen sich mit Gemüse und Getreide. Der Zugang zu Saatgut wird nämlich durch Sortenschutz und Patentrecht stark privatisiert. „Das macht es den Konzernen leichter, ist aber ein Problem in Entwicklungsländern und im Ökoanbau“, erläutert Sievers-Glotzbach und findet: „Wir müssen das Saatgut vor der Vereinnahmung durch Konzerne schützen.“ Sie möchte untersuchen, wie gemeingüterbasierte Sortenzüchtung und Saatgutproduktion den Pflanzenbau sozial und ökologisch verändern können. Schließlich war Saatgut noch bis vor gut einhundert Jahren ein Gemeingut, das zwischen Bauern getauscht wurde.

„Können Gemeingutansätze als zweiter Pfad existieren?“, fragt die Forscherin. Einzelne Beispiele dafür gibt es. „Wie holen wir den Ansatz aus der Nische raus? Und wie wird die Züchtung dann finanziert?“ Eine mögliche Antwort: Aus dem Verkaufspreis im Geschäft fließen ein paar Cent an den Züchter zurück.

Ähnliches beschäftigt Sievers-Glotzbach im Projekt „EGON“, in dem es um ökologische Apfelzüchtung in gemeingutorientierten Initiativen geht. Zwar erfolgt die Obstzüchtung in Deutschland weniger durch Konzerne, sondern vor allem im Julius-Kühn-Institut. Doch auch das konzentriert sich auf Sorten mit den größten Umsatzchancen. „Die modernen Apfelsorten stammen von wenigen Stammeltern und sind so genetisch sehr ähnlich“, kritisiert die Nachhaltigkeitsforscherin. Erhöhte Anfälligkeit gegen Krankheiten und weniger Anpassungsfähigkeit an den Klimawandel sind nur zwei der Nachteile.

Auswirkungen aufs Privatleben

Sievers-Glotzbachs Arbeit wirkt sich auch auf ihr Privatleben aus. „Ich kaufe schon lange bewusst ‚bio‘, aber jetzt achte ich noch mehr darauf, Bioland oder Demeter zu kaufen, weil die einen höheren Standard bei der Sortenauswahl haben.“ Je mehr sie sich mit dem Thema Nachhaltigkeit beschäftige, desto mehr denke sie nach, wie sie für sich, ihren Mann und ihre Tochter einkaufe.

Zeit für ihre Familie findet die junge Mutter neben der Arbeit vor allem dadurch, dass sie ihre Zeit recht frei einteilen kann. Gemeinsam kümmern die Drei sich um eine eigene Streuobstwiese.

Tipps für angehende Akademiker

Angehenden Akademikern rät sie, sich früh die Schnittstelle oder Nische zu überlegen, wo sie arbeiten wollen. Die Promotion sollte ein Herzensthema behandeln. „Sonst funktioniert das nicht“, glaubt Sievers-Glotzbach. „Und unbedingt kumulativ promovieren, in Artikeln denken, keine Monografie schreiben.“ Vor allem sollte die Promotion dazu dienen, sich das methodische Handwerkszeug anzueignen: „In neue Themen kann man sich später gut einarbeiten, aber die Methoden sollte man beherrschen und kann sie dann übertragen.“ Außerdem sollten Doktoranden früh an ihrem Netzwerk arbeiten, ruhig schon im ersten Jahr Tagungen besuchen. Aus eigener Erfahrung weiß die Jungforscherin: „Man bekommt dort viel mit und erhält gutes Feedback.“

Autor: Björn Lohmann

Der Einsatz von Pestiziden in der Landwirtschaft wird heiß diskutiert. Studien bestätigen jedoch, dass spezielle Pflanzenschutzmittel das Verhalten von Insekten beeinflussen und damit die Artenvielfalt gefährden können. Erst kürzlich hatten deutsche und britische Forscher den Beweis erbracht, dass Neonicotinoide, das Summen von Hummeln und damit ihr Bestäubungsverhalten behindern. Im Februar hatte die europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit EFSA für diese Pestizidgruppe entsprechende Risiken für Bienen bestätigt.

Wirkung auf Honigbienen untersucht

Forscher der Universität Würzburg haben nun den Einfluss eines neuen alternativen Pestizids auf Honigbienen untersucht. Dabei handelt es sich um den aus Pflanzen gewonnenen Wirkstoff Flupyradifuron aus der Klasse der Butenolide, den der Konzern Bayer unter dem Namen Sivanto vermarktet. Das Produkt, das bei Obst-, Gemüse-,Kakao- und Kaffeepflanzen gegen diverse saugende Insekten wie Blattläuse wirken soll, gilt bei richtiger Anwendung den Herstellerangaben nach als bienenfreundlich.

Hohe Dosis schmälert Lernleistung

Für ihre Studie hatten Ricarda Scheiner und Hannah Hesselbach zunächst untersucht, wie Bienen Zucker wahrnehmen. Im Anschluss wurden die Insekten auf einen Duft konditioniert und ihre Erinnerung an das Gelernte am nächsten Tag getestet. Wie die Forscher nun im Fachjournal „Nature Scientific Reports“ berichten, kann in hoher Dosis auch Flupyradifuron das Verhalten von Honigbienen beeinträchtigen. „Unsere Daten zeigen, dass nicht tödliche Dosen von Flupyradifuron nach einmaliger Verabreichung an sammelnde Honigbienen deren Geschmackswahrnehmung sowie das Lernen und Gedächtnis negativ beeinflussen“, sagt Ricarda Scheiner.

