The modern, contemporarily used cement composite types make use of various additives. This diploma thesis is focused on designs of mortars that have been enriched with micro and nano additives, which lead to higher mechanical strength through optimized grading of mortar mixes. This thesis also evaluates the influence of material properties on resulting properties of mortars in fresh and hardened state.

Diploma thesis documents the problems of soil quality, which is assessed on the basis of physical, chemical or biological indicators of soil quality. The paper describes the various indicators, its methodology and evaluation. In the practical part evaluates the quality of soil cultivated with the traditional way - using plowing. The experimental area, where the samples were taken from the soil, lies in the Olomouc region in the municipality Šumvald. Evaluated were selected physical, chemical and physico-chemical properties of soil, e.g. particle size distribution, bulk density, porosity, air capacity, hydrolimits, pH, carbonates, humus content and salinity of the soil.

Charakteristisch für Perlcellulose als Regenerat vom Typ Cellulose II sind sphärisch geformte, poröse Partikel mit einer hohen spezifischen Oberfläche und einer guten Bioverträglichkeit. Aufgrund ihrer Eigenschaften sind diese Cellulosemikropartikel besonders gut für medizinische Anwendungen geeignet. Im Mittelpunkt der Arbeit standen Herstellung, Charakterisierung und Modifizierung von Perlcellulosen mit Partikelgrößen von etwa 1 bis10 µm. Im Rahmen der Arbeit wurden zunächst sieben technische Cellulose-2,5-acetate mit vergleichbaren molekularen Eigenschaften auf ihre Eignung zur Herstellung von Perlcellulose nach dem in EP0750007 beschriebenen Acetatverfahren untersucht. Dabei erfolgte der Vergleich verschiedener Eigenschaften. Aus allen untersuchten Celluloseacetaten können Perlcellulosen synthetisiert werden. Als besonders geeignet erwies sich ein Produkt mit einer Molmasse von über 100.000, einem Verhältnis der Molmasse zur numerischen Molmasse von etwa 1,5 und einer guten Löslichkeit in Ethylacetat / Methanol (100:17,5). Die hergestellte Perlcellulose hat eine geringe Partikelgröße und eine relativ enge Größenverteilung. Damit erfüllt dieses Cellulose-2,5-acetat alle Anforderungen für die Synthese von Perlcellulose. Der entscheidende Verfahrensschritt zur Herstellung von Perlcellulose ist das Dispergieren der Emulsion mittels Inline-Ultraturrax. Die Partikelgrößenverteilung hängt im Wesentlichen von den Bedingungen während des Dispergierens ab. Im Rahmen der Arbeit gelang die reproduzierbare Herstellung von Cellulosemicrospheres mit einer Partikelgröße unter 5 µm. Für die Herstellung von Cellulosemikropartikeln mit definierten Eigenschaften ist neben den Synthesebedingungen auch die Charakterisierung der Perlcellulosen von entscheidender Bedeutung. Dafür wurden zunächst etablierte Verfahren verwendet (Partikelgrößenmessung, REM und Quecksilberporosimetrie). Parallel dazu erfolgte die Entwicklung bzw. Einführung neuer Methoden. Im Vordergrund stand die Untersuchung des Sedimentationsverhaltens der Perlcellulosen durch analytisches Zentrifugieren. Davon ausgehend konnte ein Verfahren zur Berechnung der Porosität aus dem Sedimentationsvolumen entwickelt werden. Zum Nachweis der kompletten Deacetylierung der Proben wurde die Ramanspektroskopie genutzt. Durch die Anwendung vorhandener und die Entwicklung neuer Methoden wird die genaue Einstellung von Eigenschaften der Perlcellulosen (z. B. Partikelgröße und deren Verteilung, Morphologie sowie Porosität) ermöglicht und deren Reproduzierbarkeit gewährleistet. Weitere Versuche hatten die Entwicklung von Endotoxinadsorbermaterial auf Basis von Perlcellulose und Polymyxin-B-sulfat (PMB) zum Ziel. Die Kopplung des PMB erfolgte meist nach Aktivierung der Proben mit Epichlorhydrin. Zunächst wurde die eingesetzte Epichlorhydrinmenge variiert, um das Optimum für die Aktivierung der Perlcellulosen zu finden. Weiterhin wurden unterschiedliche Mengen PMB angebunden und die Anbindung an nicht aktivierte Proben untersucht. Die Planung aller Versuche erfolgte jeweils nach Auswertung der an der Donau-Universität Krems durchgeführten Limulus- Amöbocyten- Lysat (LAL)-Tests. Mittels dieser Batchtests wurde die Wirksamkeit des Endotoxinadsorbermaterials sowohl im Vergleich zu unbehandeltem Blutplasma und als auch zu kommerziell erhältlichen Adsorbern auf Polystyrenbasis getestet. Endotoxinadsorber, die bei diesen Tests besonders gut bewertet wurden, konnten in einem up-scale- Versuch erstmals in größeren Mengen synthetisiert werden. Auch die direkte Herstellung von Endotoxinadsorbermaterial aus Perlcelluloseacetat konnte realisiert werden. Bei diesem neu entwickelten Verfahren erfolgen Deacetylierung und Aktivierung in einem Schritt. Damit kann die Herstellung vereinfacht werden. Zur Gewährleistung der Erstfehlersicherheit in extrakorporalen Blutreinigungssystemen sollen magnetisierte Perlcellulosepartikel als bioverträgliche Marker eingesetzt werden. Versuche zur Magnetisierung von Cellulosemikropartikeln während des Herstellungsprozesses zeigten, dass die Einbindung von Magnetit bei Erhalt der sphärischen Partikelstruktur prinzipiell auch auf diesem homogenen Syntheseweg möglich ist.:1. EINLEITUNG 3 2. THEORETISCHE GRUNDLAGEN 5 2.1 CELLULOSE 5 2.1.1 Molekulare Struktur 7 2.1.2 Morphologische Struktur 9 2.1.3 Polymorphie 9 2.1.3.1 Native Cellulose 11 2.1.3.2 Weitere Cellulosemodifikationen 12 2.1.3.3 Umwandlung von Cellulose I in Cellulose II 13 2.1.4 Aktivierung 15 2.2 CELLULOSEACETAT 17 2.2.1 Herstellung 17 2.2.1.1 Technische Herstellung 18 2.2.1.2 Homogene Herstellungsmethoden 19 2.2.2 Eigenschaften und Charakterisierung 20 2.2.3 Verwendung 21 2.3 PERLCELLULOSE 22 2.3.1 Herstellung 23 2.3.1.1 Sprühverfahren 23 2.3.1.2 Suspensionsverfahren 24 2.3.1.3 Acetatverfahren 24 2.3.2 Charakterisierung 26 2.3.2.1 Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung 26 2.3.2.2 Porosität 27 2.2.2.3 Quellwert 28 2.3.2.4 Weitere Methoden 28 2.3.3 Verwendung 30 2.3.3.1 Perlcellulose