2013 research outputs found
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The compatibility of lean and innovation - The coevolution of lean management and innovations in the automotive industry
Get PDFIn the automotive industry, original equipment manufacturers (OEMs) face the challenge of being innovative and lean at the same time. This ambidexterity influences their research and development strategy as well as their production system strategy. Considering that until today no consistent definition exists of innovation within the literature, a multidimensional approach is used in this work, which focuses on three main objectives to analyse the compatibility of lean and innovation. Within the theoretical background, innovations are characterised based on their origin (generated or adapted innovation), type (process, product or organisational innovation), and intensity (incremental or radical innovation). Embedding this characterisation into the lifecycle theories of industries, technologies, and products displays the resulting complexity and leads to the drawing of connections between state decisions (laws and regulations) and society (megatrends), thereby creating a holistic theoretical framework in which OEMs have to align their production system strategy.
The first objective of this work is to create a deeper understanding of the ambidexterity of the patent structure within the automotive industry focusing on OEMs and their production systems. The coevolution of lean und innovation is analysed in a long-term view using a statistical patent analysis. Until today, the question of whether companies should set their priorities in explorative or exploitative inventions to generate innovations has not been clarified explicitly. Therefore, a model combining ambidexterity (exploitation and exploration) with leagility (lean and agile) is defined and tested to obtain an enhanced understanding that the combination of being agile and being lean plays a key role within a lean production system and has a main influence on innovation.
The second objective is to propose how a production system can successfully cope with external/adapted (incremental and radical innovation) innovation using lean principles. A model focusing on the target orientation of new concepts, methods, and technologies is defined and tested to obtain an enhanced understanding that lean must be integrated into the selection and evaluation process of innovations projects within the production system to ensure target orientation and make it possible to cope with innovation successfully.
The third objective is to demonstrate how lean principles can be successfully integrated into innovation projects using augmented reality (AR) in assembly training. Modern workplaces equipped with large screens provide new employees with 2D and 3D information about the current task. Workers receive additional visual or haptic information through pick-to-light systems to prevent picking mistakes or smart tools, such as a screwdriver with torque and
rotation angle monitoring. Over the last years, a various range of AR systems have been proposed. This shows that assembly training with head-mounted displays using AR and taking lean principles into consideration are as good as being trained by a trainer, which provides an enhanced understanding that lean principles must be integrated in process and product innovation projects to achieve the optimal output and ensure smooth implementation in the production system.In der Automobilindustrie stehen Original Equipment Manufacturers (OEMs) vor der Herausforderung, gleichzeitig innovativ und schlank zu sein. Diese Ambidextrie beeinflusst ihre Forschungs- und Entwicklungsstrategie sowie ihre Produktionssystemstrategie. In Anbetracht dessen, dass bis heute keine einheitliche Definition von Innovation in der Literatur existiert, wird in dieser Arbeit ein mehrdimensionaler Ansatz verwendet, der sich auf drei Hauptziele konzentriert, um die Vereinbarkeit von Lean und Innovation zu analysieren. Innerhalb des theoretischen Hintergrunds werden Innovationen anhand ihrer Herkunft (generierte oder adaptierte Innovation), ihres Typs (Prozess-, Produkt- oder Organisationsinnovation) und ihrer Intensität (inkrementelle oder radikale Innovation) charakterisiert. Die Einbettung dieser Charakterisierung in die Lebenszyklustheorien von Industrien, Technologien und Produkten zeigt die daraus resultierende Komplexität und führt dazu, Zusammenhänge zwischen staatlichen Entscheidungen (Gesetze und Vorschriften) und Gesellschaft (Megatrends) zu ziehen und damit einen ganzheitlichen theoretischen Rahmen zu schaffen, in dem sich OEMs bewegen müssen ihre Produktionssystemstrategie ausrichten.
Das erste Ziel dieser Arbeit ist es, ein tieferes Verständnis für die Beidhändigkeit der Patentstruktur innerhalb der Automobilindustrie zu schaffen, wobei der Fokus auf OEMs und ihren Produktionssystemen liegt. Die Koevolution von Lean und Innovation wird in einer langfristigen Betrachtung anhand einer statistischen Patentanalyse analysiert. Bis heute ist die Frage, ob Unternehmen ihre Prioritäten auf explorative oder auf ausbeuterische Erfindungen setzen sollten, um Innovationen zu generieren, nicht explizit geklärt. Daher wird ein Modell definiert und getestet, das Ambidextrie (Exploitation und Exploration) mit Leagilität (Lean und Agilität) kombiniert, um ein besseres Verständnis dafür zu erlangen, dass die Kombination aus Agilität und Lean-Sein eine Schlüsselrolle innerhalb eines Lean-Produktionssystems spielt und einen Haupteinfluss hat auf Innovationen.
Das zweite Ziel besteht darin, vorzuschlagen, wie ein Produktionssystem externe/angepasste (inkrementelle und radikale Innovation) Innovationen unter Verwendung von Lean-Prinzipien erfolgreich bewältigen kann. Um ein erweitertes Verständnis dafür zu erlangen, dass Lean in den Auswahl- und Bewertungsprozess von Innovationsprojekten innerhalb des Produktionssystems integriert werden muss, um die Zielorientierung sicherzustellen und zu ermöglichen, wird ein Modell zur Zielorientierung neuer Konzepte, Methoden und Technologien definiert und erprobt Innovation erfolgreich zu bewältigen.
Das dritte Ziel ist es aufzuzeigen, wie Lean-Prinzipien erfolgreich in Innovationsprojekte integriert werden können, indem Augmented Reality (AR) in der Montageschulung eingesetzt wird. Moderne Arbeitsplätze mit großen Bildschirmen versorgen neue Mitarbeiter mit 2D- und 3D-Informationen über die aktuelle Aufgabe. Werker erhalten zusätzliche visuelle oder haptische Informationen durch Pick-to-Light-Systeme zur Vermeidung von Kommissionierfehlern oder smarte Tools, wie z. B. einen Schraubendreher mit Drehmoment und Drehwinkelüberwachung. In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von AR-Systemen vorgeschlagen. Dies zeigt, dass Montageschulungen mit Head-Mounted Displays unter Verwendung von AR und der Berücksichtigung von Lean-Prinzipien so gut sind wie die Schulung durch einen Trainer, der ein verbessertes Verständnis dafür vermittelt, dass Lean-Prinzipien in Prozess- und Produktinnovationsprojekte integriert werden müssen, um den optimalen Output zu erzielen und sorgen für eine reibungslose Implementierung im Produktivsystem
Extensions and applications of generalized linear mixed models for network meta-analysis of randomized controlled trials
Get PDFNetwork meta-analyses of published clinical trials has received increased attention over the past years with some meta-analytic publications having had a big impact on the cost-benefit assessment of important drugs. Much of the research has been based on Bayesian analysis using so called base-line contrast model. The research in network meta-analysis methodology has in parts been isolated from other fields of mathematical statistics and is lacking an integrative framework clearly separating statistical models and assumptions, inferential principles, and computational algorithms. The very extensive past research on ANOVA and MANOVA of un- balanced designs, variance component models, generalised linear models with fixed and/or random effects, provides a wealth of useful approaches and insights. These models are especially common in agricultural statistics and this thesis extended the use of the general statistical methods mainly applied in agricultural statistics to applications of network meta-analysis of clinical trials.
The methods were applied to four different research problems in separate manuscripts.
The first manuscript was based on a simulated case (based on real example) where some of the trials provided individual patient data and some only aggregated data. The outcome type considered was continuous normally distributed data. This manuscript provides models for jointly model the individual patient data and aggregated data. It was also explored how much information is lost if data is aggregated and how to quantify the amount of lost information.
The second manuscript was based a real life dataset with pain medications used in acute postoperative pain. The outcome of interest was binomial, whether a subject experienced pain relief or not. The dataset used for NMA included 261 trials with 52 different treatment and dose combinations, making it extraordinarily rich and large network.
The third manuscript developed methods for a case of time-to-event-outcome extracted from published Kaplan-Meier curves of survival analyses. This re-generated individual patient data was then used to model and compare the Kaplan-Meier curves and hazards of different treatments.
The fourth manuscript of the thesis was tackling the problem of between-trial variance estimation for a specific method of Hartung-Knapp in classical two-treatment meta-analysis. The main finding of the paper was that in some cases random effect meta-analysis using Hartung-Knapp method may yield shorter confidence intervals for combined treatment effect than fixed effect meta-analysis and therefore the recommendation is to always compare results from Hartung-Knapp method with fixed effect meta-analysis.
This thesis explored and developed the use of generalized linear mixed models in a setting of network meta-analysis of randomized clinical trials. In practice the most popular analysis method in the field of network meta-analysis has been the baseline contrast model which is usually fitted in a Bayesian framework. The baseline contrast model and Bayesian estimation provides great flexibility, but also come with some unnecessary complications for certain types of analyses.
This thesis showed how methods originally developed and extensively used in agricultural research can be used in other field providing efficient calculation, estimation, and inference. Some of the examples used in this thesis arose from analyses needed for real applications in drug development and were directly used in medical research.
 In den letzten Jahren haben Netzwerk-Meta-Analysen von publizierten Ergebnissen klinischer Studien viel Aufmerksamkeit erhalten und die Kosten-Nutzen-Einschätzung wichtiger pharmazeutischer Präparate in erheblichem Umfang beeinflusst. Ein Großteil der methodischen Forschung zur Meta-Analyse konzentrierte sich dabei auf Bayessche Methoden im sogenannten Baseline-Contrast-Modell. Diese methodischen Untersuchungen haben z.T. losgelöst von anderen Bereichen der mathematischen Statistik stattgefunden. Daher fehlte ein integrativer Rahmen, welcher mathematische Modelle und Annahmen, Prinzipien der Inferenz und Algorithmen zur Ermittlung von Effektschätzungen klar voneinander trennte. Die sehr umfangreichen Erkenntnisse zur Varianzanalyse (ANOVA und MANOVA) unbalanzierter Versuchsanordnungen, Varianzkomponentenmodellen sowie generalisierten linearen Modellen mit festen und zufälligen Effekten, welche in der Vergangenheit, nicht zuletzt im Bereich der Agrarwissenschaften, erlangt wurden, sind auch für die Methodik der Meta-Analyse sehr nützlich. Diese Arbeit erweitert die Nutzung solcher Methoden auf die Netzwerk-Meta-Analyse klinischer Studien.
Die Anwendung dieser Methoden wird in vier Manuskripten dieser kumulativen Thesis dargestellt.
Im ersten Manuskript wird eine Situation untersucht, bei der für einen Teil der untersuchten klinischen Studien individuelle Patientendaten (IPD) vorliegen, für einen anderen Teil indes nur aggregierte Daten (AD). Das Manuskript stellt Modelle vor, welche sich für die gemeinsame Analyse solcher Daten eignen. Es wird angenommen, dass die Daten Normalverteilungen entstammen. Die Daten wurden basierend auf realen Studiendaten simuliert. Das Manuskript untersucht, wieviel Information durch die Datenaggregation verloren geht und wie dieser Informationsverlust quantifiziert werden kann.
Das zweite Manuskript untersucht einen Datensatz aus 261 klinischen Studien, in denen insgesamt 52 verschiedene Behandlungen gegen akute postoperative Schmerzen geprüft wurden. Die Zielgröße ist binär und hält fest, ob Schmerzlinderung erzielt wurde oder nicht. Aufgrund der vielen Studien und Behandlungen liegt hier ein aussergewöhnlich umfangreiches und komplexes Netzwerk vor.
Im dritten Manuskript werden Methoden zur Analyse von Überlebenszeitdaten vorgestellt. Die Daten wurden mithilfe von Softwaretools aus publizierten Kaplan-Meier-Kurven extrahiert. Die so gewonnenen individuellen Patientendaten wurden benutzt, um die Überlebenskurven zu modellieren und die Hazardraten verschiedener Behandlungen zu vergleichen.
Das vierte Manuskript betrachtet einen speziellen Aspekt der Inter-Studien-Varianzschätzung in der klassischen Meta-Analyse mit zwei Behandlungsarmen. Das Hauptergebnis dieser Untersuchung ist, dass die sogenannte Hartung-Knapp-Methode in Modellen mit zufälligen Effekten in bestimmten Fällen zu kürzeren Konfidenzintervallen für die kombinierte Behandlungseffektschätzung führen kann als die entsprechende Schätzung in einem Modell mit festen Effekten. Daher wird empfohlen, in konkreten Analysen beide Methoden zu verwenden und die Ergebnisse zu vergleichen.
Übergreifendes Thema dieser Thesis ist die Untersuchung generalisierter linearer gemischter Modelle für Netzwerk-Meta-Analysen klinischer Studien. In der Praxis ist in diesem Bereich das Baseline-Kontrast-Modell mit Bayesschen Effektschätzungen das populärste Modell. Dieses Modell und die Methode der Bayes-Schätzung erlauben hohe Flexibilität, aber in manchen Fällen verkomplizieren sie die Analyse auf unnötige Weise.
Diese Arbeit zeigt, wie Methoden, die ursprünglich in den Agrarwissenschaften entwickelt wurden und ausgiebig genutzt werden, auch für die Meta-Analyse klinischer Studien effiziente Schätz- und Inferenzmethoden zur Verfügung stellen. Einige der Beispiele in dieser Arbeit sind durch Anwendungen in der Medikamentenentwicklung motiviert und wurden bereits in konkreten medizinischen Forschungsvorhaben eingesetzt
The role of social protection and agriculture for improved nutrition in Ethiopia
Get PDFNearly all nations embarked on a commitment to free the world from hunger and poverty by 2030 as part of the Sustainable Development Goals (SDGs). Considerable progress has been made in reducing poverty and hunger. Yet, a significant proportion of people in the global south, especially those living in rural areas, still live in poverty, go hungry, and suffer from malnutrition. Social protection and nutritionsensitive agriculture are among the strategies implemented by several countries to alleviate poverty, food insecurity, and malnutrition. While consensus exists on the impact of safety nets on poverty, evidence on their impact on agriculture, food security, and nutrition is not definitive. Moreover, the impact of nutrition-sensitive agricultural interventions, particularly the role of production diversification, in improving smallholders diet is not thoroughly examined.
