< Previous10 Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 Coverstory Authentifizierung von Reis durch Elementspezifische ICP-MS Profilierung und statistischer Modellierung Identifizierung der geografischen Herkunft von Reis mit dem Agilent 7900 ICP-MS und MPP-Software C hina ist der weltweit größte Produzent von Reis, der ein wichtiges Grundnahrungsmittel für fast die Hälfte der Weltbe- völkerung ist. Angesichts der enormen weltweiten Nachfrage nach Reis sind hochwertige Sorten ein Ziel für Lebensmittelbetrüger, die routinemäßig Lebensmittel verfälschen oder falsch eti- kettieren, um Geld zu verdienen. Der Preis von Reis in China hängt stark davon ab wo die Pflanzen angebaut werden, weshalb die Erzeuger die geo- grafische Angabe (GI) verwenden, um ihre Produkte auf dem Markt zu differen- zieren. Reis, der nach seiner Herkunfts- region beworben wird, ist anfälliger für Verfälschungen, wenn die Nachfra- ge nach dem Produkt höher ist als die Menge, die produziert werden kann. Die Überprüfung der Herkunft und Echtheit von Lebensmitteln ist auch für die Lebensmittelsicherheit und die Ein- haltung von Vorschriften fundamental. Die Elementzusammensetzung von Nahrungspflanzen und verarbeiteten Lebensmitteln variiert je nach Pflanzen- sorte, Bodenart, Umweltfaktoren und landwirtschaftlichen Praktiken wie Be- wässerung und Düngemittel. Die Ana- lyse eines breiten Spektrums von Ele- menten in Lebensmitteln wird häufig mit einer ICP-MS, nach einem mikro- wellenunterstützten Säureaufschluss der Proben durchgeführt. Die Ergebnis- se liefern einen “elementaren Fingerab- druck” jeder Probe, der für die geogra- fische Herkunft der Probe repräsentativ ist. Diese Informationen sind für Au- thentifizierungsstudien nützlich und wurden bereits bei Lebensmitteln wie Kürbiskernöl, Tee, Wein, Honig und Ge- würzen angewandt. Agilent ICP-MS-Daten sind kompatibel mit der Agilent Mass Profiler Professional (MPP), einem Chemometrie-Softwarepa- ket, das für die Verarbeitung großer MS- Datensätze konzipiert ist. MPP umfasst eine Reihe von Datenklassifizierungsme- thoden, die es Analysten ermöglichen, robuste Modelle zur Vorhersage von At- tributen (wie z. B. der Herkunft der Probe) unbekannter Proben zu erstellen. In dieser Studie wurden Spurenele- mentdaten für 90 Reisproben bekann- ter geografischer Herkunft mit einem Agilent 7900 ICP-MS erfasst. Der große 11Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 PCA zeigte, dass dieElementzusam- mensetzung (unterschiedliche Konzen- trationen/Anreicherung) von Reis durch die geografische Herkunft beeinflusst wurde, was eine recht gute Unterschei- dung zwischen fünf geografischen Ge- bieten ermöglichte. Die Modelle wurden anhand der ICP-MS-Daten trainiert und mit “unbekannten” Proben getestet. Die Studie zeigte, dass es möglich war, die Herkunft aller 24 ‘unbekannten’ Proben mit Hilfe mehrerer Vorhersagemodel- le zu ermitteln. Die in dieser Studie be- schriebene Methode zur Erstellung von Elementprofilen hat das Potenzial, die geografische Herkunft von Reis und an- deren hochwertigen Lebensmitteln zu charakterisieren, was eine routinemäßi- ge Authentizitäts Analyse von Lebens- mitteln ermöglicht. Quelle: https://www.agilent.com/cs/ library/applications/application-rice- 7900-ICP-MS-5994-4043en-agilent.pdf Co-Autor: Gernot Hudin, Produkt Spe- zialist, Agilent Technologies chz.at/agilent 3D-PCA scores of the 90 rice samples from five different locations (including two different varieties from Liaoning). The axes of the plot represent the top three components of the PCA results. Probendatensatz wurde dann mit der MPP-Software verarbeitet. Nachdem festgestellt worden war, dass die Herkunft jeder Probe mit Hilfe der Hauptkom- ponentenanalyse (PCA) unterschieden werden konnte, wurde die MPP-Software zur Erstellung von Vorhersagemodellen mit verschiedenen Algorithmen zur Klas- senvorhersage verwendet. Zusammen- fassung Das Agilent 7900 ICP-MS mit der ORS4-Zelle, die im He-Kollisi- onsmodus arbei- tet, hat gezeigt, dass es Daten mit hoher Qualität, Robustheit und Stabilität, die für Authentizitäts- studien unerläss- lich sind, liefert. Die Verwendung eines Einzelzel- lengasmodus für alle Analy- ten ermöglichte den Nachweis von 24 Elementen in 90 Reisproben innerhalb kürzester Zeit. Die Daten von 66 der 90 Reisproben dien- ten als Vorhersagemodelle für die Cha- rakterisierung der geografischen Her- kunft der verbleibenden 24 Proben. Für die Verarbeitung des großen Datensatzes wurde