Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Bedeutung von W\u00e4ldern generell und von Tropenw\u00e4ldern im Speziellen ist von hoher Umweltrelevanz. Die Entwaldung wird als gr\u00f6\u00dfte Quelle anthropogener CO2-Emissionen gesehen. Zwei Drittel der an die Erdoberfl\u00e4che gebundenen Biodiversit\u00e4t wird den Tropenwald\u00f6kosystemen zugerechnet.
\nEine zentrale Rolle bei der Entwaldung wird dem illegalen Holzeinschlag zugeschrieben. Eine wichtige Reaktion ist das Verbot der Vermarktung von illegal gewonnenem Holz durch nationale und internationale Beh\u00f6rden. Die EU-Kommission hat deshalb 2003 einen Aktionsplan mit der Bezeichnung \u0084Forest Law Enforcement, Governance and Trade\u0093 (FLEGT) aufgelegt, der \u00fcber EU-Verordnungen im Rahmen der EUTR (Europ\u00e4ische Holzhandelsverordnung) sowie das deutsche Holzhandelssicherungsgesetz in eu-rop\u00e4isches und nationales Recht umgesetzt wird.
\nEine wichtige, zu kontrollierende Produktgruppe ist Papier. Die Bedeutung ergibt sich aus den extrem hohen Produktionsmengen und der Tatsache, dass es sich bei Papieren um Produkte aus \u0084komplexen Lieferketten\u0093 handelt. Die Ermittlung der f\u00fcr die Papierherstellung verwendeten Holzarten ist heute nur durch vergleichende Fasermikroskopie mit Hilfe von Referenzfasern m\u00f6glich. Viele tropische Holzarten k\u00f6nnen mangels Referenzmaterialien oder mangels spezifischer Merkmale bisher nicht eindeutig identifiziert werden. Eine eindeutige Identifizierung der Fasern erfordert daher die Bereitstellung von belegtem Referenzmaterial und die Bestimmung geeigneter Identifizierungsmerkmale. Dieses fehlt f\u00fcr viele mixed-tropical-hardwood-Arten (MTH-Arten). Versch\u00e4rft wird die Situation in Zukunft durch die verst\u00e4rkte Nut-zung der sogenannten \u0084lesser known species\u0093, wodurch sich die Artenvielfalt in Zellstoff und Papier wei-ter erh\u00f6hen wird.
\nAus diesem Grund war und bleibt es wichtig, die vorhandenen Datenbanken aufzustocken und weitere Holzarten der \u0084lesser known species\u0093 sowohl in den morphologischen Gef\u00e4\u00dfatlas als auch in die Extraktstoffdatenbanken f\u00fcr die chemische Identifizierung aufzunehmen.
\nDas Ziel des Projekts im Bereich Anatomie war es deshalb, f\u00fcr mindestens 20 weitere Gattungen die anatomischen Referenzen zu erstellen und in einer zweiten Auflage des Gef\u00e4\u00dfatlasses zu ver\u00f6ffentlichen.
\nDiese Arbeit war notwendig, um eine erweiterte und damit immer engmaschigere \u00dcberpr\u00fcfung der EUTR
\nzu erm\u00f6glichen. Sie liefert gleichzeitig die Erkenntnis, f\u00fcr welche Arten die Lichtmikroskopie nicht aus-reicht und f\u00fcr welche Arten eine von der Anatomie unabh\u00e4ngige Methode zum eindeutigen Nachweis erforderlich ist.