als Adsorbermaterial 30 2.3.3.2 Adsorption von Endotoxinen 31 2.3.4 Magnetisierung 36 2.3.4.1 Einsatz und Herstellung magnetischer Partikel 36 2.3.4.2 Einbindung von Magnetit in Perlcellulose 39 3. HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE 41 3.1 CELLULOSEACETAT ALS AUSGANGSSTOFF FÜR DIE SYNTHESE VON PERLCELLULOSE 41 3.1.1 Charakterisierung von Celluloseacetaten 41 3.1.1.1 Löslichkeit 41 3.1.1.2 Trübungsmessungen 42 3.1.1.3 Molmassenverteilung 44 3.1.1.4 Verteilung der Substituenten 45 3.1.1.5 Bestimmung des Substitutionsgrades mittels NMR und SEC 46 3.1.2 Einfluss der Celluloseacetate auf die Eigenschaften der Perlcellulose 47 3.1.2.1 Herstellung der Perlcellulosen 47 3.1.2.2 Messung der Partikelgröße 48 3.1.2.3 Charakterisierung der Perlcellulosen mittels Rasterelektronenmikroskopie 49 3.1.3 Schlussfolgerungen 51 3.2 HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE MIT DEFINIERTEN EIGENSCHAFTEN 52 3.2.1 Bildung der Celluloseperlen 52 3.2.2 Dispergieren im Inline- Ultraturrax 54 3.2.2.1 Einfluss der Drehzahl 54 3.2.2.2 Mehrfaches Dispergieren 56 3.2.2.3 Geschwindigkeit der Schlauchpumpe 58 3.2.2.4 Vergleich der Ergebnisse 59 3.2.3 Zusammensetzung der Emulsion 60 3.2.3.1 Salzgehalt 61 3.2.3.2 Methylcellulosekonzentration 62 3.2.3.3 Ethylacetatkonzentration 63 3.2.3.4 Tensidgehalt 65 3.2.3.5 Gleichzeitige Veränderung mehrerer chemischen Parameter 66 3.2.4 Aufbereitung des Perlcelluloseacetats 68 3.2.4.1 Abrotieren der Lösungsmittel 68 3.2.4.2 Reinigung und Deacetylierung 69 3.2.5 Standardbedingungen 69 4. CHARAKTERISIERUNG VON PERLCELLULOSEN 70 4.1 PARTIKELGRÖßENMESSUNG 70 4.2 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 70 4.3 QUECKSILBERPOROSIMETRIE 71 4.4 SEDIMENTATIONSVERHALTEN 73 4.4.1 Sedimentationsgeschwindigkeit 73 4.4.2 Berechnung der mittleren Teilchengröße 79 4.4.3 Sedimentationsvolumen 82 4.5 BESTIMMUNG DER POROSITÄT AUS DEM SEDIMENTATIONSVOLUMEN 83 4.5.1 Porositätsuntersuchungen an einer analytischen Multiprobenzentrifuge 83 4.5.2 Porositätsuntersuchungen an einer Laborzentrifuge 84 4.5.3 Vergleich der ermittelten Porositätswerte 85 4.6 RAMANSPEKTROSKOPIE 87 5. PERLCELLULOSE ALS ENDOTOXINADSORBERMATERIAL 88 5.1 ENTWICKLUNG VON ENDOXINADSORBERN AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 88 5.1.1 Aktivierung von Perlcellulose 88 5.1.2 Anbindung von Polymyxin-B-Sulfat 90 5.2 CHARAKTERISIERUNG UND OPTIMIERUNG DES ENDOTOXINADSORBERMATERIALS 90 5.3 UP- SCALE- VERSUCH 96 5.4 WEITERE VERSUCHE MIT PERLCELLULOSE 98 5.5 ANBINDUNG VON PMB AN PERLCELLULOSEACETAT 102 5.6 BEWERTUNG UND AUSBLICK 107 6. MAGNETISCHE MARKERPARTIKEL AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 109 6.1 HOMOGENE EINBINDUNG VON MAGNETIT IN PERLCELLULOSE 109 6.1.1 Auswahl des Dispergiergerätes 111 6.1.2 Optimierung der BUT- Drehzahl und der Dispergierzeit 112 6.1.3. Versuche mit Methylcellulose als Schutzkolloid 120 6.2 CHARAKTERISIERUNG DER MAGNETISIERTEN PERLCELLULOSEPARTIKEL 122 6.2.1 Partikelgröße 122 6.2.2 Rasterelektronenmikroskopie 124 6.2.3 Energiedispersive Röntgenmikroanalyse 126 6.2.4 Bestimmung des Eisengehaltes mittels AAS 128 6.2.5 Magnetische Messungen 129 6.3 BEWERTUNG DER BISHERIGEN ERGEBNISSE 130 7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 132 8. EXPERIMENTELLES 135 8.1 CHEMIKALIEN 135 8.2 METHODISCHES 135 8.3 PRÄPARATIONSVORSCHRIFTEN UND ARBEITSANLEITUNGEN 136 8.3.1 Herstellen der Ausgangslösungen 136 8.3.2 Herstellung der Perlcellulosen 137 8.3.2.1 Herstellung des Perlcelluloseacetates 137 8.3.2.2 Deacetylierung des Perlcelluloseacetates 138 8.3.3 Aktivierung von Perlcellulosen 138 8.3.4 Herstellung von Endotoxinadsorbermaterial 138 8.3.5 Magnetitanbindung 139 LITERATUR 140 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 152 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 154 TABELLENVERZEICHNIS 158 / Bead cellulose is regenerated cellulose II characterized by spherically shaped, porous particles with a high specific surface and a good biocompatibility. Because of their properties these cellulose microspheres are especially suited for medical applications. The focus of this work was the synthesis, characterization and modification of bead cellulose with particle sizes between 1 to 10 µm. In the frame of this work seven technical cellulose-2.5-acetates were investigated with regard to their suitability for making bead cellulose according to the process described in EP0750007. These cellulose acetates have comparable molecular characteristics. Different properties were compared. Bead celluloses can be synthesized from all investigated cellulose acetates. A product with a molecular weight of more than 100,000 and with a ratio between molecular weight and numeric molecular weight of about 1.5 is special suited. This cellulose-2.5-acetate has a good solubility in ethyl acetate / methanol (100:17.5). The bead cellulose made from it has a low particle size and a relative narrow size distribution. Thus this cellulose acetate complies with the requirements for making bead cellulose. The most important process step for making bead cellulose is the dispersing of the emulsion using an inline-ultraturrax. The distribution of particle size depends mainly on the conditions during dispersing. A reproducible synthesis of cellulose microspheres with a particle size range below 5 µm was successfully achieved. In addition to determining conditions for manufacturing bead cellulose the characterization of the microspheres is essential to obtain bead cellulose with well defined properties. At first well-established methods of characterization were used (particle size measurement, SEM and mercury porosimetry). In parallel new methods were developed and implemented. The main focus was the investigation of sedimentation behaviour of bead cellulose using analytical centrifugation. Based on this knowledge of the sedimentation volume a new method to calculate the porosity was designed. Raman spectroscopy was used for detecting the complete deacetylation of the samples. By using well-established and newly developed methods properties