Keine Bedenken bei exakter Anwendung

Wie die Forscherinnen berichten, zeigte das Pestizid in niedrigen Dosen keine negativen Beeinträchtigungen. Ab einer Flupyradifuronmenge von 1,2 Mikrogramm pro Biene waren jedoch Wahrnehmung und Lernleistung der Tiere deutlich reduziert. Die Forscher sind jedoch zuversichtlich, dass Honigbienen bei vorschriftsmäßiger Anwendung des Pestizids nicht mit dieser Dosis in Kontakt kommen sollten. Ob das neue Pestizid Bienen auch noch anderwärtig beeinträchtigt, wie etwa bei der Orientierung, muss noch erforscht werden. „Auch können wir nicht sagen, welchen Einfluss Flupyradifuron in Kombination mit anderen Pflanzenschutzmitteln, von denen häufig Rückstände in Honig und Pollen zu finden sind, auf die Bienen hat,“ ergänzt Hannah Hesselbach.

Pestizid in Europa zugelassen

In den USA ist das Pestizid seit 2015 auf dem Markt. Im gleichen Jahr hat die Europäische Union den Wirkstoff Flupyradifurone für die Dauer von zehn Jahren genehmigt. In Europa ist das Pflanzenschutzmittel aber noch nicht erhältlich.

bb

Es ist das bisher einzige Leibniz-Institut, das die Bioökonomie in seinem Namen trägt: das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) in Potsdam. Und wenn es nach dem Senat der Leibniz-Gemeinschaft geht, wird die Forschungeinrichtung auch über viele weitere Jahre weiterforschen. Laut Stellungnahme des Senats erfüllt das ATB die Voraussetzungen für eine Fortsetzung der gemeinsamen Förderung mittels Bund und Ländern für weitere sieben Jahre. Auf Bundesebene wird das ATB durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert, und auf Landesebene durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) des Landes Brandenburg. Über die Weiterförderung des Instituts entscheidet abschließend die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz von Bund und Ländern.

Positive Evaluierung

„Das positive Evaluierungsergebnis ist insbesondere auf den Einsatz unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zurückzuführen, die sich mit großem fachlichen und persönlichem Engagement den Empfehlungen des letzten Evaluierungsberichts gestellt haben“, freut sich Annette Prochnow, die seit Januar 2018 das Institut kommissarisch leitet. „Außerdem haben wir überaus engagierte und kompetente Unterstützung erfahren durch unsere Gremien, den Wissenschaftlichen Beirat und die Mitgliederversammlung, sowie durch unsere Fördermittelgeber, die ihr Vertrauen in uns gesetzt haben und uns auch auf dem weiteren Entwicklungsweg begleiten werden.“

Bioökonomie als Lösungsansatz

Das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) betreibt anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Agrartechnik, um bioökonomische Produktionssysteme nachhaltig zu verbessern. Das Ziel: neue Technologien für eine wissensbasierte Produktion von Biomasse sowie deren Nutzung für die Ernährung, als biobasierte Produkte und Energieträger zu entwickeln. Durch solch interdisziplinäre Projekte sollen Lösungen für globale Zukunftsfragen gefunden werden. 

Reformprozess wurde belohnt

Im Anschluss an die letzte Evaluierung im Jahr 2014 hat das ATB einen umfassenden Reformprozesses eingeleitet und sein Gesamtkonzept weiterentwickelt, indem die Arbeiten inhaltlich stärker fokussiert und organisatorisch besser strukturiert wurden. Diese Entwicklung sowie der geplante Ausbau der Themengebiete Bioökonomie, Agrarinformatik und Mikrobiologie konnte den Senat überzeugen. Aufgrund seiner Forschungsergebnisse leiste das ATB einen wichtigen Wissens- und Technologietransfer in den agrartechnischen Anwendungsbereich und sei mit seinen Beratungsleistungen für politische Entscheidungsträger von hoher Bedeutung. Jede Leibniz-Einrichtung wird regelmäßig extern evaluiert, spätestens nach sieben Jahren. International ausgewiesene Sachverständige bewerten die Leistungen und Strukturen jeder Einrichtung auf Grundlage schriftlicher Unterlagen und bei einem Evaluierungsbesuch. Die Evaluierung dient der Einschätzung von Stärken und Schwächen einer Einrichtung und soll Potentiale für die Weiterentwicklung erkennen. 

jmr

Eisen ist für Pflanzen lebensnotwendig. Der Nährstoff ist zwar ein natürlicher Bestandteil des Bodens, ist allerdings nicht immer und überall in ausreichender Menge verfügbar. Das trifft vor allem auf Böden mit einem hohen Kalkanteil oder hohen pH-Wert zu. Um trotzdem an die lebenswichtigen Nährstoff heranzukommen, haben Pflanzen im Laufe der Evolution verschiedene Strategien entwickelt. So geben viele Pflanzen unter Eisenmangel Coumarin-artige Siderophore, sogenannte Eisenträger ab, die sich in der wurzelnahen Zone, der Rhizosphäre, ausbreiten und dort mit dreiwertigen Eisen (Fe³⁺) einen chemischen Komplex bilden. Wandern diese dann zurück zur Wurzeloberfläche, werden sie durch Plasmamembran-gebundene Reduktasen zu besser löslichem, zweiwertigen Eisen (Fe²⁺) abgebaut. Dieses kann wiederum durch Membranproteine von der Pflanze aufgenommen werden.

Eisenträger mit wandlungsfähiger Struktur

Forscher am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben konnten nun gemeinsam mit Forschenden der Universität Stanford in Kalifornien eine Lücke im Biosyntheseweg dieser coumarinartigen Siderophore schließen. Die Ergebnisse stellen die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Chemical Biology“ vor. Bei ihren Untersuchungen an der Modellpflanze Ackerschmalwand stellte sich heraus, dass die chemische Struktur der Eisenträger sehr wandlungsfähig ist, was den Biosyntheseweg gleich mehrfach positiv beeinflusst.

