TY  - JOUR
A1  - Hünig, Siegfried
A1  - Wehner, Ingeborg
T1  - Two Step Redox Systems LII: 2,2'-Bipyridylboronium Salts
N2  - Dications 1 derived from 2,2-bipyridine are found to exist as fully reversible two step redox systems with persistent radical ions (SEM) of high thermodynamic stability, if the bridge X forces the two pyridine rings into co planar positions. The well known derivative 1a (Diquat R) is now complemented by the boronium ions 1c and 1e -1g., as shown by voltammetry and the uv spectra of the corresponding radicals.
Y1  - 1989
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-44853
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hünig, Siegfried
A1  - Wehner, Ingeborg
T1  - Mehrstufige reversible Redoxsysteme, LIII: 4,4'-Bipyridin-1-1'-diylbisborane
N2  - No abstract available
KW  - Bipyridinediylbisboranes / Redox systems / Cyclovoltammetry
Y1  - 1989
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-44866
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weckerle, Bernhard
T1  - Instrumentell-analytische Techniken zur Charakterisierung von Naturstoffen aus Rucola (Eruca sativa Mill.) und Rohkaffee (Coffea arabica)
T1  - Instrumental-analytical tools to characterize natural constituents from rocket salad (Eruca sativa Mill.) and green coffee (Coffea arabica)
N2  - Unsere Lebensmittel haben eine zweifache, auch vom Gesetz vorgegebene Zweckbestimmung, d.h. sie dienen einerseits dem Genuss und andererseits der Ernährung. Aktuelle For-schungsstrategien in der Lebensmittelchemie auf diesen Gebieten lassen sich dahingehend zusammenfassen, dass im ersten Bereich die Suche nach wirksamen Aromastoffen und deren Vorläufern sowie auch zunehmend Probleme der Herkunftsanalytik im Vordergrund stehen. Auf dem Gebiet der Ernährung spiegeln die Schlagworte „Funktionalität“ und „Bioaktivität“ die derzeitigen Entwicklungen wider. Für alle Bereiche bilden instrumentell-analytische Techniken die Grundlage für Bewertungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit haben wir daher das uns zur Verfügung stehende analytische Potential genutzt, in den oben genannten Gebieten einschlägige Beiträge zu leisten, d.h. die Suche nach wertgebenden Aromastoffen fortzuführen, Zuckerkonjugate zu untersuchen, die sowohl als Aromavorläufer als auch im Hinblick auf Bioaktivitätsstudien von Bedeutung sein können, und schließlich Methoden zur Herkunftsanalytik zu forcieren. Zu diesen Studien sind als attraktive und wirtschaftlich be-deutsame Rohwaren Rucola (Eruca sativa Mill.) und Kaffee (Coffea arabica) eingesetzt worden. Mit Hilfe der Kopplung aus S-selektiver Detektion und strukturselektiver massen-spektro-metrischer Analytik sind in Extrakten von Rucolablättern 22 schwefelhaltige Verbindungen strukturell charakterisiert worden. Darunter befanden sich neben Minorkomponenten wie 3-Sulfanyl-1-hexanol, Glucosinolatabbauprodukte wie 4-Methylthiobutylnitril, 4-Methylthiobutylthiocyanat und 4-Methylthiobutylisothiocyanat. Mit [1,3]-Thiazepan-2-thion ist eine bislang nicht bekannte Komponente erstmals beschrieben wor-den. Das Vorkommen von 3-Sulfanyl-1-hexanol, welches im Übrigen anhand von MDGC-MS-Analytik in nahezu racemischer Form (44:56 Prozent, R:S) in Rucola gefunden wurde, forderte dazu heraus, in einer Modellstudie eine allgemeine Methode zur Bestimmung der Absolutkonfiguration azyklischer 2- und 3-Sulfanyl-1-alkanole mittels der ECCD-Methode zu entwickeln. Dabei wurden in einer Ein-Schritt-Synthese die funktionellen Grup-pen der 2- und 3-Sulfanyl-1-alkanole (in der Studie handelte es sich um enantiomerenreine 2- und 3-Sulfanyl-1-hexanole) jeweils mit dem Chromophor 9-Anthroylflourid derivatisiert. Die ent-sprechenden CD-Splitkurven erlaubten eine eindeutige Zuordnung der Konfiguration. Die entwickelte Mikro-Maßstab-Methode wurde ebenfalls er-folgreich zur Bestimmung der Absolutkonfiguration von in der Studie als zusätzliche Modellverbindungen eingesetzten 1,2- und 1,3-Diolen angewendet. 3-Sulfanyl-1-hexanol wurde abschließend in einer Zwei-Schritt-Synthese mit 9- und 2-Anthroylflourid derivatisiert, auch diese Variation erlaubte eine eindeutige Zuordnung der Absolutkonfiguration. Mittels präparativer HPLC-Techniken wurden drei neue Flavonoidglykoside aus Rucolablättern isoliert. Deren Charakterisierung erfolgte mittels Tandemmassenspektrometrie sowie ein- und zweidimensionalen NMR-Messungen. Die Verbindungen sind als Quercetin-3,3’,4’-tri-O-beta-D-glucopyranosid, Quercetin-3’-(6-sinapoyl-O-beta-D-gluco-py-ra-nosyl)-3,4’-di-O-beta-D-gluco-pyranosid und Quercetin-3-(2-sinapoyl-O-beta-D-gluco-pyranosyl)-3’-(6-sina-poyl-O-beta-D-glucopyranosyl)-4’-O-beta-D-gluco-py-rano-sid identifiziert worden. Diese Quercetin-Derivate zeigten sowohl hinsichtlich der Glucosilierung des Aglykons (an den Positionen 3, 3’ und 4’) als auch bezüglich der Acylierung ungewöhnliche Strukturen. Bei Rohkaffee hat man bislang keine Studien über das Vorkommen von Zuckerkonjugaten als Aromastoffvorläufer durchgeführt. Wir konnten diese Lücke anhand der Strukturaufklärung der nachfolgend aufgeführten Verbindungen schließen. Durch Kombination verschiedener präparativer Techniken (CCC, LC und HPLC) mit verschiedenen Methoden der Strukturaufklärung (HRGC-MS, HPLC-MS/MS, ein- und zweidimensionale NMR) sind aus Rohkaffee fünf Aromastoffprekursoren isoliert und identifiziert worden. Für die beiden aus Rohkaffee isolierten Linalyldisaccharide wurden als Strukturen 3(S)-Linalyl-3-O-beta-D-glucopyranosyl-(1-6)-alpha-L-arabinofuranosid (AK1) und 3(S)-Linalyl-3-O-beta-D-gluco-pyranosyl-(1-6)-beta-D-apiofuranosid ermittelt. Weiterhin sind erstmals drei neue Aromastoffprekursoren in Form von Zuckerestern, d.h. (3-Methylbutanoyl)-1-O-beta-D-glucopyranosyl-beta-D-apiofuranosid, (3-Methylbuta-noyl)-6-O-alpha-D-gluco-pyranosyl-(1-2)-beta-D-fructofuranosid und (3-Methyl-2-butenoyl)-O-beta-D-gluco-pyranosyl-beta-D-apio-furanosid in Rohkaffee charakterisiert worden. Die Kenntnis der Herkunft bestimmter Lebensmittel bzw. einzelner In-haltstoffe spielt für die Lebensmittelindustrie eine wichtige Rolle. Für die Zuordnung der geographischen Herkunft von Rohkaffee wurden in dieser Arbeit die 13C/12C-, 2H-/1H- und 18O/16O-Verhältnisse von extrahiertem Coffein mittels Elementaranalysator-Isotopen-massen-spektro-metrie (EA-IRMS) bestimmt. Zur Bewertung der Multielement-Messwerte wurden diese statistischen Berechnungen unterzogen. Zur Anwendung kamen die Lineare Diskrimi-nanzanalyse (LDA) und die Auswertung mittels sog. „Classification and Regression Trees“ (CART). In der Anpassung wurde dabei eine Probe aus der Klasse 1 (Provenienz Afrika) der Klasse 2 (Provenienz Amerika) zugeordnet und eine Probe der Klasse 2 der Klasse 1 zugeordnet (Fehlerrate von 5,1 Prozent). Bei Kreuzvalidierung wurden drei der 39 Proben falsch zugeordnet (jeweils zwei der Klasse 1 und eine der Klasse 2), die Fehlerrate betrug hier somit 7,7 Prozent. Die Proben der Klasse 3 (synthetisches Coffein) ließen sich zu 100 Prozent von denjenigen natürlichen Ursprungs unterscheiden.