of bead cellulose such as particle size and distribution, morphology and porosity can be accurately adjusted. In this way the reproducible synthesis of cellulose microspheres can be ensured. The aim of further experiments was to develop an endotoxin adsorber material based on a coupling of bead cellulose with Polymyxin B sulfate (PMB). The coupling with PMB was carried out after activation of the samples by using epichlorohydrin. At first the added epichlorohydrin amount was diversified in order to find the optimum for the activation of bead cellulose. Later the coupling of different amounts of PMB took place and the linking of PMB to non activated samples was investigated too. The planning of all experiments occurred after evaluation of Limulus amebocyte lysate (LAL) tests at Danube-University Krems. Using these batch tests the effectiveness of the endotoxin adsorber material was tested compared to untreated blood plasma as well as commercial available adsorbers based on polystyrene. Endotoxin adsorbers showing the best adsorption rate were then synthesized for the first time in larger quantities. Also the direct synthesis of endotoxin adsorber material based on bead cellulose acetate could be realized. Using this newly developed method, deacetylation and activation occur during the same step. This means manufacturing process can be simplified. Using magnetized bead cellulose as biocompatible marker particles is planned to achieve first fault safety in case of a membrane rupture during extracorporeal blood purification. Initial tests have shown that the magnetization of cellulose microspheres is possible during the manufacturing process. The incorporation of magnetite can be realized while keeping the spherical shape of the particles using this homogenous synthesis pathway.:1. EINLEITUNG 3 2. THEORETISCHE GRUNDLAGEN 5 2.1 CELLULOSE 5 2.1.1 Molekulare Struktur 7 2.1.2 Morphologische Struktur 9 2.1.3 Polymorphie 9 2.1.3.1 Native Cellulose 11 2.1.3.2 Weitere Cellulosemodifikationen 12 2.1.3.3 Umwandlung von Cellulose I in Cellulose II 13 2.1.4 Aktivierung 15 2.2 CELLULOSEACETAT 17 2.2.1 Herstellung 17 2.2.1.1 Technische Herstellung 18 2.2.1.2 Homogene Herstellungsmethoden 19 2.2.2 Eigenschaften und Charakterisierung 20 2.2.3 Verwendung 21 2.3 PERLCELLULOSE 22 2.3.1 Herstellung 23 2.3.1.1 Sprühverfahren 23 2.3.1.2 Suspensionsverfahren 24 2.3.1.3 Acetatverfahren 24 2.3.2 Charakterisierung 26 2.3.2.1 Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung 26 2.3.2.2 Porosität 27 2.2.2.3 Quellwert 28 2.3.2.4 Weitere Methoden 28 2.3.3 Verwendung 30 2.3.3.1 Perlcellulose als Adsorbermaterial 30 2.3.3.2 Adsorption von Endotoxinen 31 2.3.4 Magnetisierung 36 2.3.4.1 Einsatz und Herstellung magnetischer Partikel 36 2.3.4.2 Einbindung von Magnetit in Perlcellulose 39 3. HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE 41 3.1 CELLULOSEACETAT ALS AUSGANGSSTOFF FÜR DIE SYNTHESE VON PERLCELLULOSE 41 3.1.1 Charakterisierung von Celluloseacetaten 41 3.1.1.1 Löslichkeit 41 3.1.1.2 Trübungsmessungen 42 3.1.1.3 Molmassenverteilung 44 3.1.1.4 Verteilung der Substituenten 45 3.1.1.5 Bestimmung des Substitutionsgrades mittels NMR und SEC 46 3.1.2 Einfluss der Celluloseacetate auf die Eigenschaften der Perlcellulose 47 3.1.2.1 Herstellung der Perlcellulosen 47 3.1.2.2 Messung der Partikelgröße 48 3.1.2.3 Charakterisierung der Perlcellulosen mittels Rasterelektronenmikroskopie 49 3.1.3 Schlussfolgerungen 51 3.2 HERSTELLUNG VON PERLCELLULOSE MIT DEFINIERTEN EIGENSCHAFTEN 52 3.2.1 Bildung der Celluloseperlen 52 3.2.2 Dispergieren im Inline- Ultraturrax 54 3.2.2.1 Einfluss der Drehzahl 54 3.2.2.2 Mehrfaches Dispergieren 56 3.2.2.3 Geschwindigkeit der Schlauchpumpe 58 3.2.2.4 Vergleich der Ergebnisse 59 3.2.3 Zusammensetzung der Emulsion 60 3.2.3.1 Salzgehalt 61 3.2.3.2 Methylcellulosekonzentration 62 3.2.3.3 Ethylacetatkonzentration 63 3.2.3.4 Tensidgehalt 65 3.2.3.5 Gleichzeitige Veränderung mehrerer chemischen Parameter 66 3.2.4 Aufbereitung des Perlcelluloseacetats 68 3.2.4.1 Abrotieren der Lösungsmittel 68 3.2.4.2 Reinigung und Deacetylierung 69 3.2.5 Standardbedingungen 69 4. CHARAKTERISIERUNG VON PERLCELLULOSEN 70 4.1 PARTIKELGRÖßENMESSUNG 70 4.2 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 70 4.3 QUECKSILBERPOROSIMETRIE 71 4.4 SEDIMENTATIONSVERHALTEN 73 4.4.1 Sedimentationsgeschwindigkeit 73 4.4.2 Berechnung der mittleren Teilchengröße 79 4.4.3 Sedimentationsvolumen 82 4.5 BESTIMMUNG DER POROSITÄT AUS DEM SEDIMENTATIONSVOLUMEN 83 4.5.1 Porositätsuntersuchungen an einer analytischen Multiprobenzentrifuge 83 4.5.2 Porositätsuntersuchungen an einer Laborzentrifuge 84 4.5.3 Vergleich der ermittelten Porositätswerte 85 4.6 RAMANSPEKTROSKOPIE 87 5. PERLCELLULOSE ALS ENDOTOXINADSORBERMATERIAL 88 5.1 ENTWICKLUNG VON ENDOXINADSORBERN AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 88 5.1.1 Aktivierung von Perlcellulose 88 5.1.2 Anbindung von Polymyxin-B-Sulfat 90 5.2 CHARAKTERISIERUNG UND OPTIMIERUNG DES ENDOTOXINADSORBERMATERIALS 90 5.3 UP- SCALE- VERSUCH 96 5.4 WEITERE VERSUCHE MIT PERLCELLULOSE 98 5.5 ANBINDUNG VON PMB AN PERLCELLULOSEACETAT 102 5.6 BEWERTUNG UND AUSBLICK 107 6. MAGNETISCHE MARKERPARTIKEL AUF BASIS VON PERLCELLULOSE 109 6.1 HOMOGENE EINBINDUNG VON MAGNETIT IN PERLCELLULOSE 109 6.1.1 Auswahl des Dispergiergerätes 111 6.1.2 Optimierung der BUT- Drehzahl und der Dispergierzeit 112 6.1.3. Versuche mit Methylcellulose als Schutzkolloid 120 6.2 CHARAKTERISIERUNG DER MAGNETISIERTEN PERLCELLULOSEPARTIKEL 122 6.2.1 Partikelgröße 122 6.2.2 Rasterelektronenmikroskopie 124 6.2.3 Energiedispersive Röntgenmikroanalyse 126 6.2.4 Bestimmung des Eisengehaltes mittels AAS 128 6.2.5 Magnetische Messungen 129 6.3 BEWERTUNG DER BISHERIGEN ERGEBNISSE 130 7. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 132 8. EXPERIMENTELLES 135 8.1 CHEMIKALIEN 135 8.2 METHODISCHES 135 8.3 PRÄPARATIONSVORSCHRIFTEN UND ARBEITSANLEITUNGEN 136 8.3.1 Herstellen der Ausgangslösungen 136 8.3.2 Herstellung der Perlcellulosen 137 8.3.2.1 Herstellung des Perlcelluloseacetates 137 8.3.2.2 Deacetylierung des Perlcelluloseacetates 138 8.3.3 Aktivierung von Perlcellulosen 138 8.3.4 Herstellung von Endotoxinadsorbermaterial 138 8.3.5 Magnetitanbindung 139 LITERATUR 140 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS 152 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 154 TABELLENVERZEICHNIS 158

