Im Turmbau von Windenergieanlagen haben sich insbesondere bei großen Turmhöhen Beton‐ oder Hybridtürme etabliert, welche durch ihre bessere Transportfähigkeit die traditionellen Stahltürme abgelöst haben. Speziell die Fertigteilbauweise bringt jedoch aufgrund der erforderlichen Fugen Fragestellungen mit sich, welche durch die derzeitigen Modelle und Berechnungsansätze nicht zufriedenstellend gelöst werden. Bei der Ausbildung sogenannter Trockenfugen (Horizontalfugen) zwischen den Segmenten erfolgt die Kraftübertragung der Querkräfte und Torsionsmomente ausschließlich über die Reibung in der Fuge, wobei der Reibwiderstand durch die externe Vorspannung und den Reibbeiwert erzeugt wird. Die Querkrafttragfähigkeit in der Fuge ermittelt sich über einen linearen Ansatz, wonach die zulässige Querkraft der Vorspannkraft, multipliziert mit dem Reibbeiwert, entspricht. Für die Übertragung der Torsionsmomente erfolgt die Berechnung nach den bekannten Torsionstheorien nach Bredt und Saint‐Venant, wonach die Fuge, solange diese überdrückt ist, ein sehr großes Torsionsmoment übertragen kann. Kommt es jedoch im Grenzzustand der Tragfähigkeit zum Aufklaffen der Fuge, fällt das zulässige Moment um ein Vielfaches ab und wird somit zu einem Grenzkriterium in der Bemessung des Turms. Nach aktuellen Untersuchungen beschreiben diese Ansätze das Trag‐ und Verformungsverhalten einer solchen Fuge unzutreffend, woraus sich in der Bemessung sowohl ein Unsicherheitsbereich, aber auch ein sehr großes ungenutztes Potenzial ergibt.

The patchoulol synthase (PTS) is a multi-product sesquiterpene synthases which is the central enzyme for biosynthesis of patchouli essential oil in the patchouli plant. Sesquiterpene synthases catalyse the formation of various complex carbon backbones difficult to approach by organic synthesis. Here, we report the characterisation of a recombinant patchoulol synthase complementary DNA (cDNA) variant (PTS var. 1), exhibiting significant amino acid exchanges compared to the native PTS. The product spectrum using the natural substrate E,E-farnesyl diphosphate (FDP) as well as terpenoid products resulting from conversions employing alternative substrates was analysed by GC-MS. In respect to a potential use as a biocatalyst, important enzymatic parameters such as the optimal reaction conditions, kinetic behaviour and the product selectivity were studied as well. Adjusting the reaction conditions, an increased patchoulol ratio in the recombinant essential oil was achieved. Nevertheless, the ratio remained lower than in plant-derived patchouli oil. As alternative substrates, several prenyl diposphates were accepted and converted in numerous compounds by the PTS var. 1, revealing its great biocatalytic potential.

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Fusion to rd to expres synthase are comparable to other described plant sesquiterpene synthases and in the typical range of enzymes belonging to the secondary metabolism. This leaves potential for optimizing catalytic parameters through methods like directed evolution.

Die Entwicklung der Türme von Windenergieanlagen (WEA) hat eine Vielzahl von Konstruktionen hervorgebracht und bereits bestehende Konstruktionsarten wurden stetig weiterentwickelt. Eine dieser Konstruktionen ist die Segmentbauweise, welche sich aufgrund der großen Anzahl an vorgefertigten Bauteilen für den Turmbau besonders gut eignet. Von besonderer Bedeutung bei dieser Konstruktion sind die entstehenden Segmentfugen, welche bereits im Brückenbau vielfach untersucht wurden. Als großer Unterschied zum Brückenbau werden die Segmente jedoch nicht mit Schubverzahnungen ausgeführt, sondern größtenteils als geschliffene Trockenfugen ausgebildet. Bei einer Vorspannung der Türme mit einer externen Vorspannung erfolgt die Kraftübertragung in den Segmentfugen somit ausschließlich über Reibung. Die in der Vergangenheit durchgeführten Untersuchungen von solchen „sehr glatten“ Fugen wurden i. d. R. an glatt geschalten Oberflächen und nicht an geschliffenen Proben durchgeführt. Es ist daher fraglich, inwieweit die derzeitigen Normenwerte zu der Konstruktionsart der geschliffenen Segmentfugen passen. Weiter handelt es sich bei den Türmen von WEA um hochdynamisch beanspruchte Konstruktionen. Somit gilt es zu klären, ob der i. d. R. statisch ermittelte Reibbeiwert über die Dauer der dynamischen Lasten Bestand hat. Die Ergebnisse der durchgeführten statischen als auch dynamischen Versuche zur Ermittlung des Reibbeiwerts werden ausgewertet und diskutiert.

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The α-humulene synthase from Zingiber zerumbet Smith was expressed as a polyhistidine-tagged protein in an E. coli BL21(DE3) strain. Induction time and inductor (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) concentration were optimized. The enzyme was successfully purified directly from cell lysate by NTA affinity column chromatography and careful selection of coordinated metal ion and imidazole elution conditions. Bioactivity assays were conducted with the natural substrate farnesyl diphosphate (FDP) in a two-phase system with in situ extraction of products. The conversion of FDP to α-humulene (~94.5%) and β-caryophyllene (~5.5%) could be monitored by gas chromatography-flame ionization detection (GC-FID). Optimal pH and temperature as well as kinetic parameters K M and k cat were determined using a discontinuous kinetic assay.

Bioproduction of α-humulene in metabolically engineered Escherichia coli and application in zerumbone synthesisZerumbone is a sesquiterpene ketone with potent anti-cancerogenic activities, produced in several ginger species of the Zingiberaceae familiy. We have investigated the biotechnological production of α-humulene, a precursor of zerumbone. By implementing a heterologous mevalonate pathway in combination with the α-humulene synthase expression, we effectively synthesized α-humulene from glucose in Escherichia coli. In this study, we developed a practical and efficient in situ separation method for α-humulene by comparison of extractive and adsorptive strategies. By the in situ adsorption of the product to the hydrophobic resin Amberlite R XAD4 we were able to increase α-humulene yield by 2310% to 60.2 mg/L. Furthermore we present an easy applicable, short subsequent chemical process for the conversion of α-humulene to zerumbone by using transition metal catalysis. To reduce process steps, the chemical reaction was carried out in the same solvent as the eluting solvent that was used to elute α-humulene from the adsorbent resin. By allylic oxidation of α-humulene with manganese II chloride as a catalyst and tert.-butylhydroperoxide as an oxidizing agent we were able to synthetize zerumbone with a selectivity of 51.6%. Product and byproducts of the oxidation reaction were identified by GC-MS.