die Statistiksoftware Agilent MPP verwendet. Die Datenanalyse mittels 4 ISTD stability Rh was used as the ISTD because it was not expected to be present in the rice samples, unlike other potential ISTD elements such as Sc and Ga. Rh standard solution (1 mg/L) was mixed with the sample using a tee connector. The analytical sequence comprising half of all the rice samples was analyzed repeatedly over 10 hours. All the ISTD recoveries were within the ± 20% limit, as indicated by the red dotted lines shown in Figure 1. The results demonstrated that the 7900 ICP-MS has the robustness and high matrix tolerance for authenticity studies that require long-term runs of food digests. Figure 1. ISTD recovery of sample analysis over 10 hours using the Agilent 7900 ICP-MS. Data mining using MMP software The multi-element data batch files (90 rice samples, 24 elements) were combined and imported into MMP chemometric software for statistical analysis. The software includes various tests such as t-test, analysis of variance (ANOVA), model building algorithms, correlation and clustering analysis, as well as extended capabilities for R algorithms. PCA (which is an unsupervised technique) was performed to see if there were significant differences between sample groups. The PCA technique evaluates the relative contribution of compounds to the separation of the groups. The three dimensional (3D)-PCA scores are shown Figure 2. A total of 65% of the variance ratio was captured in the first three dimensions, PC1, PC2, and PC3 (Figure 2). A reasonable degree of separation of the 90 rice samples from five locations was achieved using 24 elements. The samples from HB, GX, and LN-1 were clearly separated from the other samples, while there was some overlap between samples from LN-2 and HLJ. According to the PCA loading plot generated from the MPP software, the differences were mainly driven by B, Na, Zn, and Cd for PC1, Al, Fe, Mn, and Sr for PC2, and Na, Cu, Se, and Rb for PC3. The results demonstrated the feasibility of using element concentration data to build a location prediction model, which could predict the geographical origin of unknown rice samples. Figure 2. 3D-PCA scores of the 90 rice samples from five different locations CO 2 -Reduktion im Straßengüterverkehr Diese Studie gibt einen Überblick über Massnahmen zur CO 2 -Reduktion im Straßengüterverkehr fokussiert auf die Akteure Flottenbetreiber und Verla- der. Dabei werden die Massnahmen neben ihrem CO 2 -Reduktionspotenzi- al auch hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und Umsetzbarkeit bewertet und miteinander verglichen. Es werden die Ergebnisse anderer wissenschaftli- cher Studien durch eine umfassende Literaturrecherche zusammengefasst, um einen Überblick über Möglichkeiten zur CO 2 -Reduktion zu geben. Es wurden ausserdem Interviews mit den Konsortialpartnern der Studie geführt, um deren Fachwissen zu nutzen sowie Hintergrundinformationen zu gewin- nen. Für die CO 2 -Emissionen über den gesamten Lebenszyklus und die Total Cost of Ownership (TCO) von alternativen Antrieben wird ein Rechen- konzept erstellt. Die weiteren Massnahmen werden qualitativ betrachtet. Es zeigt sich, dass es eine Vielzahl an Massnahmen gibt, die sowohl wirtschaftlich rentabel als auch CO 2 -einsparend sind. Das CO 2 -Einsparungspotenzial liegt aller- dings meistens im niedrigen einstelligen Bereich. Für sehr hohe CO 2 -Einsparungen sind alternative Antriebe und der Kombinierte Verkehr prädestiniert. Erstere haben jedoch den Nachteil, dass diese aktuell mit deutlich höheren TCO verbunden sind. Es ist daher zu erwarten, dass kurzfristig die CO 2 -Emissionen im Strassengüter- verkehr nur geringfügig sinken werden. Für eine nachhaltige Dekarbonisierung des Strassengüterverkehrs sind technologische Fortschritte und geeignete politi- sche Rahmenbedingungen notwendig. ISBN – 13 (Printausgabe) 9783736974647 98,90 Euro ISBN – 13 (E-Book) 9783736964648 69,90 Euro12 Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 ForsChung Forscher zeigen, wo und wie Pflanzen den Nährstoff Kalium wahrnehmen Neu entdeckte Zellgruppe in der Wurzelspitze reagiert auf Kaliummangel und steuert die Signalwege zur Anpassung der Pflanze K alium ist ein essenziel- ler Nährstoff für alle Le- bewesen. Pflanzen be- nötigen ihn in großen Mengen, insbesondere für das Wachstum und um Stress besser widerstehen zu können. Sie nehmen daher große Mengen an Kalium aus dem Boden auf. In der Land- wirtschaft