N2  - Our foods exhibit two functions defined by legislation, too, i.e. to provide pleasure and nutri-tive effects. Current research strategies in food chemistry in these areas can be summarized as follows, i.e. that in the first-mentioned area the search for effective aroma substances and their precursors as well as, increasingly, also problems of authenticity assessments predominate. In the area of nutrition, the highlights “functionality” and “bioactivity” reflect the actual research trends. In all areas instrumental-analytical techniques form the fundament of evaluations. Thus, we used our analytical potential to provide new informations in the above-mentioned areas, i.e. to continue the search for valuable aroma compounds, to study sugar conjugates being important as flavour precursors and for bioactivity studies, as well as, finally, to strengthen methods for authenticity assessment. For these studies rocket salad (Eruca sativa Mill.) and green coffee (Arabica coffea), both known as attractive industrially important raw materials, were used. In flavour extracts of rocket salad leaves we characterized 22 sulphur-containing constituents by means of HRGC-MS/SCD analysis. This analytical tool allows parallel detection of com-pounds eluting from the GC column by mass spectrometry (to get structural information) and by chemiluminescence (to get selectively signals of sulphur-containing substances). Among the identified constituents we detected minor compounds such as 3-sulfanyl-1-hexanol, by-products of myrosinase hydrolysis such as 4-methylthiobutyl nitrile, 4-methylthio-butyl thiocyanate and 4-methylthiobutyl isothiocyanate as well as [1,3]-thiazepan-2-thion, the latter described for the first time. By means of multidimensional GC-MS (MDGC-MS) the enantiomeric ratio of 3-sulfanyl hexanol was determined as 44 per cent (R) to 56 per cent (S). In addition, a method for the determination of the absolute configuration of chiral 2- and 3-sulfanyl-1-alkanols (and 1,2 diols and 1,3 diols as model compounds) was developed. We demonstrated for the first time that the CD exciton chirality method can be extended to acyclic 2- and 3-sulfanyl-1-alkanols. The simple one-step derivatization using the 9-anthroate chromophore provided a general microscale method for the determination of the absolute configuration. Exciton coupling between the two 9-anthroate chromophores led to intense positive split CD curves for the (R)-configured 2-sulfanyl-1-alkanols and the (S)-configured 3-sulfanyl-1-alkanols as well as vice versa. The developed method was also useful for the stereochemical assignment of 1,2- and 1,3-diols. Furthermore, the application of the two step-derivatization using two different chromophores for both functional groups (2- and 9-anthroate) also resulted in mirror image split CD curves for both enantiomers, allowing the stereochemical assignment of 3-sulfanyl-1-alkanols. Three novel flavonoid glycosides were isolated of leaves of rocket salad by means of preparative techniques. Structural elucidation was performed using LC-MS/MS as well as one and two dimensional NMR experiments. The compounds were identified as quercetin 3’,4’-tri-O-beta-D-gluco-py-ra-no-side, quercetin 3’-(6-sinapoyl-O-beta-D-gluco-pyra-no-syl)-3,4’-di-O-beta-D-gluco-py-ra-no-side and quercetin 3-(2-sinapoyl-O-beta-D-glucopyranosyl)-3’-(6-sinapoyl-O-beta-D-gluco-pyra-no-syl)-4’-O-beta-D-gluco-py-rano-side. These quercetin derivatives exhibited unusual structures as to the glucosylation of the aglycones (at positions 3, 3’ and 4’) and the type of acylation. Studies of bound flavour precursors in green coffee beans (Coffea arabica) have not been carried out to date. We were able to fill out this gap by means of structural analysis of the following compounds. By combination of different preparative analytical steps (CCC, LC and HPLC) with several analytical methods of structural elucidation (HRGC-MS, HPLC-MS/MS, one and two dimensional NMR experiments) five flavour precursors were isolated and identi-fied in green coffee beans. The two isolated linalool disaccharides were identified as 3(S)-linalyl-3-O-beta-D-gluco-py-ra-nosyl-(1-6)-alpha-L-arabinofuranoside and 3(S)-linalyl-3-O-beta-D-gluco-pyra-no-syl-(1-6)-beta-D-apiofuranoside. In addition, three novel flavour precursors were identified as sugar esters, i.e. (3-methyl-butanoyl)-1-O-beta-D-glucopyranosyl-beta-D-apiofuranoside, (3-methylbutanoyl)-6-O-alpha-D-gluco-pyranosyl-(1-2)-beta-D-fructo-furano-side and (3-Methyl-2-buteno-yl)-O-beta-D-gluco-pyranosyl-beta-D-apio-furanoside. The knowledge of the origin of food and its ingredients is actually one of the major topics for the food industry. For the assignment of the geographic origin of green coffee we determined the ratios of 13C/12C, 2H/1H and 18O/16O of extracted caffeine by means of elemental analysator/isotopic mass spectrometry (EA-IRMS). To check the suitability of the analytical data obtained by EA-IRMS we used statistical calculations, i.e. (i) linear discrimination analysis (LDA) and (ii) validation via classification and regression trees (CART). In the course of adap-tion one sample of class 1 (origin Africa) was assigned to class 2 (origin middle and south America) and vice versa, resulting in an error rate of 5.1 per cent. Using cross validation three of the 39 analyzed samples were assigned incorrectly resulting in an error rate of 7.7 per cent. Samples of class 3 (synthetic caffeine) were discriminated from that of natural origin at a rate of 100 per cent.
KW  - Gartenrauke
KW  - Aromastoff
KW  - Flavonglykoside
KW  - Schwefelorganische Verbindungen
KW  - Lebensmittelanalyse
KW  - Instrumentelle Analytik
KW  - Rohkaffee
KW  - Arabischer Kaffee
KW  - Aromastoff
KW  - Herkunft
KW  - Coffein
KW  - Rucola
KW  - Eruca sativa Mill.
KW  - GC-MS-SCD
KW  - schwefelhaltige Aromastoffe
KW  - Acylierte Quercetin-Tri-Glukoside
KW  - Grüner Kaffee
KW  - Coffea arabica
KW  - rocket salad
KW  - Eruca sativa Mill.
KW  - GC-MS-SCD
KW  - sulfur containing flavour compounds
KW  - acylated quercetin-tri-glucosides
KW  - green coffee beans
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1180944
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weil, Kerstin
T1  - 3-(R)-Hydroxysäuren als Produkte selektiven Fettsäureabbaus
T1  - -(R)-hydroxy acids as products of a selective degradation of fatty acids
N2  - In der vorliegenden Arbeit werden Studien zur selektiven bakteriellen Hydroxylierung von Fettsäuren vorgestellt. Unter Verwendung von Linolsäure als Substrat wurden aus Bodenproben verschiedene Mikroorganismen isoliert, die polare Metabolite bildeten. Die phänotypische und genotypische Charakterisierung eines Stammes führte zu dessen Identifizierung als Stenotrophomonas maltophilia. Die Strukturaufklärung der drei Hauptreaktionsprodukte erfolgte mittels Hochleistungsflüssigchromatographie-Massenspektrometrie (HPLC-MS), Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) sowie ein- und zweidimensionalen NMR-Experimenten (1H-NMR, 13C-NMR, 13C-DEPT, H/H-COSY, HMQC, HMBC). Linolsäure wurde von Stenotrophomonas maltophilia zu 3-Hydroxy-Z6-dodecensäure, 3-Hydroxy-Z5,Z8-tetradecadiensäure und 3-Hydroxy-Z7,Z10-hexadecadiensäure umgesetzt. In einem anschließenden Substratscreening wurden 32 Verbindungen als Edukte für die Biotransformation eingesetzt und so die strukturellen Voraussetzungen ermittelt, die für eine effiziente Umsetzung von Fettsäuren durch Stenotrophomonas maltophilia notwendig sind. Zum Einsatz kamen Substrate mit unterschiedlicher Anzahl an C-Atomen sowie mit Variationen bezüglich Anzahl, Position und Konformation von Doppelbindungen. Weiterhin wurden Substanzen verwendet, die bereits funktionelle Gruppen im Molekül aufwiesen (z. B. Ricinolsäure). Die Bestimmung der Enantiomerenverteilung der bakteriell gebildeten 3-Hydroxysäuren mittels multidimensionaler Gaschromatographie (MDGC) ergab einen deutlichen Enantiomerenüberschuss (ee 84 – 98 Prozent). Die Aufklärung der Absolutkonfiguration erfolgte über die Synthese von Dodecan-1,3-diolen und deren anschließende Analytik mittels MDGC. Zusätzlich wurde die Konfiguration mit Hilfe der CD Exciton Chirality-Methode bestimmt. Weiterhin wurde untersucht, ob die bakteriell gebildeten 3-Hydroxysäuren als Substrate oder Inhibitoren des Enzyms Lipoxygenase L-1 aus Sojabohnen fungieren. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Studien zur Darstellung von optisch aktiven 3-Hydroxysäuren belegen das Potential des Bodenbakteriums Stenotrophomonas maltophilia, exogen zugeführte Fettsäuren im Rahmen der b-Oxidation zu kettenverkürzten, an Position 3 hydroxylierten Metaboliten abzubauen. Dabei liegen jedoch deutliche Abweichungen zur b-Oxidation in anderen Organismen vor, die auf Unterschieden in der Enzymausstattung bzw. deren Aktivität beruhen. Durch die gewonnenen Erkenntnisse zum b-Oxidationsmechanismus in Stenotrophomonas maltophilia kann diese Aktivität durch geeignete Substratauswahl gezielt zur Synthese von optisch aktiven 3-Hydroxysäuren eingesetzt werden, deren chemische Synthese gegenüber dieser Biotransformation deutlich schwieriger zu realisieren ist. Für solche Verbindungen besteht in der organischen Synthese von Naturstoffen wie Pheromonen, Vitaminen und Antibiotika Bedarf.
