Untersuchung von Gärresten und Gärsubstraten aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen des Freistaates Sachsen: Auswahl und Etablierung von bakteriologischen und molekularbiologischen Verfahren zum Nachweis ausgewählter Indikatorkeime
Pospiech, Janina Marta Lucia - Universität Leipzig (2015)
Die im Biogasprozess anfallenden Gärreste werden oftmals als Wirtschaftsdünger verwendet. Krankheitserreger, die sich in den Gärresten befinden können über die Düngung in die Lebensmittelkette gelangen. Die Möglichkeit einer Vermehrung von Bakterien in den Biogasanlagen sowie deren Ausbreitung schürt die Bedenken der Öffentlichkeit. Das Ziel dieser Arbeit war es, Nachweismethoden für die Untersuchung von Proben aus Biogasanlagen zu etablieren, die Praxistauglichkeit dieser anhand von Proben aus Biogasanlagen zu überprüfen und die mikrobielle Belastung dieser Proben hinsichtlich ausgewählter Indikatorkeime zu erfassen. Bei den Indikatorkeimen handelte es sich um Clostridium perfringens, Clostridium botulinum, Enterokokken, Escherichia coli, ESBL-bildende Enterobaceriaceae und Salmonellen.
Für die Etablierung der bakteriologischen Nachweismethoden wurde autoklavierter Gärrest mit einer definierten Keimmenge beimpft und auf verschiedene Nährmedien aufgebracht. Diese wurden bebrütet, ausgezählt und die KbE/ml berechnet. Mittels Probitanalyse wurde für jedes Medium die untere Grenze für den Nachweis aus beimpftem Gärrest bestimmt. Bei den Nährmedien handelte es sich um Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar und XLD Agar für den Nachweis von Salmonella spp. Für E. coli wurden Tergitol 7 Lactose TCC Agar und Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar verwendet. Der Nachweis von Enterokokken erfolgte mittels Slanetz Bartley Agar und Enterococcus Selektivagar. Für die ESBL-bildenden Enterobacteriaceae wurde der Brilliance™ ESBL Agar eingesetzt. Die getesteten Nährmedien zum Nachweis von C. perfringens waren Membran Clostridium Perfringens (mCP) Selektivnährboden sowie Tryptose Sulphite Cycloserine (TSC) Agar überschichtet mit TSC Agarbasis. Für C. botulinum erfolgte der Nachweis auf Eigelb Laktose Agar. Darüber hinaus wurde eine PCR zur C. perfringens Toxintyp-Bestimmung nach dem Protokoll von VAN ASTEN et al. (2009) etabliert. Zum Nachweis von C. botulinum wurde die PCR nach dem Protokoll von HILL et al. (2010) eingesetzt. Bei der Untersuchung der Praxistauglichkeit wurden Proben aus zehn Biogasanlagen des Freistaates Sachsen entnommen und untersucht. Hierbei handelte es sich um Proben aus Abschnitten vor, während und nach der Fermentation. Anhand der ermittelten Nachweisgrenze sowie der Handhabung wurden die folgenden Nährmedien für die Untersuchung der Biogasanlagen-Proben ausgewählt: Brilliance™ Salmonella Agar, XLT4 Agar, Brilliance™ E. coli/Coliform Selektiv Agar, Slanetz Bartley Agar, Brilliance™ ESBL Agar, TSC Agar überschichtet mit TSC Agarbasis und Eigelb Laktose Agar. Für die Anzucht anaerober Bakterien wurden die Proben vor der Beimpfung der Agarplatten erhitzt. Zudem erfolgte eine Anreicherung des zuvor erhitzten Probenmaterials in TPYG Bouillon. Diese wurde genutzt, um daraus aufgereinigte DNA mittels PCR auf C. botulinum und C. perfringens zu untersuchen. Die verwendeten Nährmedien wurden im Praxistest positiv evaluiert. Die Ergebnisse für die Proben aus den Biogasanlagen zeigten, dass, mit Ausnahme von C. perfringens, alle Indikatororganismen während des Biogasprozesses einer Reduktion unterlagen. Die durchschnittliche anaerobe Lebendkeimzahl belief sich auf 107 bis 108 KbE/g Probe. E. coli erfuhr eine Reduktion um bis zu vier Zehnerpotenzen. Enterokokken wurden um 1 bis 2 log10 Stufen reduziert. ESBL-bildende Enterobacteriaceae konnten in sechs der zehn Biogasanlagen nachgewiesen werden. Hierbei handelte es sich überwiegend um E. coli und Klebsiella spp. In keiner der Proben konnten Salmonellen oder C. botulinum nachgewiesen werden. Typ A war der am häufigsten nachgewiesene C. perfringens-Toxintyp. Das β2-Toxin-Gen wurde in 20 Fällen nachgewiesen. Einmal konnte C. perfringens Typ C, β2-Toxin-Gen-positiv detektiert werden.
Der hygienische Status der Gärreste entsprach in etwa dem hygienischen Status von Gülle. In Abhängigkeit vom Indikatorkeim war eine Verbesserung des Status durch eine Reduktion der Keimzahl festzustellen.