\nUm diese L\u00fccke zu schlie\u00dfen initiierte PD Dr. J\u00fcrgen Odermatt (\u0086 30. Mai 2019) dieses Projekt mit dem Schwerpunkt Chemotaxonomie. Auf Basis des schon im Vorg\u00e4ngerprojekt gefassten chemotaxonomi-schen Ansatzes zur Identifizierung von MTH in Papier war es das Ziel dieses Projekts diese Methode zu einer gerichtsfesten Methode zu entwickeln. Die bisher schwerpunktm\u00e4\u00dfig untersuchte 1D-GC Variante TD-GC\/MS sollte erweitert \/ verbessert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUm die Projektziele zu erreichen, wurden acht Arbeitspakete definiert.<\/p>\n
AP 1. Auswahl relevanter neuer Gattungen
\nAus Herstellerangaben zu den dem Th\u00fcnen-Kompetenzzentrum Holzherk\u00fcnfte zugesandten Papierproben und in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern und Projektbegleitern wurden 21 in der Papierindustrie relevante H\u00f6lzer ermittelt, f\u00fcr die neue Referenzen erstellt wurden.<\/p>\n
AP 2. Materialbeschaffung und Herstellung von Referenzproben (Mazerate und Zellstoffe)
\nF\u00fcr den Aufbau der anatomischen Referenzen wurden f\u00fcr die neu ausgew\u00e4hlten H\u00f6lzer Mazerate aus kleinen Teilst\u00fccken der wissenschaftlichen Xylothek des Th\u00fcnen-Instituts f\u00fcr Holzforschung erstellt. Aus-reichend Material zur Herstellung sortenreiner Zellstoffe f\u00fcr die chemotaxonomischen Untersuchungen konnte f\u00fcr sechs H\u00f6lzer, plus drei weite Provenienzen der Art Tectona grandis beschafft werden. Davon wurden alle aufgeschlossen und zu vollgebleichten Zellstoffen weiterverarbeitet. Die Zellstoffe wurden gemahlen, extrahiert, konzentriert und mittels TD-GC\/MS analysiert.<\/p>\n
AP 3. Anatomie: Aufbau der Referenzen und Ver\u00f6ffentlichung
\nF\u00fcr alle Gattungen wurden die Gef\u00e4\u00dfelemente aus den Mazeratproben herauspr\u00e4pariert und eingebettet. Die Dauerpr\u00e4parate der Gef\u00e4\u00dfelemente wurden bildlich dokumentiert und wissenschaftlich ausgewertet. Eine Ver\u00f6ffentlichung in Form eines zweiten Bandes des Gef\u00e4\u00dfatlas ist geplant.<\/p>\n
AP 4. Chemotaxonomie: Optimierung der Extraktion, der Fraktionierung und der Messbedingungen
\nVor der Optimierung der Extraktion stand die Wahl einer geeigneten M\u00fchle f\u00fcr die Zellstoffvorbereitung. Es wurden verschiedene M\u00fchlen verglichen und eine Wahl unter neuen Gesichtspunkten getroffen. Die Kryom\u00fchle der Firma Retsch wurde gew\u00e4hlt.
\nDie sukzessive Extraktion wurde anhand eines MTH-Industriezellstoffs im Hinblick auf Probenmenge, L\u00f6sungsmittelwahl, Extraktionszeit und Anzahl der Extraktionszyklen optimiert.
\nW\u00e4hrend des Optimierungsprozesses konnten Verunreinigungen und weitere potentielle Fehlerquellen identifiziert und durch das Etablieren einer Laborroutine weitestgehend ausgeschlossen werden. Verbessert wurden unter anderem die L\u00f6sungsmittelreinheit und die Sauberkeit der Extraktionsh\u00fclsen und der zum Abdecken der Probe verwendeten Watte.
\nDie systematische Untersuchung der Vorfraktionierung mittels Solid-phase Extraktion (SPE) als ein Schwerpunkt des Projektes wurde in einer Masterarbeit erfolgreich geschrieben. Auf Basis der dort ge-wonnenen Erkenntnisse lief eine weiterf\u00fchrende Bachelorarbeit zu dem Thema. Ziel war es, eine valide Extraktaufbereitung mittels SPE zur Verbesserung der Aufl\u00f6sung der eindimensionalen GC zu etablieren und damit einen Informationsgewinn zu erzielen. Zudem wurde die Reproduzierbarkeit der SPE-Ergebnisse untersucht.<\/p>\n
AP 5. Quantifizierung ausgew\u00e4hlter Holzarten