N2  - The available work presents studies on the selective bacterial hydroxylation of fatty acids. In a screening procedure using linoleic acid as substrate different microorganisms were isolated from soil samples and tested for their ability to form polar products. The phenotypic and genotypic characterisation of one of these strains led to its identification as Stenotrophomonas maltophilia. Structure elucidation of the three major reaction products was carried out by high performance liquid chromatography-mass spectrometry, gas chromatography-mass spectrometry as well as one and two-dimensional NMR experiments (1H-NMR, 13C-NMR, 13C-DEPT, H/H COSY, HMQC, HMBC). Linoleic acid was converted by Stenotrophomonas maltophilia 3-hydroxy-Z6-dodecenoic acid, 3-hydroxy-Z5,Z8-tetradecadienoic acid and 3-hydroxy-Z7,Z10-hexadecadienoic acid. In a following screening 32 compounds were used as substrates for the biotransformation to determine the structural prerequisites, which are necessary for an efficient conversion of fatty acids by Stenotrophomonas maltophilia. On the basis of the results obtained with linoleic acid further fatty acids with 18 carbon atoms differing in number, position and configuration of available double bonds were used. Further compounds with differing chain length as well as substrates already containing functional groups were employed. Determination of the enantiomeric composition of the bacterially formed 3-hydroxy-acids by multidimensional gas chromatography (MDGC) resulted in a clear dominance of one of the enantiomers (ee 84 - 98 Prozent). Assigning the absolute configuration was carried out by syntheses of dodecane-1,3-diols and their analysis by MDGC. In addition, the CD exciton chirality method was applied to determine the absolute configuration of eight biotransformation products with different structural properties such as number and position of available double bonds. Kinetic studies using lipoxygenase L-1 from soy beans showed that the bacterial products neither act as substrates nor as inhibitors of this enzyme. The studies regarding the synthesis of optically active 3-hydroxy acids, executed in the context of this work, demonstrated the potential of the soil bacterium Stenotrophomonas maltophilia, to degrade exogenously supplied fatty acids to chain-shortened hydroxylated metabolites by b-oxidation. Clear deviations to the b-oxidation in other organisms are present, which are based on differences in the enzyme equipment or their activity. Based on the achieved results concerning the mechanism of b-oxidation in Stenotrophomonas maltophilia this activity can be used for the synthesis of optically active 3-hydroxy acids whose chemical synthesis is more difficult in relation to this biotransformation. For such compounds requirement exists in the organic synthesis of natural substances such as pheromones, vitamins and antibiotics.
KW  - Bodenbakterien
KW  - Hydroxycarbonsäuren
KW  - Fettabbau
KW  - 3-(R)-Hydroxysäuren
KW  - Fettsäuren
KW  - Fettsäureabbau
KW  - beta-Oxidation
KW  - Biotransformation
KW  - Mikroorganismen
KW  - Stenotrophomonas maltophilia
KW  - 3-(R)-hydroxy acids
KW  - fatty acids
KW  - degradation of fatty acids
KW  - beta-oxidation
KW  - biotransformation
KW  - mikroorganisms
KW  - Stenotrophomonas maltophilia
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1181440
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wein, Martina
T1  - Biosynthese und Metabolismus von 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon in Erdbeeren
T1  - Biosynthesis and Metabolism of 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone in Strawberries
N2  - Die vorliegende Arbeit präsentiert neue Erkenntnisse zur Biosynthese von 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon (DMHF) und 2,5-Dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanon (DMMF), zwei wichtigen Aromakomponenten in Erdbeeren. Potentielle, mit stabilen Isotopen markierte Vorläufersubstanzen wurden an Erdbeeren appliziert und drei Tage bei Raumtemperatur inkubiert. Der Nachweis über den erfolgreichen Einbau erfolgte mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie. Anhand der Massenspektren von DMHF und DMMF, die aus den behandelten Erdbeeren mittels Festphasenextraktion isoliert wurden, konnte der Markierungsgrad der Verbindungen ermittelt werden und somit Rückschlüsse über die Effizienz der Metabolisierung der applizierten Zucker zu den beiden Furanonen DMHF und DMMF gezogen werden. Als mögliche Ausgangsstoffe dienten unterschiedlich markierte D-Glucose und D-Fructose, sowie Desoxyzucker, da diese als direkte Vorläufersubstanzen von DMHF und DMMF diskutiert werden. Isotopenmarkierte Desoxy-D-glucose oder Desoxy-D-fructose sind kommerziell nicht erhältlich, weshalb die Verbindungen [1-13C]-1-Desoxy-D-fructose, [6-2H1]-6-Desoxy-D-glucose und [5,6,6,6-2H4]-6-Desoxyhexulose-1-phosphat zuerst synthetisiert werden mussten. Nach Applikation der Desoxyzucker wurde keine Erhöhung des Markierungsgrades an stabilen Isotopen gegenüber dem natürlichen Isotopenverhältnis festgestellt. Somit können 6-Desoxy-D-glucose, 1-Desoxy-D-fructose und 6-Desoxy-D-fructose-1-phosphat als Prekursoren von DMHF und DMMF ausgeschlossen werden. Als gute Vorläufersubstanzen erwiesen sich D-Glucose und D-Fructose. Markierungen (13C und 2H) an Position C-1 oder C-6 der beiden Verbindungen wurden sowohl in DMHF als auch in dessen Methoxyderivat DMMF detektiert, wobei die Applikation von D-Fructose im Gegensatz zur D-Glucose einen höheren Markierungsgrad der Zielverbindungen zur Folge hatte. Durch den Einsatz positionsspezifisch markierter D-Glucose (2H-Markierung an Position C-1, C-2 oder C-4) sollten Aufschlüsse über den Metabolisierungsmechanismus gewonnen werden. Die Markierung der D-[2-2H]Glucose befand sich wie die der D-[1-2H]Glucose in den Methylgruppen der Furanone, was nur durch eine intramolekulare Verschiebung von C-2 nach C-1 erklärbar ist. Diese wurde bei der Glucosephosphatisomerase-katalysierten Umwandlung von D-Glucose-6-phosphat zu D-Fructose-6-phosphat beobachtet. Somit muss D-Glucose bei der Biosynthese von DMHF und DMMF zuerst in diese Intermediate überführt werden. Im Gegensatz zu an Position C-2 markierter D-Glucose ging das Proton an Position C-4 im Laufe der Metabolisierung verloren. Demzufolge findet der in der Natur verbreitete Desoxygenierungsmechanismus von Monosacchariden nicht statt und schließt die Beteiligung von Desoxyzuckern an der Biosynthese von DMHF und DMMF gänzlich aus. Nach Einsatz von uniform markierter D-Fructose konnte sechsfach markiertes DMHF und DMMF identifiziert werden, was durch den Einbau der intakten Kohlenstoffkette zu erklären ist. Dieser Befund und weitere Untersuchungen mit verschiedenen Glykolyse-regulierenden Substanzen deuteten darauf hin, dass die Furanone dem zentralen Kohlenhydratstoffwechsel, der Glykolyse, entspringen. Vor der Aldolase-katalysierten Spaltung in zwei C3-Einheiten muss jedoch eine Abzweigung erfolgen, da sonst die Kohlenstoffkette nicht unverändert vorliegen könnte. Im zweiten Teil der Arbeit ist erstmals mit Hilfe von molekularbiologischen Techniken die vollständige cDNA einer O-Methyltransferase (OMT) aus Erdbeeren isoliert worden. Hierfür wurde mRNA aus reifenden Erdbeeren extrahiert und eine cDNA Bibliothek hergestellt. Diese wurde mit einer OMT-spezifschen Sonde durchmustert, welche durch PCR mit degenerierten Primern synthetisiert worden war. Nach mehreren Vereinzelungs-Zyklen konnte die vollständige cDNA einer O-Methyltransferase (STOMT, Strawberry OMT) erhalten werden. Northern-Analysen ergaben, dass die entsprechende RNA ausschließlich in den verschiedenen Reifestadien der Frucht akkumuliert, mit den höchsten Transkriptmengen in der rot-werdenden und reifen Frucht. In anderen Gewebeteilen wie Wurzel, Blätter, Stängel und Blüte konnte keine STOMT-RNA nachgewiesen werden. Das korrespondierende Protein zeigte hohe Homologien zu Kaffeesäure-OMTs aus Weidengewächsen der Gattung Populus. Nach erfolgreicher, heterologer Expression von STOMT in E. coli wurde die Substratspezifität des Enzyms untersucht, dessen Temperaturoptimum bei 30°C lag. Alle eingesetzten Substrate mit phenolischem Grundgerüst, wie Brenzcatechin, Kaffeesäure, Kaffeeoyl-CoA und 3,4-Dihydroxybenzaldehyd, aber auch das Furanonderivat DMHF wurden von der rekombinanten O-Methyltransferase umgesetzt. Als bestes Substrat erwies sich 3,4-Dihydroxybenzaldehyd, das, im Gegensatz zu dessen Methylierungsprodukt Vanillin, bisher in Erdbeeren nicht nachgewiesen werden konnte. Kaffeesäure wurde ebenfalls effektiv methyliert, worin vermutlich die Hauptaufgabe von STOMT in der Pflanze liegt. Die Methylierung von Kaffeesäure oder 5-Hydroxyferulasäure ist ein wichtiger Prozess in der Entstehung von Lignin. Die Tatsache, dass Erdbeeren teilweise in den Leitbündeln und verstärkt in den Achenen lignifiziert sind, erklärt das Vorhandensein eines solchen Enzyms. DMHF, das als Dienol-Tautomer eine aromatische Struktur mit Hydroxylgruppen aufweist und somit strukturelle Ähnlichkeiten zu phenolischen Verbindungen zeigt, wurde ebenfalls von STOMT als Substrat akzeptiert. Die Bildung von DMMF, dem Methoxyderivat von DMHF erfolgte vergleichsweise langsam, war aber eindeutig auf die Methyltransferase-Aktivität zurückzuführen. STOMT ist aufgrund des Expressionsmusters als fruchtspezifisch und reifeinduziert einzustufen. Primäre Funktion ist vermutlich zu Beginn der Fruchtreifung die Lignifizierung der Leitbündel und später die der Achenen. Gleichzeitig scheint STOMT wesentlich an der Bildung der Aromastoffe DMMF und Vanillin in Erdbeeren beteiligt zu sein.