Lösliches Eisen entsteht ohne Hilfe von Enzymen

Eine dieser überraschenden Eigenschaften ist die Fähigkeit, dass die Coumarin-artigen Siderophore während der Komplexbildung selbst das dreiwertige Eisen reduzieren können, wie Nicolaus von Wirén vom IPK erklärt. „Diese Fähigkeit erleichtert die Mobilisierung von schwer löslichem Eisen im Boden und erlaubt es, die enzymatische Reduktion der dreiwertigen Eisenkomplexe an der Plasmamembran zu umgehen, um zweiwertiges Eisen zu erhalten. Zudem können diese coumarinartigen Siderophore potenziell als Redox-Fähren agieren, nämlich wenn sie selbst an der Plasmamembran reduziert werden und dadurch die Fähigkeit erhalten, weiteres dreiwertiges Eisen im Boden zu lösen sobald sie in die Rhizosphäre zurückgekehrt sind.“

Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze sind wichtige Rohstoffe für die Bioökonomie. Ob in der Biogasanlage, in Klärwerken oder in der biotechnologischen Forschung und Produktion - Mikroben sind hier unverzichtbare Leistungsträger. Doch die Nutzung und vor allem der internationale Austausch dieser biologischen Ressourcen unterliegt strengen gesetzlichen Auflagen.

Gewinnbeteiligung für Ursprungsland

Um die internationale Nutzung genetischer Ressourcen fair zu regeln, trat im Oktober 2014 das Nagoya-Protokoll in Kraft.  Dieses Protokoll definiert Regeln über den „Zugang zu genetischen Ressourcen und die ausgewogene und gerechte Aufteilung der Vorteile, die sich aus ihrer Nutzung ergeben“. Der Grund: Die landwirtschaftliche Biodiversität und somit die genetische Vielfalt ist in den Entwicklungsländern häufig höher, als in den Industrieländern. In der Vergangenheit wurden jedoch immer wieder genetische Ressourcen aus Entwicklungsländern verwendet und Patente entwickelt, ohne die Zustimmung der Ursprungsländer einzuholen und diese an den Gewinnen zu beteiligen.

DSMZ-Sammlung ist erste Nagoya-konforme registrierte Sammlung Europas

Seit Juli 2016 ist auch in Deutschland ein entsprechendes Vollzugsgesetz in Kraft. Die Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (das Leibniz-Institut DSMZ) ist nun als erste Einrichtung in das europäische Register von Sammlungen aufgenommen worden, die die Anforderungen des Nagoya-Protokolls erfüllen: „Jeder, der einen Bakterienstamm, eine Pilzkultur oder einen anderen Mikroorganismus bei der DSMZ bestellt, kann sich ab sofort sicher sein, der wichtigsten Sorgfaltspflicht im Rahmen des Nagoya-Protokolls Genüge getan zu haben“, erläutert DSMZ-Geschäftsführer Jörg Overmann. Die DSMZ nimmt ihren Kunden somit gleich zwei zentrale Aufgaben ab: Zu prüfen, ob eine biologische Ressource in den Geltungsbereich des Nagoya-Protokolls fällt und ob alle nötigen Dokumente und Genehmigungen vorliegen.

Weniger bürokratische Hürden für Forscher

„Grundsätzlich ist jeder Wissenschaftler verpflichtet, selbst zu ermitteln, was in einem Land gilt und welche Genehmigungen einzuholen sind“, so Overmann weiter. „Durch das Nagoya-Protokoll ist es für die Wissenschaft erheblich schwieriger geworden, mit Bakterien oder Pilzkulturen, die zu den wichtigsten Forschungsgegenständen der Lebenswissenschaften gehören, zu arbeiten. Den zusätzlichen Aufwand unterschätzen viele.“ Die DSMZ nimmt ihren Kunden nun den durch das Nagoya-Protokoll entstandenen bürokratischen Mehraufwand ab und bietet damit laut Overmann „einen einzigartigen Service an“. Die bürokratischen Hürden würden stark reduziert, so dass sich die Wissenschaftler wieder auf die Forschung konzentrieren könnten.

Über 40.000 Organismen und Kulturen registriert

Mit Ausnahme weniger Pflanzenzelllinien fallen fast alle der über 40.000 im DSMZ-Katalog geführten Mikroorganismen und Kulturen unter die Regularien des Nagoya-Protokolls. Dafür wurden in den letzten Monaten am Leibniz-Institut in Braunschweig alle Ressourcen überprüft, der Katalog aktualisiert sowie Bestellvorgänge und Qualitätskontrollen angepass. Die Voraussetzungen für die Aufnahme in das Register sind in der EU-Verordnung 511/2014 geregelt. Der Antrag wurde vom Bundesamt für Naturschutz als deutsche Vollzugsbehörde für das Nagoya-Protokoll geprüft und genehmigt.

jmr

Microbes, fungi and bacteria are important resources for the bioeconomy. All three of them can be used either for degradation processes of biological material as for instance in a biogas plant, or for the production of materials or vegan food. However, the use and above all the international exchange of these resources is subject to strict legal requirements.

Profit shares for countries of origin 

In October 2014, the Nagoya Protocol came into effect in order to regulate the international use of genetic resources fairly. The Nagoya Protocol is a binding treaty under international law, regulating the implementation of the objectives of the UN Convention on Biological Diversity (CBD). This Protocol defines the rules on "access to genetic resources and the fair and equitable sharing of benefits arising from their use". The reason: Agricultural biodiversity and thus genetic diversity is often higher in developing countries than in industrialised countries. In the past, however, genetic resources from developing countries have been used and patents have been developed without obtaining the consent of the countries of origin and without sharing any profits with them. 

Leibniz DSMZ is first resource centre to be entered in European register of collections 

Since July of 2016 the according enforcement law in in effect in Germany. The Leibniz Institute DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) is now the first biological resource centre ever to be entered in the European register of collections. This means that the DSMZ now officially meets the requirements of the Nagoya Protocol, by taking care of two essential tasks for customers: 1) reviewing whether a biological resource falls within the scope of the Nagoya Protocol, and 2) checking if all required documents and approvals are on hand. “Anyone who orders a bacterial strain, fungus, or other microorganism from the DSMZ can be assured they have met the due diligence requirements of the Nagoya Protocol with that purchase,” explains Jörg Overmann, Managing Director of the DSMZ.