Ethiopia presents an interesting case study to investigate the role of social protection and nutrition-sensitive agriculture on household welfare. Ethiopia has one the largest social protection program in Africa called the Productive Safety Net Program (PSNP). More recently, Ethiopia has also made several efforts to make agriculture and social protection interventions nutrition-sensitive. Moreover, the country is not only one of the fastest-growing economies in the world, but has high rates of poverty, food insecurity, and malnutrition. Thus, using Ethiopia as a case study, this dissertation provides a rigorous assessment of the impact of PSNP on agricultural, food security and nutrition outcomes, and the impact of agricultural diversification on household and child nutrition. To this end, it uses two longitudinal data sets from Ethiopiathe Living Standard Measurement Study - Integrated Surveys on Agriculture and the Young Lives cohort study.
This dissertation is organized into six chapters. Chapter 1 presents the conceptual framework, highlighting linkages between social protection, agriculture, and nutrition. Chapter 2 provides information about the data sources and the identification strategies used in the following three chapters. Chapter 3 evaluates the impact of a social protection intervention on a range of agricultural outcomes. Chapter 4 analyzes the role of agricultural diversification on household and child nutrition. Chapter 5 estimates the impact of social protection on household food security and child nutrition. Chapter 6 concludes the dissertation by provides policy and methodological implications, and outlines recommendations for future research.
Since 2005, Ethiopia has shifted its social protection strategy from relief types of interventions of mainly an ad hoc distribution of food/cash following droughts into a development-oriented program called the Productive Safety Net Program (PSNP). The PSNP provides cash and in-kind transfers for labor contributions in public work projects such as roads, irrigation, schools, hospitals, and training centers for farmers. The program is complemented by asset building programs that transfer assets with the aim to improve livelihoods. Hence, household participation in the PSNP could improve agricultural outcomes by alleviating liquidity and credit constraints, improving certainty, acting as insurance against risks, improving access to inputs and agricultural markets, and building community agricultural assets.
Chapter 3 evaluates the impact of PSNP on productive asset ownership, improved seed and fertilizer adoption, crop and livestock diversity, advisory services, and womens control over resources by applying targeted maximum likelihood estimation. Doing so it contributes to the literature by considering a range of outcomes along the causal pathway and employing a novel method that uses machine learning algorithms and hence provides estimates that are less prone to model misspecification and outliers. Results show that PSNP participation increased ownership of agricultural tools, the value of livestock sales, the share of household income from non-farm sources, time spent on agricultural work, and access to credit at the household level. Moreover, PSNP participation improves community access to irrigation water and advisory services on natural resource management, as well as household credit access, crop production, and livestock production. However, PSNP participation has no impact on technology adoption, womens control over income, crop and livestock counts, and access to extension services at the household level. Results also show that PSNP participants have a lower endowment of durable assets, human capital, and land, which might hinder improved community access to inputs and advisory services to improve agricultural outcomes. These results underscore the need to integrate household-level interventions that could lift household endowments to create an asset threshold that would allow the productive use of created community assets. One avenue to achieve this could be complementing cash/in-kind transfers with a well-designed productive asset transfer. Other studies have shown delays and underpayment of entitled public work transfers. Hence improving the timeliness and size of cash/in-kind payments are also critical to achieve impact on agriculture. Doing so may elevate the impact of the PSNP beyond improving community access to inputs and may promote agricultural development, ultimately improving rural livelihoods.
Agriculture as a source of food and livelihood for the hungry and malnourished has an important role in alleviating malnutrition and its associated welfare consequences. Especially in a context where subsistence agriculture constitutes a large share of agricultural production and market participation is hindered by market failure, own production plays a crucial role in household food security and nutritional outcomes. Evidence as to whether production diversity improves nutritional outcomes is not definitive. It largely draws on studies that did not address the endogenous relationship between production and consumption decisions.
To fill this research gap, Chapter 4 analyzes the impact of production diversity on household diet and child undernutrition. It uses instrumental variable approach to account for endogeniety in production and consumption decision among smallholders. Results show that production diversity is associated with improvements in household diet, but not child chronic undernutrition. Positive effects could come through three possible pathways: consumption, improved agroecology due to production diversification, and improved risk-bearing capacity. We find higher consumption of more nutritious foods (egg, fish, fruits, legumes/nuts/seeds, meat, roots, tubers, milk, milk products, and vegetables) among households with higher levels of production diversity. Nevertheless, production diversification above 7.5 and 7 food groups, for household with access to community market and those with no access respectively, is negatively associated with household nutrition. This could be due to foregone income benefits from specialization. As far as the role of markets is concerned, we found that market access improves household dietary diversity even when production diversity is high. Our analysis of the role of market participation shows a positive impact of market participation on household diets, but finds no impact on child nutrition. Given that an average farmer in our sample produces about six groups of foods, promoting more production diversity is likely to result in negative effect on household diets. Hence, policies that aim to improve smallholders nutrition should focus on improving conditions for market participation over increasing the diversity of production.
While there is ample evidence on the impact of safety nets on poverty, their role in addressing the root causes and manifestations of poverty, such as child malnutrition, is not well documented. Moreover, the available evidence on the impact of safety nets on household food security and child nutrition emanates from programs in Latin American countries that were implemented under different institutional capacity and implementation modalities. Moreover, evidence as to whether safety nets impact child nutrition is not conclusive. In addition, in Ethiopia, the very few studies examining the impact of safety nets on child nutrition and household food security provided mixed evidence. These studies used methods that are prone to bias due to time-variant confounders that are pertinent to the program design and implementation. In Chapter 5, we address this gap by evaluating the impact of the PSNP on household food security and child nutrition outcomes. We did this by applying marginal structural models that adjust not only for timein-variant, but also time-variant confounders. We find that although PSNP participation increases child meal frequency, it has no impact on household food security and child dietary diversity, height-for-age z-scores, body-mass-index, the likelihood of stunting, and the likelihood of being underweight. We also find important predictors of child nutrition, such as maternal education, child dietary diversity, household food security, durable assets, expenditures, and nutritional status during the 1,000 days window to be lower among children in PSNP participant households. Moreover, while experts note that integrating safety nets with other sectoral programs is critical to result in impacts on nutrition, such integrations are lacking in the PSNPs implementation. Therefore, we recommend integrating PSNP with other sectoral programs that are nutrition-specific and nutrition-sensitive. Some proven interventions include, but are not limited to, the promotion of access to clean water and sanitation, access to health services, womens empowerment, nutrition education, and agricultural technology adoption.
To summarize, using Ethiopia as a case study, this dissertation contributes to the growing body of literature on impact evaluation of programs aimed at achieving the SDG targets. It does so by applying novel techniques in impact evaluation using observational studies including those that integrate learning algorithms. It shows that a higher production diversity negatively affects household nutrition while market access and participation improve household diets. Hence, improving conditions for market participation and increased participation in markets might be one of the pathways through which agriculture improves nutrition, especially in contexts where production is already diversified enough. It also shows that despite the potential of safety nets to address the root cause of poverty by improving household livelihoods and breaking the inter-generational cycle of poverty, these impacts are mostly nonexistent in one of Africas largest social protection program. To alleviate these constraints and elevate the contribution of PSNP beyond the limited impact on nutrition and agriculture, we recommend integrating nutrition-sensitive interventions and well-designed asset transfer programs.Nahezu alle Nationen haben sich im Rahmen der Sustainable Development Goals (SDGs) verpflichtet, die Welt bis 2030 von Hunger und Armut zu befreien. Bei der Reduzierung von Armut und Hunger wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Dennoch lebt ein erheblicher Teil der Menschen im globalen Süden, vor allem in ländlichen Gebieten, immer noch in Armut, hungert und leidet unter Mangelernährung. Sozialer Schutz und eine ernährungssensitive Landwirtschaft gehören zu den Strategien, die von mehreren Ländern umgesetzt werden, um Armut, Ernährungsunsicherheit und Mangelernährung zu lindern. Während es einen Konsens über die Auswirkungen von sozialen Sicherungssystemen auf Armut gibt, sind die Erkenntnisse über ihre Auswirkungen auf Landwirtschaft, Ernährungssicherheit und Ernährung nicht eindeutig. Darüber hinaus ist die Wirkung von ernährungssensitiven landwirtschaftlichen Interventionen, insbesondere die Rolle der Produktionsdiversifizierung, auf die Verbesserung der Ernährung von Kleinbauern nicht gründlich untersucht.
Äthiopien stellt eine interessante Fallstudie dar, um die Rolle von Sozialschutz und ernährungssensitiver Landwirtschaft auf das Wohlergehen von Haushalten zu untersuchen. Äthiopien hat eines der größten Sozialschutzprogramme in Afrika, das Productive Safety Net Program (PSNP). In jüngster Zeit hat Äthiopien auch mehrere Anstrengungen unternommen, um die Landwirtschaft und Maßnahmen zur sozialen Sicherung ernährungssensitiv zu gestalten. Darüber hinaus ist das Land nicht nur eine der am schnellsten wachsenden Volkswirtschaften derWelt, sondern weist auch hohe Raten an Armut, Ernährungsunsicherheit und Unterernährung auf. AmBeispiel Äthiopiens werden in dieser Dissertation die Auswirkungen des PSNP auf die Landwirtschaft, die Ernährungssicherheit und die Ernährung sowie die Auswirkungen der landwirtschaftlichen Diversifizierung auf die Ernährung von Haushalten und Kindern untersucht. Zu diesem Zweck werden zwei Längsschnittdatensätze aus Äthiopien verwendet - die Living Standard Measurement Study - Integrated Surveys on Agriculture und die Young Lives Kohortenstudie.
Diese Arbeit ist in sechs Kapitel gegliedert. Kapitel 1 stellt den konzeptionellen Rahmen vor und hebt die Zusammenhänge zwischen Sozialschutz, Landwirtschaft und Ernährung hervor. Kapitel 2 informiert über die Datenquellen und die in den folgenden drei Kapiteln verwendeten Identifikationsstrategien. Kapitel 3 evaluiert die Auswirkungen einer Sozialschutzmaßnahme auf eine Reihe von landwirtschaftlichen Ergebnissen. Kapitel 4 analysiert die Rolle von landwirtschaftlicher Diversifizierung auf die Ernährungssituation von Haushalten und Kindern. Kapitel 5 schätzt die Auswirkungen des PSNP auf die Ernährungssicherheit der Haushalte und die Ernährung der Kinder. Kapitel 6 schließt mit politischen und methodischen Implikationen und skizziert Empfehlungen für zukünftige Forschung.
Seit 2005 hat Äthiopien seine Sozialschutzstrategie von Hilfsmaßnahmen, die hauptsächlich aus einer Ad-hoc-Verteilung von Nahrungsmitteln/Bargeld nach Dürren bestehen, auf ein entwicklungsorientiertes Sozialschutzprogramm namens Productive Safety Net (PSNP) umgestellt. PSNP bietet Geld- und Sachmitteltransfers für Arbeitsleistungen in öffentlichen Arbeitsprojekten wie Straßen, Bewässerung, Schulen, Krankenhäuser und Ausbildungszentren für Bauern. Ergänzt wird das Programm durch Vermögensaufbau, die das Ziel haben, den Lebensunterhalt der beteiligten Haushalte zu verbessern. Daher könnte die Teilnahme der Haushalte am PSNP die landwirtschaftliche Produktion zu verbessern, indem Liquiditäts- und Kreditbeschränkungen gemildert werden, Sicherheiten erhöht werden, eine Versicherung gegen Risiken besteht, der Zugang zu Betriebsmitteln und Agrarmärkten verbessert wird und gemeinschaftliche landwirtschaftliche Vermögen aufgebaut werden.
Kapitel 3 bewertet die Auswirkungen des PSNP auf den Besitz von Produktionsmitteln, die Einführung von verbessertem Saatgut und Düngemitteln, die Vielfalt von Nutzpflanzen und Viehbeständen, Beratungsdienste und die Kontrolle von Frauen über Ressourcen durch die Anwendung einer gezielten Maximum-Likelihood-Schätzung. Der Artikel trägt zur Literatur bei, indem er eine Reihe von Ergebnissen entlang der kausalen Zusammenhänge berücksichtigt und eine Methode einsetzt, die Algorithmen des maschinellen Lernens verwendet. Das Modell liefert Schätzungen, die weniger anfällig für Fehlspezifikationen und Ausreißer sind. Die Ergebnisse zeigen, dass die PSNP-Teilnahme den Besitz von landwirtschaftlichen Werkzeugen, denWert von Viehverkäufen, den Anteil des Haushaltseinkommens aus außerlandwirtschaftlichen Quellen, die für landwirtschaftliche Arbeiten aufgewendete Zeit und den Zugang zu Krediten auf Haushaltsebene erhöht. Darüber hinaus verbessert die PSNP-Teilnahme den Zugang der Gemeinschaft zu Bewässerung und Beratungsleistungen zum Management natürlicher Ressourcen sowie den Zugang der Haushalte zu Krediten, die Ernteproduktion und die Viehzucht. Die PSNP-Teilnahme hat jedoch keinen Einfluss auf die Nutzung von Technologien, die Kontrolle der Frauen über das Einkommen, die Ernte und den Viehbestand sowie den Zugang zu Beratungsdiensten auf Haushaltsebene. Die Ergebnisse zeigen auch, dass PSNP-Teilnehmer eine geringere Ausstattung mit langlebigen Vermögenswerten, Humankapital und Land haben, was einen verbesserten Zugang der Gemeinschaft zu Betriebsmitteln und Beratungsdiensten zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Ergebnisse behindern
könnte. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, Interventionen auf Haushaltsebene zu integrieren, die die Ausstattung der Haushalte anheben könnten, um eine Vermögensschwelle zu schaffen, die die produktive Nutzung des geschaffenen Gemeinschaftsvermögens ermöglicht. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, könnte darin bestehen, Bargeld-/Sachmitteltransfers durch einen gut konzipierten Vermögenstransfer zu ergänzen. Andere Studien haben Verzögerungen und Unterbezahlung von berechtigten öffentlichen Arbeitstransfers gezeigt. Daher ist die Verbesserung der Pünktlichkeit und des Umfangs von Geld-/Sachleistungenebenfalls entscheidend, um Auswirkungen auf die Landwirtschaft zu erzielen. Dadurch kann dieWirkung des PSNP über die Verbesserung des Zugangs der Gemeinden zu Betriebsmitteln hinausgehen und die landwirtschaftliche Entwicklung fördern, was letztlich die Lebensbedingungen im ländlichen Raum verbessert.