\nEs wurden Kalibrierextrakte (Extrakte von Zellstoffmischungen mit definierten Anteilen von MTH- und Raminzellstoff) hergestellt und untersucht. Es wurden Kalibrierproben mit 0-1-2-5-10-25-50-75-100% Ramin hergestellt, wobei es sich bei 0% und 100% um die beiden Referenzen Ramin- und MTH-Zellstoff handelt (0% Ramin entspricht 100% MTH-Zellstoff). Zur Ermittlung der spezifischen Ramin-Marker (Io-nen) wurde ein Abgleich der GC\/MS-Datens\u00e4tze durchgef\u00fchrt. Die Ausgangsliste wurde auf 370 Marker begrenzt. F\u00fcr Analysen der oberen Kalibrierextrakte im SIM-Modus wurden daraus 115 Ionen f\u00fcr die Er-stellung der SIM-Methode selektiert. Diese Analysen wurden verwendet, um weitere Ionen, bei denen keinerlei Korrelation zwischen Raminanteil und Peakfl\u00e4che hergestellt werden konnte, auszusortieren, um die SIM-Methode zu optimieren. Es wurden mehrere Markerionen gefunden, die teilweise einen linearen Verlauf und ein Bestimmtheitsma\u00df von >80 Prozent aufwiesen, wobei die Kalibrierprobe mit 75% Raminanteil leider Ausrei\u00dfer enthielt.<\/p>\n
AP 6. Datenauswertung f\u00fcr chemotaxonomische Untersuchungen
\nDer bestehende Datenbankansatz konnte durch eine geeignete Vorbehandlung der Daten verbessert werden. In Kooperation mit den Softareentwicklern konnten neue hilfreiche Funktionen implementiert
\nwerden, die die Auswertung mittels \u0084ChromIdent\u0093-Datenbank deutlich verbesserte. Es wurde eine umfassende Datenbank mit Chromatographiedaten von 38 Zellstoffextrakten aufgebaut.<\/p>\n
AP 7. Blindtest
\nDie im Projekt erworbenen Erkenntnisse zur Chemotaxonomie und Fasermorphologie von MTH-Zellstoffen wurden von den beteiligten Projektpartnern an Blindproben angewendet.<\/p>\n
AP 8. Berichterstellung (Zwischen- und Abschlussbericht)
\nDer Verlauf des Projektes und die gewonnenen Erkenntnisse wurden in dem Zwischenbericht zur Halbzeit des Projektes (nach einem Jahr) und nach Ablauf des Projektes dem Projektf\u00f6rderer dargelegt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
21 neue, relevante Gattungen wurden f\u00fcr die Untersuchungen ausgew\u00e4hlt. Die Materialbeschaffung, Mazeration und die Pr\u00e4paration der Gef\u00e4\u00dfelemente f\u00fcr die anatomischen Untersuchungen sind abgeschlossen. An den Mazeraten wurden Faserl\u00e4nge und Faserwanddicke im Fiberlab\u00ae analysiert. Bildtafeln f\u00fcr 20 Laubh\u00f6lzer und die Beschreibungen der morphologischen Merkmale (z.B. Form der Ge-f\u00e4\u00dfelemente und der Forts\u00e4tze, Anordnung der T\u00fcpfel und Art der Gef\u00e4\u00dfdurchbrechungen) f\u00fcr 10 H\u00f6lzer wurden fertiggestellt. Nach dem Vorbild des schon ver\u00f6ffentlichten Gef\u00e4\u00dfatlas (Helmling et al., 2018) soll jede Gattung mit jeweils einer Textbeschreibung mit einer Tabelle der Messwerte und einer Bildtafel als Referenz durch die Ver\u00f6ffentlichung im IAWA-Journal weltweit allen Pr\u00fcfinstituten zur Verf\u00fcgung gestellt werden.
\nF\u00fcr die chemotaxonomischen Untersuchungen konnten von sechs verschiedenen H\u00f6lzern, plus drei Plantagenh\u00f6lzern unterschiedlicher Herk\u00fcnfte zu einer Art, ausreichend Material beschafft und daraus sortenreine Zellstoffe hergestellt werden.
\nDie sukzessive Extraktion wurde anhand eines MTH-Industriezellstoffs im Hinblick auf Probenmenge, L\u00f6sungsmittelwahl, Extraktionszeit und Anzahl der Extraktionszyklen optimiert. W\u00e4hrend des Optimie-rungsprozesses konnten Quellen f\u00fcr Verunreinigungen und weitere potenzielle Fehlerquellen identifiziert werden. Durch das Etablieren einer Laborroutine k\u00f6nnen diese Fehlerquellen f\u00fcr zuk\u00fcnftige Arbeiten weitestgehend ausgeschlossen werden. Diese Ma\u00dfnahmen f\u00fchrten zu einer verbesserten Qualit\u00e4t der Zellstoffextrakte mit einer deutlichen Verringerung von Verunreinigungen.
\nDaher wurden von allen Zellstoffen, die f\u00fcr die Datenbank und den Blindtest vorgesehen waren, neue Extrakte hergestellt und gaschromatographisch analysiert.
\nMit diesen Messdaten der Hexanextrakte wurde mit der sich stetig weiterentwickelnden Datenbanksoftware \u0084OpenChrom\u0093 erstmals eine Datenbank aufgebaut.