führt das zu einem Mangel an verfügbarem Kalium im Boden. Das Mi- neral ist deshalb eine wichtige Kompo- nente von Düngemitteln. Ein deutsch- chinesisches Forscherteam hat nun erstmals gezeigt, wo und wie Kalium- mangel in der Wurzel wahrgenommen wird und welche Signalwege die Anpas- sung des Wurzelwachstums und der Ka- liumaufnahme koordinieren, damit die Kaliumversorgung der Pflanze aufrecht- erhalten wird. Zum Hintergrund: Die Aufnahme und der Transport von Kalium auf der Ebene einzelner Zellen sind relativ gut erforscht; viele molekulare Strukturen und Mechanismen, die dabei eine Rolle spielen, sind bekannt. Und bereits vor Jahrzehnten wiesen Wissenschaftler nach, dass Pflanzen sich sehr spezifisch an Kaliummangel anpassen. Ein Rätsel ist jedoch, wie Pflanzen die Verfügbar- keit von Kalium im Boden wahrneh- men und welche Mechanismen hinter den Anpassungsreaktionen des pflanz- lichen Organismus stecken. Hier bringt die neue Studie Licht ins Dunkel. Die Er- gebnisse sind in der Fachzeitschrift „De- velopmental Cell“ veröffentlicht. Beobachtungen widersprechen Lehrbuchwissen Die Wissenschaftler untersuchten Pflanzen der Acker-Schmalwand (Ara- bidopsis thaliana), die mit dem neu ent- wickelten Kalium-Reporterprotein GEPII transformiert wurden. Dieses Reporter- protein ermöglicht es, die Konzentra- tion und Verteilung von Kalium-Ionen in Zellen und Geweben mikroskopisch zu erfassen. Bereits ohne Kaliumman- gel machte das Forscherteam sehr überraschende Entdeckungen: Die Kon- zentration dieses Nährstoffs im Zyto- plasma der Zellen stieg mit jeder Zell- schicht innerhalb der Wurzel von außen nach innen an. „Das waren überraschende Beobach- tungen“, sagt Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnolo- gie der Westfälischen Wilhelms-Univer- sität (WWU) Münster. „Diese widerspre- chen dem Lehrbuchwissen, nach dem die Nährstoffe sowohl von Zelle zu Zelle als auch durch die Zellzwischenräume gleichmäßig von außen nach innen in das Leitgewebe der Wurzel weitergege- ben werden.“ „Kalium-sensitive Nische“ reagiert auf Kaliummangel Nachfolgend untersuchte das For- scherteam, wie Wurzeln auf Kalium- mangel reagieren. Dabei zeigten sie erstmals: Setzt man die Pflanzen Kalium- mangel aus, vermindert sich die Kalium- konzentration ausschließlich innerhalb 13Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 Kaliumkonzentration in den Wurzelzellen (Zytosol) unmittelbar nach Einsetzen des Kaliummangels (Zeitreihe v. l.). Darstellung in Falschfarben; rot (höchste Konzentration) > gelb > grün > blau (niedrigste Konzentration) bestimmter Zellen im Bereich der Wur- zelspitze. Diese „postmeristematischen Zellen“ direkt oberhalb der wachstums- fähigen Stammzellen in der Wurzelspit- ze reagieren auf Kaliummangel extrem schnell; innerhalb von Sekunden nimmt die Kaliumkonzentration im Zellinneren (im Cytoplasma) ab. Dass eine bestimm- te Zellgruppe zentral innerhalb der Wur- zelspitze auf den Kaliummangel in der Umgebung reagiert, war zuvor nicht be- kannt. Das Forscherteam gab dieser Zell- gruppe den Namen „Kalium-sensitive Nische“. „Das waren wiederum sehr überra- schende Beobachtungen“, sagt Jörg Kudla. „Nimmt man den Pflanzen das Kalium weg, reagieren nur die Zellen der Kalium-sensitiven Nische; die Kalium- konzentration in den übrigen Wurzelzel- len ändert sich nicht.“ Bisher hatte man angenommen, dass natürlicherweise die Zellen der äußersten Zellschicht, der Epidermis, zuerst auf die Verminderung der Kaliumkonzentration im Boden re- agieren würden. Weg des Kaliums sichtbar gemacht Zeitgleich mit dem Abfall der Kalium- konzentration in der Kalium-sensitiven Nische treten Kalziumsignale in diesen Zellen auf und verbreiten sich in der Wurzel. Kalzium steuert als Botenstoff viele Prozesse in lebenden Organismen, so auch hier: Die Kalziumsignale setzen eine komplexe molekulare Signalkette in Gang. Diese Signalkette, die die Wissen- schaftler erstmals im Detail aufklärten, bewirkt letztendlich eine verstärkte Bil- dung von Kalium-Transport-Proteinen und Veränderungen in der Gewebediffe- renzierung der Wurzel. Dies ermöglicht eine effizientere Aufnahme von Kalium- Ionen und die Aufrechterhaltung ihrer Verteilung in der Pflanze. „Den Weg des Kaliums haben wir mit bildgebenden Methoden zum ersten Mal in einem le- benden Organismus sichtbar gemacht“, unterstreicht Jörg Kudla. Die Ergebnisse liefern grundlegende Erkenntnisse darüber, wo Pflanzen die Verfügbarkeit des essenziellen Nähr- stoffs Kalium wahrnehmen und wie