Untersuchungen zum mikrobiologischen Risikopotenzial von Gärsubstraten und Gärresten aus niedersächsischen Biogasanlagen

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1 Untersuchungen zum mikrobiologischen Risikopotenzial von Gärsubstraten und Gärresten aus niedersächsischen Biogasanlagen Gerhard Breves, Physiologisches Institut

2 Gliederung 1.Einleitung 2.Studiendesign 3.Gesamtkeimzahlen in Gärsubstraten und Gärresten; Spektrum der Mikroflora 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Clostridium botulinum Neurotoxin bildende Stämme 6.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens

3 Nachweis von Bacillus und Clostridium spp. in verschiedenen Substraten (Bagge et al. 2010)

4 Clostridiendichte zu unterschiedlichen Phasen des Biogasprozesses non-pathogens pathogens (Bagge et al. 2010)

5 Gliederung 1.Einleitung 2.Studiendesign 3.Gesamtkeimzahlen in Gärsubstraten und Gärresten; Spektrum der Mikroflora 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Clostridium botulinum Neurotoxin bildende Stämme 6.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens

6 Studie zum mikrobiologischen Risikopotenzial von Biogasanlagen Projektnehmer: Physiologisches Institut, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover in Kooperation mit dem RIPAC Labor, Potsdam-Golm Förderung: Niedersächsisches Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz und Landesentwicklung Studiendesign: 15 niedersächsische Biogasanlagen Je 5 Anlagen aus Milchvieh-, Ackerbau- und Veredelungsregionen Beprobung jeder Anlage: Gärsubstrate an vier aufeinanderfolgenden Tagen; Gärreste an drei aufeinanderfolgenden Tagen Nach Entnahme der Proben Kühlung bei + 4 C Transport der Proben zum Ripac-Labor (Potsdam) Mikrobiologische Analytik in Gärsubstraten und Gärresten: Gesamtkeimzahl der Anaerobier und Aerobier Spezielle Untersuchungen auf: pathogene Clostridien, Clostridium botulinum inkl. Toxinnachweis, Salmonellen, pathogene E. coli und andere

7 Übersicht Anlagentyp und Gärsubstrate Anlagentyp A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 C5 10 Mais 10 Mais 10 NaWaRo 10 Mais 10 NaWaRo 7 Rindergülle, Futterreste 3 Rindergülle, Rest Mais Input >8 Graseinsatz, Rest Rindergülle >7 Rinderfestmist, Kuh- & Schweinegülle, Rest Mais mind. 3 Rindergülle, Rest Mais 7 Mais, ZR, 3 Schweinegülle 7 Mais, 3 Sauen-Ferkel & Mastschweinegülle 5 Mais, Rest Grünroggen, Zuckerhirse, Schweinegülle 7 Mais, 3 Mastschweinegülle, teilw. Hühnertrockenkot 7 Mais, 3 Gülle

8 Gliederung 1.Einleitung 2.Studiendesign 3.Gesamtkeimzahlen in Gärsubstraten und Gärresten; Spektrum der Mikroflora 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Clostridium botulinum Neurotoxin bildende Stämme 6.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens

9 durchschnittliche Gesamtkeimzahl (KBE/g) Gesamtkeimzahlen (aerob/anaerob) in Gärsubstraten und Gärresten Anlagen AA1-A5 Anlagen B B1-B5 Anlagen CC1-C5 1.00E E E E E E E E E+00 Gärsubstrate Gärreste Gärsubstrate Gärreste aerob aerob anaerob anaerob