\nDie systematische Untersuchung der Vorfraktionierung mittels Festphasenextraktion (SPE) als ein Schwerpunkt des Projektes lieferte in einer Masterarbeit wichtige Erkenntnisse und L\u00f6sungsans\u00e4tze zur Verbesserung der Fraktionierung. In einer weiterf\u00fchrenden Bachelorarbeit zur Optimierung der SPE wurden die Einflussgr\u00f6\u00dfen auf die Trennsch\u00e4rfe und Fraktionierung weiter untersucht. Weitere Untersu-chungen zur Reproduzierbarkeit folgten, um eine valide Extraktaufbereitung mittels SPE zur Verbesse-rung der Aufl\u00f6sung der eindimensionalen GC etablieren und damit einen Informationsgewinn erzielen zu k\u00f6nnen. Es zeigte sich, dass sich diese Methode f\u00fcr den Informationsgewinn eignet, die Fragestellungen in diesem Projekt jedoch h\u00f6here Anspr\u00fcche an die Reproduzierbarkeit haben.
\nDie Untersuchungen zur Derivatisierung brachten im Bereich der SPE und der Acetonextrakte wichtige Hinweise auf den Informationsgewinn durch die Anwendung dieser Methodik.
\nBei der Entwicklung einer Quantifizierungsmethode von Gonystylus spp. (Ramin) wurden weitere Erkenntnisse hinzugewonnen.
\nAbgeschlossen wurde das Projekt mit einem Blindversuch. Der Hochschule M\u00fcnchen wurden die vorliegenden 38 Referenzzellstoffe zu Verf\u00fcgung gestellt mit der Aufgabe, 15 Pr\u00fcfbl\u00e4tter unbekannter Zu-sammensetzungen herzustellen. Die Zusammensetzungen wurden vom Th\u00fcnen-Institut, der TU Darmstadt und der ISEGA mittels Mikroskopie auf Basis des Gef\u00e4\u00dfatlasses ermittelt. Erstmals kam auch die neu aufgebaute Extraktstoff-Datenbank f\u00fcr eine umfassende chemotaxonomische Bestimmung zum Einsatz. Im Rahmen des Blindtests waren 38×15=570 Entscheidungen zu treffen. Es wurde von den drei In-stituten mit der anatomischen Methode eine hervorragende Trefferquote von 95%, 84% und 98% erreicht. Das beste Ergebnis wurde dabei von der ISEGA erzielt, die an der Erstellung der Referenzen nicht beteiligt war und ausschlie\u00dflich mit den fertigen Referenzen gearbeitet hat. Dies beweist, dass die im Projekt erstellten Referenzen bestens f\u00fcr die Identifizierung von diesen H\u00f6lzern in Papier geeignet sind.
\nMit dem chemotaxonomischen Ansatz wurde an der UHH im ersten Anlauf eine Trefferquote von 86% erzielt. Der Blindtest zeigte zudem, dass es H\u00f6lzer gibt, die mit beiden Methoden sicher erkannt werden und H\u00f6lzer, die mittels Anatomie oder Chemotaxonomie sicherer erkannt werden. Dies verdeutlicht, dass die beiden Methoden sich, wie im Projektantrag prognostiziert, gegenseitig untermauern und erg\u00e4nzen k\u00f6nnen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Ver\u00f6ffentlichungen:
\n\u0095 Helmling S (2020) Identification of Mixed Tropical Hardwood (MTH) by characteristic morphological features – a contribution to species protection. Hamburg: Univ Hamburg, Fakult\u00e4t f\u00fcr Mathematik, In-formatik und Naturwissenschaften, 243 p, Hamburg, Univ, Fak f Mathematik, Informatik und Natur-wissenschaften, Fachber Biologie, Diss
\n\u0095 Fabio Hubel (2020) Metrische Erfassung der Gef\u00e4\u00dfelement- und Gef\u00e4\u00dft\u00fcpfelgr\u00f6\u00dfen von 14 asiati-schen Holzarten an mazerierten Gef\u00e4\u00dfen im Vergleich zu den an Schnitten erhobenen Literaturda-ten. Bachelorarbeit, Universit\u00e4t Hamburg
\n\u0095 Schmitz N, Beeckman H, Blanc-Jolivet C, Boeschoten L, Braga JWB, Cabezas JA, Chaix G, Crameri S, Degen B, Deklerck V, Dormontt EE, Espinoza E, Gasson P, Haag V, Helmling S, Horacek M, Koch G, Lancaster C, Lens F, Lowe A, Mart\u00ecnez-Jarquin S, Nowakowska JA, Olbrich A, Paredes-Villanueva KP, Pastore TCM, Ramananantoandro T, Razafimahatratra AR, Ravindran P, Rees G, Soares LF, Tysklind N, Vlam M, Watkinson Ch, Weeler E, Winkler R, Wiedenhoeft AC, Zemke VTh, Zuidema P (2020) Overview of current practices in data analysis for wood identification : A guide for the different timber tracking methods. GTTN secretariat, European Forest Institute and Th\u00fcnen Insti-tute, 141 p, DOI:10.13140\/RG.2.2.21518.79689
\n\u0095 Reck, H., (2019): Pr\u00fcfung und Entwicklung einer Methode zur Fraktionierung lipophiler Substanzen mittels Festphasenextraktion. Bachelorarbeit. Universit\u00e4t Hamburg, Hamburg
\n\u0095 Hahn, L., (2018): Fraktionierung von Holzextrakten mittels Festphasenextraktion zur Verbesserung der Aufl\u00f6sung chromatographischer Verfahren. Masterarbeit. Universit\u00e4t Hamburg, Hamburg.
