Offenburg University of Applied Sciences
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Rekombinante Expression und biochemische Charakterisierung von fungalen Endochitinasen in Pichia pastoris
No full textChitin ist nach Cellulose, das am zweit häufigsten vorkommende Biopolymer auf der Erde und erlangt durch die positiven Eigenschaften seiner Oligomere immer mehr an Aufmerksamkeit in der Industrie. Derzeit werden Chitin-Oligomere rein chemisch mittels starker Säurebehandlung gewonnen. Alternativ können Endo- und Exochitinasen für eine umweltfreundlichere Hydrolyse eingesetzt werden. In dieser Arbeit wurden drei fungale Endochitinasen aus den Ursprungsorganismen Trichoderma harzianum (Chit33-TH), Trichoderma asperellum (Chit36-TA) und Myceliophthora thermophila (Chit46-MT) in Pichia pastoris rekombinant exprimiert, mittels Ni-NTA-Affinitätschromatographie und Dialyse aufgereinigt und biochemisch charakterisiert. Dabei zeigten die Chitinasen maximale spezifische Umsatzgeschwindigkeiten von 16 (Chit33-TH), 50 (Chit36-TA) und 98 nkat/mg (Chit46-MT). Die Endochitinasen hatten nach der Deglykosylierung ein molekulares Gewicht von 33 (Chit33-TH), 36 (Chit36-TA) und 46 kDa (Chit46-MT). Die pH-Optima und Temperaturmaxima lagen für alle drei Enzyme bei einem pH-Wert von 4,5 und 50 °C, zudem waren sie bei 45 bis 50 °C für 15 Minuten temperaturstabil. Detergenzien und Kationen wie Cu2+, Mn2+, Co2+ und Zn2+ hatten einen inhibierenden Effekt ab 1 mM. Höhere Ca2+-Konzentrationen ab 10 mM reduzierten die Enzymaktivität um bis zu 30 %. Eine Produktinhibition mit N-Acetylglucosamin konnte nicht festgestellt werden. Bei allen rekombinanten Enzymen konnte mittels DNS-Assay die Freisetzung von reduzierenden Zuckerenden und somit geeignete Eigenschaften kolloidales Chitin zu wasserlösliche ChitinOligomere umzuwandeln, nachgewiesen werden. Insbesondere Chit46-MT erreichte nach 24 h einen Hydrolysegrad bis zu 96 % und bewies, dass eine enzymatische Hydrolyse für die industrielle Chitin-Oligomerproduktion nutzbar ist
Design and Automation of Control Panel for Hydroponic Farming
No full textThis research presents a comprehensive exploration of hydroponic systems and their practical applications, with a focus on innovative solutions for managing environmental and analytical sensors in hydroponic setups. Hydroponic systems, which enable soilless cultivation, have gained increasing importance in modern agriculture due to their resource-efficient and high-yield nature.
The study delves into the development and deployment of the SensVert system, an adaptable solution tailored for hydroponic environments. SensVert offers adaptability and accessibility to farmers across various agricultural domains, addressing contemporary challenges in supervising and managing environmental and analytical sensors within hydroponic setups. Leveraging LoRa technology for seamless wireless data transmission, SensVert empowers users with a feature-rich dashboard for real-time monitoring and control. The study showcases the practical implementation of SensVert through a single sensor node, seamlessly integrating temperature, humidity, pressure, light, and pH sensors. The system automates pH regulation, employing the Henderson-Hasselbalch equation, and precisely controls liquid dosing using a PID controller. At the core of SensVert lies an architecture comprising The Things Stack as the network server, Node-Red as the application server, and Grafana as the user interface. These components synergize within a local network hosted on a Raspberry Pi; effectively mitigating challenges associated with data packet transmission in areas with limited internet connectivity.
As part of ongoing research, this work also paves the way for future advancements. These include the establishment of a wireless sensor network (WSN) utilizing LoRa technology, enabling seamless over-the-air sensor node updates for maintenance or replacement scenarios. These enhancements promise to further elevate the system's reliability and functionality within hydroponic cultivation, fostering sustainable agricultural practices
Water Heroes : Spielend lernen, nachhaltig handeln!