N2  - The present work reveals new insight in the biosynthesis of 2,5-dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone (DMHF) and 2,5-dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanone (DMMF), two important flavor compounds in strawberries. Isotopically labeled precursors were applied to detached strawberries and incubated for three days at room temperature. The successful incorporation of the isotopes was determined by gas chromatography-mass spectroscopy. On the basis of the mass spectra of DMHF and DMMF, isolated from treated strawberries by solid phase extraction, the ratio of labeled and unlabeled compounds was determined. Thus, the conversion of sugars to the furanones DMHF and DMMF could be analyzed in regard to efficiency of metabolism. Differently labeled D-glucose, D-fructose and deoxysugars were used as they are considered to be good precursors of DMHF and DMMF. [1-13C]-1-Deoxy-D-fructose, [6-2H1]-6-deoxy-D-glucose and [5,6,6,6-2H4]-6-deoxyhexulose-1-phosphate had to be synthesized first since these isotopically labeled deoxysugars are not commercially available. After application of the labeled deoxysugars, the ratio of stable isotopes did not change in comparison with the natural isotopic ratio. As a consequence 6-deoxy-D-glucose, 1-deoxy-D-fructose and 6-deoxyhexulose-1-phosphate can be ruled out as precursors of DMHF and DMMF. D-Glucose and D-fructose were converted efficiently to the furanones. The isotopic label (13C and 2H) from position C-1 and C-6 of both carbohydrates was detected in DMHF and its derivative DMMF. In contrast to D-glucose, D-fructose was metabolized more efficiently to the target molecules as the furanones showed a higher degree of labeling. The use of D-glucose labeled at different positions should provide information about the mechanism of the biosynthesis. The label of D-[2-2H]glucose as well as that of D-[1-2H]glucose was recovered in the methyl group of the furanones. This observation was explained by an intra molecular isotope shift from position C-2 to C-1 which was observed in the course of the conversion of D-glucose-6-phosphate to D-fructose-6-phosphate mediated by phosphohexose isomerase. Consequently, D-glucose has to be transformed into these intermediates prior to the formation of DMHF and DMMF. In contrast to D-glucose, which was labeled at position C-2, the label at position C-4 was lost during the transformation. Therefore, the natural mechanism of deoxygenation might not occur during the biosynthesis of DMHF and DMMF. After application of D-[U-13C6]fructose the incorporation of six 13C atoms into DMHF and DMMF was detected. This implies that the complete carbon skeleton is incorporated. These findings and additional studies with different regulatory substances of the glycolysis indicated that the central metabolism of carbohydrates (glycolysis) is involved in the biosynthesis of furanones. Prior to the final cleavage into two C3-fragments by aldolase, another pathway has to branch off, as otherwise the skeleton can not remain unchanged. In the second part of the thesis the complete cDNA of a O-methyltransferase from strawberry was isolated by the means of molecular techniques. First, mRNA was extracted from turning strawberries to construct a cDNA library. An OMT specific fragment, synthesized by PCR with degenerated primers, was used as probe in order to screen the cDNA library. After few cycles of separation a complete cDNA coding for a putative O-methyltransferase (STOMT, strawberry OMT) was obtained. Northern analysis revealed high abundance in the different stages of fruit ripening while highest RNA levels were found in turning and ripe fruit. On the contrary, there were no STOMT-RNA transcripts in other tissue such as root, leaf, petiole and flower. The corresponding protein showed high homology to caffeic acid OMTs from Salicacea (Populus). STOMT was successfully expressed in E. coli in order to determine the substrate specificity. The enzyme showed highest activity at 30°C. All tested phenolic compounds such as catechol, caffeic acid, caffeoyl CoA and protocatechuic aldehyde as well as the furanone derivative DMHF were accepted by the recombinant O-methyltransferase. STOMT converted most rapidly protocatechuic aldehyde, which has not been detected in strawberry yet, to its methylated counterpart vanillin. Caffeic acid was also accepted to a high degree, which is probably the main function in strawberry. The methylation of caffeic acid and 5-hydroxyferulic acid is an important process in the formation of lignin. The fact that the vascular bundles contain lignin and the achenes are strongly lignified explains the presence of such an enzyme in strawberry. The dienolic tautomer of DMHF exhibiting an aromatic structure with two hydroxy groups shows structural homology to phenolic compounds. Therefore, DMHF was accepted as substrate by STOMT. Although the conversion proceeds quite slowly, unequivocally the methoxy derivative descends from DMHF by OMT activity. In accordance with its expression pattern in strawberry, STOMT is fruit specific and induced during ripening. In the course of the maturation, the primary function of STOMT is probably the lignification of the vascular bundles in the beginning and later that of the achenes. On the other hand, STOMT seems to be substantially involved in the biosynthesis of the flavor compounds DMMF and vanillin, too.
