Investigations on the diversity of clostridia in fermentation substrates and residues from conventional biogas plants

Berliner und Münchener Tierärztliche Wochenschrift 129, 401-407

DOI: 10.2376/0005-9366-16006

© Schlütersche Verlagsgesellschaft mbH & Co. KG. 2016

Publiziert: 09/2016

Zusammenfassung

Es war Ziel der vorliegenden Untersuchungen, die Diversität von Clostridia in den Gärsubstraten und Gärresten von 25 konventionellen Biogasanlagen zu charakterisieren. Die Untersuchungen wurden in den Jahren 2011 und 2013 durchgeführt. Die Anlagen unterschieden sich hinsichtlich der verwendeten Gärsubstrate, das heißt, neben nachwachsenden Rohstoffen (NawaRo) wurde wirtschaftseigener Dünger aus der Rinder-, Schweine- oder Geflügelhaltung eingesetzt. Die Untersuchung fokussierte auf solche Clostridia-Arten, die an der Nährstofffermentation beteiligt sind sowie auf solche Arten, die als Krankheitserreger bekannt sind. Der Nachweis erfolgte mit klassischen kultivierenden Verfahren. Im Mittel lagen die Clostridien-Konzentrationen in den Gärsubstraten und den Gärresten zwischen 10⁴ und 10⁵ Kolonie-bildenden Einheiten pro g Frischsubstanz. Es konnten 13 verschiedene Clostridien-(C.)-Spezies (C. perfringens, C. baratii, C. bifermentans, C. butyricum, C. sporogenes, C. tyrobutyricum, C. cochlearium, C. glycolicum, C. sartagoforme, C. tertium) sowie drei noch nicht identifizierte Clostridien-Spezies nachgewiesen werden. Aus dem Vergleich der Keimdichten in den Gärsubstraten und den Gärresten ergaben sich keine Hinweise auf Keimanreicherungen während des Fermentationsprozesses. Mit der Analyse der Toxingene von C. perfringens konnten α-Toxin, β2-Toxin und NetB-Toxin identifiziert werden. In keiner der Proben konnte C. botulinum oder Botulinum-Toxin nachgewiesen werden

Summary

The aim of the study was to characterize the diversity of Clostridia in fermentation substrates and residues taken from 25 conventional biogas plants in 2011 and 2013. The plants differed with regard to the input material, i. e., sustainable plant products and manure from cattle, pig or poultry husbandry were used as the major fermentation substrates. Mainly the Clostridia species which are responsible for degradation of higher molecular compounds and those which may cause important diseases were examined. Thus, both studies aimed at determining the diversity of Clostridium species in different types of biogas plants by applying classical microbiological techniques as established in human and veterinary microbiology with special focus on Clostridia. On average the microbial counts in substrates and residues ranged around 10⁴ to 10⁶ CFU/g. 13 different Clostridium (C.) species (C. perfringens, C. baratii, C. bifermentans, C. butyricum, C. sporogenes, C. tyrobutyricum, C. cochlearium, C. glycolicum, C. sartagoforme, C. tertium) and three additional unknown Clostridium species were detected in all samples. The quantitative analysis shows the reduction of Clostridia counts in residues compared to substrates. In addition, the C. perfringens toxin genes were analyzed and the α-toxin-, β2-toxin- and NetB-toxin genes could be detected. C. botulinum or botulinum-toxin. could not be detected in any sample.