Goal

The aim of the project is to manufacture a product for thermal insulation in the construction sector from hardwood particles and fibres using previously unproven methods for foaming while simultaneously improving fire protection and microbial stability. The Department of Organic-Analytical Chemistry is focussing on the catalytic synthesis of new silicon compounds. These are to be used as additives for the hydrophobisation of cellulose. The largely unknown substance class of bis(triorganosilyl)carbonates can release CO2 in addition to the silanisation of the hydroxyl groups in order to initiate foaming. By varying the residues, it is possible to customise the properties of the additive. For example, derivatives with oligomeric silanes as residues can produce hydrophobic surfaces very quickly. These promising possibilities call for a synthetically efficient route that enables industrial relevance and further research into the substance class.

Methods

The following approaches are intended to deliver results for the project and solve key problems:

• Organic catalytic synthesis of silicon additives for the silanisation of wood fibres
• Application of alternative foaming processes for the production of porous materials
• Production of suitable test specimens for mechanical testing
• Further testing of optimised samples for fire behaviour and insulation properties by a laboratory to be commissioned
• Documentation of the material and energy balance of the raw materials and processes used
• Derivation of carbon balances to compare the climate protection contribution of conventional insulation materials such as Styrodur®

Target

One of the objectives of the project is to determine the correct fertiliser requirements of hemp for the various uses. The previous values in the "Yellow Booklet" are outdated and only designed for fibre use. By revising them, groundwater can be protected and unnecessary amounts of fertiliser can be saved. With concrete recommendations on sustainable cultivation and the achievable qualities and yields, the presentation of the various utilisation options and up-to-date contact lists for processors and equipment rental companies, the project aims to create the necessary decision-making basis for further cultivation of this beneficial crop.

Method

As part of the project, important research questions on hemp cultivation, utilisation directions and market potential are determined using the following approach:

• Clarification of production-related questions depending on the direction of use and possibilities of mechanical weed control in grain hemp
• Examination of the site conditions
• Ecological assessment, particularly with regard to water protection
• Development of specific variety recommendations depending on the direction of use and crop rotation
• Display of possible utilisation variants and linkage utilisation
• Networking to provide contacts to processors, rental options for harvesting equipment and information on the legal situation
• Presentation of findings at the annual TFZ field day and through information material

Das Auftreten von neurodegenerative Erkrankungen ist eng mit dem fortschreitenden Alter gekoppelt. Die sich derzeit auf dem Markt befindenden Präparate zur Behandlung von Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson dienen der Symptombekämpfung und können die Krankheit an sich nicht aufhalten. Neuartige Therapieansätze zielen auf die Aktivierung der Regeneration des betroffenen Arials durch die Verabreichung spezieller Substanzen ab. Einige sekundäre Pflanzeninhaltstoffe des Hopfens weisen in vitro interessante Effekte bzgl. der Regeneration und Neubildung von Nervenzellen auf und eignen sich somit möglicherweise für einen Einsatz in der regenerativen Medizin. In Arbeiten zum Markt- und Verbraucherverhalten zu pflanzlichen Arzneimitteln konnte gezeigt werden, dass ein generelles Verbraucherinteresse an innovativen pflanzenbasierten Arzneimitteln besteht und sie auch solchen auf Hopfenbasis interessiert gegenüberstehen.

Ziel des Projektes ist die Generierung eines erweiterten Absatzmarktes durch ein neues Produkt für Hopfen-verarbeitende Betriebe in Bayern. Ein Teilziel hierzu ist die Weiterentwicklung einer speziellen, zum Patent angemeldeten Methode zur Gewinnung wertvoller neuroaktiver Hopfenextrakte in Richtung des Pilotmaßstabes. Hierzu wird aus einem Reststoff der Hopfenverarbeitung, der bis dato als Futterstoff Verwendung findet, ein Spezialextrakt entstehen, der seine Anwendung in der Phytopharmazie finden soll. Dazu soll ein Produktkonzept für ein solches Phytopharmazeutikum entwickelt und getestet werden, das dem frühen Entwicklungsstadium und den inhärenten Risiken Rechnung trägt.

