Gerhard Breves Physiologisches Institut

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1 Untersuchungen zur Mikrobiologie, zu Arzneimittelrückständen und multiresistenten Mikroorganismen in Biogasanlagen unter besonderer Berücksichtigung von Hühnertrockenkot als Gärsubstrat Gerhard Breves Physiologisches Institut 2. Plenarsitzung 2014 des Biogasforums Niedersachsen

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Studiendesign 3. Gesamtkeimzahlen und Keimspektrum 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens 6. Arzneimittelrückstände

3 Gesamtkeimzahlen (aerob/anaerob) in Gärsubstraten und Gärresten Anlage A Anlage B Anlage C 1.00E+08 durchschnittliche Gesamtkeimzahl (KBE/g) 1.00E E E E E E E E+00 Gärsubstrate Gärreste Gärsubstrate Gärreste aerob aerob anaerob anaerob Kein Nachweis von Salmonellen und EHEC in Gärsubstraten und Gärresten!

4 Spektrum der Mikroflora; Anlagen A 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 Hefen Pichia fermentans Pseudomonas spp. Bifidobacterium spp. Clostridium sporogenes Clostridium spp. Enterococcus spp. Escherichia coli Proteus vulgaris Scopulariopsis brevicaulis Staphylococcus spp. Absidia corymbifera Aneurinibacillus spp. Bacillus spp. Bacillus lentus Bacillus pumilus Clostridium D Clostridium tyrobutyricum Enterobacter asburiae Enterobacter spp. Enterococcus faecium Escherichia coli Lactobacillus curvatus Lysinibacillus fusiformis/sphaericus Paenibacillus spp. Proteus mirabilis Raoultella ornithinolytica Streptococcus infantarius/lutetiensis 2% 1% 15% 11% 1%1%1% 1%1%1%1%1%1%1%1% 2% 1%1%1%1% 3% 1%1%1%1% 2% 2% 2% 2%2% 2% 2% 2% 2% 2% 2% 3% 4% 5% 5% 5% 6% 10% 7% 6% 5% 7% 4% 8% 2% 8% 1% 1% 1% 1% 8% 9% 9% 13% 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

5 Gliederung 1. Einleitung 2. Studiendesign 3. Gesamtkeimzahlen und Keimspektrum 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens 6. Arzneimittelrückstände

6 Untersuchungen zur Mikrobiologie, zu Arzneimittelrückständen und multiresistenten Mikroorganismen in Biogasanlagen unter besonderer Berücksichtigung von Hühnertrockenkot als Gärsubstrat Projektnehmer: Physiologisches Institut, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover in Kooperation mit dem RIPAC Labor (Potsdam-Golm), Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie, Institut für angewandte Mikrobiologie (Justus-Liebig-Universität, Gießen) Förderung: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), Niedersächsisches Ministerium für Ernährung, Landwirtschaft, Verbraucherschutz und Landesentwicklung, Studiendesign: 10 niedersächsische Biogasanlagen, Auswahl durch 3N, Werlte 3 Anlagen aus Ackerbau-, 2 Anlagen aus Milchvieh- und 5 Anlagen Veredelungsregionen Beprobung jeder Anlage: Gärsubstrate und Gärreste an vier aufeinanderfolgenden Tagen; Nach Entnahme der Proben Kühlung bei + 4 C

7 Übersicht Anlagentyp und Gärsubstrate Anlagentyp A1 A2 A3 B1 B2 C1 C2 C3 C4 C5 100% Mais (Wdh) 100% NaWaRo (Wdh) Input Maisilage, Rinder-, Schweinegülle, HTK (Neu) 70% Rindergülle, Futterreste (Wdh) 30% Rindergülle, Rest Mais (Wdh) 66% Mais, 6% HTK, 25% Rinder/Schweinegülle, 3% Getreide, Zuckerrüben 65% Mais, 30% Mastschweinegülle, 5% HTK (Wdh) 65% Mais, Zuckerrübe, 30% Schweinegülle, 5% HTK (Neu) Schweinegülle, Rindergülle, Hühnermist (Neu) 1000 t HTK pro Jahr (Neu)

8 Gliederung 1. Einleitung 2. Studiendesign 3. Gesamtkeimzahlen und Keimspektrum 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens 6. Arzneimittelrückstände

9 Gesamtkeimzahlen (aerob/anaerob) in Gärsubstraten und Gärresten

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24 Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens in Gärsubstraten und Gärresten Anlagen- Typ Proben/ Material Positive Proben Cl. perfringe ns positiv in % Zahl der Isolate 1) α- Toxin β1- Toxin Multiplex PCR Majorletale Toxine β2- Toxin NetB- Toxin ε-toxin ι-toxin α-toxin Nagler-Einheiten (NE) 4 NE 8-16 NE 32 NE A 1 -A 3 Substrate Gärreste B 1 -B 2 Substrate Gärreste C 1 -C 5 Substrate Gärreste Σ Substrate Gärreste

25 Untersuchung auf Neurotoxin-bildende Stämme von Clostridium botulinum In keiner der insgesamt 80 Proben konnten Neurotoxin-bildende Stämme von Clostridium botulinum nachgewiesen werden.

26 Gliederung 1. Einleitung 2. Studiendesign 3. Gesamtkeimzahlen und Keimspektrum 4.Clostridien-Verteilung in unterschiedlichen Anlagetypen 5.Vorkommen und Toxizität von Clostridium perfringens 6. Arzneimittelrückstände

27 Sulfonamide (Analytik: Prof. Hamscher/Dr. Spielmeyer, Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie, JLU Gießen) Nr Betrieb Ackerbau Ackerbau Ackerbau Milchvieh Milchvieh HTK HTK HTK HTK HTK Sulfadiazin Sulfamethazin Substrat Rest Substrat Rest Analyse positiv Werte unter der Bestimmungsgrenze Werte unter der Nachweisgrenze WEITERE SULFONAMIDE, (Werte unter der Nachweis= Grenze): Sulfachloropyridazin Sulfadimethoxin Sulfaguanidin Sulfamerazin Sulfamethoxypyridazin Sulfapyridin Sulfathiazol

28 Tetracycline (Analytik: Prof. Hamscher/Dr. Spielmeyer, Institut für Lebensmittelchemie und Lebensmittelbiotechnologie, JLU Gießen) Nr Betrieb Ackerbau Ackerbau Ackerbau Milchvieh Milchvieh HTK HTK HTK HTK HTK Chlortetracyclin Doxycyclin Oxytetracyclin Tetracyclin Substrat Rest Substrat Rest Substrat Rest Substrat Rest Analyse positiv Werte unter der Bestimmungsgrenze Werte unter der Nachweisgrenze

29 Zusammenfassung Hohe Diversität der mikrobiellen Population in Gärsubstraten und-resten Kein systematischer Nachweis von Tier- bzw. Humanpathogenen Keimen Kein Nachweis von Neurotoxin-bildendem Clostridium botulinum Sporadischer Nachweis von Doxycyclin und Tetracyclin in Anlagen mit HTK

30 Danksagung Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 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