KW  - Erdbeere
KW  - Naturidentischer Aromastoff
KW  - Furaneol
KW  - Biosynthese
KW  - Stoffwechsel
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanon
KW  - Furaneol
KW  - Erdbeeren
KW  - Methylierung
KW  - Biosynthese
KW  - Aroma
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanone
KW  - 2
KW  - 5-Dimethyl-4-methoxy-3(2H)-furanone
KW  - Furaneol
KW  - Strawberry
KW  - Methylation
KW  - Biosynthesis
KW  - Flavor
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182059
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wittig, Jörg
T1  - Bioverfügbarkeit und Metabolismus von Flavonoiden
T1  - Bioavailability and metabolism of flavonoids
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung, Optimierung und Validierung von phyto- und bioanalytischen Analysemethoden. Dabei wurden exemplarische Fragestellungen aus dem Themenkreis Phytotherapie bzw. Bioverfügbarkeit und Metabolismus von einfachen und Polyphenolen bearbeitet. Quercetin und seine Derivate: Zur qualitativen Analyse der Flavonoide und -derivate in einem Trockenextraktgemisch aus Birkenblättern, Goldrutenkraut und Orthosiphonblättern wurde eine HPLC- UV/VIS Methode entwickelt. Nach oraler Applikation dieses Trockenextraktgemisches als orale Arzneiform wurde die systemische Verfügbarkeit von Quercetin bzw. Quercetinglykosiden untersucht, welche für Quercetin bzw. -glykosiden 0 Prozent betrug (LOD ~ 25 pg Quercetin on column), da Quercetin als Phase-I- bzw. -II- Metabolite vorlag. Nach Hydrolyse der Phase-II-Konjugate wurden die höchsten Quercetinspiegel (101±107 ng·mL-1) nach ca. 4 Stunden (tmax) gemessen. Der Zeitpunkt der höchsten renalen Quercetinausscheidung lag im Intervall von 4?8 Stunden nach Verum-Gabe, wobei die über 24 Stunden ausgeschiedene Quercetinmenge 604±1037 µg·mL-1 betrug. Im Rahmen der studienbegleitenden bioanalytischen Methodenentwicklung wurde eine Extraktionsmethode für Plasma und Urin entwickelt und validiert. Durch Anwendung eines neuartigen Analyseverfahrens, der coulometrischen Array-Detektion, konnte eine HPLC-Methode entwickelt werden, die erstmals Quercetin und seine Metabolite simultan, selektiv und ausreichend sensitiv in biologischen Matrices detektieren konnte. Unter Verwendung des analytischen Verfahrens der HPLC-Tandemmassenspektrometrie konnten erstmals fünf Quercetinglucuronide als die Hauptmetabolite des Quercetins identifiziert werden. Um weitere Erkenntnisse über den Metabolismus der systemisch verfügbaren Quercetinglucuronide am Venenendothelgewebe zu gewinnen, wurde ein In-vitro-Modell unter Verwendung von HUVEC (human umbilical endothelial cells)- Monolayerkulturen entwickelt und orientierend validiert. Die Experimente zeigten, dass das Venenendothel Glucuronidaseaktivität aufweist und somit Quercetin in-situ am oder im Zielgewebe aus systemisch vorliegenden Glucuroniden freisetzen kann. Die frei vorliegenden Aglykone können dann in das Venenendothelgewebe aufgenommen werden. Das In-vitro-Modell gibt damit erstmals einen plausiblen Erklärungsansatz für die Wirksamkeit von Quercetinderivat-haltigen Präparaten in-vivo, z.B. beim varikösen Symptomen-Komplex. Procyanidine in Weißdorn: Zur Gruppenbestimmung der Procyanide in Weißdornpräparaten wurde ein Analysenprotokoll optimiert und validiert, welches den derzeit üblichen Protokollen bezüglich des Grades an Selektivität überlegen ist. Weiterführend wurde zur selektiven Analyse der mono- bis trimeren Procyanidine in Weißdornpräparaten eine HPLC-Methode unter Adaption eines Nachsäulenderivatisierungsverfahrens (NSD) entwickelt und validiert. Unter Kombination beider Verfahren konnte erstmals das Procyanidinspektrum in handelsüblichen Weißdornpräparaten durch Einbeziehung der mono- bis trimeren Procyanidine, näher beschrieben, und marktführende Weißdornpräparate vergleichend analysiert werden. In Zusammenhang mit publizierten pharmakologischen Arbeiten mit teilweise identischen Extrakten, leisten die in dieser Arbeit erlangten Kenntnisse über Gehalt und Polymerisationsgrad der in den untersuchten Phytopharmaka enthaltenen Procyanidine einen Beitrag zum besseren Verständnis der Wirkungen von Weißdorn-Zubereitungen insgesamt. Hydrochinon und seine Derivate: Die renale Verfügbarkeit von Hydrochinon nach oraler Gabe einer flüssigen und einer festen Bärentraubenblätterextrakt-Zubereitung wurde anhand einer Probandenstudie gezeigt. Das mit dem Bärentraubenblätter-Trockenextrakt applizierte Arbutin (210 mg, ≈ 771,3 µmol) wurde zu ca. 0,18 Prozent als freies Hydrochinon (≈ 1,38 ± 0,79 µmol) ausgeschieden. Der Zeitpunkt der maximalen Hydrochinon-Ausscheidung (0,3±0,1 µg) lag bei beiden Arzneiformen im 4-8 Stunden-Intervall nach Applikation. Zur Analyse des Hydrochinons bzw. seiner Konjugate in humanem Urin wurde eine Extraktionsmethode zur simultanen Extraktion entwickelt und für den Zielanalyten Hydrochinon validiert. Durch Anwendung der coulometrischen Array-Detektion, konnten in Probandenurin erstmals Substanz-Zeit-Kinetiken freien Hydrochinons detektiert werden. Die in der vorliegenden Arbeit erhobenen In-vivo-Daten erlauben damit eine Korrelation von einerseits In-vitro-Daten zur bakteriziden Aktivität von Hydrochinon und andererseits epidemiologischen Daten zur Wirksamkeit von Bärentraubenblätter-Zubereitungen. Damit konnte erstmals unter therapiekonformen Bedingungen das für Bärentraubenblätter postulierte Wirkprinzip - das Hydrochinon - in-vivo bestätigt werden.
N2  - The aim of the investigations presented here was the development, optimisation, and validation of procedures and methods for the analysis of biological and plant samples. It focused on exemplary questions in the main topics “phytotherapy” and “bioavailability and metabolism of phenols and polyphenols”. Quercetin and its derivatives: In order to analyse the components of a mixture of dry extracts from birch leaves, solidago herb, and orthosiphon leaves qualitatively, a HPLC-method with UV/VIS-detection was developed. After oral administration of a solid drug preparation containing dry extracts of birch leaves (1.31 g), solidago herb (1.63 g), and orthosiphon leaves (1.61 g) the systemic availability was investigated. The outcome of the study showed a systemic availability of quercetin and quercetin glucoside of zero per cent (LOD ~ 25 pg quercetin on column) and revealed phase-II-conjugates of quercetin as the main systemic metabolites. After the hydrolysis of these quercetin conjugates the highest quercetin levels (cmax = 101±107 ng·mL-1) in human plasma were determined four hours after medication intake. Maximum renal elimination of quercetin conjugates was determined within the four to eight hours interval, and after 24 hours about 604 ± 1037 µg quercetin was eliminated. In order to make both phase-I and phase-II metabolites of quercetin accessible for HPLC analysis, a method for simultaneous extraction from human plasma and urine was developed. By employing a new coulometric array detection method an HPLC-method could be developed, which achieved the selective and sufficiently sensitive detection of quercetin and its metabolites in human body fluids for the first time. Furthermore five quercetin glucuronides could be detected in human plasma by the means of tandem mass spectrometry as the main systemic metabolites of quercetin in men. No quercetin glucosides could be detected in human plasma (LOD = 200 pg on column), which finally finished a controversial discussion about the bioavailability of quercetin glucosides. To increase the knowledge of the metabolism of the systemically available quercetin glucuronides, an in-vitro assay was developed and basically validated by using monolayers from human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) as a model tissue. In the experiments the HUVEC tissue showed glucuronidase activity. Quercetin glucuronides were deconjugated in-situ resulting in the free aglycone which was taken up by the endothelial cells. This metabolism step represents the "missing link" between systemic available conjugated quercetin and the more antioxidant active aglycone. Procyanidines in Hawthorn: For analysis of total procyanidines occurring in Hawthorn flowers and leaves a determination procedure was developed and validated which, is superior to other protocols by its degree of selectivity. Furthermore a HPLC method employing post column derivatisation (PCD) and VIS detection was developed and validated for the selective determination of monomere, dimere, and trimere procyanidines in Hawthorn. Both methods, the procedure for the determination of total procyanidines and the HPLC-PCD method for determination of mono-, di-, and trimere procyanidines were applied to the analysis of herbal medicinal products (HMP) containing hawthorn extracts. This enables to have a closer look on content and polymerisation degree of the procyanidins occurring in leading Hawthorn HMPs of the German market and is a considerable step forward to guarantee the pharmaceutical quality. Taken together with the pharmacological data published for HMP the knowledge of content and polymerisation degree of procyanidines contributes to a better understanding of the efficacy of Hawthorn containing preparations. Hydroquinone and its derivatives: For the analysis of hydroquinone in human urine a method for simultaneous extraction of hydroquinone and its conjugates was developed and validated. The renal availability of hydroquinone was established in a clinical study by application of a solid and a liquid HMP containing a dry extract of bearberry leaves to healthy volunteers. By using the coulometric array detection, selective and sufficiently sensitive determination of hydroquinone in human urine by HPLC was achieved and the collection of sufficient pharmacokinetic data was possible for the first time. About 0.18 per cent (≈ 1,38 ± 0,79 µmol) of the orally given hydroquinone glucoside (arbutin, 210 mg, ≈ 771,3 µmol) was excreted as free hydroquinone renally. The maximum renal hydroquinone excretion (0,3 ± 0,1 µg) lied within the 4-8 hours interval after application of both the solid and the liquid HMP. These results confirm the active principle hydroquinone postulated for bearberry leaves in-vivo under therapeutic conditions for the first time.