No full textIn den letzten Jahren ist die Relevanz des Wassersparens und der nachhaltigen Nutzung dieses lebenswichtigen Elements angesichts des Klimawandels und abnehmender Wasserressourcen erheblich gestiegen. In diesem Kontext legt die vorliegende Bachelorarbeit, die in Zusammenarbeit mit der Firma Hansgrohe erstellt wurde, den Fokus auf die Schaffung eines Konzeptes sowie der prototypischen Realisierung eines Serious Games. Das Ziel des Spiels ist es, bei Kindern ein Bewusstsein und Verständnis für die nachhaltige Wassernutzung zu fördern. Im Zuge des Projekts wurde ein iterativer Spiel-Design-Prozess verfolgt, um ein pädagogisch wertvolles und ansprechendes Spielkonzept zu entwickeln. Der nutzerzentrierte Ansatz war maßgeblich, um ein tiefgehendes Verständnis für die Bedürfnisse und Vorlieben der jungen Zielgruppe zu erlangen und somit ein optimal auf die Lernerfahrung abgestimmtes Produkt zu entwerfen. Das Spiel kombiniert Elemente der Exploration, Simulation und des Casual Gamings, um das Verständnis für die nachhaltige Wassernutzung auf spielerische und interaktive Weise zu vermitteln. Die Resultate der prototypischen Umsetzung wurden mittels Nutzertests überprüft, um die Effektivität und Benutzerfreundlichkeit zu sichern. Diese Arbeit unterstreicht nicht nur die Wichtigkeit eines verantwortungsvollen Umgangs von Wasser, sondern illustriert zudem, wie durch innovatives Spiel-Design die Bildung und Sensibilisierung von Kindern in Bezug auf zentrale ökologische Themen erreicht werden können
Energy efficiency and hygrothermal performance of hemp clay walls for Moroccan residential buildings
No full textHemp-based building envelopes have gained significant popularity in developed countries, and now the trend of constructing houses with hemp-clay blocks is spreading to developing countries like Morocco. Investigating the hygrothermal behavior of such structures under actual climate conditions is essential for advancing and promoting this sustainable practice. This paper presents an in-depth experimental characterization of a commercial hemp-clay brick that has been exposed to the outdoor environment for four years, in addition to field measurements on a building scale demonstration prototype. Additionally, the study simulates 17 representative cities to assess the hygrothermal performance and energy-saving potential in each of Morocco's six existing climate zones, using the EnergyPlus engine. The experimental campaign's findings demonstrate excellent indoor air temperature and relative humidity regulation within the hemp-clay wall building, leading to satisfactory levels of thermal comfort within hemp-clay wall buildings. This is attributed to the material's good thermal conductivity and excellent moisture buffering capacity (found to be 0.31 W/mK and 2.25 g/m2%RH), respectively). The energy simulation findings also point to significant energy savings, with cooling and heating energy reductions ranging from 27.7% to 47.5% and 33.7% to 79.8%, respectively, as compared to traditional Moroccan buildings
Building energy efficiency improvement using multi-objective optimization for heating and cooling VRF thermostat setpoints
Get PDFThe variable refrigerant flow system is one of the best heating, ventilation, and air conditioning systems (HVAC) thanks to its ability to provide thermal comfort inside buildings. But, at the same time, these systems are considered one of the most energy-consuming systems in the building sector. Thus, it is crucial to well size the system according to the building’s cooling and heating needs and the indoor temperature fluctuations. Although many researchers have studied the optimization of the building energy performance considering heating or cooling needs, using air handling units, radiant floor heating, and direct expansion valves, few studies have considered the use of multi-objective optimization using only the thermostat setpoints of VRF systems for both cooling and heating needs. Thus, the main aim of this study is to conduct a sensitivity analysis and a multi-objective optimization strategy for a residential building containing a variable refrigerant flow system, to evaluate the effect of the building performance on energy consumption and improve the building energy efficiency. The numerical model was based on the EnergyPlus, jEPlus, and jEPlus+EA simulation engines. The approach used in this paper has allowed us to reach significant quantitative energy saving by varying the cooling and heating setpoints and scheduling scenarios. It should be stressed that this approach could be applied to several HVAC systems to reduce energy-building consumption
Development of Technical Substrate for Cellulase Production using Trichoderma reesei