\n\u0095 Helmling S, Olbrich A, Heinz I, Koch G (2018): Atlas of vessel elements \u0096 identification of Asian tim-bers. IAWA Journal 39 (3)
\n\u0095 Leif Junge (2018) Referenzen f\u00fcr die Faseranalytik. Bachelorarbeit, Universit\u00e4t Hamburg
\nVortr\u00e4ge:
\n\u0095 Haag V, Olbrich A, Koch G, Heinz I, Helmling S, Sieburg-Rockel J (2020) Th\u00fcnen Centre of Compe-tence on the Origin of Timber – Identification of internationally traded timber. GTTN Future Webinar
\n\u0095 Olbrich A, Helmling S, Heinz I, Sieburg-Rockel J, Koch G (2019): Identification of Asian timbers in pulp, paper and fiber boards. XXV IUFRO Congress, Curitiba, Brazil (Vortrag im Oktober 2019)
\n\u0095 Helmling S (2019): Identifizierung asiatischer H\u00f6lzer in Papier. ZELLCHEMING-Expo, Frankfurt a. M.
\n\u0095 Olbrich A, Helmling S, Heinz I, Sieburg-Rockel J, Koch G (2019): Identification of Asian timbers in pulp, paper and fiber boards. IAWA-IUFRO International Symposium: Challenges and Op-portunities for Updating Wood Identification Beijing, China
\n\u0095 Sieburg-Rockel J, Olbrich A, Helmling S (2018): Holzartenbestimmung an Spanplatten und Papier und topochemische Untersuchungen (UMSP) zur Qualit\u00e4tsbeurteilung von Spanplatten. 4. Hol-zanatomisches Kolloquium, Dresden
\n\u0095 Schmitz N, Olbrich A (2018): Evaluating the potential to develop a vessel atlas for Latin America. GTTN Regional Workshop Latin America, Lima, Peru
\n\u0095 Olbrich A (2018): Paper forensics and legality verification. TREE meeting, Hamburg
\n\u0095 Olbrich A, Sieburg-Rockel J (2018): Identifizierung weniger bekannter Holzarten in Papier und Spanplatten. Forstwissenschaftliche Tagung 2018, G\u00f6ttingen<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im vorliegenden Projekt wurden zwei verschiedene Ans\u00e4tze zur Identifizierung von MTHs in Papier verfolgt, die Chemotaxonomie und die Anatomie.
\nF\u00fcr die Anatomie wurden 21 Referenzen erstellt, die vollst\u00e4ndig analysiert und vermessen worden sind. F\u00fcr eine Ver\u00f6ffentlichung liegen f\u00fcr 20 Laubh\u00f6lzer Bildtafeln und f\u00fcr 10 H\u00f6lzer die Beschreibungen vor. Genau wie die Ver\u00f6ffentlichung der 38 Taxa der Vorg\u00e4ngerprojekte, sollen auch diese Referenzen im IAWA-Journal allen internationalen Pr\u00fcfinstituten zur Verf\u00fcgung gestellt werden.
\nDurch den Blindtest konnte zudem gezeigt werden, dass die Methode etabliert ist und die in den Projekten erstellten Referenzen geeignet sind, die H\u00f6lzer gut bis sehr gut in Papier nachzuweisen.
\nDie Chemotaxonomie konnte in diesem Projekt f\u00fcr die Identifizierung von H\u00f6lzern in Papier ma\u00dfgeblich weiterentwickelt werden. Die Methode der Extraktion ist etabliert und mit den Chromatogrammen eine Datenbank aufgebaut. Eine Ver\u00f6ffentlichung der Methodik und der Ergebnisse ist geplant. Erstmals wurde diese Technik im Blindtest getestet. Auch wenn die Software zum Abgleich der Blindproben mit der Datenbank weiter verbessert werden sollte, konnten sechs H\u00f6lzer bereits zu 100% richtig bestimmt werden und eine Gesamtquote der Blindtestauswertung von 86 % richtigen Entscheidungen erreicht werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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