10 Spektrum der Mikroflora; Anlagen A1-A5 Gärsubstrate Gärreste Bacillus spp. unbekannter Erreger Streptococcus bovis/equinus Micrococcus spp. Streptococcus spp. Bacillus licheniformis Clostridium perfringens Enterococcus spp. Schimmelpilze Alcaligenes faecalis Bacillus cereus group Clostridium baratii Clostridium bifermentans Clostridium tertium Staphylococcus spp. Clostridium butyricum Enterococcus cecorum Geotrichum candidum/klebahnii 1% Hefen Pichia fermentans Pseudomonas spp. 1% Bifidobacterium spp. Clostridium sporogenes Clostridium spp. Enterococcus spp. Escherichia coli Proteus vulgaris 1% Scopulariopsis brevicaulis Bacillus pumilus Staphylococcus spp. Clostridium D Absidia corymbifera Clostridium tyrobutyricum Aneurinibacillus spp. Enterobacter asburiae Bacillus spp. Enterobacter spp. Bacillus lentus Enterococcus faecium 1% Escherichia coli Lactobacillus curvatus Lysinibacillus fusiformis/sphaericus Paenibacillus spp. Proteus mirabilis Raoultella ornithinolytica Streptococcus infantarius/lutetiensis 1% 1%1%1%1%1%1% 11% 1%1% 1%1%1%1% 1%1%1%1%1%1%1%1% 1% 1 5% 7% 7% 6% 8% 6% 5% 5% 5% 8% 8% 15% 9% 9% 1 Bacillus spp. unbekannter Erreger Enterococcus spp. Streptococcus spp. Micrococcus spp. Schimmelpilze Streptococcus bovis/equinus Clostridium perfringens Bacillus cereus group Clostridium bifermentans Clostridium sporogenes Alcaligenes faecalis Bacillus pumilus Pseudomonas spp. Bacillus lentus Clostridium baratii Clostridium tyrobutyricum Lysinibacillus fusiformis/sphaericus

11 Spektrum der Mikroflora; Anlagen B1-B5 Gärsubstrate Gärreste Clostridium perfringens Bacillus spp. unbekannter Erreger Streptococcus bovis/equinus Streptococcus spp. Bacillus licheniformis Proteus mirabilis Micrococcus spp. Hefen Pichia membranifaciens Clostridium bifermentans Escherichia coli unbekannter Erreger Gruppe L Alcaligenes faecalis Bacillus cereus group Bacillus spp. Micrococcus spp. Schimmelpilze Bacillus lentus Bacillus subtilis Proteus spp. Riemerella M2878 Bacillus spp. Bacillus pumilus Clostridium perfringens Clostridium butyricum Clostridium sporogenes Coliforme 6% 1% 1%1%1%1%1%1%1%1%1%1% 8% 8% 1 9% 1 1 Clostridium perfringens Bacillus spp. Streptococcus bovis/equinus Micrococcus spp. Unbekannter Erreger Bacillus licheniformis Clostridium bifermentans Bacillus pumilus Pichia membranifaciens Schimmelpilze Clostridium butyricum Escherichia coli Hefen Proteus mirabilis Streptococcus spp. unbekannter Erreger Gruppe K unbekannter Erreger Gruppe L Bacillus cereus group Bacillus circulans Bacillus lentus Bacillus spp. Clostridium D Clostridium sporogenes Clostridium tyrobutyricum Coliforme Enterococcus spp. Micrococcus spp. Pseudallescheria angusta/boydii Komplex 1% 1%1% 1%1% 1%1%1% 1 1%1%1%1% 8% %

12 Spektrum der Mikroflora; Anlagen C1-C5 Gärsubstrate Gärreste 5% 5% 1% 1%1%1%1%1%1% 18% 18% Bacillus spp. Clostridium perfringens Streptococcus bovis/equinus Bacillus cereus group Bacillus licheniformis Unbekannter Erreger Micrococcus spp. Schimmelpilze Aspergillus fumigatus Clostridium bifermentans Enterococcus cecorum Proteus mirabilis Streptococcus spp. 7% 1% 1%1% 2 18% Bacillus spp. Clostridium perfringens Streptococcus bovis/equinus Micrococcus spp. Unbekannter Erreger Streptococcus spp. Bacillus cereus group Bacillus licheniformis Clostridium bifermentans Clostridium butyricum Clostridium D % 7% 8% 1 Clostridium perfringens Clostridium baratii Clostridium butyricum Clostridium D Clostridium spp. Proteus vulgaris 9% 9% 1 unbekannter Erreger Gruppe G Alcaligenes faecalis Bacillus pumilus Schimmelpilze

13 Gliederung 1.Einleitung 2.Studiendesign 3.Gesamtkeimzahlen in Gärsubstraten und Gärresten; Spektrum der Mikroflora 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Clostridium botulinum Neurotoxin bildende Stämme 6.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens

14 Gesamtkeimzahl (KBE/g) Gesamtkeimzahlen für verschiedene Clostridien- Spezies in Gärsubstraten und Gärresten Anlagen A1-A5 Anlagen B1-B5 Anlagen C1-C5 Anlage A Anlage B Anlage C Gärsubstrate Gärreste Gärsubstrate Gärreste Gärsubstrate Gärreste Gärsubstrate Gärreste Gärsubstrate Gärreste Gärsubstrate Gärreste Cl. perfringens Cl. perfringens Cl. sporogenes Cl. sporogenes Cl. Cl. bifermentans bifermentans Cl. baratii Cl. baratii Cl. butyricum Cl. butyricum Cl. sordellii Cl. sordellii

15 Clostridien Gärsubstrate und Gärreste Anlagen A1-A5 Gärsubstrate Gärreste Cl. tyrobutyricum Cl. tertium 17% Cl. spp. Cl. sporogenes 8% Cl. sordellii Cl. perfringens 17% Cl. limosum Cl. septicum Cl. baratii 16% Cl. bifermentans 1 Cl. butyricum 1 Cl. new species Cl. glycolicum Cl. tyrobutyricum 1 Cl. tertium 5% Cl. spp. Cl. sporogenes 2 Cl. sordellii Cl. perfringens 2 Cl. limosum Cl. septicum Cl. baratii 1 Cl. bifermentans 25% Cl. butyricum 5% Cl. new species Cl. glycolicum 5%

16 Clostridien Gärsubstrate und Gärreste Anlagen B1-B5 Gärsubstrate Gärreste Cl. sordellii Cl. tyrobutyricum Cl. tertium Cl. spp. Cl. sporogenes 6% Cl. septicum Cl. limosum Cl. baratii Cl. bifermentans 17% Cl. butyricum 6% Cl. tertium Cl. spp. Cl. sporogenes 8% Cl. sordellii Cl. tyrobutyricum 8% Cl. septicum Cl. baratii Cl. limosum Cl. bifermentans 21% Cl. new species Cl. butyricum 1 Cl. perfringens 59% Cl. glycolicum Cl. perfringens 4 Cl. new species 8% Cl. glycolicum

17 Clostridien Gärsubstrate und Gärreste Anlagen C1-C5 Gärsubstrate Gärreste Cl. limosum Cl. tyrobutyricum Cl. sporogenes Cl. spp. Cl. tertium Cl. sordellii Cl. septicum Cl. baratii 6% Cl. bifermentans 15% Cl. tyrobutyricum Cl. tertium Cl. sporogenes Cl. spp. Cl. sordellii Cl. limosum Cl. septicum Cl. baratii Cl. bifermentans 1 Cl. butyricum 1 Cl. butyricum 6% Cl. perfringens 55% Cl. new species 6% Cl. glycolicum Cl. perfringens 56% Cl. new species 1 Cl. glycolicum

18 Gliederung 1.Einleitung 2.Studiendesign 3.Gesamtkeimzahlen in Gärsubstraten und Gärresten; Spektrum der Mikroflora 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Clostridium botulinum Neurotoxin bildende Stämme 6.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens

19 Untersuchung auf Neurotoxin-bildende Stämme von Clostridium botulinum

20 Gliederung 1.Einleitung 2.Studiendesign 3.Gesamtkeimzahlen in Gärsubstraten und Gärresten; Spektrum der Mikroflora 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Clostridium botulinum Neurotoxin bildende Stämme 6.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens

21 Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens in Gärsubstraten und Gärresten A B C Anlagen Proben G.substrate Gärreste G.substrate Gärreste G.substrate Gärreste N Cl. perfringens positiv in % Isolate (N) α- Toxi n β1- Tox in Multiplex PCR Majorletale Toxine β2- Tox in NetB- Toxin Epsi- lon- Toxin Jota- Toxin Minorletale Toxine μ- Toxin Hyaluronidase Theta- Toxin α-toxin Nagler-Einheiten (NE) 20 20, k. A , k. A , k. A , k. A , k. A , k. A NE NE 64 NE

22 Zusammenfassung Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen: Kein Nachweis von Neurotoxin produzierendem Cl. botulinum in Gärsubstraten und Gärresten Kein Nachweis von Salmonellen und pathogenen E. coli in Gärsubstraten und Gärresten Kein Hinweis auf mikrobielle Anreicherungen während des Fermentationsprozesses

23 Danksagung Niedersächsisches Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz und Landesentwicklung den Betreibern der an der Studie beteiligten Anlagen Kompetenzzentrum Niedersachsen Netzwerk Nachwachsende Rohstoffe e.v. - 3N.und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit

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