Ziel dieses Projektes ist die Erforschung von Blaualgen als Ausgangsbasis für hochwertige Produkte durch den Einsatz kultivierter Biomasse. Hierzu werden Lynbyatoxine gezielt mittels metallkatalysierter Dien-Metathese modifiziert. Durch die Metathese wird die Lipophilie dieser Substanzen erhöht. Lyngbyatoxine gelten generell als neurotoxische Verbindungen, welche die Blut-Hirn-Schranke leicht überwinden. Durch Bioaktivitätstest werden die Substanzen auf ihre Neurotoxizität und das Differenzierungspotential hin untersucht.

Ziel dieses Projektes ist die Erforschung von Blaualgen als Ausgangsbasis für hochwertige Produkte durch den Einsatz kultivierter Biomasse. Hierzu werden Lynbyatoxine gezielt mittels metallkatalysierter Dien-Metathese modifiziert. Durch die Metathese wird die Lipophilie dieser Substanzen erhöht. Lyngbyatoxine gelten generell als neurotoxische Verbindungen, welche die Blut-Hirn-Schranke leicht überwinden. Durch Bioaktivitätstest werden die Substanzen auf ihre Neurotoxizität und das Differenzierungspotential hin untersucht.

Currently, depression is associated with a decline in the formation of new nerve cells in certain areas of the brain. A state-of-the-art therapeutic approach therefore aims to stimulate the formation of new nerve cells from the body's own adult stem cells. Cell-based studies have identified a group of substances in hops that initiate specialisation into nerve cells. In addition, a method was developed to obtain a special extract with a higher concentration of active ingredients. Such extract preparations put the use of hops on an innovative footing, as they could be used to treat many neurodegenerative diseases. 

The overall objective is therefore to clarify the suitability of such special extracts with regard to phytopharmaceutical application (standardisation of the production process, biological activity, consumer acceptance). Reliable therapeutic results can only be achieved if, in addition to batch conformity, extract production is also standardised. In addition to the optimisation and standardisation of the process, the active ingredient content in different hop varieties will be examined. Furthermore, the biological activity of the extracts is determined by pharmacological tests in the field of neurodegenerative diseases. The combination of the data on the process, the economic efficiency and the potential effect provides information on the suitability of the production process. In addition, a possible use in phytopharmacy also depends on the acceptance by the consumer (target group 30+). Health aspects play an important role for this group, as they are in their most productive phase of life, but are increasingly affected by initial illnesses due to stress factors.

Mit der Hof-Bioraffinerie soll in einem Gemeinschaftsprojekt des Wissenschaftszentrums Straubing eine Anlage entwickelt werden, die speziell Gras und Grassilage als Rohstoffe nutzbar macht. In einer modularen und dezentralen Kleinanlage sollen aus der Biomasse durch fermentative Aufschluss- und Umwandlungsverfahren gasförmige Olefine, wie Ethen oder Isopren, gewonnen werden. Diese sollen dann wiederum als Ausgangsstoffe für weitere wertvolle Produkte, wie beispielsweise Kraftstoffe, genutzt werden. Dies ist das wesentliche Unterscheidungsmerkmal der Hof-Bioraffinerie zur Biogasanlage, deren Produkt Methan so weitgehend inert ist, sodass es sich nicht für eine weitere chemische Verwertung eignet.

Ziel dieses Teilprojektes ist die katalytische Umsetzung des biotechnologisch gewonnenen Ethens zu flüssigen Energieträgern. Als Gas kann es im vorhergehenden Produktionsschritt leicht abgetrennt werden und soll dann zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffen mit etwa 6-18 Kohlenstoffatomen oligomerisiert werden. Je nach Kettenlänge und Verzweigungsgrad kann das Produkt als Diesel oder Benzin eingesetzt werden, langkettigere Moleküle sind auf Grund des zu hohen Siedepunkts aber nicht mehr für diese Kraftstoffe geeignet.