Tesis por compendio / [ES] La población mundial está en constante crecimiento, por lo que la soberanía alimentaria se ha convertido en un desafío crucial. Se estima que la demanda de alimentos de origen animal aumentará en un 68% para el año 2050, lo cual resulta insostenible a nivel medioambiental. Así, impulsar un mayor consumo de proteína vegetal se plantea como una de las estrategias dirigidas a promover la sostenibilidad ambiental, asegurando la disponibilidad de proteína dietética para toda la población. Si bien ciertas las legumbres y pseudocereales son una excelente fuente de nutrientes y en particular de proteína, también contienen ciertos antinutrientes que pueden limitar su digestibilidad. Este aspecto es especialmente relevante en aquellos grupos poblaciones con alteraciones gastrointestinales, como las que pueden aparecer con la edad en población sénior. En este contexto, el objetivo general de esta tesis doctoral es aplicar la fermentación en estado sólido (FES) como bioestrategia para la obtención de harinas de lenteja y quinoa con digestibilidad y bioaccesibilidad mejoradas. Para alcanzar este objetivo, se llevó a cabo la fermentación con el hongo Pleurotus ostreatus, en dos variedades de lentejas y quinoa, y se estabilizaron posteriormente mediante secado por aire caliente a diferentes temperaturas, además de la liofilización como método de referencia. Posteriormente, las harinas fermentadas fueron digeridas in vitro simulando el proceso digestivo de un adulto sano (estándar de referencia), así como en condiciones alteradas del adulto mayor. Los resultados obtenidos evidenciaron un incremento de proteína total, así como de la actividad inhibidora de la enzima convertidora de angiotensina (ECA), conjuntamente con una disminución del contenido en ácido fítico, todo ello como resultado de la actividad metabólica del hongo sobre el sustrato. A pesar de que la FES también ocasionó una reducción de la actividad antioxidante, el posterior secado por aire caliente, especialmente a 70 °C incrementó este parámetro. Asimismo, la FES y el secado por aire caliente promovieron cambios en el perfil fenólico, disminuyendo algunos compuestos e incrementando otros como el ácido gálico hasta 5 veces su contenido inicial. En cuanto al perfil volátil de las harinas fermentadas, este se caracterizó por un aroma dulce, afrutado y con matices a cacao, acompañado de notas de setas y sustratos cocidos, debido a las concentraciones de benzaldehído, hexanal, nonanal, furfural y 1-octen-3-ol que se generaron durante la fermentación. Por otro lado, con respecto a la digestibilidad de las harinas fermentadas en condiciones estándar de adulto sano, la FES y el secado a 70 °C incrementó la hidrólisis de las proteínas, así como la liberación de aminoácidos hidrófobos y aminoácidos cargados negativamente. La FES también disminuyó la actividad inhibidora de la ECA en los digeridos, sin embargo, ésta aumentó después del secado a 70 °C debido a las melanoidinas generadas durante el secado. Además, las propiedades antioxidantes y la bioaccesibilidad de minerales también se vieron incrementados con la FES y el posterior secado a 70 °C. Finalmente, la simulación de las alteraciones gastrointestinales que comúnmente se dan en el adulto mayor, indicaron que estas impactaban negativamente en la mayoría de los parámetros evaluados, a excepción de la bioaccesibilidad del magnesio, hierro y calcio en comparación con el modelo estándar. En conclusión, se ha logrado mejorar el perfil nutricional y funcional de las nuevas harinas obtenidas por fermentación con el hongo P. ostreatus, y posterior secado por aire caliente en comparación con las harinas obtenidas a partir de sustrato no fermentado, conduciendo esto a una mejora significativa en la digestibilidad y la bioaccesibilidad de los nutrientes, lo que puede ser especialmente relevante para el diseño de alimentos orientados a grupos de población con alta demanda de proteína de fácil digestión. / [CA] La població mundial està en constant creixement, per la qual cosa la sobirania alimentària ha esdevingut un desafiament crucial. S'estima que la demanda d'aliments d'origen animal augmentarà un 68% per a l'any 2050, cosa que resulta insostenible a nivell mediambiental. Així, impulsar un consum més gran de proteïna vegetal es planteja com una de les estratègies dirigides a promoure la sostenibilitat ambiental, assegurant la disponibilitat de proteïna dietètica per a tota la població. Si bé certs els llegums i pseudocereals són una excel·lent font de nutrients i en particular de proteïna, també contenen certs antinutrients que poden limitar-ne la digestibilitat. Aquest aspecte és especialment rellevant en aquells grups de poblacions amb alteracions gastrointestinals, com les que poden aparèixer amb l'edat en població sènior. En aquest context, l'objectiu general d'aquesta tesi doctoral és aplicar la fermentació en estat sòlid (FES) com a bioestratègia per obtenir farines de llentia i quinoa amb digestibilitat i bioaccessibilitat millorades. Per assolir aquest objectiu, es va dur a terme la fermentació amb el fong Pleurotus ostreatus, en dues varietats de llenties i quinoa, i es van estabilitzar posteriorment mitjançant assecat per aire calent a diferents temperatures, a més de la liofilització com a mètode de referència. Posteriorment, les farines fermentades van ser digerides in vitro simulant el procés digestiu d'un adult sa (estàndard de referència), així com en condicions alterades de l'adult més gran. Els resultats obtinguts van evidenciar un increment de proteïna total, així com de l'activitat inhibidora de l'enzim convertidor d'angiotensina (ECA), conjuntament amb una disminució del contingut en àcid fític, com a resultat de l'activitat