DSMZ reduces bureaucratic hurdles for scientists

“In principle, every scientist is obligated to personally determine what applies in a country and which permits need to be obtained,” Overmann says. “The Nagoya Protocol has made it considerably more difficult for scientists to work with bacteria or fungi cultures, which are among the most utilizable resources in the life sciences. Many underestimate the additional effort of obtaining Nagoya-related permission.” As a Registered Collection, the DSMZ now can offer customers pre-screened, pre-approved resources with the accompanying documentation and with no additional effort for the customers. “We are offering a unique service to the scientific community,” Overmann explains. “We have reduced the bureaucratic hurdles considerably so that scientists can once again focus on research.”

More than 40,000 microorganisms are registered

With the exception of a few plant cell lines, the “registered” status applies to all of the more than 40,000 microorganisms, cultures, and DNA listed by the DSMZ in its official catalogue that fall under the regulations of the Nagoya Protocol. Over the last few months, the DSMZ reviewed all of its resources, updated its entire catalogue, and adapted its ordering processes and quality control in order to comply with the requirements of EU Directive 511/2014 for acceptance into the register. The application was reviewed and approved by the German Federal Agency for Nature Conservation (BfN), Germany’s enforcement authority for the Nagoya Protocol.

jmr

Sport treiben und Bier trinken schien lange unvereinbar. Mittlerweile gibt es aber zahlreiche alkoholfreie Sorten, die bedenkenlos auch nach einem schweißtreibenden Training gezischt werden können. Was das alkoholfreie isotonische Weizenbier für den Langstreckenläufer ist, könnte für Kraftsportler bald schon das Proteinbier sein, das Forscher der Technischen Universität Berlin für das Hamburger Start-up „Joybräu“ entwickelt haben. Der Genuss einer 0,33 Liter-Flasche dieses proteinreichen Getränks soll wie ein Milchshake nach dem Training den Muskelaufbau unterstützen.

Proteine aus der Bierflasche

Zwei Jahre haben Forscher um den Berliner Brauexperten der TU, Thomas Kunz, an der Mixtur für diese Weltneuheit getüfftelt. Die Idee dazu stammt von den Start-up-Gründern, Tristan Brümmer und Erik Dimter, die 2016 auf die Forscher zu kamen. „Basierend auf den in einer Malzwürze vorhandenen, ernährungsphysiologisch wertvollen Inhaltsstoffen sollte das entwickelte Fitnessgetränk alle von Natur aus positiven Eigenschaften eines alkoholfreien Bieres mit den speziellen Eigenschaften der für den Kraftsport förderlichen Aminosäuren vereinen“, sagt Thomas Kunz.

Frei von künstlichen Aromen und Farbstoffen

Bisher wurden nach Lauf- und Krafttraining meist synthetische Drinks aus Eiweiß- oder Aminosäurekonzentraten getrunken, die oft in Pulverform in Wasser oder Getränke aufgelöst werden. Das neue Fitnessgetränk hingegen soll nicht nur erfrischend und vollmundig wie ein Bier sein. Die Berliner Braumeister verzichteten zudem auch gänzlich auf künstliche Aromen, Farbstoffe oder Süßungsmittel. Außerdem besteht das neuartige Bier aus zahlreichen für den Sportler wichtige Aminosäuren: Leucin, Isoleucin und Valin dienen dazu den Körper bei der Erholung nach dem Training zu unterstützen. Beta-Alanin und Carnitin tragen zur Leistungssteigerung bei.

Proteinbier bald im Fitness-Center 

Die größte Herausforderung bei der Bierherstellung bestand darin, die gewünschten Mengen an Aminosäuren in einer Biermatrix zu lösen, ohne dass Geschmack, Farbe, Vollmundigkeit, Süße und Säure darunter leiden. Auch mussten die Hopfeninhaltsstoffe untersucht und in ein Gleichgewicht gebracht werden. Seit Februar diesen Jahres wird das neue Proteinbier im Online-Shop bei „JoyBräu“ angeboten. Bald schon soll es auch bundesweit in Fitness-Centern erhältlich sein.

bb

Polymilchsäure – kurz PLA – ist der Baustein für viele Biokunststoffe. Die Palette der Einsatzmöglichkeiten reicht von Lebensmittelverpackungen über Dübel bis hin zu Kinderspielzeug. Ebenso hoch sind auch die Anforderungen an das biobasierte Material. Vor allem für den Einsatz in der Elektroindustrie oder im Transportwesen weißt PLA noch Schwachstellen auf.

Diese Probleme wird ein neues Konsortium unter der Leitung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT nun ins Visier nehmen. Im Verbundprojekt TechPLAstic wollen Partner aus Forschung und Industrie die Eigenschaften von Polymilchsäure so optimieren, dass der natürliche Rohstoff mit dem fossilen Erdöl auf dem Markt konkurrieren, und so ein neuer Markt für Biokunststoffe erschlossen werden kann.

PLAs für Elektronik und Bauwesen

„Um vermarktungsfähige Biokunststoffe aus PLA für technische Produkte herzustellen, müssen wir die Werkstoffeigenschaften anpassen und verbessern“, erklärt Hendrik Roch von der Abteilung Biobasierte Kunststoffe beim Fraunhofer UMSICHT. Im Rahmen des Projektes sollen nun PLA-Compounds entwickelt werden, die sowohl wärmeformbeständig sind, eine hohe Schlagzähigkeit aufweisen als auch eine effiziente und halogenfreie Flammschutzausrüstung bieten. Die neuen PLA-Verbindungen sollen zunächst im Elektronik- und Bausektor bei der Herstellung von technischen Produkten wie etwa Leuchten, Lichtschaltern oder Tasten in der Gebäudetechnik zum Einsatz kommen. Das Vorhaben wird vom Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) finanziert.