Die Landwirtschaft als Quelle von Nahrung und Lebensunterhalt für Hungernde und Unterernährte spielt eine wichtige Rolle bei der Linderung von Unterernährung und den damit verbundenen Folgen für das Wohlergehen. Insbesondere in einem Kontext, in dem die Subsistenzlandwirtschaft einen großen Teil der landwirtschaftlichen Produktion ausmacht und in dem die Marktteilnahme durch Marktversagen behindert wird, spielt die Eigenproduktion eine entscheidende Rolle für die Ernährungssicherheit der Haushalte und die Ernährungsergebnisse. Die Beweise dafür, ob die Produktionsvielfalt die Ernährung verbessert, sind nicht eindeutig. Sie stützen sich größtenteils auf Studien, die sich nicht mit der endogenen Beziehung zwischen Produktionsund
Konsumentscheidungen befasst haben.
Um diese Forschungslücke zu schließen, analysiert Kapitel 4 die Auswirkungen der Produktionsvielfalt auf die Ernährung der Haushalte und die Unterernährung
von Kindern. Um die Endogenität dieser Auswirkungen zu berücksichtigen, wird ein Instrumentalvariablenansatz gewählt Die Ergebnisse zeigen, dass die Produktionsvielfalt mit Verbesserungen in der Ernährung der Haushalte verbunden ist, nicht aber mit chronischer Unterernährung von Kindern. Die positiven Effekte könnten über drei möglicheWege zustande kommen: Konsum, verbesserte Agrarökologie aufgrund der Produktionsdiversifizierung und verbesserte Risikotragfähigkeit. Der Artikel findet einen höheren Konsum von nährstoffreicheren Lebensmitteln (Eier, Fisch, Früchte, Hülsenfrüchte/Nüsse/Samen, Fleisch,Wurzeln, Knollen, Milch, Milchprodukte und Gemüse) in Haushalten mit höherer Produktionsvielfalt. Dennoch ist die Produktionsdiversifizierung über sieben Lebensmittelgruppen hinaus negativ mit der Ernährung der Haushalte verbunden. Dies könnte auf entgangene Einkommensvorteile durch Spezialisierung zurückzuführen sein. Was die Rolle der Märkte betrifft, so wurde gezeigt, dass der Marktzugang die Ernährungsvielfalt der Haushalte verbessert, selbst wenn die Produktionsvielfalt hoch ist. Unsere Analyse der Rolle der Marktteilnahme zeigt einen positiven Einfluss der Marktteilnahme auf die Ernährung der Haushalte, findet aber keinen Einfluss auf die Ernährung der Kinder. Angesichts der Tatsache, dass ein durchschnittlicher Landwirt in unserer Stichprobe etwa sechs Gruppen von Nahrungsmitteln produziert, dürfte die Förderung einer größeren Produktionsvielfalt negative Auswirkungen auf die Ernährung der Haushalte haben. Daher sollten sich politische Maßnahmen zur Verbesserung der Ernährung von Kleinbauern darauf konzentrieren, die Bedingungen für die Marktteilnahme zu verbessern, anstatt die Produktionsvielfalt zu erhöhen.
Während es zahlreiche Belege für die Auswirkungen von Maßnahmen zur sozialen Sicherung auf die Armut gibt, ist ihre Rolle bei der Bekämpfung der eigentlichen Ursachen und Erscheinungsformen von Armut, wie z. B. der Unterernährung von Kindern, nicht gut dokumentiert. Dazu stammen die verfügbaren Erkenntnisse über die Auswirkungen von Maßnahmen zur sozialen Sicherung auf die Ernährungssicherheit von Haushalten und die Ernährung von Kindern aus Programmen in lateinamerikanischen Ländern, die mit unterschiedlichen institutionellen Kapazitäten und Umsetzungsmodalitäten durchgeführt wurden. Darüber hinaus ist die Evidenz, ob Maßnahmen zur sozialen Sicherung die Kinderernährung beeinflussen, nicht schlüssig. Auch in Äthiopien lieferten die wenigen Studien, die die Auswirkungen von Maßnahmen zur sozialen Sicherung auf die Ernährung von Kindern und die Ernährungssicherheit von Haushalten untersuchten, gemischte Erkenntnisse. In diesen Studien wurden Methoden verwendet, die anfällig für Verzerrungen durch zeitvariable Störfaktoren sind, die mit dem Programmdesign und der Implementierung zusammenhängen. In Kapitel 5 wird diese verbleibende Lücke geschlossen, indem die Auswirkungen des PSNP auf die Ernährungssicherheit von Haushalten und die Ernährung von Kindern untersucht wird. Dazu werden marginale Strukturmodelle angewandt, die nicht nur für zeitvariante, sondern auch für zeitinvariante Einflussfaktoren adjustieren. Die Studie stellt fest, dass die Teilnahme am PSNP zwar die Häufigkeit der Mahlzeiten für Kinder erhöht, aber keinen Einfluss auf die Ernährungssicherheit der Haushalte und die Ernährungsvielfalt der Kinder, die
Soil microorganisms as hidden miners of phosphorus in soils under different cover crop and tillage treatments
Get PDFPhosphorus (P) is one of the most limiting plant nutrients for agricultural production. The soil microbial community plays a key role in nutrient cycling, affecting access of roots to P, as well as mobilization and mineralization of organic P (Porg). This thesis aimed to better understand the potential of cover crops to enhance plant-soil-microbe interactions to improve the availability of P.
This dissertation consists of a meta-analysis of and two field experiments.
The used methods showed that microbial P, the activity of P-cycling enzymes and PLFAs increased under cover crops, indicating an enhanced potential for organic P cycling. Gram- positive and Gram-negative bacteria, and to a lesser extent also arbuscular mycorrhizal fungi, increased their abundance with cover crops. However, saprotrophic fungi could benefit most from the substrate input derived from cover crop roots or litter. Enzyme-stable Porg shifted towards pools of a greater lability in the active soil compartments (rhizosheath and detritusphere). The effects of agricultural management, such as cover crop species choice and tillage, were detectable, but weaker compared to the effect of the presence of cover crops.
With the obtained results, the research aims of this thesis could be successfully addressed. We were able to confirm that cover crops have the potential to improve main crops access to P. Furthermore, we presented and discussed three pathways of P benefit. In the plant biomass pathway, P is cycled through cover crop biomass and becomes available for the main crop upon litter decomposition. The microbial enhancement pathway describes how the cover crops interaction with soil microbes increases their abundance and activity, thereby increasing the availability of Porg. Some cover crop species seem to be capable of utilizing a biochemical modification pathway, where changes in the sorption capacity of the soil result in a greater quantity of plant-available phosphate. However, the latter pathway was apparently not important in the crop rotations used in our field experiments. The data also allowed us to characterize ways in which plant-soil-microbe interactions under cover crops affected the relationship of soil microbial functions to the enzymatic availability of Porg pools. Cover crops increased the abundance and activity of microbes, especially fungi, as well as microbial P. This enhancement in P-cycling potential shifted Porg toward pools of greater availability to added enzymes. However, the relation between enzymes and Porg pools is complex and is possibly affected by soil P composition and other site characteristics, indicating the need for further research in this area. Finally, we elucidated how the choice of cover crop species and agricultural management can shift the relative importance of the pathways for the P benefit of the main crop, while site-specific management allows farmers to adapt to local conditions and to optimize the functions of their agroecosystems.
In conclusion, our results indicate that the pathways of cover crop derived P benefit take place simultaneously. We confirmed the potential of cover crop biomass for the cycling of P, and we suggest that our observed increases in the availability of soil Porg are related to microbial abundance and activity. The interactions of cover cropping and tillage indicate also that P benefit can be optimized by management decisions. Finally, these new insights into soil phosphorus cycling in agroecosystems have the potential to support further development of more sustainable agricultural systems.Phosphor (P) ist einer der wichtigsten limitierenden Naehrstoffe fuer das Pflanzenwachstum in der Landwirtschaft. Bodenmikroben spielen eine Schluesselrolle in Naehrstoffkreislaeufen, beeinflussen das Wachstum von Pflanzenwurzeln, die Mobilisierung sowie die Mineralisierung von organischem P (Porg) und somit den Zugang zu P. Das Ziel dieser Dissertation war die Einschaetzung des Potentials von Zwischenfruechten zur Verbesserung der Interaktionen im System Pflanze-Boden-Mikroben und einer dadurch moeglichen Steigerung der P-Verfuegbarkeit fuer die Hauptfruechte.
Diese Dissertation umfasst drei wissenschaftliche Veroeffentlichungen: Eine Literaturrecherche und Meta-Analyse sowie zwei selbst durchgefuehrte Feldexperimente.
Die verwendeten Methoden zeigten, dass Zwischenfruechte den P-Gehalt in der mikrobiellen Biomasse, die Aktivitaet von Phosphatasen und mikrobielle Fettsaeuremarker (PLFAs) erhoehen, was auf ein gesteigertes Umsatzpotential von organischen Phosphorverbindungen hindeutet. Die Abundanz von grampositiven und gramnegativen Bakterien, sowie in geringerem Umfang auch von arbuskulaeren Mykorrhizapilzen, wurde durch Zwischenfruechte erhoeht. Gleichwohl waren saprotrophe Bodenpilze die mikrobielle Gruppe, die am meisten von der Substratzufuhr der Wurzeln und Streu profitieren konnte. Stabiles P wurde in den aktiven Bodenzonen der Rhizosphaere und Detritusphaere in labilere Porg-Pools transformiert. Bewirtschaftungseffekte, wie die Wahl der Zwischenfrucht oder Bodenbearbeitung, waren erkennbar, aber wesentlich schwaecher ausgepraegt als der Zwischenfruchteffekt insgesamt.
Unsere Ergebnisse bestaetigen, dass Zwischenfruchtanbau zur Steigerung der P - Verfuegbarkeit fuer die Hauptfrucht fuehren kann. Darueber hinaus konnten wir fuer den P- Vorteil drei grundsaetzliche Wirkungspfade aufzeigen, die in aktiven Bodenraeumen stattfinden. UEber den Wirkungspfad Pflanzenbiomasse wird P aus dem Boden in die Biomasse der Zwischenfrucht aufgenommen und waehrend der Zersetzung der Streu fuer die Hauptfrucht verfuegbar. UEber den Wirkungspfad mikrobielle Verstaerkung steigert die Zwischenfrucht im Wurzelraum die Biomasse und Aktivitaet der mikrobiellen Gemeinschaft, wodurch diese die Verfuegbarkeit von Porg erhoehen kann. Durch den Wirkungspfad biochemische Modifikation scheinen manche Zwischenfruchtarten in der Lage zu sein, ueber Wurzelexsudate die P-Sorption im Boden zu senken und dadurch den Anteil an pflanzenverfuegbarem Phosphat zu erhoehen.
Weiterhin ermoeglichen die erhobenen Daten die Diskussion, inwiefern mikrobielle Funktionen und die Mineralisierbarkeit von Porg zusammenhaengen und wie die Interaktionen von Pflanzen beeinflusst werden. Zwischenfruechte steigerten sowohl die Abundanz und Aktivitaet von Mikroben, als auch die Menge an P in der mikrobiellen Biomasse. Diese Potentialsteigerung des P-Kreislaufs steigerte die Verfuegbarkeit des Porg fuer zugefuegte Enzyme. Es muss bedacht werden, dass die Rueckkopplungen zwischen Enzymaktivitaet und verschiedenen Porg-Pools komplex sind. Diese haengen von den lokalen Eigenschaften des Bodens, wie etwa der Zusammensetzung des P-Vorrats, ab und sollten durch zukuenftige Studien geklaert werden.
Drittens zeigen unsere Untersuchungen, wie die Wahl der Zwischenfrucht und die der Bewirtschaftung (z.B. Bodenbearbeitung oder Fruchtfolge) die relative Gewichtung der verschiedenen Pfade des P-Vorteils fuer die Hauptfrucht beeinflussen. Standortangepasste Zwischenfruchtsysteme erlauben es Landwirt:innen, die Funktionen ihres Agrooekosystems hinsichtlich der lokalen Bedingungen zu optimieren.