metabòlica del fong sobre el substrat. Tot i que la FES també va ocasionar una reducció de l'activitat antioxidant, el posterior assecat per aire calent, especialment a 70 °C va incrementar aquest paràmetre. Així mateix, la FES i l'assecatge per aire calent van promoure canvis en el perfil fenòlic, disminuint alguns compostos i incrementant-ne d'altres com l'àcid gàlic fins a 5 vegades el contingut inicial. Quant al perfil volàtil de les farines fermentades, aquest es va caracteritzar per una aroma dolça, afruitada i amb matisos a cacau, acompanyat de notes de bolets i substrats cuits, a causa de les concentracions de benzaldehid, hexanal, nonanal, furfural i 1-octen -3-ol que es van generar durant la fermentació. D'altra banda, pel que fa a la digestibilitat de les farines fermentades en condicions estàndard d'adult sa, la FES i l'assecatge a 70 °C va incrementar la hidròlisi de les proteïnes, així com l'alliberament d'aminoàcids hidròfobs i aminoàcids carregats negativament. La FES també va disminuir l'activitat inhibidora de l'ACA en els digerits, però aquesta va augmentar després de l'assecat a 70 °C a causa de les melanoïdines generades durant l'assecat. A més, les propietats antioxidants i la bioaccessibilitat de minerals també es van veure incrementats amb la FES i el posterior assecat a 70 °C. Finalment, la simulació de les alteracions gastrointestinals que comunament es donen a l'adult major, van indicar que aquestes impactaven negativament a la majoria dels paràmetres avaluats, a excepció de la bioaccessibilitat del magnesi, ferro i calci en comparació del model estàndard. En conclusió, s'ha aconseguit millorar el perfil nutricional i funcional de les noves farines obtingudes per fermentació amb el fong P. ostreatus, i posterior assecat per aire calent en comparació amb les farines obtingudes a partir de substrat no fermentat, conduint-ho a una millora significativa en la digestibilitat i la bioaccessibilitat dels nutrients, cosa que pot ser especialment rellevant per al disseny d'aliments orientats a grups de població amb alta demanda de proteïna de fàcil digestió. / [EN] The world's population is constantly growing, making food sovereignty a crucial challenge. It is estimated that the demand for animal-based food will increase by 68% by 2050, which is environmentally unsustainable. Thus, encouraging greater consumption of plant protein is one of the strategies aimed to promote environmental sustainability by ensuring the availability of dietary protein for the entire population. Although certain legumes and pseudocereals are an excellent source of nutrients and in particular protein, they also contain certain anti-nutrients that can limit their digestibility. This aspect is especially relevant in those population groups with gastrointestinal disorders, such as those that may appear with age in the elderly population. In this context, the general objective of this doctoral thesis is to apply solid-state fermentation (SSF) as a biostrategy to obtain lentil and quinoa flours with improved digestibility and bioaccessibility. To achieve this objective, fermentation with the fungus Pleurotus ostreatus was carried out on two varieties of lentils and quinoa, and subsequently stabilised by hot air drying at different temperatures, in addition by freeze-drying as a reference method. Subsequently, the fermented flours were digested in vitro simulating the digestive process of a healthy adult (reference standard), as well as under altered conditions of the elderly. The results obtained evidenced an increase in total protein, as well as in angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibitory activity, together with a decrease in phytic acid content, all as a result of the metabolic activity of the fungus on the substrate. Although SSF also caused a reduction in antioxidant activity, subsequent hot air drying, especially at 70 °C, increased this parameter. Similarly, SSF and hot air-drying promoted changes in the phenolic profile, decreasing some compounds and increasing others such as gallic acid up to 5 times its initial content. The volatile profile of the fermented flours was characterised by a sweet, fruity aroma with hints of cocoa, accompanied by notes of mushrooms and cooked substrates, due to the concentrations of benzaldehyde, hexanal, nonanal, furfural and 1-octen-3-ol that were generated during fermentation. On the other hand, regarding the digestibility of the fermented flours under standard healthy adult conditions, SSF and drying at 70 °C increased the hydrolysis of proteins, as well as the release of hydrophobic and negatively charged amino acids. SSF also decreased the ACE inhibitory activity of the digests, however, it increased after drying at 70 °C due to melanoidins generated during drying. Furthermore, antioxidant properties and mineral bioaccessibility were also increased with SSF and subsequent drying at 70 °C. Finally, simulation of gastrointestinal disturbances commonly found in the older adult indicated that these impacted negatively on most of the parameters evaluated, with the exception of the bioaccessibility of magnesium, iron and calcium compared to the standard model. In conclusion, the nutritional and functional profile of the new flours obtained by fermentation with the fungus P. ostreatus, and subsequent hot air drying has been improved compared to flours obtained from unfermented substrate, leading to a significant improvement in the digestibility and bioaccessibility of nutrients, which may be particularly relevant for the design of foods oriented to population groups with a high demand of easily digestible protein. / Sánchez García, J. (2023). Desarrollo y caracterización de nuevas harinas de lenteja y quinoa fermentadas con Pleurotus ostreatus [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202014 / Compendio