sie sich daran anpassen. Das Verständnis dieser Prozesse könnte künftig helfen, für landwirtschaftliche Zwecke verbes- serte Pflanzen zu züchten und Dünger passgenauer einzusetzen. Zur Methodik Um die Kalium-Verteilung in den Pflanzenwurzeln sichtbar zu machen, nutzten die Wissenschaftler spezielle mikroskopische Methoden (zum Beispiel Förster-Resonanzenergietransfer, FRET) in Kombination mit Sensorproteinen für Kalium, Kalzium und Wassertoffper- oxid. Zur Untersuchung der molekula- ren Mechanismen erzeugten und ver- glichen die Wissenschaftler transgene Arabidopsis-Pflanzen, die aufgrund verschiedener genetischer Mutationen Symptome von Kaliummangel zeigten. Sie nutzten eine Reihe genetischer, mo- lekularbiologischer und biochemischer Methoden, um die an der Weiterleitung der Kaliumsignale beteiligten Proteine und Mechanismen zu identifizieren und zu charakterisieren. Förderung Die Arbeit erhielt finanzielle Unterstüt- zung von der National Natural Science Foundation of China, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Bei- jing Outstanding University Discipline Program. Originalpublikation Feng-Liu Wang, ya-Lan Tan, Lukas Wallrad, Wei-Hua Wu, Jörg Kudla, yi Wang (2021): A potassium-sensing niche in Arabidopsis roots orchestra- tes signaling and adaptation responses to maintain nutrient homeostasis. De- velopmental Cell 56, 6; 781-794; DOI: 10.1016/j.devcel.2021.02.02714 Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 AutoMAtIon TÜV AUSTRIA Belgium zertifiziert nachhaltigen Vliesstoff Bemliese ™ als biologisch abbaubar im Meerwasser Der nachhaltige Vliesstoff Bemliese™ von Asahi Kasei ist vom TÜV AUSTRIA Belgium als „OK biodegradable MARINE“ zertifiziert worden. Das aus Baum-woll-Linter hergestellte Material kann für eine Vielzahl von Einwegprodukten und -anwen-dungen eingesetzt werden, von kosmetischen Gesichtsmasken und Tüchern für die medi-zinische Sterilisation bis hin zu Reinigungstüchern für Präzisionsmaschinen und Labore. In einem weiteren Expansionsschritt hat Asahi Kasei auch den europäischen Markt im Blick. Asahi Kasei Bemliese B emliese™ ist ein Vlies- stoff aus Baumwoll-Linter – winzige haarähnliche Fasern auf Baumwollsa- men. Asahi Kasei ist das erste und einzige Unter- nehmen weltweit, das ein nachhaltiges, proprietäres Verfahren zur Behandlung des Linters entwickelt hat. Damit gelang es dem Unternehmen einen Stoff herzu- stellen, der in einer Vielzahl von Produk- ten verwendet werden kann. Linter war ursprünglich ein Abfallpro- dukt, das heutzutage etwa 3% des Ge- samtertrags einer Ernte ausmacht. Der TÜV AUSTRIA Belgium NV hat die bio- logische Abbaubarkeit des Materials im Meer anerkannt und Bemliese™ als „OK biodegradable MARINE“ zertifiziert. Zuvor hatte das Material be-reits Zertifi- zierungen für Industriekompost, Heim- kompost und die biologische Abbaubar- keit im Boden durch den TÜV AUSTRIA Belgium erhalten. Geeignet für ein breites Spektrum von Anwendungen Neben seiner Nachhaltigkeit ist Bem- liese™ auch mit seinen einzigartige Ma- terialeigenschaften inte-ressant für Anwendungen in verschiedenen Bran- chen. Im trockenen Zustand hinterlässt Bemliese ™ praktisch keine Flusen, Krat- zer oder Chemikalien auf den Oberflä- chen, die es berührt. Damit eignet es sich für die Reinigung von Geräten in Industrie-, Labor- oder medizinischen Umgebungen macht, die kontaminati- onsfrei bleiben müssen. Seine hohe Reinheit hält das Material frei von überschüssigen Ölen oder Che- mikalien, die in ähnlichen Materialien enthalten sein können. Außerdem hat es eine höhere Saugfähigkeit als Baumwoll- gaze, Rayon/PET oder Baumwollvlies. Im Gegensatz zu Baumwolle wird Bem- liese ™ nach der Befeuchtung außeror- dentlich weich und legt sich gut über jede Oberfläche, die es berührt, mit wenig bis gar keinem Abrieb. Die außergewöhnli- che Feuchtigkeitsabsorption und die Fä- higkeit, winzige Partikel festzuhalten, machen es zu einem ausge-zeichneten Stoff für hygienische Anwendungen oder medizinische Sterilisation. Im feuchten Zustand kann es die Ober- fläche eines Objekts fest umschließen und das Material an seinem Platz halten, während es trocknet. Die zurückgewon- nene Zellulose-Filamentstruktur, die durch die Verwendung von Baumwoll- Linter als Material entsteht, bietet ein viel höheres Maß an Flüssig-keitsrückhal- tung als normale Baumwolle. Nachhaltige Schönheit Kosmetische Gesichtsmasken aus Bemliese™ erfreuen sich in Asien großer Beliebtheit und werden bereits von füh- renden Kosmetikunternehmen wie L‘Oréal und der KOSÉ Group genutzt. 15Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 Die Asahi Kasei Corporation ist ein weltweit tätiger Technologiekonzern mit den drei Geschäftsberei-chen Material, Homes und Health Care. Der Geschäftsbereich Material umfasst Fasern & Textilien, Petrochemikalien, Hochleistungspolymere, Hochleistungswerkstoffe, Verbrauchsgüter, Batterieseparatoren und Elektronik- geräte. Der Geschäftsbereich Homes bietet auf dem japanischen Markt Bau-stoffe bis hin zu fertigen Häusern an. Zum Bereich Health Care gehören Pharmazeuti- ka, Medizintech-nik sowie Geräte und Systeme für die Akut- und Intensivmedi- zin. Mit mehr als 44.000 Beschäftigten in aller Welt betreut die Asahi Kasei Gruppe Kunden in mehr als 100 Ländern und erzielte einen Um-satz von 17,3 Milliarden Euro (2,1 Billionen yen) im Geschäftsjahr 2020 (1. April 2020 – 31. März 2021). „Creating for Tomorrow“. Mit diesem Slogan verweist die Asahi Kasei Gruppe auf die gemeinsame Mis-sion all ihrer Unternehmen, mit nachhaltigen Produkten und Technologien Menschen in aller Welt zu einem besseren Leben und Wohnen zu verhelfen. Asahi Kasei Bemliese Diese Ge-sichtsmasken absorbieren und halten Wirkstoffe für die Haut weitaus effizienter als vergleichbare Produkte und haften ab dem Moment, in dem sie die Haut berühren. Dies ermöglicht ein gleichmäßiges Auftragen der Wirkstof- fe auf die Haut, was zu hervorragenden Ergebnissen führt. Im Gegensatz zu her- kömmlichen Gesichtsmasken, die in der Regel Kunststoffe enthalten, zeichnen sich die aus Baumwoll-Linter hergestell- ten Tücher durch einen 100% natürli- chen Ausgangsstoff, eine saubere Pro- duk-tion und eine schnelle biologische Abbaubarkeit in etwa vier Wochen aus. Durch das steigende Umweltbewusst- sein der Konsumenten finden diese Ei- genschaften des Materials in der Kosme- tikbranche zunehmend Anklang. Nächster Schritt: Europa Nach dem Erfolg in Asien startet Asahi Kasei derzeit den Verkauf von Bemlie- se™ in Nordamerika. In einem weiteren Schritt strebt das Unternehmen mittel- fristig auch die Expansion auf den eu- ropäischen Markt an. Durch die Ver- schärfung der Regularien und die sich ändernden Verbraucherwünsche ver- stärkt sich der Druck auf die europäi- sche Industrie, den CO 2 -Fußabdrucks in der gesamten Wert-schöpfungskette zu verringern. Damit steigt zunehmend der Bedarf nach nachhaltigen Materialien. „Die ‚OK biodegradable MARINE‘ Zer- tifizierung wird dazu beitragen, das Be- wusstsein für die umwelt-freundlichen Aspekte von Materialien aus regenerier- ter Zellulose zu schärfen – insbesonde- re im Hinblick auf das Mikroplastikprob- lem in unseren Ozeanen. Außerdem hat die EU kürzlich Einwegplastik verboten. Dies eröffnet neue Anwendungsmög- lichkeiten für zellulosebasierte Faser- materialien, die nicht Teil dieses Verbots sind“, sagt Koichi yamashita, Head of Sales Bemliese“, Performance Pro-ducts SBU bei Asahi Kasei. Weitere Informationen zu Bemliese™ finden Sie hier: https://www.asahi-ka- sei.co.jp/bemliese/en/. chz.at/asahi-kasei16 Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 WIssensChAFt Die Schlacht der Plejaden gegen die Pflanzenimmunität Die Plejaden sind nicht nur ein Sternbild und Nymphen aus der griechischen Mythologie, sondern auch eine Gruppe von Maisbeulenbrand-Proteinen. Diese bekämpfen die Immunität von Mais gegen den Krankheitserreger gemeinsam gleich an mehreren Fronten. Eines dieser Proteine scheint dabei eine besondere Rolle zu spielen, indem es sowohl die Immunität hemmt als auch die Blütezeit beeinflusst. Diese Forschungsergebnisse welche maßgeblich am Wiener GMI – Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften entstanden sind – wurden nun in der Zeitschrift PLOS Pathogens veröffentlicht. P athogene Organismen existieren in verschiede- nen Formen und nutzen unterschiedliche Strate- gien, um auf Kosten ihrer Wirte zu überleben und sich zu vermehren. Einige dieser Erre- ger werden als „biotroph“ bezeichnet, da sie als Parasiten ihre Wirte am Leben erhalten. Diese biotrophen Pathoge- ne deregulieren physiologische Pro- zesse in ihren Wirten, indem sie deren Immunabwehr unterdrücken und die Krankheitsentwicklung begünstigen. Bei biotrophen Pflanzenpathogenen werden solche „feindlichen Handlun- gen“ auch von Proteinen, die als „Effek- toren“ bezeichnet werden, durchgeführt. Der Maisbeulenbranderreger, Ustilago maydis ist ein biotropher Pilz, welcher hunderte von Effektoren dafür einsetzt seinen Wirt