KW  - Flavonoidstoffwechsel
KW  - Flavonoide
KW  - Bioverfügbarkeit
KW  - Flavonoide
KW  - Quercetin
KW  - Quercetinglucuronide
KW  - Procyanidine
KW  - Arbutin
KW  - HUVEC
KW  - flavonoids
KW  - quercetin
KW  - quercetin glucuronides
KW  - procyanidines
KW  - arbutin
KW  - HUVEC
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-698
ER  - 
TY  - THES
A1  - Köster, Ulf
T1  - Massenbilanzierung einer Wirbelschichtgranulierung
T1  - Mass balance of a fluidized bed granulation process
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird die Massenbilanzierung einer Wirbelschicht-granulierung implementiert. Durch die umfangreiche Instrumentierung eines Laborgerätes zum Wirbelschichtgranulieren im Top-Spray-Verfahren (Glatt GPCG 1.1, Binzen, Deutschland) ist es möglich, die relative Luftfeuchte, die Temperatur und den Absolutdruck der Frischluft sowie der Abluft und ferner den Luftvolumenstrom zu messen. Die Berechnung der Dichten der feuchten Luft ermöglicht den Übergang zu Massenströmen von Luft und von Wasser. Aus der Differenz von in die Anlage eingebrachtem und herausgefördertem Wasser wird auf die aktuelle Masse an Wasser im Granulationsansatz geschlossen. Voraussetzung für eine derartige Massenbilanzierung ist dabei eine sehr präzise Bestimmung sämtlicher relevanter Parameter. Die relative Luftfeuchte wird mit kapazitiven Feuchtesensoren gemessen, die einem neu entwickelten Kalibrierverfahren unterzogen werden. Da das Ansprechverhalten der Feuchtesensoren einen kritischen Prozeßparameter darstellt, werden Vergleichsmessungen mit akustischen Feuchtesensoren durchgeführt. Die Messung des Volumenstroms erfolgt durch ein ungedämpftes Flügelradanemometer. Zur Kalibrierung dieses Sensors werden mit einem Hitzedrahtanemometer Strömungsprofile in einer Einlaufstrecke bei verschiedenen Volumenstrombedingungen aufgenommen. Aus der Integration der Strömungsgeschwindigkeit über den Rohrquerschnitt wird der aktuelle Volumenstrom ermittelt. In der gesamten Anlage herrschen stets turbulente Strömungsverhältnisse. Voraussetzung für die Massenbilanzierung ist, dass im Bereich der Feuchtemessstellen sämtliches Wasser gasförmig vorliegt, da Kondensat nicht von den Feuchtesensoren erfasst wird. Durch Messung der Rohrwandtemperatur und Berechnung der Taupunkttemperatur der Abluft kann eine Kondensation von Wasser an der Stelle der Abluftfeuchtemessung ausgeschlossen werden. Durch Anwendung der Massenbilanzierungsrechnung kann gezeigt werden, dass der Wassergehalt im Granulationsgefäß im Verlauf der Sprühphase kontinuierlich ansteigt, um während der Trocknungsphase in drei Trocknungsabschnitten wieder auf den Ausgangswert zurückzugehen. Mit dieser Arbeit werden die Voraussetzungen für die umfassende Steuerung von Wirbelschichtgranulationsanlagen sowie der darin stattfindenden Granulationsprozesse gelegt.
N2  - The aim of the present work was the implementation of a mass balance of a fluidized bed granulation process. By the use of an extensive instrumentation of a laboratory-scale fluidized bed granulator that operates with a top-spray methode (Glatt GPCG 1.1, Binzen, Germany) it is possible to measure the relative humidity, the temperature and the absolute pressure of the fresh as well as of the outlet air and in addition the volume flow. The calculation of the density of moist air allows the transfer to mass flows of air and of water. The current mass of water inside the granulation chamber is gathered by the difference of water transferred into and transported out of the granulator. The very precise determination of all relevant parameters is a prerequisite for such a kind of mass balance calculation. The relative humidity is measured with capacitive humidity sensors, which were subjected to a newly developed calibration methode. As the response time of the humidity sensors is a crucial process parameter, reference measurements with acoustic humidity sensors are conducted. The measurement of the volume flow of the fresh air is realized by an undamped propeller-type flowrate meter. For the calibration of this sensor air flow velocity profiles inside the tube are recorded with a hot-wire anemometer under several constant volume flow conditions. The integration of the air flow velocity over the whole tube cross section results in the effective volume flow. Turbulent flow is observed throughout the machine at each point of time. As condensed water can not be recorded by the sensing elements, it is a precondition for the mass balance calculation that the complete mass of water is in its gaseous state at the zone of the humidity sensors. By temperature-measurements at the wall of the tubes and the calculation of the dew point of the outlet air a water-condensation at this region can be excluded. By application of the mass balance calculation it can be shown that the mass of water inside the granulation vessel increases continuously during the spraying phase, to return to the initial value during three different drying stages. The results presented in this thesis provide the prerequisites for a comprehensive control system for fluidized bed granulators as well as the according granulation processes.
KW  - Granulieren
KW  - Wirbelschichtverfahren
KW  - Pharmazeutische Technologie
KW  - Stoffbilanz
KW  - Feuchtigkeitsmessung
KW  - Wirbelschichtgranulation
KW  - Massenbilanzierung
KW  - Feuchtemessung
KW  - Fluidized bed granulation process
KW  - mass balance
KW  - measurement of humidity
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1180919
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kretzler, Kai
T1  - Eine neue Methode zur Bestimmung der Fließeigenschaften von Schüttgütern
T1  - A new approach to characterize powder flow properties
N2  - Die Fließeigenschaften von Schüttgütern spielen in vielen Industriezweigen eine entscheidende Rolle. Dies gilt speziell für die pharmazeutischen Industrie wo sie als Anfangs-, Zwischen- und Endprodukt vorkommen. Dort werden sie meist in Silos gelagert und müssen so durch Röhrensysteme fließen um verarbeitet zu werden. Dabei tritt das Problem der Brückenbildung häufig auf. Der Auslauftrichter stellt eine neue Methode dar, die Fließeigenschaften und speziell die Brückenbildung von Pulvern zu untersuchen. Das zu untersuchende Pulver wird in einen verschließbaren Trichter ohne angesetztes Rohr eingefüllt. Nach der Öffnung des Verschlusses fließt ein kohäsives Pulver wegen der Brückenbildung nicht aus dem Trichter. Dabei bestimmen die interpartikulären Kräfte die Stärke und die Dimensionen der Brücke. Es wird daher angenommen, dass eine Messung der zur Zerstörung der Brücken notwendigen Kräfte Rückschlüsse auf den Ort der Brückenbildung und der Fließeigenschaften des Schüttgutes erlaubt. Die Untersuchung der Brückenbildung mit dem modifizierten Auslauftrichter zeigte, dass die Brücken, die den Pulverfluss behindern, nur im unteren Viertel des Trichters auftreten. Diese Brücken können durch ein spezielles Rührwerkzeug zerstört werden und damit ein Pulver zum Ausfließen bringen. Die Messung des notwendigen Drehmoments lässt Rückschlüsse auf die Kohäsion des Pulvers zu. Während der Messung korrelieren der Drehmoment-Anstieg und -Abfall mit dem pulsierenden Ausflussverhalten der Pulver. Auch sehr langsame Rotationsgeschwindigkeiten können ein Pulver zum Ausfließen bringen. In einem Bereich von 0,5 bis 3 U/min ist ein fast linearer Zusammenhang zwischen Rotationsgeschwindigkeit und Ausflusszeit zu beobachten. Eine weitere Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit führt aber nicht zu einer weiteren Verkürzung der Ausflusszeiten. Nach einer mathematischen Aufbereitung der Messkurven bei 10 bis 20 U/min konnte eine Korrelation zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit und dem Drehmoment gefunden werden. Ein bereits entwickelter Auslauftrichter war jedoch nicht in der Lage neue und für diese Arbeit relevante Fragen zu beantworten, da die Messtechnik und die Auflösung der Messsignale unzureichend war. Daher wurden zunächst einige technische Veränderungen vorgenommen. Am Ende jedoch musste der Auslauftrichter komplett neu aufgebaut werden. Um leichter reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten war es notwendig die Messungen unter klimatisierten Bedingungen (relative Feuchte und Temperatur) durchzuführen. Speziell die Feuchtigkeit hat einen entscheidenden Einfluss auf das Ausflussverhalten. Es wurde überprüft, ob die Rotationsgeschwindigkeit einen Einfluss auf das maximale Drehmoment zur Brückenzerstörung hat. Versuche zeigten jedoch, dass ein derartiger Zusammenhang nicht besteht. Das lawinenartige Fließen des Pulvers bei langsamen Rotationsgeschwindigkeiten warf die Frage auf, ob die Höhe der Massepeaks vom Rührwerkzeug abhängt. Ein Experiment konnte jedoch zeigen, dass ein derartiger Zusammenhang nicht besteht, wenn die Rührer eine Mindestgröße besitzen. Bis zu dieser Höhe ist die entleerte Masse proportional zum Volumen welches der Rührer als Rotationskörper besitzt. Es wird daher angenommen, dass diese Höhe mit der Brückenbildungszone identisch ist. Abschießend sollte untersucht werden, wo genau und wie stark die Brücken sind. Nach dem mathematisch physikalischen Zusammenhang, der anhand einer idealviskosen Flüssigkeit überprüft wurde, ergibt sich eine Abhängigkeit des Drehmoments von der dritten Potenz der Länge der Rührelemente. In Bezug auf diesen Zusammenhang wurden die Ergebnisse der Messungen von Starch® 1500 und als weitere Substanz Prosolv® SMCC 50 untersucht. Betrachtet man hierbei die Drehmomentmaxima so ist der relative Anstieg des Drehmomentes in der Brückenzone am größten. Pulver oberhalb der Brückenzone zeigt dabei das Verhalten einer idealviskosen Flüssigkeit.
N2  - Powder flow properties are very important for many industries. Especially in pharmaceutical technology where powders are used as starting, intermediate and final products. They are mostly stored in hoppers and have to flow through funnels or tubes when processed. In this case arching is the problem occurring most often. The outflow-funnel is a new method of examining powder flow properties and especially arching. The powder to be characterised is filled into a funnel with a closable outlet which has no attached tube. Owing to arching a cohesive powder will not flow out after opening the funnel. The interparticular forces determine the strength and the thickness of the arches. Therefore it is assumed that measuring the forces needed to destroy these structures should allow for a simple characterisation of the height of the arches as well as the flow properties of powders. The examination of arching with the outflow-funnel showed, that the arches, which inhibit the flow of powder, occur at the lower quarter of the funnel only. These arches can be destroyed by a special stirrer which allows the powder to flow out of the funnel. Measuring the necessary forces (torque) leads to information about the cohesion of the powder. During measuring increasing and later decreasing forces correlate with a pulsating flow of the powder out of the funnel. Even a very slow rotating stirrer is able to bring the powder to flow. At a range of 0.5 to 3 rpm an almost linear connection between rotation speed and time of outflow occurs. But a further increase of rotation speed must not lead to a shorter time of outflow. With a mathematical transformation of the resulting curves a correlation between torque and forced flow was shown at a rotation speed between 10 and 20 rpm. An afore investigated outflow funnel could not be used to answer the new and different questions of this work because it had several limitations as regards measuring techniques. Therefore some technical modifications were necessary at the beginning of the work. At last the outflow funnel had to be completely reconstructed. The ability to measure under humidity and temperature conditioned atmosphere was key to get results which can be reproduced easily. Especially humidity has a substantial influence on flow behaviour. The question was investigated, if the rotation speed has an influence on the maximum torque needed to destroy the arches. Experiments showed, that no such connection exists. The flow like an avalanche of the powder at slow rotation speeds brought up the question if the height of the mass peaks depends on the art of the stirrer. An experiment showed, that there is no difference in the mass peaks when the stirrers exceed a definite height. Up to this critical height the mass of powder that leaves the funnel is proportional to the volume of the stirrer considered as a rotation body which seems to corroborate the fact that this zone is identical with the zone of arching. The last question to answer was where exactly the arches build up and how strong they are. As to the mathematical and physical context, which was proved with a liquid of ideal viscosity, a dependence of the torque, on the third power of the length of the stirrer bars, was found. Referring to this connection, the results of measuring Starch® 1500 and Prosolv® SMCC 50, as an additional other substance, were evaluated. Looking at the torque maximums the relative increase of torque in the zone of arching was greater than elsewhere. Powder above the zone of arching behaves like a liquid of ideal viscosity.
KW  - Schüttgut
KW  - Pulver
KW  - Fließverhalten
KW  - Trichter
KW  - Messung
KW  - Pharmazeutische Technologie
KW  - Brückenbildung
KW  - Auslauftrichter
KW  - Fließeigenschaften
KW  - Schüttgüter
KW  - Pulver
KW  - Kohäsion
KW  - arching
KW  - outflow funnel
KW  - flow properies
KW  - powder
KW  - cohesion
KW  - bridge
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-1182028
ER  - 
TY  - THES
A1  - Weh, Barbara
T1  - Permeationseigenschaften von Polydimethylsiloxan-Membranen in Abhängigkeit von der Netzbogenlänge
T1  - Permeation properties of polydimethylsiloxane-membranes in dependence of the network chain length
N2  - Für die definierte und konstante Wirkstofffreigabe aus therapeutischen Systemen sind Kenntnisse der Mikrostruktur vonKontrollmembranen von großer Bedeutung. Durch eine Additionsreaktion können Polydimethylsiloxan-Membranen ausvinylendgestoppten linearen Polydimethylsiloxanen und niedermolekularen Si-H-funktionalisierten Polydimethylsiloxanen unterEinfluss eines Platin- Katalysators hergestellt werden. Hierbei ist es durch den Einsatz genau charakterisierterAusgangspolymere möglich, Membranen mit einer statistisch definierten Mikrostruktur zu erhalten. Die Mikrostruktur kanndurch die Netzbogenlänge charakterisiert werden. Der Abschnitt zwischen zwei Verknüpfungspunkten in einem Netzwerk wirdals Netzbogenlänge (NBL) bezeichnet. Diese beschreibt die Anzahl der Dimethyl-siloxan-Einheiten zwischen zweiVerknüpfungen. Die Permeationseigenschaften wurden mit Hilfe des standardisierten Permeationskoeffizienten untersucht. Derstandardisierte Permeationskoeffizient ist von der mittleren Netzbogenlänge der Polydimethylsiloxan-Membranen abhängig. Dieser Zusammenhang wurde an elf Benzoesäure- und Naphthalinderivaten als Modellsubstanzen untersucht und bestätigt.Hierbei wurden Membranen mit den mittleren Netzbogenlängen 65, 99 und 122 Siloxan-Einheiten für die Untersuchungeneingesetzt. Bei allen untersuchten Substanzen stieg der Permeationskoeffizient mit größer werdender Netzbogenlänge derMembranen geringfügig an. Die Permeationskoeffizienten von Membranen mit der Netzbogenlänge 122 waren dabei - mitlediglich vier Ausnahmen - stets statistisch signifikant größer als von Membranen mit der Netzbogenlänge 65. Als mögliche weitere Einflussfaktoren auf die Permeationsgeschwindigkeit wurden der Membran/Wasser-Verteilungskoeffizient, dasDipolmoment und das van der Waals-Volumen der elf Modellsubstanzen untersucht. Es konnte ein Zusammenhang zwischendem Membran/Wasser-Verteilungskoeffizienten und dem Permeationskoeffizienten aufgezeigt werden. Das Volumen deruntersuchten permeierenden Moleküle hat jedoch nur bei Netzbogenlängen kleiner als 122 einen Einfluss auf diePermeationsgeschwindigkeit. Als neue Möglichkeit zur Untersuchung der Diffusionskinetik vor Erreichen des stationärenZustands in Polydimethylsiloxan-Membranen wurde die konfokale Raman-Spektroskopie eingesetzt. Bei derRaman-Spektroskopie wird das Probensystem während der Messung weder zerstört noch verändert. Weiterhin ist es möglich,durch das gekoppelte konfokale Mikroskop gezielt an einem bestimmten Punkt innerhalb der Membran zu messen. Damitkönnen nun dynamische Vorgänge wie der Aufbau eines Konzentrationsgradienten vor Erreichen des stationären Zustandes aneinem bestimmten Punkt in einer Membran über einen längeren Zeitraum gemessen werden. Anhand von Intensitätsänderungencharakteristischer Peaks oder der Verschiebung von Banden werden Konzentrations- und Strukturänderungen der Membranund der permeierenden Moleküle sichtbar. Die Untersuchungen mit der konfokalen Raman-Spektroskopie zeigten, dass dieseMethode geeignet ist, Diffusionskinetiken im nicht stationären Zustand innerhalb der Membranen zu beobachten.
N2  - The knowledge of the microstructure of controlling membranes is very important in order to achieve a defined and constantdrug release from therapeutic systems. Poly(dimethylsiloxane) membranes can be prepared by an addition reaction of linearpoly(dimethylsiloxanes) with terminal vinyl groups and low molecular poly(dimethylsiloxanes) with Si-H functional groups. Forthis reaction a Platinum catalyst is used. By using well characterized starting polymers it is possible to get membranes with astatistically defined microstructure. The network chain length can characterize the microstructure. The distance between twopoints of cross-linking within the network is called network chain length (NCL). The network chain length describes the numberof the dimethyl- siloxane-units between two cross-linking points. The properties of permeation were investigated by using the stadardized permeation coefficient. The permeation coefficient is dependent on the average network chain length of thepoly(dimethylsiloxane) membranes. This relationship was confirmed for 11 benzoic acid and hydroxynaphthalene derivates.Membranes with network chain lengths of 65, 99 and 122 were used for these investigations. The permeation coefficient P*increases slightly with rising network chain length for all 11 model substances. The permeation coefficient of the membraneswith network chain length of 122 was found to be higher by a statistically significant amount than those of membranes with anetwork chain length of 65 - having only 4 exceptions. In order to find other factors which influence the permeation rate, the membrane/water-partition coefficient, the dipole moment and the van der Waals volume were investigated. There was amathematically relationship between the membrane/water-partition coefficient and the permeation coefficient. The volume of themoleculeshad only with membranes with a network chain length of 122 an influence on the permeation. ConfocalRaman-spectroscopy was taken as a pioneering method to investigate the kinetics of diffusion before reaching the steady statein poly(dimethylsiloxane) membranes. Up to now it was only possible to investigate the diffusion process in the steady state. The membrane was always taken as a whole. Raman-spectroscopic measurements do not destroy or change the probe system.Because of the coupled confocal microscope it is possible to measure selectively at a defined point in the membrane. Thereforedynamic processes e.g. can be investigated before reaching the steady state flux. The investigations with confocalRaman-spectroscopy show the possibility to observe diffusion processes in and before the steady state flux with this method.