Schwächen von PLA ausloten

Gerade hinsichtlich seiner technischen Anwendung weist der natürliche Rohstoff noch Schwächen auf. Roth verweist darauf, dass PLA mit entsprechend hohem Flammschutz bisher meist mechanische Eigenschaften wie Schlagzähigkeit und Bruchdehnung verschlechterten. Durch die Zugabe von Flammschutzmitteln wurde zudem PLA noch spröder als es ohnehin schon ist. Auch die langsame Kristallisation stellte ein Problem dar. Sie beeinträchtigte die Wärmeformbeständigkeit, sodass der Einsatz in technischen Spritzgussprodukten bisher nicht möglich war. Das soll sich nun ändern.

Flammgeschützte PLAs für das Spritzgussverfahren

Im Projekt soll ein flammgeschütztes PLA-Compound für Spritzgussanwendungen entwickelt werden. Angestrebt werden die Brandschutzklassifizierung UL94-V0 und eine Formbeständigkeit über 100°C. Auch die Methode des Spritzgießens wird vom Projektkonsortium grundsätzlich überprüft. „Dadurch können wir sowohl aus Material- als auch Prozesssicht wirtschaftlich und technisch tragfähige Lösungen erarbeiten“, sagt Roch.

bb

Ökologisch bewirtschaftete Felder und Wiesen sind nicht nur gut für Klima, Umwelt sowie Mensch und Tier. Gleichzeitig kann der Ökolandbau auch für Landwirte profitabel sein, wie erst kürzlich eine Studie zeigte. Der Trend zum Ökolandbau zeigt sich hierzulande auch in der Zunahme der nachhaltig bewirtschafteten Flächen und der wachsenden Nachfrage nach Bioprodukten. Doch hat der Ökolandbau auch das Potenzial die weltweiten Ernährungsprobleme von heute und morgen zu lösen? Und sind Bioprodukte tatsächlich gesünder als Erzeugnisse aus konventioneller Landwirtschaft? Antworten darauf liefert eine Studie, die soeben im Fachjournal „Annual Review of Resource Economics“ erschienenen ist.

Weltweite Effekte des Ökoanbaus

Forscher der Georg-August-Universität Göttingen haben darin in mehreren Teilen der Welt die Effekte des Ökolandbaus auf Klima, Umwelt und Gesundheit genauer untersucht. Grundlage bildeten rund 150 Einzelstudien und Meta-Analysen. Das Team um die Agrarökonomen Eva-Marie Meemken und Matin Qaim kommen zu dem Schluss: Nur eine Kombination von ökologischen und konventionellen Anbautechniken kann eine global nachhaltige Landwirtschaft garantieren.

Weniger Ertrag auf größerem Acker

Der Studie zufolge gehen Vorteile des Biolandbaus für Umwelt und Klima allerdings verloren, wenn die Effekte pro Produkteinheit statt pro Hektar Ackerfläche verglichen werden. Für Bioprodukte werden wegen der niedrigeren Erträge viel mehr Ackerflächen benötigt, als für die gleiche Menge konventionell hergestellter Produkte. Diese Ertragsunterschiede sind im Hinblick auf die weltweit wachsende Nachfrage nach nachhaltig erzeugten Produkten zu beachten. „Bisher wird weltweit nur ein Prozent der Ackerfläche nach den Regeln des Ökolandbaus bewirtschaftet. Wollte man zukünftig die ganze Welt mit Bioprodukten ernähren, bräuchte man deutlich mehr Fläche, was nur auf Kosten von Wäldern und anderen natürlichen Lebensräumen möglich wäre“, sagt Matin Qaim.

Ökoprodukte in armen Ländern zu teuer

Außerdem kommen die Forscher zu dem Ergebnis, dass der Ökolandbau zur Ernährungssicherung in ärmeren Ländern ungeeignet ist, weil die Produkte im Vergleich zu herrkömmlich produzierten Waren viel teurer sind. „Für einheimische Grundnahrungsmittel gibt es in Entwicklungsländern aufgrund der niedrigen Einkommen bisher kaum einen Markt für teurere Bioprodukte“, sagt Eva-Marie Meemken.

Agrarsysteme dem Standort anpassen

Das Fazit der Göttinger Forscher: Die Vorteile des Ökolandbaus greifen nicht überall. Daher ist diese Form der Bewirtschaftung allein kein Leitbild für eine global nachhaltige Landwirtschaft und Ernährungssicherung. Eben so wenig kann aber die industrielle Landwirtschaft mit ihrem hohen Chemikalieneinsatz ein Zukunftsmodell der Nachhaltigkeit sein. „Benötigt werden produktive und zugleich umweltfreundliche Systeme. Solche Systeme standörtlich angepasst zu entwickeln, erfordert die intelligente Kombination von Methoden des Ökolandbaus und der konventionellen Landwirtschaft – auch unter Berücksichtigung ganz neuer Technologien“, argumentieren die Forscher.

bb

Etwa 5 Millionen Tonnen Acrylsäure werden jährlich von der chemischen Industrie zur Herstellung zahlreicher Produkte genutzt. Die aus dem fossilen Propen gewonnene farblose Flüssigkeit ist ein Hauptbestandteil von Lacken, Beschichtungen und Klebern. Acrylsäure wird aber auch als sogenannter Flüssigkeitsabsorber in Hygieneprodukten wie Windeln verwendet. Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg haben nun einen Weg gefunden, diese für die chemische Industrie wichtige Verbindung aus Biomasse herstellen zu können.

Bio-Acrylsäure durch Dehydration von Milchsäure

Bei dem Verfahren handelt es sich um ein katalytisches Reaktionssystem, das mittels Flüssigphasen-Dehydratisierung fermentativ hergestellte Milchsäure umsetzt. Beim sogenannten NADA-System (Nucleophile Assisted Dehydration to Acrylates) werden durch Wasserabspaltung Milchsäure und deren Derivate mittels Bromwasserstoff-Katalyse erzeugt. Auf diese Weise konnten etwa 80% Acrylsäure aus dem biobasierten Reststoff gewonnen werden.