Zusammenfassend bestaetigen unsere Ergebnisse, dass der P-Bedarf der Hauptfrucht ueber die Biomasse der Zwischenfrucht gedeckt werden kann und zeigen auf, dass die charakterisierten drei Pfade des P-Vorteils durch Zwischenfruchtanbau parallel stattfinden. Schließlich koennen die hier gewonnenen Erkenntnisse ueber den Phosphorkreislauf, basierend auf der Kombination von bodenmikrobiologischen Methoden mit der Charakterisierung der Labilitaet von Porg, zur zukuenftigen Entwicklung einer nachhaltigeren Landwirtschaft beitragen
Development of a novel selective hoeing system for weed control in sugar beets
No full textDie Zuckerrübe ist im biologischen Ackerbau eine der anspruchsvollsten Kulturen. Sie ist auf-grund der langsamen Jugendentwicklung besonders konkurrenzschwach gegenüber Sa-menunkräutern wie Weißer Gänsefuß, Vogelknöterich oder Hühnerhirse. Die Bekämpfung der Beikräuter erfolgt im biologischen Anbau überwiegend mechanisch mithilfe von Hacksystemen zwischen den Reihen und mithilfe von Striegel und Fingerhacken innerhalb der Pflanzenreihe. Aufgrund der geringen Pflanzenstabilität in der Jugend ist ein aggressives Bearbeiten der Pflanzenreihe nicht möglich und folglich der Bekämpfungserfolg verhältnismäßig gering. Um eine Beerntung überhaupt zu ermöglichen und um der Nutzpflanze optimale Wachstumsbe-dingungen zu schaffen, wird mithilfe manueller Unkrautbekämpfungsmaßnahmen das restliche Beikraut nach den Hackeinsätzen in der Pflanzenreihe entfernt. Der Handarbeitsaufwand be-trägt je nach Gegebenheiten zwischen 50 und 250 Arbeitsstunden pro Hektar. Zur Reduktion dieses Aufwands wurde in den vergangenen Jahren versucht, Selektivhacken aus dem Gemü-sebau im biologischen Zuckerrübenanbau einzusetzen. Aufgrund der engen Pflanzabstände in der Reihe und des geringen Vorsprungs der Kulturpflanze gegenüber dem Beikraut war der Schaden größer als der Gewinn durch die Arbeitseinsparung. Hauptgründe lagen sowohl in der Pflanzendetektion als auch in der Werkzeuggestaltung. Aktuelle optische Detektionssys-teme nutzen überwiegend eine Trennung der Binärobjekte anhand von Farbinformationen und geometrischen Messungen. Die Werkzeuge beschränken sich überwiegend auf einen einfa-chen Einschwenkvorgang zwischen zwei Nutzpflanzen. Sobald die Nutzpflanze erreicht ist, wird wieder aus der Reihe ausgeschwenkt. Die Fahrgeschwindigkeit wird durch den Ein- und Ausschwenkvorgang begrenzt. Alle bisher verwendeten Werkzeuge besitzen keinen Nullein-griff, somit nimmt das Verschüttungsrisiko in der Jugendentwicklung proportional zur Fahrge-schwindigkeit zu.
In der vorliegenden Dissertation werden zunächst neue Konzepte zur Online-Pflanzenerkennung erarbeitet. Die Detektion von Zuckerrüben ist eine der komplexesten Auf-gaben in der mechanischen Unkrautbekämpfung. Aufgrund des geringen Pflanzenabstandes und der Wuchsform fällt eine exakte Mittelpunktbestimmung der Kulturpflanze sehr schwer. Herkömmliche Verfahren aus der industriellen Bildverarbeitung sind hierfür nicht einsetzbar, da keine Pflanze der anderen gleicht. Um diese nun einzeln bestimmen zu können, müssen wich-tige Attribute, wie die markante Blattspreite, herausgearbeitet und für die Detektion genutzt werden. Die grundlegende Aufgabenstellung ist die Entwicklung eines praxistauglichen Selek-tivhacksystems für Biozuckerrüben. Hierfür wird zuerst zwischen dem Grundkonzept eines Traktoranbaugerätes und einer autonomen Trägerplattform abgewogen. Aufgrund der gerin-gen Leistungsbereitstellungsmöglichkeiten und der geringen Praxistauglichkeit wird die Ent-scheidung zugunsten des Anbaugerätes gefällt. Als Basis für die finale Entwicklung der Proto-typen wird eine Fronthacke genutzt. Diese dient anfangs nur zur Gewinnung von Bildmaterial und im Anschluss als Ausgangsplattform zur Integration der Hackwerkzeuge. Beginnend mit den Ergebnissen aus der vorangegangen Masterarbeit werden mithilfe klassischer Bildverar-beitungsalgorithmen Ansätze zur Detektion der Pflanzenmitte erarbeitet. Für die Einzelpflan-zenerkennung werden je nach Stadium unterschiedliche Algorithmen genutzt. Bis Ende des Zweiblattstadiums weisen herkömmliche Verfahren mithilfe der Schwerpunktbestimmung sehr gute Resultate auf. Ab Vierblattstadium erreichen die neu entwickelten Kantendetektionsver-fahren Detektionsgenauigkeiten von ±20 mm. Die Einzelpflanzenerkennung erreichte bei un-terschiedlichen Pflanzenstadien und Belichtungsszenarien Erkennungsraten von 50 % bis 98 %. Durch die Aussaat der Pflanzen im Dreiecksverband konnten auch unter schwierigen Einsatzbedingungen mit hohem Unkrautdeckungsgrad sehr gute Resultate erzielt werden. Dank der Verknüpfung der Daten mit dem Aussaatraster wurden trotz der niedrigen Einzel-pflanzenerkennungsraten nur Kulturpflanzenverluste unter 1 % ermittelt.
Zur Umsetzung der Detektionsergebnisse wurde ausgehend von der an der Universität Bonn entwickelten Rotorhacke eine neue Kinematik konstruiert. Sie ist durch die hydromechanische Auflagedruckkontrolle deutlich weniger anfällig gegenüber schwierigen Bedingungen, da sie eine weitaus bessere Bodenanpassung bietet. Durch die Schrägstellung und Verbreiterung des Werkzeuges am Rotor konnte der sogenannte Nullleingriff entwickelt werden. Dieser gleicht durch den angepassten Schnittwinkel zur Reihe die Fahrgeschwindigkeit gänzlich aus und verhindert somit ein Verschütten der Kulturpflanze. Zur Realisierung einer robusten und preiswerten Plattform ist das Werkzeug hydraulisch angetrieben. Die verwendeten Komponen-ten sollten auch in einer zukünftigen Serienmaschine eingesetzt werden können. Die zum An-trieb des Rotors notwendige Kaskadenregelung erreichte eine Winkelgenauigkeit von unter 0,7°. Positionsdaten, die mithilfe des Detektionssystems gewonnen werden, konnten zusätzlich für die Entwicklung eines Reihenführungssystems genutzt werden. Hierfür wurde zusätzlich zur Traktorlenkung eine aktive Anbaugerätelenkung konstruiert. Diese verbesserte das Füh-rungsverhalten der Rotorhacke. Um für jedes Stadium einen höchstmöglichen Regulierungsef-fekt zu erreichen, werden Scheibensech in Kombination mit Winkelmesser und Gänsefußscha-ren mit optionalen Häufelflügeln an den Zinkenträgern eingesetzt. Das In-Row-Werkzeugsystem wird an den Zinkenträger angebaut, um eine kompakte Einheit zu erhalten.
Durch die Verknüpfung der Informationen aus der Aussaattechnik und der Bildverarbeitung ist es gelungen, ein äußerst robustes und fehlersicheres System zur Bekämpfung von Beikräutern im biologischen Zuckerrübenanbau zu entwickeln.The production of organic sugar beets is one of the biggest challenges in organic farming. Due to its slow youth development, it is less competitive with seed weeds like white goosefoot, knotweed, or cockspur. The control in organic farming is mainly done mechanically with the help of hoeing systems between the rows and with harrow and finger weeders within the rows. The brittleness in the youth stages doesnt allow an aggressive deployment of the in-row methods mentioned before, so the results stay far behind the expectations. To raise the yields and to make a harvest at least possible a manual removal of the weeds is essential. The effort on manual labor is settled between 50 to 250 hours per hectare. To reduce the costs for man-ual weeding some attempts were made to use automatic weeding systems from the vegetable production. Due to the small distances between the plants and the missing head start of the crop, the losses of the used systems were higher than the generated benefits. The main rea-sons for the fail belong to the plant detection system and the tool design. State-of-the-art tech-nology uses mainly color information and geometrical measurements to separate the plants from each other. Most of the tools use simple systems which open in front of a plant and close behind it. The driving speed is limited throughout the swing-in process. None of the tools that have been used so far have no zero-intervention, so the risk of the plants being buried in-creases in proportion to the driving speed.
In the present dissertation, new concepts for online plant recognition are first developed. The detection of sugar beet is one of the most complex tasks in mechanical weed control. Due to the small distance between the plants and the special growth habits a precise detection of the center point is challenging. Common systems out of the industrial image processing field can-not be used directly, because of the small similarities between the plants. To get successful detection results important attributes like the distinctive leaf blade must be worked out. The main task is to develop a fully practical proofed selective weeding system. Therefore an evalu-ation between an autonomous platform and a tractor-mounted system has to be made. Due to the fact of the low power supply, it was decided to develop the tractor-mounted system. For the start, a common front weeding system is used to build the prototype. It is first used to collect image data. In the following steps, the platform is required to integrate the first in-row weeding tools. Starting with the results from the previous master thesis classical image recognition methods are used to develop different approaches for the detection of the center points. The approaches mainly differ in the plant growth stages. Until the two-leaf stage, binary operators deliver good results. Starting with the four-leaf stage, the new edge detection system for local-izing the centerline of the leaf reaches an accuracy of up to 20 mm. The single plant detection system achieves recognition rates from 50 % to 98 % depending on different growth stages and lighting conditions. Thanks to the grid seeding system it was possible to reach excellent detection rates even under a high degree of weed cover and harsh conditions. By sowing the plants in a triangular arrangement, it was possible to reduce the plant losses below 1 %.
To bring the detection results to the ground the currently developed rotor weeding system from the University of Bonn was used as a starting point for developing new kinematics. It achieves throughout the hydromechanical contact pressure control a better ground contour following. It is also significantly less susceptible to difficult working conditions. Due to the inclination of the rotor, the so-called zero-intervention could be developed. Due to the adapted cutting angle to the row, the driving speed is completely compensated. This prevents the crops from covering with soil. The tool is hydraulically driven to create a robust and inexpensive platform. It should also be possible to use the components in future serial production. The cascade controller from the rotor achieved an angular accuracy below 0,7°. The plant positions primarily detected for the in-row system could also be used for the realization of a row guidance system. For this purpose, an active implement steering was designed in addition to the automatic tractor steer-ing system. This improved the guiding behavior of the front weeding system. In order to achieve the highest possible regulating effect for every growth stage, disc colters are used in combination with optional angled shares. In later stages goosefoot shares with optional wings can be used to reach a higher pile effect. Also, the in-row system is fully integrated into the tine carrier to obtain a compact unit.
By linking the information from the sowing technology and the image processing, it has been possible to develop a highly robust and fail-safe system for mechanical weed control in organic sugar beet
Baseline assessment and cost analysis of a supplementary feeding intervention on Adivasi children in West Bengal, India : How to diversify diets with locally available resources cost-effectively to reduce the burden of child and maternal undernutrition and anaemia?
Get PDFThis dissertation presented and analyzed the living, health and nutrition situation of tribal Adivasi children (aged 6-39 months) as well as of their mothers living in rural Birbhum district, West Bengal, India. It was found that extended families use to have higher incomes (p0.05). Still, non-anaemic mothers showed bigger likelihood of having non-anaemic children than mothers with poorer Hb statuses, and - the other way around - mothers with severe anaemia showed the biggest likelihood of having children with moderate anaemia. It was argued, accordingly, that not only children but also their mothers should be better nourished in order to break the vicious circle of undernutrition - with a focus on lactating mothers who have highest nutritional intake needs. Overall, 94 percent of tribal Adivasi children were found anaemic (n=307, age range: 6-39 months, Hb0.05) and when comparing a group of children who had received a (low dosed) micronutrient sprinkle along with diversified meals (p>0.05). A cost-effectiveness analysis of 425 locally available foods has been conducted in order to work out those foods delivering highest nutrient density in relation to their retail cost (adjusted for edible portion). Foods from the FGs cereals and millets, vegetables, and roots and tubers belonged more often to the top 30 percent of cost-effective foods as per winter-price analysis (p 4th until ≤ 8th percentile), high (>8th until ≤ 9.5th percentile) or very high (> 9.5th percentile) contents. On the basis of knowing most cost-effective locally available foods and assessing also their anti-nutritive elements, a weekly meal schedule has been worked out in cooperation with the nutritionist Caroline Stiller (who was the second PhD candidate in this twin PhD project and knows the local setting well). It became clear that the RDAs of moderately malnourished children and their mothers can hardly be fully covered with locally available foods alone - where a deficit of 20 and more percent of the RDA remained with regard to vitamins A, E, B1 and B2, as well as of zinc and linoleic acid (children), with regard to vitamins A, E, B1, B2 and B9, as well as of potassium and linoleic acid (lactating women), with regard to vitamins B1, B2 and B9, as well as of iron, potassium and linolenic acid (pregnant women), and with regard to vitamins B1 and B2, as well as of iron, potassium and linolenic acid (non-pregnant and non-lactating women). It was further found that the costs associated with the suggested cost-effective and nutrient-dense weekly meal schedule exceeded available family budgets (calculated based on n=66 HHs and with respect to consumed portion sizes of children and mothers) by 217 percent in case of children (with a weekly cost of 267 Rs. rather than the available 144 Rs.), and by 200 percent in case of lactating, pregnant as well as non-pregnant non-lactating mothers. The role of government services (AWCs, the PDS, and the MGNREGA), kitchen gardening/wild plant collection, own fishing activities and crop diversification in covering this deficit was enumerated and it was found that AWCs are able to cover the largest part of the weekly financing deficit (amounting to 34 percent in case of children), followed by kitchen gardens/wild plant collection (24 percent). As breastfeeding is deeply rooted in the Santal Adivasi communities (96 percent of mothers, n=275, were found to breastfeed their youngest child - with a mean age of 21.2 months), it is proposed in this dissertation that lactating women should be included as beneficiaries of AWCs in order to cover their nutrient needs and break - finally - the circle of undernutrition where children and mothers need to be seen together, rather than focusing merely on children in the well-known 1000-days window of opportunity.Diese Dissertation analysiert die Lebens-, Gesundheits-, und Ernährungssituation von Kindern der Urbe-völkerung Indiens im Alter von 6-39 Monaten, die im ländlichen Birbhum Distrikt in West Bengalen leben - und präsentiert dabei auch Daten ihrer Mütter. Es zeigte sich, dass Großfamilien signifikant öfter eine höhere Einkommensgruppe erreichen als Kleinfamilien (p0,05). Dennoch zeigten nicht-anämische Mütter eine höhere Wahrscheinlichkeit ein nicht-anämisches Kind zu haben als Mütter mit niedrigem Hb; im selben Sinne zeigten Mütter mit schwerer Anämie die höchste Wahrscheinlichkeit ein Kind mit moderater Anämie zu haben (die häufigste Anämie-Form unter den untersuchten Adivasi-Kindern). Entsprechend gilt es nicht nur die Kinder der indischen Ureinwohner, sondern auch deren Mütter besser zu ernähren, um den Kreislauf der Mangelernährung zu durchbrechen; hierbei gilt es einen Schwerpunkt auf die stillenden Mütter zu legen, die den höchsten Nährstoffbedarf haben. Insgesamt wiesen 94 Prozent der untersuchten Kinder im Alter von 6-39 Monaten eine Anämie auf (n=307, Hb36 Monate eher milde Anämien zeigten - wohingegen Kinder zwischen 6-23 Monaten meist eine moderate Anämie vorwiesen. Der Verzehr von Früchten senkte nachweislich das Vorkommen von moderater und schwerer Anämie unter den Kindern (p0,05); selbiges gilt für den Verzehr eines gering-dosierten Mikronährstoffpulvers (Sprinkle) zusätzlich zu den Mahlzeiten (p>0,05). Innerhalb der vorliegenden Dissertation wurde weiterhin eine Kosten-Effizienz-Analyse durchgeführt, die 425 lokal verfügbare Lebensmittel einbezog und untersuchte, welche dieser Lebensmittel bezogen auf die Kosten die höchste Nährstoffdichte aufweisen? Die Kosten wurden an die tatsächlich essbare Portion angepasst, um etwa Knochen, Schale und Kerne zu berücksichtigen. Lebensmittel der Nahrungsmittel-gruppen (1) Getreide/Hirse, (2) Gemüse und (3) Wurzeln gehörten signifikant öfter zu den Top 30 Prozent der kosteneffizienten Lebensmittel in der Winterpreis-Analyse (p9,5tes Perzentil), hohe (>8tes bis ≤ 9,5tes Perzentil), mittlere (>4tes bis ≤ 8tes Perzentil), und geringe (≤ 4tes Perzentil) Antinährstoffniveaus zu unterscheiden. Basierend auf der Kenn-tnis der lokal verfügbaren kosteneffektiven und antinährstoffarmen Lebensmittel wurde - in Kooperation mit der Ernährungswissenschaftlerin Caroline Stiller - ein wöchentlicher Ernährungsplan für die Adivasi-Kinder ihre Mütter entwickelt. Es zeigte sich, dass die RDAs der moderat mangelernährten Kinder (die höher liegen als die Verzehrsempfehlungen gesunder Kinder!) und ihrer Mütter nicht vollständig durch lokale Lebensmittel alleine gedeckt werden können; es blieb trotz Einsatz der kosteneffektivsten Lebens-mittel ein Defizit von 20 Prozent und mehr der empfohlenen Verzehrsmenge in Bezug auf die Vitamine A, E, B1 und B2, sowie Zink und Linolsäure (Kinder), in Bezug auf die Vitamine A, E, B1, B2 und B9, sowie Kalium und Linolsäure (stillende Frauen), in Bezug auf Vitamine B1, B2 und B9, sowie Eisen, Kalium und Linolsäure (Schwangere), und in Bezug auf Vitamine B1 und B2, sowie Eisen, Kalium und Linolsäure (nichtschwangere, nichtstillende Frauen). Die Dissertation zeigte desweiteren, dass die Kosten der empfohelnen Ernährung das verfügbare Budget der Adivasi-Familien (berechnet auf Basis den Einkommensdaten von n=66 Haushalten und mit Bezug auf die Verzehrsmengen von Kindern und Müttern) um 217 Prozent (Kinder) bzw. um 200 Prozent (Mütter) übersteigen. Das Potential von Regierungsprogrammen (AWCs, PDS, sowie der MGNREGA), Küchengärten, Fischerei und einer diversifizierten Landwirtschaft wurde quantifiziert, wobei die AWC den größten Teil zur Finanzierungslücke einer kosteneffizienten diversifizierten Ernährung beitragen können, gefolgt von Küchengärten. Da das Stillen bei den Adivasi-Müttern weit verbreitet ist (96 Prozent der Mütter, n=275, stillten ihr jüngstes Kind entsprechend des Baseline-Surveys - mit einem mittleren Alter der Kinder von 21,2 Monaten), empfiehlt diese Dissertation stillende Mütter dringend als Nutznießer der AWC einzuschließen, um ihren Nährstoffbedarf besser abzudecken und den Kreislauf der Unterernährung, wo Kinder und ihre Mütter gemeinsam gesehen werden müssen und der alleinige Fokus auf die Kinder in den ersten 1000 Tagen unzureichend ist, schließlich zu durchbrechen
Identification and quantification of tocomonoenol isomers in plants and microalgae and investigation of their metabolism in liver cells
Get PDFTocopherols (T), tocomonoenols (T1), and tocotrienols (T3) are tocochromanols, a group of bioactive compounds composed of a chromanol ring and a 16-carbon sidechain with biological functions, such as the protection of lipid membranes from oxidation and the modulation of cellular signaling. T have saturated sidechains, while T1 and T3 have a single or three double bonds in theirs, respectively. The prefixes alpha-, beta-, gamma-, and delta- are assigned based on the number and positions of methyl groups on the chromanol ring. alpha-, beta-, gamma-, and delta-congeners of T1 have been reported, with alpha-T1 being the predominantly identified congener. Two different alpha-T1 isomers are known, 11-alpha-T1, which has been mainly found in land plants, and 12-alpha-T1, which has been mostly detected in marine organisms. However, little is known regarding the occurrence of T1 in photosynthetic organisms and their metabolism in the liver, a strong determinant of bioavailability and bioactivity. The aim of this thesis was to evaluate underutilized plant-based food sources, cyanobacteria, and microalgae as potential sources of T1 and to characterize the uptake and conversion into metabolites of T1 in cultured liver cells in comparison to T and T3.
Acrocomia aculeata fruits were analyzed for alpha-T1 due to its phylogenetic relationship with Elaeis spp, the most common source of this congener. No alpha-T1 was detected in oils from endosperm and mesocarp of wild fruits of Acrocomia aculeata from Costa Rica. Aerial parts of the local underutilized leafy vegetable Urtica leptophylla were evaluated as source of T1 due to its agronomical potential and previous reports of T1 in leaves of plants. LC-MS analyses indicated that leaves and flowers of Costa Rican Urtica leptophylla contain minor amounts of alpha-T1 and gamma-T1. Cyanobacteria and microalgae from different species and origins were analyzed as source of alpha-T1 due to their role as primary producers in aquatic ecosystems and the reported presence of 12-alpha-T1 in marine phytoplankton. alpha-T1 in cyanobacteria and microalgae ranged from traces up to 17% of the total tocochromanol content. alpha-T1 concentrations alone were higher than the sum of all four T3. 11-alpha-T1 was the major alpha-T1 isomer in cyanobacteria and microalgae, as determined by GC-MS. Hence, 11-alpha-T1 is a product of biosynthetic pathways even in aquatic organisms. The effect of nitrogen depletion during the cultivation of microalgae on their alpha-T1 content was investigated. Nitrogen depletion did neither significantly affect the relative or absolute content of alpha-T1, despite an increase in tocochromanol content, nor the proportion of 11-alpha-T1/12-alpha-T1 in microalgae.
The uptake and conversion into metabolites of 11-alpha-T1 in HepG2 liver cells was compared to those of alpha-T3 and alpha-T. Cellular uptake of alpha-T1 in liver cells was higher than that of alpha-T. 11-alpha-T1, similar to alpha-T, was converted mostly to alpha-carboxymethylhydroxychroman in a time dependent manner, but to lower extend than alpha-T3. The effect of both ring methylation and sidechain saturation on the uptake and metabolism of the alpha- and gamma-congeners of T1, T and T3 was studied in HepG2 cells. gamma-Congeners were metabolized at higher extent than alpha-congeners and metabolite production increased with increasing number of double bonds in the sidechain independently of chromanol ring methylation.
In conclusion, alpha-T1 is present with up to 17% of total tocochromanols in cultured microalgae, which thus are an important new source of this congener. gamma-T1 is only a minor tocochromanol in U. leptophylla flowers. 11-alpha-T1, and not 12-alpha-T1, is the major alpha-T1 isomer in cyanobacteria and microalgae and nitrogen depletion of microalgae does not significantly affect alpha-T1 concentration. The metabolic conversion of alpha-T1 into alpha-carboxymethylhydroxychroman in HepG2 cells is similar to that of alpha-T and significantly lower than that of alpha-T3, suggesting that it may be handled by the organism similar to alpha-T. In conclusion, novel potential food sources of alpha-T1 have been identified and, because of similarities with alpha-T, its pharmacokinetics and biological activities warrant further investigation.Tocomonoenole (T1), Tocopherole (T) und Tocotrienole (T3) gehören zur Familie der Tocochromanole, einer Gruppe bioaktiver Substanzen, die aus einem Chromanolring und einer Seitenkette aus 16 Kohlenstoffatomen bestehen. Während T eine gesättigte Seitenkette aufweisen, haben T1 eine einfach ungesättigte und T3 eine dreifach ungesättigte Seitenkette. Je nach Anzahl und Stellung von Methylgruppen am Chromanolring werden alpha-, beta-, gamma-, und delta-Kongenere unterschieden. Es wurden bereits alpha-, beta-, gamma- und delta-Kongenere der T1 beschrieben, wobei alpha-T1 das am Häufigsten gefundene T1-Kongener darstellt. Zwei verschiedene alpha-T1-Isomere sind bekannt: 11-alpha-T1, welches hauptsächlich in terrestrischen Pflanzen, und 12-alpha-T1, welches hauptsächlich in marinen Quellen gefunden wurde. Über mögliche Quellen für alpha-T1 und seinen Metabolismus in der Leber ist bislang nur wenig bekannt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, neue Quellen für T1 zu identifizieren sowie den Metabolismus von T1 in Leberzellen zu erforschen und mit dem von T und T3 zu vergleichen.
Acrocomia aculeata wurde aufgrund seiner phylogenetischen Verwandtschaft mit Elaeis spp., einer Quelle für alpha-T1, auf den Gehalt dieses Kongeners hin untersucht. Im Endosperm- und Mesokarp von Früchten wilder Acrocomia aculeata aus Costa Rica konnte kein alpha-T1 nachgewiesen werden. Die oberirdischen Teile von Urtica leptophylla wurden aufgrund seines agronomischen Potenzials und vorangegangener Berichte über T1 in Blättern von Pflanzen als mögliche Quelle von T1 untersucht. Mittels LC-MS-Analyse wurden geringe Mengen an alpha-T1 und gamma-T1 in den Blättern und Blüten von Urtica leptophylla gefunden. Cyanobakterien und Mikroalgen unterschiedlicher Arten und Herkunft wurden aufgrund ihrer Rolle als Primärproduzenten in aquatischen Ökosystemen und des Vorkommens von 12-alpha-T1 in Phytoplankton als mögliche Quelle von alpha-T1 untersucht. Die Gehalte an alpha-T1 im Cyanobakterium Arthrospira platensis und in Mikroalgen der Gattungen Chlorella, Tetraselmis, Nannochloropsis und Monodopsis variierten vom Spurenbereich bis zu einem Anteil von bis zu 17% der Gesamt-Tocochromanolkonzentration. 11-alpha-T1 war das quantitativ wichtigste Isomer in allen Mikroalgen, unabhängig von Art und Herkunft, und in höheren Konzentrationen enthalten als T3. Der Einfluss eines Stickstoffmangels während der Kultivierung von Mikroalgen auf deren alpha-T1-Gehalte wurde erforscht. Die Kultivierung der Mikroalge Monodopsis subterranea unter Stickstoffmangel erhöhte den Tocochromanolgehalt, nicht aber die Konzentration von alpha-T1. Auch das Verhältnis von 11-alpha-T1 zu 12-alpha-T1 wurde nicht durch Stickstoffmangel beeinflusst.
Weiterhin wurde die Aufnahme von 11-alpha-T1 in HepG2-Leberzellen und seine Umwandlung zu Metaboliten untersucht und mit denen von alpha-T und alpha-T3 verglichen. In mit Tocochromanolen inkubierten Leberzellen (HepG2) war die Aufnahme der T1 in die Zelle höher als die der T. 11-alpha-T1 wurde in einem ähnlichen Umfang wie alpha-T, aber einem geringeren als alpha-T3 vorwiegend in alpha-Carboxymethylhydroxychroman umgewandelt. Der Einfluss der Ringmethylierung sowie der Sättigung der Seitenkette auf die Aufnahme und Umwandlung der alpha- und gamma-Kongenere von T1, T und T3 wurde in HepG2 Zellen untersucht: Die metabolische Konversion der Tocochromanole nahm mit zunehmender Zahl an Doppelbindungen in der Seitenkette zu. gamma-Kongenere wurden stärker als alpha-Kongenere umgewandelt.
Die Ergebnisse dieses Promotionsprojektes zeigen, dass alpha-T1 mit bis zu 17% des Gesamt-Tocochromanolgehalts in kultivierten Mikroalgen vorhanden und 11-alpha-T1, und nicht 12-alpha-T1, das wichtigste alpha-T1-Isomer in Mikroalgen ist. Weiterhin lässt sich schlussfolgern, dass ein Stickstoffmangel während der Kultivierung keinen Einfluss auf alpha-T1-Konzentrationen in Mikroalgen hat und gamma-T1 nur in geringen Mengen in Urtica leptophylla-Blüten vorhanden ist. Zum ersten Mal konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Umwandlungsrate von alpha-T1 zu alpha-Carboxymethylhydroxychroman in HepG2-Zellen mit der von alpha-T vergleichbar und signifikant geringer als die von T3 ist, was darauf hindeutet, dass es im Organismus ähnlich wie alpha-T behandelt wird. Somit wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit neue Lebensmittelquellen für alpha-T1 identifiziert und Erkenntnisse über seinen Stoffwechsel gewonnen, die, aufgrund der Ähnlichkeit zu alpha-T, weitere Studien zu seiner Pharmakokinetik und seinen biologischen Aktivitäten rechtfertigen
Teff-based functional probiotic beverage processed with selected probiotic bacteria
Get PDFThe recent consumers demand have moved from the primary role of food to the healthier action of biologically active food components. For this purpose, production of probiotic functional foods through a fermentation process is the current particular interest. Dairy-based products have been used for probiotics delivery since a very long time; however, due to the drawbacks associated with them such as milk lactose indigestibility, the prevalence of cholesterol related to dairy products, and allergy to milk protein are limited their further utilization for probiotics delivery. Alternatively, cereals are becoming the favorite choices to using as fermentable substrates for the growth and delivery of probiotics. Also, vegetarianisms are increasing through time because of medical reasons. Whole grain cereals are readily available with important nutrient sources of phytochemicals, and other bioactive compounds. Cereals have functioned as an encapsulation materials to improve probiotic stability and their bioactive prebiotics selectively stimulate the growth of probiotics present in the gastrointestinal tract. Particularly, teff is a gluten free and its nutritional value is attractive with high dietary fiber. Amino acids find in teff are well balanced and contains high lysine content. Teff is a good source of essential fatty acids, fiber, minerals, and phytochemicals such as polyphenols and phytates.
Consequently, the first primary objective of this research was to compare the quality attributes of whole grain teff flours grown in Ethiopia and South Africa for their proximate composition (moisture, protein, ash, fat, fiber, and carbohydrate), mineral contents (calcium, zinc, and iron), profiles of eighteen amino acids, pasting and thermal properties, and functional properties (water absorption capacity, oil absorption capacity, and swelling power), falling number and color. The proximate composition was examined using the methods of the European Commission Regulation (152/2009). Atomic spectrometer, ion-exchange chromatography, Rapid Visco-Analyzer, and Differential Scanning Calorimetry were used respectively to measure minerals, amino acids, pasting, and thermal properties. Correlation of the measured attributes were analyzed by Pearson correlation and principal component analysis. Significant (p < 0.05) differences were observed in most of the measured attributes between the two teff varieties; however, several significant (p < 0.01) correlations were obtained among the measured attributes by Pearson correlation and principal component analysis. The measured contents of moisture, protein, and zinc in South African teff variety were observed higher than the one grown in Ethiopia. However, much higher calcium and iron contents were found in Ethiopian teff variety. Ethiopian teff variety had showed higher values of foam stability, water absorption capacity, oil absorption capacity, and swelling power as compared to South African teff variety. Results from thermal and pasting properties showed that onset, peak and end temperatures, trough, final, and setback viscosities, as well as peak time, pasting temperature were observed higher in case of South African teff variety.
The second primary objective was to examine the suitability of teff made substrates for their potential for the growing and delivering of selected probiotic strains of Lactiplantibacillus plantarum A6 (LPA6) and Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LCGG). Single and co-culture fermentations were performed without pH adjustment. In 24 h fermentation with single strain of LPA6, cell count was increased to 8.35 log cfu/mL. Titratable acidity (TA) and pH were measured between 0.33 and 1.4 g/L, and 6.3 and 3.9, respectively. For the investigation of optimum fermentation process variables, Nelder-Mead simplex method was applied and found the optimum values for time and inoculum respectively as 15 h and 6 log cfu/mL. Afterwards, co-culture fermentation was performed by using the optimized process variables. As a result of co-culture fermentation, glucose was progressively consumed while lactic acid and acetic acid were produced. Cell counts of LPA6 and LCGG were able to grow to 8.42 and 8.25 log cfu/mL, respectively, which are a good counts as compared to the minimum required probiotics level of 6 log cfu/mL at consumption time. Findings showed that similar pH and TA values were attained in short time during co-culture fermentation compared to single culture fermentation. Also, without any addition teff substrate was found to be suitable for the growing and delivering of the tested probiotic strains of LPA6 and LCGG.
Another focus of this research was to apply two-dimensional fluorescence spectroscopy for the on-line supervision of the fermentation process of teff-based substrate inoculated with LPA6 and LCGG. The fluorescence spectra were measured by using BioView sensor. Analysis of the fermentation process by using the conventional methods such as high performance liquid chromatography for determination of glucose and lactic acid, and using agar plate count for determination of cell counts are time consuming, labor intensive and costly methods. As an alternative the application of fluorescence spectroscopy coupled with partial least square regression and artificial neural network was applied for the on-line quantitative analysis of cell counts of LPA6 and LCGG, glucose, and lactic acid. For the prediction of cell counts of LPA6 and LCGG, the percentage errors of prediction were determined in the range of 2.5-4.5 %. Also, for lactic acid prediction, the percentage error was 7.7 %; however, percentage error for glucose prediction showed a rather high error value. This part of study verified that a two-dimensional fluorescence spectroscopy combined with partial least square regression and artificial neural network can be applied during fermentation process to predict cell counts of LPA6 and LCGG, and content of lactic acid with low uncertainty.
Finally, this study was focused on the effect of refrigerator storage on the physicochemical characteristics and viability of LPA6 and LCGG in a teff-based probiotic beverage. As well as a 9-point hedonic scale was applied for sensory test of the beverage. For these determinations, a teff-based probiotic beverage was produced through the fermentation of whole grain teff flour inoculated with co-culture strains of LPA6 and LCGG. Then, the beverage was stored in refrigerator (4-6 ℃) for 25 days. Samples were taking every five days including the first day of storage to quantify cell counts of LPA6 and LCGG, pH, TA, glucose, acetic acid, lactic acid, and maltose. Over the storage time, cell counts of LPA6 and LCGG were decreased from 8.45 and 8.15 log cfu/mL to 8.28 and 7.86 log cfu/mL, respectively. While cell counts were decreased during storage, their cell counts are still observed above the minimum suggested level of 6-7 log cfu/mL at the time of consumption. Lactic acid, acetic acid, glucose, and maltose as well as TA were increased with reduction of pH over the storage time. Metabolic activities observed over the storage time indicated presence of active enzymes that were produced during fermentation process. As examined the beverage, E. coli, Pseudomonas aeruginosa, coagulase-positive Staphylococci, presumptive Bacillus cereus, Salmonella spp., and Listeria monocytogenes werent detected. Sensory test attributes of color, appearance, aroma, and taste of the beverage were observed between 6.2 and 6.9, which are in the accepted range. Six and above average score values of the sensory test attributes are considered to be accepted by the panelists. Overall, it could be possible to say the proposed aim for the production of a teff-based probiotic functional beverage was accomplished successfully.Die Nachfrage der Verbraucher hat sich in letzter Zeit von der primären Rolle der Lebensmittel auf die gesundheitsfördernde Wirkung biologisch aktiver Nahrungsbestandteile verlagert. Zu diesem Zweck ist die Herstellung von probiotischen funktionellen Lebensmitteln durch einen Fermentationsprozess derzeit von besonderem Interesse. Produkte auf Milchbasis werden schon seit langem für die Zufuhr von Probiotika verwendet; aufgrund der mit ihnen verbundenen Nachteile, wie z. B. die Unverdaulichkeit von Milchzucker, die Prävalenz von Cholesterin im Zusammenhang mit Milchprodukten und Allergien gegen Milcheiweiß, ist ihre weitere Verwendung für die Zufuhr von Probiotika jedoch begrenzt. Alternativ dazu werden Getreideprodukte als fermentierbare Substrate für das Wachstum und die Zufuhr von Probiotika immer beliebter. Auch der Vegetarismus nimmt aus medizinischen Gründen immer mehr zu. Vollkorngetreide ist leicht erhältlich und enthält wichtige Nährstoffquellen mit sekundären Pflanzenstoffen und anderen bioaktiven Verbindungen. Getreide dient als Verkapselungsmaterial, um die Stabilität von Probiotika zu verbessern, und ihre bioaktiven Präbiotika stimulieren selektiv das Wachstum von Probiotika im Magen-Darm-Trakt. Vor allem Teff ist glutenfrei und sein Nährwert ist aufgrund seines hohen Ballaststoffgehalts attraktiv. Die in Teff enthaltenen Aminosäuren sind ausgewogen und enthalten einen hohen Anteil an Lysin. Teff ist eine gute Quelle für essenzielle Fettsäuren, Ballaststoffe, Mineralien und sekundäre Pflanzenstoffe wie Polyphenole und Phytate.
Das erste Hauptziel dieser Untersuchung war daher der Vergleich der Qualitätseigenschaften von Teff-Vollkornmehlen aus Äthiopien und Südafrika hinsichtlich der Zusammensetzung (Feuchtigkeit, Protein, Asche, Fett, Ballaststoffe und Kohlenhydrate), des Mineralstoffgehalts (Kalzium, Zink und Eisen), der Profile von achtzehn Aminosäuren, der Verkleisterungs- und thermische Eigenschaften sowie der funktionellen Eigenschaften (Wasseraufnahmefähigkeit, Ölaufnahmefähigkeit und Quellfähigkeit), der Fallzahl und der Farbe. Die Zusammensetzung der Proben wurde nach der Methoden der Verordnung der Europäischen Kommission (152/2009) untersucht. Atomspektrometer, Ionenaustauschchromatographie, Rapid Visco-Analyzer und Differential Scanning Calorimetry wurden jeweils zur Messung von Mineralien, Aminosäuren, Klebereigenschaften und thermischen Eigenschaften verwendet. Die Korrelation der gemessenen Eigenschaften wurde mittels Pearson-Korrelation und Hauptkomponentenanalyse analysiert. Bei den meisten der gemessenen Eigenschaften wurden signifikante (p < 0,05) Unterschiede zwischen den beiden Teffsorten festgestellt; es wurden jedoch mehrere signifikante (p < 0,01) Korrelationen zwischen den gemessenen Eigenschaften durch Pearson-Korrelation und Hauptkomponentenanalyse ermittelt. Die gemessenen Gehalte an Feuchtigkeit, Protein und Zink waren bei der südafrikanischen Teffsorte höher als bei der in Äthiopien angebauten Sorte. Der Kalzium- und Eisengehalt der äthiopischen Teffsorte war jedoch wesentlich höher. Die äthiopische Teffsorte wies im Vergleich zur südafrikanischen Teffsorte höhere Werte bei der Schaumstabilität, der Wasseraufnahmefähigkeit, der Ölaufnahmefähigkeit und dem Quellvermögen auf. Die Ergebnisse der Verkleisterungs- und thermischen Eigenschaften zeigten, dass die Anfangs-, Spitzen- und Endtemperaturen, die Tiefst-, Endviskosität sowie die Zeit der maximalen Viskosität und die Verkleisterungstemperatur bei der südafrikanischen Teffsorte höher waren.
Das zweite Hauptziel bestand darin, die Eignung von aus Teff hergestellten Substraten auf ihr Potenzial für das Wachstum und die Abgabe ausgewählter probiotischer Stämme von Lactiplantibacillus plantarum A6 (LPA6) und Lacticaseibacillus rhamnosus GG (LCGG) zu untersuchen. Die Fermentationen in Einzel- und Co-Kultur wurden ohne pH-Regelung durchgeführt. Bei der 24-stündigen Fermentation mit dem Einzelstamm von LPA6 stieg die Zellzahl auf 8,35 log cfu/ml. Der pH-Wert und die pH und titrierbare Säure (TA) -Wert wurden zwischen 6,3 und 3,9 bzw. 0,33 und 1,4 g/L gemessen. Für die Untersuchung der optimalen Fermentationsprozessvariablen wurde die Nelder-Mead-Simplex-Methode angewandt und die optimalen Werte für die Fermentationszeit und Inokulumskonzentration wurden mit 15 h bzw. 6 log cfu/mL ermittelt. Anschließend wurde eine Co-Kultur-Fermentation unter Verwendung der optimierten Prozessvariablen durchgeführt. Als Ergebnis der Co-Kultur-Fermentation wurde Glukose zunehmend verbraucht, während Milchsäure und Essigsäure produziert wurden. Die Zellzahlen von LPA6 und LCGG konnten auf 8,42 bzw. 8,25 log cfu/ml anwachsen, was eine gute Zahl im Vergleich zu der erforderlichen Mindestkonzentration an Probiotika von 6 log cfu/ml zum Zeitpunkt des Verbrauchs darstellt. Die Ergebnisse zeigten, dass bei der Co-Kultur-Fermentation in kurzer Zeit ähnliche pH- und TA-Werte erreicht wurden wie bei der Einzelkultur-Fermentation. Außerdem erwies sich das Teff-Substrat ohne jeglichen Zusatz als geeignet für das Wachstum und die Abgabe der getesteten probiotischen Stämme von LPA6 und LCGG.
Ein weiterer Schwerpunkt dieser Forschung war die Anwendung der zweidimensionalen Fluoreszenzspektroskopie für die Online-Überwachung des Fermentationsprozesses von Teff-Substrat, das mit LPA6 und LCGG beimpft wurde. Die Fluoreszenzspektren wurden mit dem BioView-Sensor gemessen. Die Analyse des Fermentationsprozesses mit Hilfe herkömmlicher Methoden wie der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie zur Bestimmung von Glukose und Milchsäure und der Agarplattenzählung zur Bestimmung der Zellzahl ist zeitaufwändig, arbeitsintensiv und kostspielig. Als Alternative wurde die Fluoreszenzspektroskopie in Kombination mit einer Hauptkomponentenregression und einem künstlichen neuronalen Netz für die quantitative Online-Analyse der Zellzahlen von LPA6 und LCGG, Glukose und Milchsäure eingesetzt. Für die Vorhersage der Zellzahlen von LPA6 und LCGG wurde der mittlere quadratische Fehler der Vorhersage im Bereich von 2,5-4,5 % ermittelt. Auch bei der Vorhersage der Milchsäure lag der prozentuale Fehler bei 7,7 %; der prozentuale Fehler bei der Vorhersage der Glukose wies jedoch einen recht hohen Wert auf. In diesem Teil der Studie wurde nachgewiesen, dass die zweidimensionale Fluoreszenzspektroskopie in Verbindung mit der Hauptkomponentenregression und dem künstlichen neuronalen Netz während des Fermentationsprozesses eingesetzt werden kann, um die Zellzahlen von LPA6 und LCGG sowie den Milchsäuregehalt mit geringer Unsicherheit vorherzusagen.
Schließlich konzentrierte sich diese Studie auf die Auswirkungen der Kühllagerung auf die physikochemischen Eigenschaften und die Lebensfähigkeit von LPA6 und LCGG in einem probiotischen Getränk auf Teffbasis. Für die sensorische Prüfung des Getränks wurde eine 9-Punkte-Hedonik-Skala verwendet. Für diese Untersuchungen wurde ein probiotisches Getränk auf Teff-Basis durch Fermentation von Teff-Vollkornmehl hergestellt, das mit Co-Kultur-Stämmen von LPA6 und LCGG geimpft wurde. Anschließend wurde das Getränk 25 Tage lang im Kühlschrank (4-6 °C) gelagert. Alle fünf Tage, einschließlich des ersten Tages der Lagerung, wurden Proben entnommen, um die Zellzahlen von LPA6 und LCGG, pH-Wert, TA, Glukose, Essigsäure, Milchsäure und Maltose zu bestimmen. Während der Lagerzeit sank die Zellzahl von LPA6 und LCGG von 8,45 und 8,15 log cfu/mL auf 8,28 bzw. 7,86 log cfu/mL. Obwohl die Zellzahlen während der Lagerung abnahmen, lagen sie zum Zeitpunkt des Verzehrs immer noch über dem empfohlenen Mindestwert von 6-7 log cfu/ml. Milchsäure, Essigsäure, Glukose und Maltose sowie TA stiegen mit der Verringerung des pH-Werts während der Lagerungszeit an. Die während der Lagerzeit beobachteten Stoffwechselaktivitäten wiesen auf das Vorhandensein aktiver Enzyme hin, die während des Fermentationsprozesses gebildet wurden. Bei der Untersuchung des Getränks wurden keine E. coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylokokken, Bacillus cereus, Salmonella spp. und Listeria monocytogenes nachgewiesen. Die sensorischen Testattribute Farbe, Aussehen, Geruch und Geschmack des Getränks lagen zwischen 6,2 und 6,9, was im akzeptierten Bereich liegt. Sechs und mehr durchschnittliche Punktwerte für die sensorischen Testattribute werden von den Panelisten als akzeptabel angesehen. Insgesamt kann man sagen, dass das vorgeschlagene Ziel der Herstellung eines probiotischen Funktionsgetränks auf Teffbasis erfolgreich erreicht wurde
Variation and estimation of nitrogen utilization efficiency in a crossbred pig population
Get PDFEfficient utilization of dietary nitrogen (N) in pork production is of increasing concern. Previous studies revealed that a genetic basis for N utilization efficiency (NUE) might exist, but to assess the potential of breeding for improved NUE, the between-animal variation of a large number of animals needs to be known. The standard method to determine N retention (NR) in balance trails is laborious and not feasible for the required numbers of animals. However, correlations between protein utilization and blood urea nitrogen (BUN) concentration have been shown to exist and body protein turnover is subject to hormonal control. Hence, the objective of the present thesis was to quantify NR of growing pigs at two different growth stages by N balance and to determine the impact of body protein turnover on NUE. In addition, equations for the estimation of NR were established, using performance data and blood metabolite concentrations, which were applied to evaluate the variation in NUE of a F1 crossbred population.
Over a period of 2.5 years, a total of 508 crossbred pigs (German Landrace x Pietrain) from 20 different boars was investigated from the 11th week of life until slaughter. The pigs were housed individually throughout the experimental period and a two-phase fattening was performed. All animals received the same diet for ad libitum intake which was formulated to contain 90% of the recommended lysine concentration so that marginal lysine supply was the limiting factor for protein retention and pigs were allowed to express their full genetic potential of NUE. In both fattening phases, daily feed intake was recorded for each animal in a five-day sampling period (SP), and blood samples were taken from the jugular vein at around 13:00 h on three consecutive days for determination of BUN, cortisol, and insulin-like growth factor 1 (IGF-I) concentration. Additionally, in both SP, N balance was performed in the same experimental barn on a randomly selected subsample of 56 barrows. The barrows were housed in metabolism crates for six days, two days for adaption and four days for quantitative collection of feces and urine. Simultaneously, their body protein turnover was determined using the end-product method after a single oral dose of 15N-labeled glycine. Based on the N balance results, models for estimation of NR were obtained by multiple regression of performance data and blood metabolite concentrations. The significance of the variables was validated using a bootstrapping method to avoid overfitting the models to the observed data. The goodness of fit of the equations was assessed using the coefficient of determination and the root mean square error.
The N balance results revealed a high protein retention potential of the animals, which did not differ on average between the two SP. However, large differences in NR were observed between individuals and NR was strongly correlated with N and lysine intake. NUE was also at a high level and varied considerably between individuals. The mean NUE was significantly higher in SP1 than in SP2 and a moderate correlation was observed between NR and NUE. The mean body protein turnover did not differ between the SP and no correlation with NUE was observed. In estimating NR, the model with the best goodness of fit included the variables initial body weight, average daily gain, average daily feed intake, N intake, BUN, cortisol, and IGF-I concentration. This model was used to estimate NR for all animals and subsequently calculate their NUE. Describing NR as a linear function of lysine intake across both SP showed an average marginal efficiency of lysine utilization for protein retention of 67%. Despite a wide variation in NUE within the offspring of the same boars, significant differences were found between the offspring groups of the boars.
Under the prevailing circumstances of marginal lysine supply, the NR of fattening pigs could be estimated from performance data and blood metabolite concentrations with satisfying accuracy. This provides a fast and reliable alternative to performing N balance studies, reducing the experimental effort considerably in studies with large numbers of animals. Although lysine supply was the limiting factor for protein retention, only about 70% of the variation in NR could be explained by the level of lysine intake. The remaining part of the variation was likely caused by differences in the intermediary lysine utilization or differences in the lysine content of the retained body protein between individuals. About 50% of the variation in NUE could be explained by differences in the level of NR, implying that pigs with higher protein retention potential utilized dietary N more efficiently. However, this was not accompanied by differences in body protein turnover. Phenotyping of the F1 crossbred population revealed a large variation between individuals and a significant boar effect, indicating the possibility of improving NUE through breeding measures.Die effiziente Verwertung des Futter-Stickstoffs (N) wird in der Schweineerzeugung zunehmend bedeutender. Frühere Studien haben gezeigt, dass eine genetische Grundlage der N-Nutzungseffizienz (NNE) zu bestehen scheint, aber um das Potential von Züchtungsmaßnahmen zur Verbesserung der NNE beurteilen zu können, muss die individuelle Variation einer ausreichend großen Tierzahl erfasst werden. Die Standardmethode zur Bestimmung des N-Ansatz (NA) ist aufwändig und kaum mit den benötigten Tierzahlen durchführbar. Allerdings wurden signifikante Korrelationen zwischen der Proteinverwertung und der Blutharnstoff-Konzentration (BHK) nachgewiesen und der Körperproteinumsatz unterliegt hormonellen Einflüssen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, den NA von Mastschweinen in zwei verschiedenen Wachstumsabschnitten durch N-Bilanzierung zu quantifizieren und den Einfluss des Körperproteinumsatzes auf die NNE zu bestimmen. Darüber hinaus wurden Gleichungen für die Schätzung des NA anhand von Leistungsdaten und Blutmetabolit-Konzentrationen aufgestellt, welche im Anschluss zur Beschreibung der Variation der NNE einer F1-Kreuzungspopulation verwendet wurden.
Über einen Zeitraum von 2,5 Jahren wurden insgesamt 508 Kreuzungstiere (Deutsche Landrasse x Pietrain), die von 20 verschiedenen Ebern abstammten, von der 11. Lebenswoche bis zur Schlachtung untersucht. Die Schweine waren während des gesamten Versuchszeitraums in Einzelhaltung untergebracht und es wurde eine zweiphasige Mast durchgeführt. Allen Tieren wurde das gleiche Futter zur ad libitum Aufnahme vorgelegt, welches lediglich 90% der empfohlenen Lysinkonzentration enthielt, so dass die marginale Lysinversorgung der begrenzende Faktor für den Proteinansatz war und die Schweine ihr volles genetisches Potenzial der effizienten N-Nutzung entfalten konnten. In beiden Mastphasen wurde in einem jeweils fünftägigem Probenahmezeitraum (PZ) die tägliche Futteraufnahme der Tiere erfasst, und an drei aufeinanderfolgenden Tagen gegen 13:00 Uhr Blutproben aus der Jugularvene entnommen, um die BHK und die Konzentrationen von Cortisol und dem insulinähnlichen Wachstumsfaktor 1 (IGF-I) zu bestimmen. In beiden PZ wurde in demselben Versuchsstall zusätzlich eine N-Bilanz an einer zufällig ausgewählten Stichprobe von 56 Börgen durchgeführt. Diese wurden für eine zweitägige Eingewöhnungsphase und die darauffolgende viertägige quantitative Kot- und Harnsammlung in Stoffwechselkäfigen gehalten. Zeitgleich wurde deren Körperproteinumsatz mittels Endprodukt-Methode nach einmaliger, oraler Verabreichung von 15N-markiertem Glycin bestimmt. Auf der Grundlage der N-Bilanzergebnisse wurden durch multiple Regression der Leistungsdaten und der Blutmetabolit-Konzentrationen Modelle zur Schätzung des NA erstellt. Die Signifikanz der Modellvariablen wurde durch ein Bootstrapping-Verfahren überprüft, um eine Überanpassung der Modelle an die beobachteten Daten zu vermeiden. Die Anpassungsgüte der abgeleiteten Gleichungen wurde anhand des Bestimmtheitsmaßes und der Wurzel der mittleren Fehlerquadratsumme bewertet.
Die Ergebnisse der N-Bilanz offenbarten ein hohes N-Ansatzvermögen der Tiere, welches sich im Mittel nicht zwischen den beiden PZ unterschied. Zwischen den Individuen wurden jedoch große Unterschiede im NA beobachtet und dieser war stark mit der N- und Lysinaufnahme korreliert. Auch die NNE war auf einem hohen Niveau und variierte stark zwischen den Einzeltieren. Die mittlere NNE war in PZ1 signifikant höher als in PZ2 und es wurde eine mäßige Korrelation zwischen dem NA und der NNE beobachtet. Der mittlere Körperproteinumsatz unterschied sich nicht zwischen den PZ und es konnte keine Korrelation mit der NNE festgestellt werden. Das Modell für die Schätzung des NA mit der besten Anpassungsgüte beinhaltete die Variablen Einstallgewicht, Lebendmassezunahme, Futteraufnahme, N-Aufnahme, BHK, Cortisol und IGF-I-Konzentration. Mit diesem Modell wurde der NA für alle Tiere geschätzt und im Anschluss die NNE berechnet. Die Beschreibung des NA als lineare Funktion der Lysinaufnahme zeigte im Mittel beider PZ eine durchschnittliche marginale Effizienz der Lysinverwertung für den Proteinansatz von 67%. Trotz großer Unterschiede in der NNE innerhalb der Nachkommen der jeweiligen Eber konnten signifikante Unterschiede zwischen den Nachkommengruppen der Eber festgestellt werden.
Unter den vorliegenden Bedingungen einer marginalen Lysinversorgung konnte der NA von Mastschweinen anhand von Leistungsdaten und Blutmetabolit-Konzentrationen mit zufriedenstellender Genauigkeit geschätzt werden. Dies stellt eine schnelle und zuverlässige Alternative zur Durchführung von N-Bilanzstudien dar und reduziert damit den Versuchsaufwand erheblich, insbesondere bei der Beprobung großer Tierzahlen. Obwohl die Lysinversorgung der begrenzende Faktor für den Proteinansatz war, konnten nur etwa 70% der Variation des NA durch die Höhe der Lysinaufnahme erklärt werden. Der verbleibende Teil der Variation wurde wahrscheinlich durch Unterschiede in der intermediären Lysinverwertung oder Unterschiede im Lysingehalt des angesetzten Körperproteins zwischen den Individuen verursacht. Etwa 50% der Variation in der NNE konnten durch Unterschiede in der Höhe des NA erklärt werden, was darauf hindeutet, dass Schweine mit einem höheren Proteinansatzpotenzial den mit dem Futter aufgenommenen N effizienter verwerteten. Dies ging jedoch nicht mit Unterschieden im Körperproteinumsatz einher. Die Phänotypisierung der F1-Kreuzungspopulation offenbarte eine große Variation zwischen den Individuen und einen signifikanten Eber-Effekt, was die Möglichkeit aufzeigt, die NNE durch züchterische Maßnahmen verbessern zu können
Maternal psychosocial stressors, depression and its implications on maternal and infant nutrition : a longitudinal birth cohort study in South West Ethiopia
Get PDFThis thesis draws on theoretical background and a conceptual model of how selected psychosocial stressors (household food insecurity and intimate partner violence) and coping strategies (maternal social support) are linked to psychological distress (maternal depression) which can influence the nutritional status of mothers and infants. The scientific contribution of this work is threefold. First, it adds to the existing literature on the links between psychosocial stressors, social support and depression, by showing the degree to which household food insecurity and intimate partner violence during pregnancy are associated with the risk of antenatal depressive symptoms, and whether maternal social support plays a buffering role in this process. Second, it describes the longitudinal relationship of prenatal and postnatal depressive symptoms with infant feeding practices. Finally, this work contributes to the literature on depression by validating one of the most commonly applied depression measurement tools, the patient health questionnaire (PHQ-9), in a new culture and language. This thesis includes three research articles; two were published in peer-reviewed journals and the third manuscript is currently under peer review. The first article is a validation study of the depressive symptoms measurement tool in a new culture and language in a rural setting. The other two papers are based on ENGINE birth cohort data, a prospective community-based birth cohort study conducted by Tufts University in collaboration with Jimma and Hawassa Universities and the Ethiopian Public Health Institute in the southwest part of Ethiopia. The first article validated an Afaan Oromo language version of the Patient Health Questionnaire (PHQ-9). PHQ-9 is one of the most commonly used depressive symptoms measurement scales. Few validation studies have been conducted in sub-Saharan Africa for scales seeking to detect depression in pregnant women and to the authors knowledge this is the first validation of the PHQ-9 in this language. The main finding of the first paper was that the PHQ-9 scale has acceptable reliability and validity as a screening instrument for depressive symptoms among Afaan Oromo speaking Ethiopian pregnant women. The PHQ-9 score of eight or above was found to be an optimal cut-off point to diagnose prenatal depressive symptoms with a sensitivity and specificity of 80.8% and 79.5% respectively. The second article tested hypotheses derived from Lazarus and Folkmans stress and coping theory. This theory provides a basis for understanding the impacts of psychosocial stressors on the development and prognosis of depression and the buffering effect of coping mechanisms. The hypotheses are as follows: increased psychosocial stressors, specifically intimate partner violence and household food insecurity during pregnancy, lead to higher prenatal depressive symptoms, and strong social support from friends,families and partners have a buffering effect. The present results supported these hypotheses by demonstrating that both household food insecurity and intimate partner violence were positively associated with prenatal depressive symptoms. Simultaneously, strong social support from friends, families and partners was negatively associated with prenatal depressive symptoms. The second article tested another hypothesis that the risk of prenatal depression is higher in anemic pregnant women. The current study supported this hypothesis by demonstrating that anemic pregnant women experienced a higher risk of prenatal depressive symptoms than their non-anemic counterparts. The second paper also investigated the degree to which socio-demographic factors such as age, marital status, educational status, and family size predicted the risk for prenatal depression among pregnant women. The results suggested that unmarried pregnant women and women living in households with large family size were at higher risk of prenatal depressive symptoms. The third paper tested one hypothesis that infants born to mothers with maternal depressive symptoms (prenatal and postnatal) are more likely to have poor infant feeding practices than their counterparts. The present study findings supported this hypothesis by showing that immediate postnatal depressive symptoms are negatively associated with infant feeding practices. However, there was no association between prenatal depressive symptoms and infant feeding practices. The results also showed that intimate partner violence was negatively associated with infant feeding practices. In this study, strong maternal social support and active social participation were positive predictors of infant feeding practices. Contrary to expectations, the present study also found that household food insecurity and infant morbidity episodes were positively associated with infant feeding practices. Finally, the third articles findings suggested that maternal educational status was positively associated with infant feeding practices and preterm babies were at higher risk of poor infant feeding practices. Infant gender did not affect infant feeding practices in this study. Overall, this PhD thesis provided support for Lazarus and Folkmans stress and coping theory by demonstrating that psychosocial stressors were positively associated with prenatal depressive symptoms and perceived maternal social support was negatively associated with prenatal depressive symptoms. The thesis also found that anemia during pregnancy is a predictor of prenatal depressive symptoms. Additionally, early postnatal depression and intimate partner violence negatively affect infant feeding practices, whereas perceived maternal social support and active social participation predict appropriate infant feeding practices. The study has a number of implications for practice and future research including prioritization of early screening for maternal depressive symptoms and intimate partnerviolence, and promotion of social support and active social participation as a means of preventing maternal depression and improving maternal and infant nutritional status.Diese Dissertation stützt sich auf theoretische Grundlagen und konzeptionelle Modelle, wie ausgewählte psychosoziale Stressfaktoren (Ernährungsunsicherheit im Haushalt und Gewalt in der Intimpartnerschaft) und Bewältigungsstrategien (soziale Unterstützung von Müttern), die mit psychischen Belastungen (Depression von Müttern) in Verbindung stehen und sich ungünstig auf den Ernährungszustand von Mutter und Kind auswirken können. Der wissenschaftliche Beitrag dieser Arbeit wirkt auf drei Ebenen. Anfangs wurde die vorhandene Literatur zu den Zusammenhängen zwischen psychosozialen Stressfaktoren, sozialer Unterstützung und Depressionen ergänzt, indem aufgezeigt wird, inwieweit Ernährungsunsicherheit im Haushalt und Gewalt in der Partnerschaft während der Schwangerschaft mit dem Risiko vorgeburtlicher depressiver Symptome verbunden sind und ob mütterliche soziale Unterstützung diesen Prozess verringern kann. Zusätzlich wirddie längerfristige Beziehung von pränatalen und postnatalen depressiven Symptomen zu Ernährungspraktiken bei Säuglingen aufgezeigt. Darüber hinaus hat diese Arbeit einen konstruktiven Beitrag zur Erfassung von Depressionen geleistet, indem sie den häufig verwendeten Patientengesundheitsfragebogen (PHQ-9) in einer neuen Kultur und Sprache (Afaan Oromo) validierte. Die vorliegende Arbeit enthält drei Forschungsartikel; die ersten beiden wurden bereits in begutachteten Fachzeitschriften veröffentlicht und das dritte Manuskript befindet sich noch im Peer-Review-Verfahrens. Der erste Artikel präsentiert eine Validierungsstudie zur Messung depressiver Symptome in einer neuen Kultur und Sprache in ländlicher Umgebung in Äthiopien. Die beiden anderen Studien basieren auf ENGINE-Geburtskohortendaten, einer prospektiven, gemeindenahen Erhebung, die von der Tufts University in Zusammenarbeit mit den Universitäten Jimma und Hawassa sowie dem Ethiopian Public Health Institute im Südwesten Äthiopiens durchgeführt wurden. Der erste Artikel validierte die Afaan Oromo-Sprachversion des Patientengesundheitsfragebogens (PHQ-9). PHQ-9 ist eine der am häufigsten verwendeten Messskalen für depressive Symptome. In Afrika südlich der Sahara wurden nur wenige Validierungsstudien für Skalen durchgeführt, mit denen Depressionen bei schwangeren Frauen festgestellt werden sollen. Meines Wissens nach ist dies die erste Validierung von PHQ-9 in der SpracheAfaan Oromo. Das wichtigste Ergebnis der ersten Arbeit war,dass die PHQ-9-Skala als Screening-Instrument für depressive Symptome bei Afaan Oromo-sprechenden schwangeren äthiopischen Frauen eine akzeptable Zuverlässigkeit und Validität aufweist. Der PHQ-9-Score von acht oder mehr wurde als optimaler Grenzwert für die Diagnose pränataler depressiver Symptome mit einer Sensitivität und Spezifität von 80,8% bzw. 79,5% ermittelt. Der zweite Artikel testete Hypothesen, die aus der Stress- und Bewältigungstheorie von Lazarus und Folkman abgeleitet wurden. Diese Theorie liefert eine Grundlage für das Verständnis der Auswirkungen psychosozialer Stressfaktoren auf die Entwicklung und Prognose von Depressionen und die Pufferwirkung von Bewältigungsmechanismen. Die Hypothesen sind wie folgt: erhöhte psychosoziale Stressfaktoren, insbesondere Gewalt in der Partnerschaft und Ernährungsunsicherheit im Haushalt während der Schwangerschaft führen zu höheren pränatalen depressiven Symptomen. Dagegen wirkt eine starke soziale Unterstützung durch Freunde, Familien und Partner lindernd. Die vorliegenden Ergebnisse untermauern diese Hypothese, indem sie zeigen, dass sowohl Ernährungsunsicherheit im Haushalt als auch Gewalt in der Intimpartnerschaft mit erhöhten pränatalen depressiven Symptomen assoziiert sind. Andererseits stellte eine starke soziale Unterstützung durch Freunde, Familien und Partner einen gewissen Schutz gegen vorgeburtliche depressive Symptome dar. Im zweiten Artikel wurde auch die Hypothese getestet, ob das Risiko einer pränatalen Depression bei anämischen Schwangeren erhöht ist. Die aktuelle Studie untermauerte diese Hypothese, indem sie zeigte, dass anämische Schwangere im Vergleich zu nicht anämisch schwangeren Frauen ein höheres Risiko für pränatale depressive Symptome aufwiesen. Zusätzlich wurde untersucht, inwieweit der soziodemografische Status schwangerer Frauen wie Alter, Familienstand, Bildungsstand, und Familiengröße das Risiko für eine pränatale Depression prognostiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass unverheiratete Schwangere und Frauen, die in Haushalten einer Großfamilie leben, einem höheren Risiko für pränatale depressive Symptome ausgesetzt waren. Im dritten Manuskript wurde die Hypothese geprüft, ob Säuglinge, die von Müttern mit depressiven Symptomen (vor und nach der Geburt) geboren wurden, mit höherer Wahrscheinlichkeit unzureichenden Ernährungspraktiken ausgesetzt sind im Vergleich zu Säuglingen deren Mütter nicht unter Depressionen litten. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie unterstützen diese Hypothese, indem sie zeigen, dass unmittelbare postnatale depressive Symptome verstärkt zu inadäquatenErnährungspraktiken bei Säuglingen führen. Es gab jedoch keinen Zusammenhang zwischen pränatalen depressiven Symptomen und Säuglingsernährungspraktiken. Die Ergebnisse zeigten auch, dass sich Gewalt in der Partnerschaft negativ auf die Ernährung von Säuglingen auswirkt. Eine starke soziale Unterstützung der Mütter und eine aktive soziale Beteiligung stellen positive Prädiktoren für Säuglingsernährungspraktiken dar. Auch wurde festgestellt, dass Haushaltsnahrungsunsicherheit und Säuglingskrankheiten positiv mit günstigen Ernährungspraktiken von Säuglingen assoziiert sind, sehr wahrscheinlich bedingt durch Kompensationsmechanismen. Die Ergebnisse des dritten Artikels zeigten auch, dass sich ein hoher mütterlicher Bildungsstatus positiv aufdie Ernährung von Säuglingen auswirkt. Frühgeborene hingegenscheinen einem höheren Risiko für inadäquate Ernährungsweisenausgeliefert zu sein. Das Geschlecht des Kindes hatte in dieser Studie keinen Einfluss auf die Säuglingsernährungspraktiken. Insgesamt lieferte diese Dissertation eine Unterstützung für die Stress- und Bewältigungstheorie von Lazarus und Folkman, indem gezeigt wurde, dass psychosoziale Stressfaktoren pränatale depressive Symptome verstärken, während wahrgenommene mütterliche soziale Unterstützung sich lindernd auf pränatale depressive Symptomeauswirkt. Die Arbeit zeigte auch, dass Anämie während der Schwangerschaft zusätzlich einen Prädiktor für pränatale depressive Symptome darstellt. Darüber hinaus wirken sich frühe postnatale Depressionen und Gewalt gegen den Intimpartner negativ auf die Ernährungspraktiken für Säuglinge aus, wohingegen die wahrgenommene soziale Unterstützung der Mütter und ihre aktive soziale Beteiligung eine positive Prognose für angemessene Säuglingsernährungspraktiken darstellen. Die vorliegende Studie hat viele Implikationen für die Praxis und zukünftige Forschungen, einschließlich der Priorisierung des frühen Screenings von depressiven Symptomen bei Müttern und die Vermeidung von Gewalt in der Intimpartnerschaft sowie die Förderung der sozialen Unterstützung und aktiven sozialen Beteiligung als Mittel zur Vorbeugung von Depressionen bei Müttern und zur Verbesserung des Ernährungszustandes von Müttern und Säuglingen