Soil organic matter (OM) is a complex mixture of compounds, mainly derived from plants and microbes at various states of decay. It is part of the global carbon cycle and is important for maintaining soil quality. OM protection is mainly attributed to its association with minerals. However, clay minerals preferentially sorb specific OM structures, and clay sorption sites become saturated as OM concentrations increase. Therefore, it is important to examine how OM structures influence their association with soil minerals, and to characterize other protection mechanisms. Several techniques, which provide complementary information, were combined to investigate OM composition: Biomarker (lignin phenol, cutin-OH acid, and lipid) analysis, using gas chromatography/mass spectrometry; solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy; and an emerging method, solution-state 1H NMR spectroscopy. OM composition of sand-, silt-, clay-size, and light fractions of Canadian soils were compared. It was found that microbial-derived and aliphatic structures accumulated in clay-size fractions, and lignin phenols in silt-size fractions may be protected from further oxidation. Therefore, OM protection through association with minerals may be structure-specific. OM in soils amended with maize leaves, stems, and roots from a biodegradation study were also examined. Over time, lignin phenol composition, and oxidation; and aliphatic structure contribution changed less in soils amended with leaves compared to soils amended with stems and roots. Compared to soils amended with leaves and stems, amendment with roots may have promoted the more efficient formation of microbial-derived OM. Therefore, plant chemistry influenced soil OM turnover. Synthetic OM-clay complexes and soil mineral fractions were used to investigate lignin protection from chemical oxidation. Coating with dodecanoic acid protected lignin from chemical oxidation, and overlying vegetation determined the relative resistance of lignin phenols in clay-size fractions from chemical oxidation. Therefore, additional protection from chemical oxidation may be attributed to OM composition and interactions between OM structures sorbed to clay minerals. Overall, these studies suggest that while association with minerals is important, OM turnover is also influenced by vegetation, and protection through association with clay minerals was modified by OM structure composition. As well, OM-OM interaction is a potential mechanism that protects soil OM from degradation.

Soil organic matter (OM) is a complex mixture of compounds, mainly derived from plants and microbes at various states of decay. It is part of the global carbon cycle and is important for maintaining soil quality. OM protection is mainly attributed to its association with minerals. However, clay minerals preferentially sorb specific OM structures, and clay sorption sites become saturated as OM concentrations increase. Therefore, it is important to examine how OM structures influence their association with soil minerals, and to characterize other protection mechanisms. Several techniques, which provide complementary information, were combined to investigate OM composition: Biomarker (lignin phenol, cutin-OH acid, and lipid) analysis, using gas chromatography/mass spectrometry; solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy; and an emerging method, solution-state 1H NMR spectroscopy. OM composition of sand-, silt-, clay-size, and light fractions of Canadian soils were compared. It was found that microbial-derived and aliphatic structures accumulated in clay-size fractions, and lignin phenols in silt-size fractions may be protected from further oxidation. Therefore, OM protection through association with minerals may be structure-specific. OM in soils amended with maize leaves, stems, and roots from a biodegradation study were also examined. Over time, lignin phenol composition, and oxidation; and aliphatic structure contribution changed less in soils amended with leaves compared to soils amended with stems and roots. Compared to soils amended with leaves and stems, amendment with roots may have promoted the more efficient formation of microbial-derived OM. Therefore, plant chemistry influenced soil OM turnover. Synthetic OM-clay complexes and soil mineral fractions were used to investigate lignin protection from chemical oxidation. Coating with dodecanoic acid protected lignin from chemical oxidation, and overlying vegetation determined the relative resistance of lignin phenols in clay-size fractions from chemical oxidation. Therefore, additional protection from chemical oxidation may be attributed to OM composition and interactions between OM structures sorbed to clay minerals. Overall, these studies suggest that while association with minerals is important, OM turnover is also influenced by vegetation, and protection through association with clay minerals was modified by OM structure composition. As well, OM-OM interaction is a potential mechanism that protects soil OM from degradation.

Diploma thesis evaluates quality and healthiness of the soil health located close to Bohate Malkovice focusing on changes in both physical and chemical characteristics of the soil in time. The theoretical part describes physical, chemical, and biological parameters of the soil. Selected physical parameters are structure, texture, determination of measured weight, bulk density of the soil, porosity, actual volumetric water content of the soil, aeration, saturated and unsaturated hydraulic conductivity, infiltration, and colour. Chosen chemical parameters are pH, carbonates, soil electrical conductivity, and humus content. Picked biological parameters are microbial biomass, respiration, nitrogen content, and weed infestation. The practical part analyses selected indicators of quality of the soil from the location of the experiment close to Bohate Malkovice. The area under evaluation has been treated using reduced tillage for long term. The practical part is based on the laboratory examination of disturbed and undisturbed soil samples taken between years 2016 and 2018. Based on outcome results we can evaluate the quality of the soil considering plants growth, development, and soil fertility.