No full textThe cellulase-producing Trichoderma reesei strain RL-P37 exhibits significant potential, yielding 7.3 g/L of cellulase in 241 hours. Microscopic investigations reveal a link between spore formation and enzyme production, suggesting the need for research into the intricate relationship between enzyme production, stress responses, and the nutritional prerequisites of fungi. Comparatively, the use of sodium hydroxide (NaOH) treatment, as opposed to water treatment, results in the reduction of micronutrient content and carbon source extraction as filtrate. Despite these challenges, research by He et al. (2021) highlights NaOH's efficiency in cellulose extraction from plant-based sources. Using NaOH pretreatment can be proven as effective by designing a proper cultivation method. The selection of inducers for enzyme induction gains importance, with soluble inducers, as emphasized by Zhang et al. (2022), exhibiting superior effectiveness. Hence, adopting soluble inducers in designing cultivation methods for improved enzyme production in shaking flasks is recommended. Enzymatic treatment of bio-waste, as outlined by Hu et al. (2021), shows promise in augmenting essential component content by breaking down plant cell walls and intercellular compartments. However, the feasibility of using an artificial bio-waste medium for cultivating Trichoderma reesei is questioned. Investigating the impact of micronutrient levels, particularly the inhibitory role of zinc, on fungal growth becomes essential. These findings underscore the necessity for ongoing research and optimization in cellulase production, emphasizing both strain productivity and cultivation methodologies
A Software Architecture Based on Coarse-Grained Self-Adjusting Computations
No full textEnsuring that software applications present their users the most recent version of data is not trivial. Self-adjusting computations are a technique for automatically and efficiently recomputing output data whenever some input changes.
This article describes the software architecture of a large, commercial software system built around a framework for coarse-grained self-adjusting computations in Haskell. It discusses advantages and disadvantages based on longtime experience. The article also presents a demo of the system and explains the API of the framework
Planung, Bau und Inbetriebnahme einer Anlage zur Entspannungsverdampfung im Technikums-Maßstab
Get PDFDas Ziel dieser Arbeit ist es, eine Anlage im Technikums-Maßstab für den Prozess der kontinuierliche Entspannungsverdampfung zu planen, zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Ausgangspunkt der Arbeit ist die Entspannungsverdampfungs-Anlage „EVERDA“ der Hochschule Offenburg, welche in Batch-Fahrweise betrieben wurde.
Zur Erreichung dieses Ziels wurden die folgenden Punkte bearbeitet:
• Aufstellung von thermodynamischen Berechnungsgleichungen.
• Beschreibung der Entspannungsverdampfung in Batch-Fahrweise.
• Bewertung von Anlagenkomponenten der EVERDA in Batch-Fahrweise hinsichtlich ihrer Wiederverwendbarkeit für den kontinuierlichen Betrieb.
• Aufstellung der Rahmenbedingung für den kontinuierlichen Betrieb.
• Erstellung und Beschreibung eines detaillierten Anlagenkonzeptes für den kontinuierlichen Betrieb.
• Durchführung von Prozess-Simulationen mit dem neuen Konzept.
• Auslegung der Komponenten auf Basis der Rahmenbedingung und den Ergebnissen der Simulation.
• Entwurf und Aufbau der elektrischen Verschaltung zur Anlagensteuerung.
• Bau und Inbetriebnahme der Anlage.The aim of this work is to plan, build and commission a pilot-scaled plant for continuous flash evaporation. The starting point of the work is the plant for flash evaporation "EVERDA" of the University of Applied Sciences Offenburg, which was operated in batch mode.
To achieve this goal, the following points were worked on:
• Establishment of thermodynamic calculation equations.
• Description of the flash evaporation in batch mode.
• Evaluation of plant components of EVERDA in batch mode regarding their reusability for continuous operation.
• Establishment of the framework conditions for continuous operation.
• Preparation and description of a detailed plant concept for continuous operation.
• Execution of process simulations with the new concept.
• Design of the components based on the framework condition and the results of the simulation.
• Design and construction of the electrical circuitry for plant control.
• Construction and commissioning of the plant
Konzeptionierung, Implementierung und Validierung einer Rust basierten Software-Bibliothek zum Management von Zertifikaten in Feldbusgeräten
Get PDFIn modernen Industrieautomatisierungssysteme kann die IT-Sicherheit nicht mehr ignoriert werden. Um dem Datenverkehr Schutz zu bieten, sind kryptografische Schutzmaßnahmen notwendig. Eine gängige Schutzmaßnahme ist die Verwendung von digitalen Zertifikaten zur Autorisierung und Authentifizierung. Um Zertifikate sicher und geregelt auf Endgeräte zu bringen, ist jedoch eine Public-Key-Infrastructure notwendig. Solche PKIs sind bisher wenig im Umfeld der Industrieautomatisierung untersucht. Das Institut für verlässliche Embedded-Systems der Hochschule Offenburg bietet hierfür eine mögliche Lösung, welche auf einer zentralen Einheit, genannt Credentialing Entity, basiert. Ein Demonstrator dieses Konzepts wurde bereits in den weit verbreiteten Systemprogrammier-sprachen C und C++ implementiert.
Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verwendung der modernen speichersicheren Programmiersprache Rust in der Systemprogrammierung als Alternative zu den Domänenführern C/C++ am Beispiel der Implementierung der Credentialing-Entity untersucht. Hierbei werden Aspekte wie die Vorzüge Rusts, dessen Ökosystem und Interoperabilität mit den Marktführern C/C++ untersucht.In modern industrial automation IT security can no longer be ignored. Cryptographic protection of exchanged data is necessary. A common approach is the use of digital certificates, to achieve authorization and authentication. To safely distribute and manage these certificates a public key infrastructure is necessary. Such pkis are currently underexplored in the field of industrial automation. The institute for reliable embedded systems of the Hochschule Offenburg offers on possible solution to this problem by using a central unit called credentialing entity. As a proof of concept a demonstrator of this concept is implemented in the popular systems programming languages C and C++.
In the scope of this thesis the use of the modern memory safe systems programming language rust as an alternative to the domain leader C/C++ in systems programming is explored using the example of the implementation of the credentialing entity. Here the positive aspects of the rust language, its ecosystem and the interoperability with current domain leader C/C++ are examined
KI in den Medien
No full textIn der Thesis soll ein Modul erstellt werden, dass Studierenden der Bachelorstudiengänge MI, MW+ und gegebenenfalls auch fakultätsübergreifend dem Studiengang AKI einen Einblick zum Thema „KI in den Medien“ bietet. Die Thesis wird im Rahmen des Projektes KompiLe verfasst und bildet somit das dritte Fach aus einem Fächerverbund aus drei Fächern – „Chatbots – intelligente pädagogische Agenten“ und „KI: Ethik und Datenschutz“.
Innerhalb der Thesis soll ein Konzept für ein vollständiges Modul, sowie für ein dazugehöriges Labor und eine Praktische Arbeit entworfen werden. Das Konzept soll einen ganzheitlichen Ansatz für ein Modul bieten und basiert auf einem Blended Learning-Modell, sodass neben einem vollständigen inhaltlichen Skript für die ersten beiden Kapitel auch Vorschläge für dazu passende Übungen und Quiz entwickelt werden sollen. Das Konzept sieht darüber hinaus Vorschläge für die Umsetzung der folgenden Kapitel vor, sowie Umsetzungsmöglichkeiten der Vorlesungsvideos, die die Präsenzphase ergänzen sollen.
Inhaltlich sollen vor allem Studierenden der Medienbranche lernen, in welchen Bereichen KI verwendet wird. Dabei soll ein Überblick über einige Einsatzmöglichkeiten wie bspw. die Verwendung in Algorithmen geschaffen werden, welches zu einem Grundverständnis über die Verwendungsmöglichkeiten, sowie die Funktion von KI in der Medienbranche führen soll. Des Weiteren liegt der Schwerpunkt auf den Themengebieten `Deepfakes´ und `Fake News´. Diese beiden Themen spielen vor allem in Zeiten, in denen sich immer mehr Menschen über das Internet informieren eine wichtige Rolle. Dies bestätigte auch eine Studie aus dem Jahr 2022, die zeigte, dass 77% der der 23.015 Befragten angaben, dass Internet als Informationsquelle zu nutzen (vgl. IfD Allenbach, 2022). Gerade für zukünftige Medienschaffende, aber auch für die Nutzer ist daher der Umgang mit diesen Phänomenen besonders wichtig. Genauso wie das Wissen um die Entstehung, den Einsatz und die Merkmale, welche die Möglichkeit bieten, die Realität von der Fälschung unterscheiden zu können. Da diese beiden Phänomene ohne die technologische Weiterentwicklung (vgl. Kreutzer & Sirrenberg, 2019, S. 73) sowie die rasante Entwicklung von KI gar nicht möglich wäre, soll das Thema Deepfakes in Zusammenhang mit dem Thema KI in den Medien hier noch einmal intensiv behandelt werden