AiF-FV-Nummer 185 ZN

Entwicklung eines mikrobiellen Schnelltests zur Identifizierung von Hemmstoffen bei aneroben Gärprozessen

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.06.2005 bis 31.12.2007

Forschungsstellen

Zusammenfassung

In dem durchgeführten Forschungsvorhaben wurden Untersuchungen zum Verhalten und der Wirkung von Antibiotika (hauptsächlich Sulfonamide und Tetracycline) sowie Desinfektionsmitteln bei der Biogaserzeugung durchgeführt. Aus den Testergebnissen konnte in Abhängigkeit von der Konzentration in der Gülle die Dosis-Wirkungs-Beziehung und Schwellenwerte für eine signifikante Hemmung der Biogasproduktion abgeschätzt werden. Zusätzlich zu der Hemmwirkung konnte das Abbauverhalten der Hemmstoffe im Rahmen von Stabilitätstests mit dotierten Gülleproben ermittelt bzw. über die Aufnahme von Konzentrationsverläufen während der Fermentationsversuche bestimmt werden. Im Fall von Sulladiazin war es möglich, die molekulare Struktur und reduzierte antimikrobielle Wirkung eines bei der aneroben Fermentation gebildeten Melaboliten zu bestimmen. Auf der Basis eines Agardiffusionstests wurde im Rahmen dieses Vorhabens ein aussagekräftiger, anaerober Hemmstofftests mit dem Testkeim Clostridium thermobutyrlcum entwickelt, der sich zur Untersuchung von Gärsubstraten eignet. Dieser Hemmstofftest macht es möglich, eine qualitative Ja/Nein-Aussage über den Hemmstoffgehalt von Gülle zu treffen. Die Analysenzeit liegt mit 7,5 Stunden deutlich unterhalb der Zeit, die die Durchführung eines Standardgärtests nach DIN 38414 in Anspruch nehmen würde (zwei bis vier Wochen). Beim Vergleich der mittels Gärtest bestimmten Schwellenwerte mit dem Hemmstofftest stellte sich für Chlortetracyclin und Tetracyclin heraus, dass die Schwellenwerte des Hemmstofftests niedriger lagen als die der Gärtests. Sulladiazin und Sulfamethazin riefen im Hemmstofftest innerhalb der durch die Gärtests vorgegebenen Bereiche eine Hemmung hervor. Im Falle der Kombination der beiden Sulfonamide reagierte der Hemmstofftest mit einem Schwellenwert unterhalb von 300 mg/kg geringfügig zu empfindlich. Kupfersulfat, Triclosan und die drei ausgewählten quartären Ammoniumverbindungen verursachten die Hemmung der Gasproduktion in unterschiedlichen Konzentrationsbereichen. Während Kupfersulfat erst in einem Bereich von 600 -1.250 mg/kg hemmend wirkte, wiesen Triclosan und die quartären Ammoniumverbindungen schon ab 65 bzw. 75 mg/kg eine Hemmwirkung auf. Die Ergebnisse des hier dargestellten Forschungsvorhabens zeigen, dass ein aussagekräftiger anaerober Hemmstofftest zur Überprüfung von Gülle entwickelt werden konnte. Durch die Erhöhung der Sporenkonzentration ist eine weitere Verkürzung der Inkubationszeit möglich. Neben der in diesem Forschungsvorhaben gewählten Variante mit Teströhrchen zeigen erste Vergleichsuntersuchungen mit Brillantschwarzreduktionstests, dass auch die Entwicklung eines Testsystems im 96er Plattenformat zur Untersuchung von Gülle prinzipiell geeignet ist. Das Problem der Matrixabtrennung konnte durch die Einführung einer Vordiffusionsschicht in beiden Testvarianten erfolgreich gelöst werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente