Bornimer Agrartechnische Berichte
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Microbial contamination of fruits and vegetables can lead to high economic losses as well as to foodborne diseases. Washing procedures, which are commonly applied, only reduce the microbial load by 0.5 to 2 log units. Conventional thermal inactivation processes cannot be applied to fresh fruit and vegetables because these products are physiologically active food systems and temperatures above 45 °C can result in unwanted deterioration. Since heat sensitivity of fruits and vegetables limits the application of thermal inactivation processes, new emerging inactivation technologies have to be established to fulfil the requirements of food safety without affecting the produce quality. On one hand an early detection of produce contamination is essential to enable a contamination-related process design and on the other hand the efficiency of inactivation treatments has to be ensured and monitored. Monitoring of inactivation effects is commonly performed using traditional cultivation methods which have the disadvantage of the length of time needed to obtain results. In this study, the potential of flow cytometry in short-time monitoring of inactivation effects (thermal treatment, treatment with peracetic acid, ozone, and atmospheric pressure plasma) was investigated. For this purpose morphological and physiological properties of bacteria (size, granularity, membrane integrity (thiazole orange & propidium iodide), esterase activity (carboxyfluorescein diacetate), pump activity (carboxyfluorescein efflux), and membrane potential (3,3'-diethyloxacarbocyanine iodide)) were determined by flow cytometry. In the initial step appropriate staining procedures had to be developed. Especially, Gram-negative bacteria restrict the dye uptake due to their cell membrane constitution. This limits the determination of esterase activity of Gram-negative bacteria. In this study, an adequate dye concentration (0.83 mmol l-1 carboxyfluorescein diacetate) and incubation time (45 min) at 37 °C were defined which enables a reliable determination of esterase activity of Gram-negative bacteria. This developed staining procedure was successfully applied to monitor inactivation treatments. It was shown that the test bacteria (E. coli, L. innocua, P. carotovorum) lose their culturability due to the applied inactivation treatments but physiological activities were still detectable using flow cytometry. The remaining physiological activities may still result in product spoilage and also may cause human diseases. For example, E. coli cells still showed esterase activity after 10 min of thermal treatment at 70 °C and also after 2 min treatment with 0.25 % PAA at 10 °C. Esterase activity of E. coli cells was also detected after 2 min plasma treatment with an operating power of 40 W. The degree of bacterial damage due to the inactivation processes is highly dependent on treatment parameters as well as on treated bacteria. This study clearly indicates the potential of flow cytometry to monitor the efficacy of inactivation processes within a short time. Additionally, important information regarding the inactivation mechanisms can be obtained by flow cytometric measurements and this enables the definition of critical process.
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The objective of the workshop titled “The future of the quarter individual milking” is to discuss the results of such collaboration with the pioneering scientists and to light the future path in milking technology area. This objective is planned to be achieved by gathering international state of knowledge in quarter individual milking and discussing the fundamental papers. Individual quarter milking is now a feature of automatic and conventional milking systems. Hence, a special attention to use systems with quarter-individual milking should be given to reduce SCC and udder diseases in all dairy farms.
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Im Rahmen des BMBF/PTJ-Verbundprojektes „Erschließung von Nachhaltigkeitspotenzialen durch Nutzung innovativer Sensortechnologien und ganzheitlicher Bewertungsmodelle in der Produktionskette von pflanzlichen Lebensmitteln - ProSenso.net 2“ wurden seit Juli 2006 für die zwei wirtschaftlich bedeutenden Wertschöpfungsketten Getreide und Obst/Gemüse/Kartoffeln innovative praxisnahe Lösungskonzepte entwickelt, die erheblich zur Gewährleistung von Produktqualität und -sicherheit beitragen können. Mit den neu- oder weiterentwickelten sensorgestützten Lösungen lassen sich Prozess- und Produktqualitäten an den relevanten kritischen Stellen der Prozesskette online bestimmen. In der Wertschöpfungskette Getreide war die Reduktion von Mykotoxinen ein Schwerpunktthema und konnte durch frühzeitiges Erkennen befallener Pflanzen auf dem Feld, durch berührungslose Detektion von Schimmelpilz- und Mykotoxinbelastungen im Lager und durch sensorgestützte Optimierung der Trocknerregelung realisiert werden. In der Wertschöpfungskette Obst/Gemüse/Kartoffeln bildeten die Erfassung von spezifischen Produkteigenschaften durch Sensoren im Prozess, die Entwicklung eines Nachweisverfahrens für bakterielle Kontaminationen in der Gemüsewäsche und der Aufbau eines modularen intelligenten Systems zur durchgängigen Qualitätskontrolle die Arbeitsschwerpunkte.
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Der Erfolg einer präzisen Düngung der Grundnährstoffe (P, K, Mg, Kalk) hängt wesentlich von dem Aufwand ab, der für die Erzeugung genauer Ausbringekarten erforderlich ist. In diesem Projekt wurden Daten, die in einem großen landwirtschaftlichen Betrieb (3000 ha) verfügbar waren bzw. durch zusätzliche Untersuchungen gewonnen wurden, genutzt, um den Einfluss der Probenahmedichte und verschiedener Interpolationsmethoden auf die Genauigkeit der Ausbringekarten zu untersuchen. Eine Simulation der on-the-go Erfassung des pH-Wertes sowie der Grundnährstoffe zeigte, dass diese Technik in der Lage ist, die Mängel, die mit der traditionellen Probenahme verbunden sind, zu überwinden. Außerdem wurden die Wirtschaftlichkeit sowie die potentielle Über- und Unterdüngung verschiedener Varianten der teilflächenspezifischen Düngung kalkuliert. Das beste Ergebnis wurde für die kleinste untersuchte Teilfläche von 1 ha ermittelt.
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In vorliegendem Forschungsbericht wird sowohl der internationale Stand der Forschung und Entwicklung zum Einsatz von Biogas in Brennstoffzellen dargestellt als auch die jüngsten im ATB gewonnen experimentellen Ergebnisse. Bislang wurden in Japan, USA, Deutschland und der Schweiz mehr als 10 Brennstoffzellensysteme im Leistungsbereich von 25 Wel bis 250 kWel mit Bio- oder Klärgas in Labor- und Pilotanlagen getestet. Dabei handelt es sich um Phosphorsäure-, Schmelzkarbonat-, Festoxid- und Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PAFC, MCFC, SOFC, PEMFC). Die Auswahl der Typen wurde insbesondere von den Kosten, aber auch von Wirkungsgrad, Lebensdauer und Toleranz gegenüber Brennstoffzellen schädigenden Gasen bestimmt. Die Arbeiten im ATB Potsdam-Bornim sind auf die Ermittlung von Schadgasen im Spurenbereich fokussiert sowie auf die Analyse und Optimierung von PEMFC-Systemen, einschließlich des Dampfreformers. In Biogas aus verschiedenen Praxisanlagen und Laborfermentern werden Schwefelwasserstoff (H2S), Carbonylsulfid (COS), Schwefelkohlenstoff (CS2), Dimethylsulfid (DMS), Ethylmerkaptan (EtSH) und Methylmerkaptan (MeSH) analysiert und teilweise in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt sowie erste Zusammenhänge zu Technologie, Prozessführung und Substrat hergestellt. In den Untersuchungen zur Reformierung wird der Einfluss des Methangehaltes (CH4), der Reformierungstemperatur, des Dampf-Methan-Verhältnisses (S/C) und der Reformerlast auf den Wasserstoff- und Kohlenmonoxidgehalt sowie auf die Wirkungsgrade ermittelt. Der Wasserstoffwirkungsgrad liegt im Bereich von 45 bis 55 % und die Methanumsatzrate zwischen 83 und 98 %, wobei ein enger Zusammenhang zur Kohlenmonoxidkonzentration im Reformat besteht. Mit einer 500 Wel-Laboranlage wird die Eignung des Biogasreformats für die Verstromung in PEM-Brennstoffzellen experimentell nachgewiesen.
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Im Rahmen des BiogasCropNetwork (BCN) haben zehn Forschungseinrichtungen aus Deutschland den Prozess der Biogasbildung aus Pflanzen systematisch untersucht. Dieses Netzwerk wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt. Ziel des BCN lag in der systematischen Analyse der Biogasbildung aus pflanzlicher Biomasse entlang der gesamten Weitschöpfungskette. Beispielhaft wurden unterschiedliche Biogaspflanzen ausgewählt, die sich hinsichtlich Struktur und stofflicher Zusammensetzung unterschieden. Schwerpunkte der Arbeiten bildeten die mechanisch- enzymatische Vorbehandlung, die verfahrenstechnische Optimierung der Biogasbildung, die Analyse und Dynamik der am biochemischen Abbau beteiligten Mikroorganismen sowie die Entwicklung von Modellen zur optimalen Einlagerung und zur Beschreibung des anaeroben Abbauprozesses.