[ES] La formación de hollín en los motores de inyección directa de gasolina se rige por complejas interacciones entre procesos físicos, que varían en función del modo de funcionamiento del motor. Con la aplicación de normativas cada vez más estrictas, junto con ensayos de homologación más rigurosos, el reto de cumplir los límites de emisión de partículas se ha vuelto excepcionalmente exigente. En consecuencia, los fabricantes han recurrido a métodos de post-tratamiento de partículas a la salida del motor, como los filtros de partículas de gasolina, aunque a costa del rendimiento del motor y del consumo de combustible. Además, existe una creciente preocupación por la calidad del aire ambiente debido a las emisiones de partículas de los vehículos, con estudios que indican potenciales riesgos cancerígenos para la salud humana. Las herramientas de modelización ofrecen la ventaja de disminuir la necesidad de costosos ensayos de calibración experimental destinados a encontrar la estrategia óptima para mitigar las emisiones de partículas dentro de unos límites aceptables. En esta Tesis, se desarrolla un marco de modelización exhaustivo que aborda tres fuentes principales de formación de hollín: la mezcla inadecuada que da lugar a zonas ricas, las películas de combustible en las puntas de los inyectores y las películas de combustible en las paredes de la cámara de combustión debido al impacto del chorro. Al incorporar submodelos físicos para abordar estas vías de formación de hollín, se consigue una descripción completa de la distribución del tamaño de las partículas, teniendo en cuenta que las distintas fuentes contribuyen de forma diferente a las emisiones totales de partículas. El número, la masa y el tamaño de las partículas se determinan mediante la utilización de un mecanismo de reacción detallado para resolver las reacciones químicas que se producen en las regiones ricas definidas por el modelo multizona que se integra con un solucionador estocástico de partículas. El enfoque se complementó con simulaciones CFD tridimensional no reactivo para validar las formulaciones de los diversos submodelos. A continuación, se utilizaron ensayos experimentales realizados en un banco de pruebas de motores para evaluar las predicciones del modelo y también sirvieron como herramienta de validación para determinados submodelos en los casos en los que surgían ambigüedades en las simulaciones CFD. Además, se utilizaron ensayos ópticos realizados en un motor distinto del considerado en este estudio para obtener más información sobre los fenómenos en el cilindro que conducen a la formación de hollín. La herramienta ha demostrado su capacidad para predecir con exactitud la distribución del tamaño de las partículas en distintas condiciones de funcionamiento, captando eficazmente los cambios en la configuración de los parámetros del motor y las condiciones termodinámicas. Se identificó que las principales fuentes que contribuían a las emisiones de partículas procedían de la disminución de la calidad de la mezcla, especialmente evidente en cargas más elevadas debido al enriquecimiento del combustible, y de la humectación de la punta del inyector, que se manifestaba en todas las condiciones. Por consiguiente, el modelo de mezcla, basado en los parámetros de mezcla pertinentes, resultó eficaz para generar distribuciones de dosados, mientras que el modelo de evaporación de la película del inyector calculó la masa de la película de combustible en la punta de forma satisfactoria. Al integrar estos aspectos con un enfoque de postprocesamiento exhaustivo, que incorpora la eficiencia del recuento de partículas y consideraciones sobre el volumen de escape, se logró un alto grado de concordancia entre las predicciones numéricas y los datos de partículas medidos. Como resultado, la herramienta puede aprovecharse para simular las emisiones de partículas en condiciones transitorias de conducción, facilitando así el desarrollo de motores en el futuro próximo. / [CA] La formació de sutge en els motors d'injecció directa de gasolina es regeix per complexes interaccions entre processos físics, que varien en funció de la manera de funcionament del motor. Amb l'aplicació de reglaments cada vegada més estrictes i normes d'assaig més rigoroses, el repte de complir els límits d'emissió de partícules s'ha tornat excepcionalment exigent. En conseqüència, els fabricants han recorregut a mètodes de tractament de partícules posteriors a l'eixida del motor, com els filtres de partícules de gasolina, encara que a costa del rendiment del motor i del consum de combustible. A més, existeix una creixent preocupació per la qualitat de l'aire ambient degut a les emissions de partícules dels vehicles, amb estudis que indiquen riscos cancerígens potencials per a la salut humana. Les eines de modelització ofereixen l'avantatge de disminuir la necessitat de costosos assajos de calibratge experimental destinats a trobar l'estratègia òptima per a mitigar les emissions de partícules dins d'uns límits acceptables. En aquesta Tesi, es desenvolupa un marc de modelització exhaustiu que aborda tres fonts principals de formació de sutge: la mescla inadequada que dona lloc a zones riques, les pel·lícules de combustible en les puntes dels injectors i les pel·lícules de combustible en les parets de la cambra de combustió a causa de l'impacte del doll. En incorporar submodels físics per a abordar aquestes vies de formació de sutge, s'aconsegueix una descripció completa de la distribució de la grandària de les partícules, tenint en compte que les diferents fonts contribueixen de manera diferent a les emissions totals de partícules. El número, la massa i la grandària de les partícules es determinen mitjançant la utilització d'un mecanisme de reacció detallat per a resoldre les reaccions químiques que es produeixen a les regions riques definides pel model multizona que s'integra amb un solucionador estocàstic de partícules. L'enfocament es va complementar amb simulacions CFD tridimensional no reactiu per a validar les formulacions dels diversos submodels associats a les diferents vies. A continuació, es van utilitzar assajos experimentals realitzats en un banc de proves de motors per a avaluar les prediccions del model i també van servir com a eina de validació per a determinats submodels en els casos en els quals sorgien ambigüitats en les simulacions CFD. A més, es van utilitzar assajos òptics realitzats en un motor diferent del considerat en aquest estudi per a obtenir més informació sobre els fenòmens en el cilindre que condueixen a la formació de sutge. L'eina de modelització ha demostrat la seua capacitat per a predir amb exactitud la distribució de la grandària de les partícules en diferents condicions de funcionament, captant eficaçment els canvis en la configuració dels paràmetres del motor i les condicions termodinàmiques. Es va identificar que les principals fonts que contribuïen a les emissions de partícules procedien de la disminució de la qualitat de la mescla, especialment evident en càrregues més elevades a causa de l'enriquiment del combustible, i de la humectació de la punta de l'injector, que es manifestava en totes les condicions. Per consegüent, el model de mescla, basat en els paràmetres de mescla pertinents, va resultar eficaç per a generar distribucions de dosatges, mentre que el model d'evaporació de la pel·lícula de l'injector va calcular la massa de la pel·lícula de combustible en la punta de manera