KW  - Polydimethylsiloxane
KW  - Membran
KW  - Permeabilität
KW  - Polydimethylsiloxan
KW  - Membran
KW  - Permeation
KW  - Netzbogenlänge
KW  - konfokale Raman-Spektroskopie
KW  - poly(dimethylsiloxane)
KW  - membrane
KW  - permeation
KW  - network chain length
KW  - confocal Raman-spectroscopy
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2927
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hemmrich, Ulrike
T1  - Beschreibung und Charakterisierung einer neuen Pathogenitätsinsel, integriert in das selC-Gen von "Locus of enterocyte effacement"-negativen, Shiga-Toxin-produzierenden Escherichia coli
T1  - Description and characterisation of a new pathogenicity island, integrated in selC of Locus of enterocyte effacement-negative Shiga Toxin-producing Escherichia coli
N2  - Shiga Toxin-produzierende Escherichia coli (STEC) verursachen Diarrhöen und hämorrhagische Colitis. Als lebensbedrohliche Komplikation können sie ein hämolytisch-urämisches Syndrom auslösen. Bisher identifizierte Virulenz-faktoren der STEC sind auf Bakteriophagen, Plasmiden und Pathogenitätsinseln kodiert. Bei der Mehrzahl der klinischen STEC-Isolate konnte die Pathogen-itätsinsel LEE (locus of enterocyte effacement) nachgewiesen werden. Der LEE ist stromabwärts des Gens für eine Selenocystein-tRNA (selC) ins Chromosom integriert. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Charakterisierung von STEC, denen der LEE fehlt und die funktionelle Analyse von potentiellen Virulenz-assoziierten Genen. Dabei wurde eine Fokussierung auf Gene vorgenommen, die im Bereich der selC-Region vorkommen. Mittels PCR wurde zunächst überprüft, ob bei den LEE-negativen STEC-Stämmen Fremd-DNA in der selC-Region integriert ist. Hierzu wurden 35 LEE-negative STEC getestet. Bei 13 Stämmen konnte eine Insertion von Fremd-DNA gezeigt werden. Von einem dieser Stämme (E. coli 4797/97, Serovar O91:H-) wurde aus einer Genbank ein die selC-Region enthaltendes DNA-Fragment identifiziert. Ein 37,7 kb großes Fragment dieses Cosmids wurde vollständig sequenziert. Die Analyse der gesamten Sequenz ergab 30 offene Leserahmen mit Längen zwischen 95 und 4092 bp. Der G+C-Gehalt betrug 47,4%. An mehreren Stellen wurden Bereiche mit hoher Homologie zu verschiedenen Insertionssequenzen, inverted repeats und Integrasen gefunden. Drei Leserahmen hatten eine hohe Homologie zu bereits bekannten Genen. Hierbei handelt es sich um die iha- , btuB- und espP-Gene von E. coli. Das iha-Gen kodiert für ein Adhärenz-vermittelndes Protein, btuB für den Vitamin B12 Rezeptor und espP für eine Serinprotease. Bei den iha-Adhäsinen und Serinproteasen handelt es sich um potentielle Pathogenitätsfaktoren. Der sequenzierte Bereich hat somit die charakteristischen Eigenschaften einer Pathogenitätsinsel: Die Präsenz von mehreren Pathogenitätsgenen und mobilen Elementen (Insertionselemente, Integrasen), die Lokalisation nahe an tRNA-Genen sowie ein veränderter G+C-Gehalt gegenüber dem Restgenom. Zur weiteren Charakterisierung des espI-Genprodukts wurde espI subkloniert. Bei der Untersuchung von Kulturüberständen zeigte sich, dass der Subklon DH5/pzh4 ein Protein von etwa 110 kDa sezernierte. In weiteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass die Serinprotease des Stammes 4797/97 als 140,8 kDa großes Vorläuferprotein synthetisiert und während des anschließenden Exportvorganges sowohl N-terminal als auch C-terminal prozessiert wird. Das C-terminale Ende wirkt als Translokator durch die äußere Membran, wo es nach Abspaltung des reifen EspI-Proteins verbleibt. Das reife Protein weist eine Größe von 110,5 kDa auf. Der hier gezeigte Transportmechanismus ist charakteristisch für sogenannte Autotransporter-Proteine. Trotz der hohen Sequenzhomologie zur IgA1-Protease von Neisseria gonorrhoeae, die als Prototyp der Autotransporter-Proteine gilt, konnte für EspI keine Proteaseaktivität gegenüber IgA gezeigt werden. EspI weist auch hohe Sequenzhomologie zu Exoproteinen von Shigella flexneri (SepA, Mucinase und SigA), EHEC (EspP) und vogelpathogenen E. coli (Tsh) auf, allerdings konnte keines der Substrate dieser Proteasen von EspI gespalten werden. Dagegen konnte eine proteolytische Aktivität gegenüber Schweine-Pepsin A und Apolipoprotein A1 nachgewiesen werden. Die putative Virulenz und räumliche Nähe der Gene espI, btuB und iha macht diese Region zum interessantesten Stück der im Rahmen dieser Arbeit identifizierten neuen Pathogenitätsinsel. Eine PCR-Untersuchung zur Verbreitung dieser Gene zeigte, dass diese Region bei LEE-negativen STEC weit verbreitet ist. Inwieweit diese Pathogenitätsinsel einen Einfluss auf die Virulenz von STEC hat, muss in weiteren Experimenten geklärt werden.
N2  - Shiga toxin-producing Escherichia coli (STEC) cause diarrhea and hemorrhagic colitis. As life-threatening disease they can trigger a hemolytic-uremic syndrome. Virulence factors of STEC identified so far are encoded on bacterio-phages, plasmids and pathogenicity islands. The majority of clinical STEC-isolates could be proven to harbour the pathogenicity island LEE (locus of enterocyte effacement). LEE is integrated in the chromosome downstream of the gene encoding a selenocystein-tRNA (selC). Target of this work was the characterisation of STEC lacking LEE and the functional analysis of potential virulence-associated genes. The focus was put on genes found in the selC-region. Using PCR analysis it was checked whether LEE-negative STEC-strains have integrated foreign DNA. Of 35 LEE-negative STEC 13 strains could be shown to have an insertion of foreign DNA. From one of these strains (E.coli 4797/97, serogroup O91:H-) a DNA-fragment was detected from a cosmid library that harboured the selC region. The sequence of a 37,7 kb long fragment of this cosmid was fully analysed. 30 open reading frames (ORF) between 95 and 4092 bp length were identified. The G+C-content was 47,4 %. In different parts the sequence shows a high homology to diverse insertion sequences, inverted repeats and integrase genes. Three ORF had high homology to already known genes, which are the iha- btuB- and espP-genes of E.coli. The iha-gene is encoding an adherence-conferring protein, btuB the receptor for vitamin B12 and espP a serine protease. Iha-adhesines and serine proteases are potential pathogenicity factors. Thus the sequenced area shows the character-istic attributes of a pathogenicity island: The presence of different pathogenicity genes and mobile elements (insertion elements, integrases), the localisation next to a tRNA-gene and a G+C-content different from that of the whole genome.We termed the espP-homologue espI for "extracellular serine protease encoded on an island". For further characterisation of its product, espI was subcloned. In the analysis of culture supernatants its size was about 110 kDa. In following experiments it could be proven that the serine protease of the strain 4797/97 is synthesised as a 140,8 kDa protein and cleaved on the N- and C-terminal part while its export through the cell membrane. The C-terminal part functions as a locater through the outer membrane, where it remains after the cleavage of the mature EspI-protein. The size of this mature protein is 110,5 kDa. The transport mechanism found here is characteristic for so called autotransporter-proteins. Despite the high sequence-homology to the IgA1-protease of Neisseria gonorrhoae, which is taken as prototype of autotransporter proteins, a proteolytic activity of EspI towards IgA could not be shown. There are also high sequence-homologies to exoproteins of Shigella flexneri (SepA, mucinase and SigA), EHEC (EspP) and avian pathogenic E.coli (Tsh). Nevertheless none of the substrates of these proteases could be cleaved by EspI. In contrast a pretolytic activity against swine pepsine A1 and apolipoprotein A1 could be shown.The putative virulence and the close location of the genes espI, btuB and iha make this region the most interesting part of the new pathogenicity island identified in this work. A PCR-analysis about the spreading of these genes showed, that this region is widespread amongst LEE-negative STEC. The influence of this pathogenicity island on the virulence of STEC has to be clarified in further experiments.
KW  - STEC
KW  - Pathogenität
KW  - Molekulargenetik
KW  - STEC
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KW  - Protease
KW  - EspI
KW  - STEC
KW  - LPA
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KW  - EspI
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3678
ER  -