zu manipulieren. Bislang war das molekulare Waffenarsenal, mit dem Ustilago maydis die Maispflanze befällt, weitgehend unerforscht. Jetzt enthüll- ten Forscher um den Bonner Professor und früheren GMI-Gruppenleiter Armin Djamei die Funktion der Plejaden, einer heterogenen Gruppe von Effektorprote- inen – und erzählen nebenbei eine Ge- schichte, die der griechischen Mytholo- gie würdig ist. Die Plejaden: Zwischen Mythologie, Sternen und Maisimmunität Ob der Sternhaufen im Sternbild Stier nach den sieben Töchtern von Atlas und Pleione benannt wurde, oder ob das Ge- genteil der Fall ist, ist umstritten. Wie aber kommt eine Gruppe von Effektor- proteinen im Maisbeulenbrand zu dem Namen Plejaden? Tatsächlich sind die Gene, die die Plejaden kodieren, als ko- regulierter Cluster im U. maydis-Ge- nom angeordnet, daher die Analogie mit dem Sternhaufen. Außerdem ist der be- treffende Gencluster, wie viele andere für Effektoren kodierenden Bereiche im Genom, besonders dynamisch. Dieses Phänomen ist zum Teil auf die hohe Prävalenz von Transposon-Sequenzen, also „springenden Genen“, zurückzu- führen. Die hohe Sequenzdiversität im genetischen Cluster der Plejaden hat zur Folge, dass Effektorproteine entstehen, denen konservierte Domänen fehlen. Daher ist eine sequenzbasierte Vorher- sage der Funktionen der Plejaden nicht möglich. Die Kräfte, die im Kampf gegen die Maisimmunität im Spiel sind, warten noch weitestgehend auf eine genaue Untersuchung. Unterschiedliche Taktiken führen zum gleichen Ziel „Wir haben nun zum ersten Mal die Funktion eines ganzen Effektorclusters in U. maydis entschlüsselt, nämlich des Clusters von zehn Effektorgenen, die die Plejaden kodieren“, sagt Djamei. Dazu analysierte das Team den Effekt einer Deletion (Löschung) des Clusters im Er- reger sowie die Produktion dieser Protei- ne in Pflanzen. „Wir konnten zeigen, dass eine Deletion des Clusters den Erreger GMI-IMBA Gebäudes © Moritz SchellSchnelle automatisierte Lösemittel-Extraktion www.cem.de T +49 2842 / 96 44 - 0 stark schwächt und zur Anhäufung von Reaktiven Sauerstoff-Spezies, (Englisch: Reactive Oxygen Species [ROS]) in in- fiziertem Pflanzengewebe führt“, er- klärt Dr. Fernando Navarrete, Erstautor der Publikation. Die schnelle Produkti- on von ROS ist ein bekannter pflanzli- cher Immunabwehrmechanismus, der es der Pflanze ermöglicht, den eindrin- genden Erreger zu bekämpfen aber auch benachbarte Zellen in Alarmbereitschaft versetzt. Acht der zehn Plejaden schei- nen speziell auf diesen Mechanismus abzuzielen, wenn auch mit unterschied- lichen Mitteln und trotz deutlicher Se- quenzunterschiede. Navarrete: „Unsere Ergebnisse unterstreichen die funktio- nelle Bedeutung von Effektorclustern bei Maisbrandpilzen. Die funktionelle Re- dundanz der einzelnen Akteure erklärt sich durch ihre mechanistische Vielfalt und Komplementarität. Man muss sich die einzelnen Plejaden als unterschied- liche Einheiten vorstellen, die denselben Feind an mehreren Fronten bekämpfen.“ Blüte fördern, um Immunität besser zu bekämpfen? Djamei und sein Team zeigten, dass zwei der Plejaden, Taygeta1 und Über das GMI Das Gregor Mendel Institut für Mole- kulare Pflanzenbiologie (GMI) wurde von der Österreichischen Akade- mie der Wissenschaften (ÖAW) im Jahr 2000 gegründet, um Spitzenfor- schung in der molekularen Pflanzen- biologie zu fördern. Das GMI gehört zu den weltweit wichtigsten Pflanzen- forschungseinrichtungen. Mit mehr als 130 Mitarbeiterinnen und Mitar- beitern aus 35 Ländern erforschen die neun Forschungsgruppen des GMI Grundlagen der Pflanzenbiologie, vor allem molekulargenetische Aspekte wie epigenetische Mechanismen, Po- pulationsgenetik, Zellbiologie, Stress- resistenz und Entwicklungsbiolo- gie. Das GMI befindet sich am Vienna BioCenter, einem der führenden Life- Science-Standorte Europas. Illustration ©floorfour/GMI Schematische Darstellung des Wirkmechanismus der Plejaden. Der pleiades-Gencluster im Genom von Ustilago maydis (Maisbeulenbrand) kodiert eine Familie von Proteinen, die Plejaden, die auf die Immunität von Mais abzielen. Die beiden Plejaden Taygeta1 (Tay1) und Merope1 (Mer1) hemmen die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (Englisch: Reactive Oxygen Species, ROS), wenn auch in unterschiedlichen Zellkompartimenten. Zusätzlich modifiziert Mer1 im Zellkern die Aktivität von RFI2- Homologen (Red and Far-Red Insensitive 2), einer Familie von Enzymen, die an frühen Immunantworten beteiligt sind und die Blütezeit in Pflanzen