Kostenersparnis durch niedrigere Reaktionstemperaturen

Im Rahmen der Verfahrensentwicklung konnte das Team zugleich neuartige Milchsäurederivate wie 2-Brompropionsäure identifizieren, die sich aus Milchsäure aber auch dem Derivat Dilactid synthetisieren und zu Bio-Acrylsäure umwandeln lassen. Das neue Verfahren ist nicht nur umweltfreundlicher sondern auch effizienter. Im Vergleich zur bisher aufwendigen Acrylsäure-Produktion aus Propen wird der Herstellungsprozess durch die Nutzung von Reststoffen, mildere Reaktionsbedingungen und eine einfachere Reaktortechnologie kostengünstiger. So ist die Reaktionstemperatur des NADA-Systems mit etwa 200 °C niedriger als die 250 bis 400 °C, die für die Acrylsäuregewinnung aus Propen benötigt wird.

Mini-Laboranlage im Test

Auf Grundlage dieser Technologie entstand auch eine neuartige Miniplant-Laboranlage, die derzeit vom Industriepartner Procter & Gamble Manufacturing Berlin GmbH (P&G) technisch und ökonomisch validiert wird. Das Verfahren wurde von den Nürnberger Forschern gemeinsam mit der P&G entwickelt und vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert. 

bb

Wasser ist das Lebenselixier der Menschen. Ob aus dem Wasserhahn, einer natürlichen Quelle oder aufbereitet als Mineralwasser in der Flasche: Wegen seiner kostbaren Mineralstoffe werden dem erfrischenden Getränk auch gesundheitsfördernde Kräfte zugeschrieben. Ob das tatsächlich so ist und welche Mineralstoffe was bewirken, wollen Forscher nun genauer untersuchen. Dafür wurde am Institut für Lebensmittelwissenschaft und Humanernährung der Leibniz Universität Hannover das „Kompetenzzentrum Mineral- und Heilwasser“ (KMH) eröffnet.

Wissen zu Mineralwasser bündeln und erweitern

Ziel ist es, die gesundheitlichen Wirkungen von Mineral- und Heilwässern sowie ihren Inhaltsstoffen zu erforschen und den jeweils aktuellen Wissensstand aufzuarbeiten. Darüber hinaus will das Team nicht nur vorangegangene Forschungsarbeiten zusammenführen und ausbauen, sondern sich auch als unabhängige Informationsplattform etablieren. Dabei kann das neue Forschungszentrum auf die langjährigen Erfahrungen der Mitarbeiter auf dem Gebiet Ernährungsphysiologie und Humanernährung zurückgreifen. Das „Kompetenzzentrum Mineral- und Heilwasser“ ist bundesweit einmalig und wird vom Verband Deutscher Mineralbrunnen (VDM) unterstützt.

Einfluss von Mineralstoffen auf Knochenumsatz

Unter der Leitung von Ernährungs- und Lebensmittelwissenschaftler Andreas Hahn, der die wissenschaftliche Leitung des KMH übernimmt, beschäftigt sich das Leibniz-Institut seit vielen Jahren mit Fragen rund um die Ernährung aus den Bereichen Physiologie, Biochemie und Pathophysiologie. So wurden in der Vergangenheit bereits Studien mit Mineralwasser durchgeführt. Im Fokus standen dabei die Bioverfügbarkeit von Calcium oder Magnesium aus Mineralwasser im Vergleich zu anderen Lebensmitteln oder Nahrungsergänzungsmitteln. Derzeit untersuchen die Wissenschafter, welchen Einfluss bicarbonatreiche Mineralwässer auf den Säure-Basen-Status sowie Parameter des Knochenumsatzes haben.

bb

Pflanzen produzieren unzählige Inhaltsstoffe mit ganz unterschiedlichen Aufgaben und Wirkungen, die auch Mensch und Tier zugute kommen. Die Gewinnung dieser Stoffe aus ihren natürlichen Produzenten ist jedoch sehr schwierig. Mittlerweile können zwar viele Stoffe in Bakterien produziert werden, doch eine Produktion in Pflanzen schien bisher unmöglich. Unter der Leitung von Ralph Bock am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm ist es Forschern nun gelungen, Pflanzenzellen genetisch so umzuprogrammieren, dass sie die begehrten Metabolite herstellen. Im Fachjournal „Current Biology“ berichten sie, wie sie neue Stoffwechselwege in Pflanzen einfügen und so die Produktion der Metabolite steuern können.

Farbstoff für Hummer, Lachs und Co.

Die Arbeitsgruppe wählte für ihre Forschungen den in Plankton und Mikroalgen vorkommenden orangenen Farbstoff Astaxanthin, der zur Gruppe der Carotinoide gehört. Er sammelt sich in Tieren an, die ihn über die Nahrung aufnehmen und schützt deren Zellen vor Stress und Krankheiten. Krebse und Hummer bekommen durch ihn ihre typische Färbung und auch Fische wie Lachse und Forellen nutzen Astaxanthin gegen oxidativen Stress, wodurch sich auch ihr Fleisch auf natürliche Weise rötlich färbt. In Lachs- oder Forellenfarmen hingegen haben sie nicht die Möglichkeit sich von Krebsen oder Mikroalgen zu ernähren. In solchen Zuchten ist der Farbstoff zwar nicht unbedingt notwendig für die Gesundheit der Fische, aber ohne ihn bleibt ihr Fleisch weißlich grau und findet weniger Abnehmer. Deshalb ist der Farbstoff ein begehrter Futtermittelzusatzstoff in der Fischzucht.

Neuer Stoffwechselweg für Chloroplasten-DNA

Bisher wird Astaxanthin aus Krebstieren oder Mikroalgen gewonnen. Dieser Prozess ist allerdings aufwendig und teuer. Aus diesem Grund wird schon lange daran geforscht, wie man den natürlichen Stoffwechselweg mit Hilfe von gentechnischen Methoden so in Pflanzen einfügen kann, dass diese das Astaxanthin produzieren. Es bietet sich an, dafür die Chloroplasten-DNA in Pflanzenzellen zu nutzen, denn diese Organelle gibt es mehrfach in jeder grünen Pflanzenzelle. Die somit vielfach eingebrachte Information ermöglicht eine hohe Produktionsrate des orangenen Farbstoffs in der Pflanze.