Dazu soll ein kostengünstiger Katalysator entwickelt werden, der unter möglichst milden Bedingungen arbeitet und eine hohe Stabilität gegenüber Verunreinigungen aufweist. Ebenfalls angestrebt werden ein möglichst wartungsfreier Betrieb der Anlage und eine hohe katalytische Produktivität, um lange Produktionszyklen zu gewährleisten. Die eingesetzten Katalysatoren sollen sich an großtechnischen Verfahren wie dem Shell Higher Olefin Prozess orientieren, dabei aber an die milderen Bedingungen und den kleineren Maßstab der Hof-Bioraffinerie angepasst werden.

Im Fokus stehen metallorganische Nickel-Komplexe mit zweizähnigen P,O- oder N,O-Chelatliganden. Die Eigenschaften des Katalysators werden durch deren Größe, Struktur und Substitutionsmuster wesentlich beeinflusst. Vor allem der Grad der Oligomerisierung ist eine entscheidende Kenngröße, da sowohl zu kurz- als auch zu langkettige Moleküle für den Einsatz als Kraftstoff ungeeignet sind. Hier spielen auch die eingesetzten Coliganden, vor allem verschiedene Phosphine, eine bedeutende Rolle.

Zu Beginn werden die Katalysatoren in homogener Lösung eingesetzt und die Produkte destillativ abgetrennt. Im weiteren Verlauf des Projektes soll außerdem ein Reaktorprototyp entwickelt und der Prozess durch Aufbringen des Katalysators auf ein inertes Trägermaterial heterogenisiert werden.

Xanthohumol, das höchstkonzentrierte Prenylflavonoid in der Hopfenpflanze, wird während des Brauvorganges in das Flavanon Isoxanthohumol umgewandelt. Die höchstkonzentrierten Prenylflavanone im Bier sind somit Isoxanthohumol und 6 Prenylnaringenin. Da Isoxanthohumol im Körper zu 8 Prenylnaringenin metabolisiert wird und 6-Prenylnaringenin direkt aufgenommen wird, wurden diese durch Biergenuss aufgenommen Substanzen auf ihre biologischen Aktivitäten wie z.B. neurogenese-induzierende und anti-kanzerogene Aktivität untersucht. Beide Substanzen zeigen differenzierungsinduzierende Aktivitäten auf neuronale Stammzellen und wurden als HDAC (Histondeacelyase) Inhibitoren identifiziert.

Um im Körper eine Wirkung auf die neuronale Stammzellen im Gehirn entfalten zu können, müssen die Substanzen die Blut-Hirn Schranke passieren. Folglich soll die Penetration der beiden Flavonoide 6 Prenylnaringenin und 8 Prenylnaringenin durch die Blut-Hirn Schranke in einem Modellsystem untersucht werden.

Zur Darstellung von Polyamidmonomeren aus petrochemischen Quellen sind diverse Wege bekannt. Wie in vielen anderen Bereichen auch wird bei der Synthese von Polyamid-Monomeren versucht, diese erdölbasierten Rohstoffe durch nachwachsende zu ersetzen bzw. zu ergänzen. In diesem Projekt sollen aliphatische, ungesättigte Fettsäuren als Ausgangsstoff dienen. Besonders interessant aufgrund des niedrigen Preises und der Verfügbarkeit, ist dabei die Ölsäure. Zur Darstellung eines Carbonamids, muss eine Stickstofffunktionalität eingeführt werden.

Im aktuellen Projekt sollen die ungesättigten Fettsäuren mit Hilfe von Distickstofftrioxid N₂O₃ in die entsprechenden Furoxane umgesetzt werden, welche dann zu den gewünschten Aminen gespaltet werden können.

Ein weiterer Punkt ist die Synthese solcher Wachs-Verbindungsklassen. In maritimen Organismen, die jedoch tief im Meer schwer zugänglich sind, findet man beispielsweise langkettige Ether und Oligomere davon. Durch die Synthese dieser langkettigen Ether und deren anschließender Oligomerisierung könnten diese leichter zugänglich werden. Daran anschließend können die Eigenschaften ihrer Verwendung in Kunststoffen, Thermoplastischen Elastomeren (TPE), ermittelt werden.