kontrollieren. ©Djamei/GMI Merope1, die ROS-Produktion in ver- schiedenen Teilen der Pflanzenzel- le hemmen. Taygeta1 tut dies im Zyto- plasma der Zelle, während Merope1 im Zellkern wirkt. Diese beiden “Schwes- tern“ scheinen innerhalb der Plejaden die Führung im Kampf gegen die Pflan- zenimmunität zu übernehmen, indem sie neue Rollen besetzen. Die Forscher entdeckten für Merope1 des Weiteren den genauen Wirkmechanismus: Diese Plejade scheint eine Familie von Enzy- men zu beeinflussen, die auch die Blü- tezeit kontrollieren. „Ein Effektor, der die Immunität dämpft und gleichzeitig die Blüte fördert, wäre ein großer Vorteil für Brandpilze, die sich normalerweise nur im Blütengewebe des Wirts sexuell ver- mehren“, erklärt Djamei. In der griechischen Mythologie ist Merope übrigens die einzige Plejade, die bei der Heirat mit einem Sterblichen verblasst, während ihre Schwestern ihr ewiges Leuchten bewahren. In Kunst- werken des 19. Jahrhunderts wurde sie oft als “verlorene Plejade” dargestellt – nun ist sie in der Bekämpfung der Pflan- zenimmunität wieder aufgetaucht. Originalveröffentlichung: Navarrete F et al. „The Pleiades are a cluster of fungal effectors that inhib- it host defenses“. PLOS Pathogens, 2021. https://journals.plos.org/plospathogens/ article?id=10.1371/journal.ppat.1009641 Der Großteil dieser Forschung wurde am GMI durchgeführt. Finalisiert wurde die Arbeit am Leibniz-Institut für Pflan- zengenetik und Kulturpflanzenfor- schung (IPK), Gatersleben, Stadt Seeland, Deutschland und der Exzellenz-Uni- versität Bonn, INRES, Abteilung für Pflanzenpathologie. https://www.oeaw.ac.at/gmi18 Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 J indabyne Brewing hat seinen Sitz in der kleinen Ortschaft Jindabyne im aus- tralischen Bundesstaat New South Wales. Der Eigen- tümer Karl Veiss war zu- nächst Hobbybrauer, bis er schließlich in 2015 ein Geschäft daraus machte. Heute ist das Unternehmen als regio- nales Brauhaus erfolgreich etabliert und erwirtschaftet 80 Prozent des Umsat- zes in seiner Umgebung. Anders als bei den meisten Craft-Brauereien werden hauptsächlich Lagerbiere produziert, drei Biere aus dem Kernsortiment sind Lager. Das Wachstum von Jindabyne Brew- ing machte eine professionelle Brauerei- ausrüstung erforderlich. Zur Bierklärung wurde bis vor Kurzem ein in die Jahre gekommener und zunehmend repara- turanfälliger Massefilter genutzt. Damit sollte nun Schluss sein. Ein erfahrener Brauereimitarbeiter empfahl seinem Boss den Einsatz einer Zentrifuge, weil das Se- parationsverfahren Bierverluste reduziert. Der Besitzer und Chefbrauer Karl Veiss erzählt: „Auf der Messe BrewCon 2019 in Karl Veiss, Eigentümer von Jindabyne Brewing, vor der neuen Zentrifuge Brew 20. (© Alfa Laval) Melbourne habe ich dann die Zentrifu- ge Brew 20 von Alfa Laval gesehen und mich über die Technologie und deren Vorteile informiert. Dazu kam, dass Alfa Laval eine flexible Finanzierung angebo- ten hat, was für ein junges Unternehmen sehr attraktiv ist.“ So war die Investitions- entscheidung gefallen. Separationsverfahren für die Bierklärung Alfa Laval ist einer der weltweit größten Lieferanten von Trennanlagen für die Brauindustrie und hat zahlreiche Sepa- ratoren für die speziellen Anforderungen dieser Branche entwickelt. Prädestiniert für Kleinbrauereien ist die Bierzentri- fuge Brew 20. Mit einer Arbeitsleistung von 4–15 hl/h ist die Zentrifuge einsetz- bar für die Vorklärung, die Jungbier-Klä- rung, die Klärung der heißen Bierwürze und die Bierrückgewinnung. Im Gegen- satz zu Downstream-Filtrationslösungen können Hefe, Hopfen und andere Fest- stoffe herausgetrennt werden, ohne dass dabei die Hopfenöle und -aromen ver- loren gehen. Das Trübungsmesssystem und die Funktion zur Einstellung der Geschwindigkeit ermöglichen die Her- stellung kristallklarer sowie trüber Biere. Die Brew 20 hat einen zeitgesteuer- ten Austrag der Feststoffe mit definier- ten Teilentladungen. Dieses selbstaus- lösende Smart-Eject-System ermöglicht einen hohen Gehalt an Trockensubstanz in den Feststoffen und minimiert den Produktverlust. Eine axiale hermetische Dichtung reduziert die Aufnahme von gelöstem Sauerstoff auf unter 10 ppb. Anders als bei herkömmlich hydrother- mischen Dichtungen benötigt die Brew 20 kein CO 2 und kein entgastes Wasser. So sparen Anwender Zeit und Kosten. Alfa Laval Brew 20 besteht aus einem Separator, einer Wegetechnik mit Ven- tilen sowie einem Schaltschrank. Alle Komponenten sind auf einem stabi- len