Orangefarbener Tabak

Der Forschungsgruppe um Ralph Bock ist es gelungen, den fremden Stoffwechselweg über das Chloroplastengenom in Tabakpflanzen zu integrieren. Durch die Anreicherung von Astaxanthin in den Chlorooplasten ist die Tabakpflanze nun orange gefärbt. Allerdings ist Tabak eine sehr giftige Pflanze. Deshalb entschlossen sich die Forscher für einen nahen, nicht toxischen, Verwandten: den Baumtabak. Dessen Chloroplasten ließen sich bisher allerdings nicht transformieren.

Horizontaler Gentransfer und Pfropfung ermöglichen Durchbruch

Die Gene für den Astaxanthin-Stoffwechselweg mussten also auf anderem Wege in die Pflanzen integriert werden: „Bereits in früheren Experimenten hatten wir herausgefunden, dass die DNA von Chloroplasten über Pfropfungsstellen von einer Art auf eine andere übertragen werden kann“, erklärt Ralph Bock. Dieses Phänomen, welches in der Natur auch ohne menschliches Zutun vorkommt, nennt man horizontalen Gentransfer. Auf diesem Weg können auch nicht-transformierbare Pflanzenarten und -zellen mit fremden Genen versehen werden. Nach der erfolgreichen Pfropfung von Tabaksprossen auf Baumtabakpflanzen wurden aus den Pfropfungsstellen neue vollständige Pflanzen mit Hilfe der Gewebekultur erzeugt. So konnten aus einzelnen Baumtabakzellen, welche die transformierte Chloroplasten-DNA aus dem Tabak erhalten hatten, wieder ganze Pflanzen mit den gewünschten neuen Eigenschaften gewonnen werden. 

Zukünftig kann diese einfache wie elegante Transformationstechnik auch für andere wichtige, jedoch bisher nicht transformierbare Pflanzenarten genutzt werden. 

jmr

Plants produce a number of metabolites with diverse functions. Many of these metabolites are not only useful to the plant itself, but also have positive effects in humans and animals. However, the extraction of these compounds in sufficient quantities from the naturally producing resources is often laborious and costly. While some metabolites can be produced in bacteria, so far none can be manufactured in plants themselves. A research team at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology in Potsdam-Golm, lead by Ralph Bock, now found a way to engineer plant cells to produce the coveted metabolites. In their study, published in the journal “Current Biology”, the researchers demonstrated how new metabolic pathways can be introduced into plants to allow the production of high-value compounds.

An coveted pigment for fish farming

For their proof-of-principle study the researchers chose the colorant astaxanthin, an orange pigment and member of the so-called carotenoids. Astaxanthin occurs naturally in some marine bacteria and microalgae. In animals who eat these microorganisms, it protects the cells against stress and diseases. Shrimps and lobsters are orange colored, because of their astaxanthin-rich diet. Salmon and trout also use astaxanthin to protect their tissues from oxidative stress, which causes the pink colour of their flesh. In salmon and trout farms the fish cannot feed on astaxanthin-containing plankton and the flesh of the fish remains white, which is less appealing to the consumer. Therefore, astaxanthin is in high demand as feed additive in fish farming.

Genetically engineering astaxanthin

However, the extraction of the pigment from microorganisms or animals is extremely expensive. Engineering plants to produce the colourant could reduce production expenses dramatically. Hence, researchers are looking into possibilities to integrate the natural metabolic pathway of astaxanthin synthesis into plants by genetic engineering. Inserting the pathway into the DNA of the chloroplast is particularly attractive, as each plant cell contains large numbers of these organelles, which would allow for high production rates of the pigment.

The creation of salmon-pink tobacco

The research group of Ralph Bock has taken the astaxanthin metabolic pathway from a marine bacterium and introduced it into the model plant tobacco. After all genes of the astaxanthin pathway had been implanted into the chloroplast genome, the tobacco plants shows a characteristic orange colouring due to the massive production of the colorant in the chloroplasts: Salmon-pink tobacco had been created.

Despite this achievement, a major obstacle remained: Tobacco is a very poisonous plant. And engineering the chloroplast DNA of the tree tobacco, a close but non-toxic relative of the cigarette tobacco, was not possible. Therefore the research team was searching for novel ways to introduce new genes into other plants, yet again.

The solution: horizontal gene transfer

“In previous grafting experiments, we had already shown that it is possible for plants to exchange chloroplast DNA between species”, explains Ralph Bock. This phenomenon, which commonly occurs in nature without any human intervention, is called horizontal gene transfer. It provides researchers with the opportunity to transfer foreign genes into so far non-transformable plants. After successful grafting of tobacco shoots onto plants of the tree tobacco, cells from the graft site were used to regenerate new plantlets by tissue culture. In this way, single tree tobacco cells that had received the chloroplast DNA from the astaxanthin-producing tobacco plant were regenerated into trees that now made the pigment.

Thus, while direct genetic engineering of the chloroplast DNA of the tree tobacco was not possible, horizontal gene transfer allowed for the introduction of modified genetic information related tobacco plants. In the future, this simple yet elegant transformation technology could also be applied to other important, but currently non-transformable plant species. 

jmr

Plätzchen backen zur Weihnachtszeit hat eine lange Tradition. Alle Jahre wieder bleibt dabei auch so mancher Teigrest an Schüssel oder Ausstechform kleben. Was in der heimischen Backstube die Naschkatzen hocherfreut, kann für Großbäckereien problematisch sein. Wenn hier größere Teigmengen an Transportbändern oder Gärtüchern haften bleiben, kann es zu Hygieneproblemen oder gar Produktionsausfällen kommen.