satisfactòria. En integrar aquests aspectes amb un enfocament de postprocessament exhaustiu, que incorpora l'eficiència del recompte de partícules i consideracions sobre el volum de fuita, es va aconseguir un alt grau de concordança entre les prediccions numèriques i les dades de partícules mesurades. Com a resultat, l'eina pot aprofitar-se per a simular les emissions de partícules en condicions transitòries de conducció, facilitant així el desenvolupament de motors en el futur pròxim. / [EN] Soot formation in gasoline direct injection engines is governed by complex interactions among physical processes, which vary depending on the engine operating mode. With the implementation of increasingly stringent regulations and more rigorous testing standards, the challenge of meeting particle emission limits has become exceptionally demanding. Consequently, manufacturers have resorted to post-engine outlet particle treatment methods, such as gasoline particulate filters, albeit at the expense of engine performance and fuel consumption. Moreover, there is a growing concern regarding environmental air quality due to vehicle particle emissions, with studies indicating potential cancerous risks to human health. Modeling tools offer the benefit of diminishing the need for expensive experimental calibration campaigns aimed at finding the optimal strategy for mitigating particle emissions within acceptable limits. In this Thesis, a comprehensive modeling framework is developed that addresses three primary sources of soot formation: inadequate mixing resulting in rich pockets, fuel films on injector tips, and fuel films on combustion chamber walls due to spray impingement. By incorporating physical sub-models to address these pathways of soot formation, a comprehensive depiction of the particle size distribution becomes achievable, considering that the various sources contribute differently to overall particle emissions. Particle number, mass, and size are determined through the utilization of a detailed reaction mechanism to solve the chemical reactions occurring in rich regions defined by the multi-zone model that is integrated with a stochastic particle solver. The approach was complemented by non-reactive 3D CFD simulations to validate the formulations of the various sub-models associated with different pathways. Experimental measurements conducted on an engine test bench were then utilized to evaluate the model predictions and also served as a validation tool for certain sub-models in cases where ambiguity arose in the 3D CFD simulations. Furthermore, optical engine experiments conducted on a different engine from the one considered in this study were employed to gain further insights into the in-cylinder phenomena driving soot formation. The modeling tool has demonstrated its capability to accurately predict the particle size distribution across various operating conditions, effectively capturing changes in engine parameter settings and thermodynamic conditions. The primary sources contributing to particle emissions stemmed from diminished mixture quality, particularly evident at higher loads due to fuel enrichment, and injector tip wetting, which manifested across all conditions. Therefore, the mixing model, based on pertinent mixing parameters proved effective in generating equivalence ratio distributions, while the injector film evaporation model computed fuel film mass on the injector tip in a commendable way. By integrating these aspects with a thorough post-processing approach, incorporating particle counting efficiency and exhaust volume considerations, a high degree of agreement was achieved between numerical predictions and measured particle data. As a result, the tool can be leveraged to simulate particle emissions under transient driving conditions, thereby facilitating engine development in the foreseeable future. / Abboud, R. (2024). A Comprehensive Modeling Toolchain for Particle Emissions in GDI Engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/207344

Aluminiumschichten werden durch Kaltgasspritzen auf fünf verschiedene poly- und monokristalline keramische Werkstoffe (Al2O3 , AlN, SiC, Si3N4 , MgF2 ) appliziert. Dabei erfolgt eine Variation der Substrattemperatur und der Partikelgröße. Ausgewählte Proben werden einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen. Die im Fokus der Arbeit stehende Erforschung der an der Grenzfläche zwischen Aluminium und Keramik wirkenden Haftmechanismen erfolgt sowohl mithilfe einer mechanischen Charakterisierung (Stirnzugversuche) als auch durch verschiedene mikroskopische, spektroskopische und hochauflösende Methoden. Die Bewertung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass im Allgemeinen ein Anstieg der Haftzugfestigkeit mit steigender Substrat- und Wärmebehandlungstemperatur sowie mit zunehmender thermischer Effusivität des Substratwerkstoffs zu verzeichnen ist. Eine vergleichbare Auswirkung hat innerhalb bestimmter Grenzen die Zunahme der Partikelgröße. Mit der Heteroepitaxie wird neben der mechanischen Verklammerung ein weiterer wichtiger Haftmechanismus kaltgasgespritzter metallischer Schichten auf keramischen Substraten identifiziert. Die Ausbildung von quasiadiabatischen Scherbändern und statische Rekristallisationsprozesse wirken dabei als wichtige begleitende Mechanismen. Als Nachweis für heteroepitaktisches Wachstum ist die Existenz von (annähernd) parallelen, senkrecht oder geneigt zur Grenzfläche stehenden Ebenenpaaren, die eine geringe Gitterfehlanpassung aufweisen, zu werten. Der Vergleich mit PVD-Schichten zeigt, dass in Bezug auf die Orientierung von Gitterebenen verschiedene Mechanismen der Heteroepitaxie existieren, die von der atomaren Mobilität des Beschichtungswerkstoffs bestimmt werden.

Aluminiumschichten werden durch Kaltgasspritzen auf fünf verschiedene poly- und monokristalline keramische Werkstoffe (Al2O3 , AlN, SiC, Si3N4 , MgF2 ) appliziert. Dabei erfolgt eine Variation der Substrattemperatur und der Partikelgröße. Ausgewählte Proben werden einer nachfolgenden Wärmebehandlung unterzogen. Die im Fokus der Arbeit stehende Erforschung der an der Grenzfläche zwischen Aluminium und Keramik wirkenden Haftmechanismen erfolgt sowohl mithilfe einer mechanischen Charakterisierung (Stirnzugversuche) als auch durch verschiedene mikroskopische, spektroskopische und hochauflösende Methoden. Die Bewertung der Untersuchungsergebnisse zeigt, dass im Allgemeinen ein Anstieg der Haftzugfestigkeit mit steigender Substrat- und Wärmebehandlungstemperatur sowie mit zunehmender thermischer Effusivität des Substratwerkstoffs zu verzeichnen ist. Eine vergleichbare Auswirkung hat innerhalb bestimmter Grenzen die Zunahme der Partikelgröße. Mit der Heteroepitaxie wird neben der mechanischen Verklammerung ein weiterer wichtiger Haftmechanismus kaltgasgespritzter metallischer Schichten auf keramischen Substraten identifiziert. Die Ausbildung von quasiadiabatischen Scherbändern und statische Rekristallisationsprozesse wirken dabei als wichtige begleitende Mechanismen. Als Nachweis für heteroepitaktisches Wachstum ist die Existenz von (annähernd) parallelen, senkrecht oder geneigt zur Grenzfläche stehenden Ebenenpaaren, die eine geringe Gitterfehlanpassung aufweisen, zu werten. Der Vergleich mit PVD-Schichten zeigt, dass in Bezug auf die Orientierung von Gitterebenen verschiedene Mechanismen der Heteroepitaxie existieren, die von der atomaren Mobilität des Beschichtungswerkstoffs bestimmt werden.