Plug-and-Play-Rahmen montiert. Die Kontaktflächen der Produktflüssig- keit sind hygienefreundlich aus Edel- stahl gefertigt. Sämtliche Dichtungen mit Produktkontakt bestehen aus FDA- zugelassenem Material und entspre- chen den europäischen Lebensmittelbe- stimmungen gemäß EC1935/2004. Das AnWenDerBerICht Alfa Laval: Craft-Brauerei wächst mit neuer Filtrationslösung Die Zentrifuge Brew 20 von Alfa Laval ist kompakt, leistungsfähig und einfach zu installieren. Insbesondere kleine Brauhäuser und Craft-Brauereien profitieren von hochqualitativer Bierklärung und mehr Ausbeute. Diese Vorteile macht sich nun auch das australische Brauerei-Start-up Jindabyne Brewing zu Nutze. Im Ergebnis konnte der Ertrag pro Charge um 10 Prozent gesteigert werden.19Lebensmittel-&Biotechnologie | 2021 | 05 Alfa Laval ist in den Bereichen Ener- gie, Marine sowie Lebensmittel und Wasser tätig und bietet Know-how, Produkte und Service für eine Viel- zahl von Branchen in über 100 Län- dern. Das Unternehmen engagiert sich für Prozessoptimierung, verant- wortungsvolles Wachstum und den Fortschritt – und „geht immer die Ex- tra-Meile“, um Kunden bei der Errei- chung ihrer Geschäfts- und Nachhal- tigkeitsziele zu unterstützen. Die innovativen Technologien von Alfa Laval dienen der Reinigung, Ver- edelung und Wiederverwendung von Materialien und fördern einen verant- wortungsvolleren Umgang mit na- türlichen Ressourcen. Sie tragen zu optimierter Energieeffizienz und Wär- merückgewinnung, besserer Wasser- aufbereitung und reduzierten Emis- sionen bei. So macht Alfa Laval nicht nur seine Kunden erfolgreich, son- dern dient auch den Menschen und dem Planeten. Wir machen die Welt besser, jeden Tag. Alfa Laval beschäftigt 16.700 Mitar- beiter und erzielte 2020 einen Jahres- umsatz von rund 41,5 Milliarden SEK (ca. 4 Milliarden Euro). Das Unterneh- men ist an der Nasdaq OMX notiert. Querschnitt der Separatortrommel: Die schwerere Feststoffphase wird am Rand der Schüssel gesammelt und dann intermittierend über den Zentrifugenzyklon ausgetragen. (© Alfa Laval) Separationssystem ist für eine vollauto- matische CIP-Reinigung konstruiert. Schnelles Abkühlen des Bieres Karl Veiss berichtet von der reibungs- losen Installation und Einrichtung der Brew 20 durch einen Alfa Laval Tech- niker. „Als zwei Chargen durchgelaufen waren, gab es noch einige Anpassun- gen am Puffer. Schon nach 2,5 Wochen Betrieb brachte die Zentrifuge die zuge- sagte Leistung und machte sich schnell bezahlt.“ Die Bedienung ist sehr einfach. Hat man einmal das Volumen und die Durchflussrate eingestellt, ist die Brew 20 sofort einsetzbar und läuft automa- tisch, was Karl Veiss auf die Formel „Set and forget“ bringt. Beim zuvor genutzten Massefilter habe man den Betrieb immer sehr genau überwachen müssen, zumal die Gärtanks keinen Absetzraum haben und die Feststoffe daher aufrühren und die Charge verderben können. Wenn der Massefilter verstopfte, was häufig der Fall war, habe es einen ganzen Tag gedauert, bis die Produktion wieder aufgenom- men werden konnte. Das stellte Jin- dabyne Brewing insbesondere während der 4-monatigen Hochsaison im Winter vor Probleme. „Außerdem hatten wir keine Zeit, das Bier für die Klärung abzu- kühlen und so schütteten wir die Rest- mengen einfach weg, um mit der Nach- frage Schritt zu halten. Mit der neuen Zentrifuge müssen wir das nicht mehr tun, weil sie das Bier sehr schnell kühlt.“ Bierverlust um 75 Prozent reduziert Jindabyne Brewing hat zwei Tanks mit einem Fassungsvermögen von jeweils 1.200 Litern. „Durch den Einsatz der Brew 20 konnte der Ertrag um durchschnittlich 10 Prozent pro Charge erhöht werden, manchmal gewinnen wir 15 oder sogar 18 Prozent zurück“, so Karl Veiss. Weil das Bier einen hohen Feststoffgehalt hat, ließen sich mit dem Massefilter bei einem 24 Hektoliter-Durchgang nur 20 Hek- toliter zurückgewinnen. Mit der Brew 20 gehen lediglich 100 Liter von einer 2.550-Liter-Charge verloren. Das bedeu- tet eine erhebliche Verringerung des Bier- verlusts von 16 Prozent auf 4 Prozent und schlägt sich direkt in einer höheren Ren- tabilität nieder. Die Brauerei verfügt über keinen weiteren Tank, sodass die einzige Möglichkeit zur Produktionssteigerung darin besteht, mehr Bier aus der Hefe zu- rückzugewinnen. Karl Veiss: „Zu guter Letzt vermeiden wir Abfall und produ- zieren jetzt umweltfreundlicher, was uns wirklich wichtig ist.“ chz.at/alfalaval Brew 20 ist eine Zentrifuge für kleine Brauhäuser und Craft-Brauereien. (© Alfa Laval)Next >