Kontaktdauer und Oberflächenstruktur im Blick

Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der TU München haben dieses Problem aufgegriffen und hinterfragt, warum Teige an Oberflächen haften bleiben. „Wir haben deshalb untersucht, welchen Einfluss die Kontaktdauer von Teig und Werkstoff hat und wie sich die Oberflächenstruktur der Werkstoffe auf die Teighaftung auswirkt“, sagt Sebastian Moeller vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik des KIT. Dafür schauten sich die Ingenieure die Oberflächen verschiedener Arbeitsmaterialien wie Backbleche aus Edelstahl, Transportbänder und Gärtücher unter einem Laser-Raster-Mikroskop genauer an. Diese Bilder wurden dann nach Parametern wie Rauheit, Höhenverteilung des Materials und Aufteilung des Oberflächenprofils in Spitzen-, Kern- und Talbereiche ausgewertet. Die Haftkräfte vom Teig wurden wiederum in einer Zentrifuge ermittelt.

Weniger Teighaftung auf rauen Flächen

„Wir fanden heraus, dass auch die Dauer des Kontakts zwischen Teig und Oberfläche dafür entscheidend ist, wie stark er klebt“, sagt Moeller. So blieb bei einer kurzen Kontaktzeit an Edelstahl-Blech und Transportband deutlich mehr Teig kleben als an den Gärtüchern, die für Brotteige oder Hefeteige benötigt werden. Bei den Transportbändern waren es demnach die Waffel- oder Rippenstruktur, welche die Kontaktfläche zum Teig reduzierten, so dass sich geringere Adhäsionskräfte entwickelten. Bei den Gärtüchern hingegen war erst nach längerer Kontaktdauer ein Unterschied zwischen den Materialien zu erkennen, wie Moeller berichtet. „Vor allem an Tüchern aus Polyester blieb deutlich mehr Teig kleben als an Baumwollgärtüchern“. An gereinigten Polyestertüchern hingegen blieb weniger Teig haften, als beim Pendant aus Baumwolle. Der Grund: Die Polyester- Oberfläche wurde durchs Waschen oder Abbürsten der Backreste aufgeraut, während die Baumwollstruktur flacher wurde und die Teighaftung so noch verstärkte. „Je rauer und luftdurchlässiger ein Material ist, desto geringer das Haftverhalten. Besonders stark klebt der Teig bei den Backblechen, die ja keine Luft durchlassen“, resümiert Moeller.

Schnelle Keimbildung bei Gärtüchern

Bei Gärtüchern zeigte sich noch ein anderes Problem. Mehl- und Teigrückstände führten sehr schnell zu Schimmelbildung, da die Tücher im Gärschrank bei Temperaturen um die 30 Grad und hoher Luftfeuchtigkeit liegen. Nach zwölf Wochen bilden sich darauf nachweislich gesundheitsschädliche und zellstoffzersetzende Keime. Aus hygienischen Gründen raten die Forscher Bäckereien daher, Gärtücher regelmäßig zu wechseln.

Basis für neue Materialien

Mit ihrer Studie tragen die Wissenschaftler nicht nur dazu bei, die Hygiene in Bäckereien zu verbessern. Auch die Produktivität könnte künftig mit der Entwicklung neuer Materialien und Werkstoffe, an denen weniger Teige aber auch Keime zurückbleiben, die Rohstoff-, Entsorgungs- und Reinigungskosten drosseln und gleichzeitig die Arbeitssicherheit erhöhen.

bb

Holz ist ein uralter natürlicher Rohstoff, der Menschen von jeher Licht und Wärme spendet und als Baumaterial unverzichtbar ist. Auf dem Weg zu einer biobasierten Wirtschaft gewinnt Holz auch für andere Branchen zunehmend an Bedeutung. Die chemische Industrie will aus der nachwachsenden Ressource Plattformchemikalien gewinnen. Auch für die Energiewirtschaft ist das Potenzial von Holz noch nicht ausgeschöpft. Zum Beispiel, wenn es darum geht, daraus Strom und Wärme auf nachhaltige Weise zu erzeugen.

Buchenholz als Biomasse optimal nutzen

Die nachhaltige Nutzung von Biomasse aus Holz zur Herstellung von Plattformchemikalien für die grüne Chemie und zur Energieerzeugung ist ein Schwerpunkt des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Spitzenclusters „BioEconomy“. Im Teilprojekt „Energetische Nutzung und Optimierung im Gesamtzusammenhang der Kaskadennutzung“, das vom Deutschen Biomasseforschungszentrum (DBFZ) geleitet wurde, ist es den Experten erstmals gelungen, die anfallenden Reststoffströme aus einer Buchenholz-Bioraffinerie optimal energetisch als auch den eingesetzten Rohstoff vollständig in Koppelproduktion zu nutzen. Das Vorhaben wurde von 2012 bis 2015 vom BMBF mit rund 370.000 Euro unterstützt.

Biogas und Pellets aus Bioraffinerie-Reststoffströmen

Im Projekt ging es zum einen um die Nutzung flüssiger und pastöser Nebenströme aus dem Abwasser zur Erzeugung von Biogas. Zum anderen ging es um die Herstellung von Pellets als Festbrennstoff aus den festen ligninhaltigen Reststoffströmen. Die Forscher konzentrierten sich dabei auf Reststoffe, die bei der auf Buchenholz spezialisierten Bioraffinerie-Anlage am Fraunhofer CBP in Leuna entstehen. Hier wird die Biomasse zur Herstellung neuer Plattformchemikalien mithilfe einer neuartigen Methode, dem Organosolv-Verfahren, aufgeschlossen. „Dabei fallen viele flüssige Reststoffe an, die einen hohen Wassergehalt aufweisen und sich prinzipiell für die Erzeugung von Biomethan mit anaeroben Gärungsverfahren eignen. Dagegen wurden feste, ligninhaltige Reststoffe für die Pelletherstellung genutzt, da sie im Biogasprozess nicht verwertet werden können. Dafür fehlt die Technologie“, erklärt Romann Glowacki, der das Projekt am DBFZ koordinierte.