Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: AcEta (effiziente Hydrolyse und Acidogenese): Bioprozesstechnische Optimierung zweistufiger landwirtschaftlicher Biogasanlagen; Teilvorhaben 2: Populationsanalyse

Anschrift
Hochschule Anhalt - Standort Köthen - Fachbereich Angewandte Biowissenschaften und Prozesstechnik
06366 Köthen (Anhalt)
Bernburger Str. 55
Kontakt
Prof. Dr. Christiana Cordes
Tel: +49 349667-2523
E-Mail: christiana.cordes@hs-anhalt.de
FKZ
22011413
Anfang
01.12.2014
Ende
31.08.2017
Aufgabenbeschreibung
Etwa 10-20% der deutschen Biogasanlagen haben eine Hydrolyse-und Versäuerungsstufe. Im Verbundprojekt AcEta sollen durch Felduntersuchungen an großtechnischen Hydrolyse- und Versäuerungsstufen molekularbiologische Populationsanalysen, kinetische Untersuchungen im Labor, die Zusammenstellung von Faustzahlen für die Hydrolyse/Versäuerung und die Erarbeitung von Auslegungsempfehlungen die dringend benötigten Grundlagen für die fundierte Auslegung und den effizienten Betrieb von Hydrolyse- und Versäuerungen geschaffen werden. Im Teilprojekt 2 wurden die mikrobiellen Populationen in diesen ersten Stufen untersucht. Populationsanalysen in Biogasanlagen werden schon seit einigen Jahren durchgeführt, wobei ein Schwerpunkt auf der Analyse der methanogenen Mikroorganismen liegt. Diese Untersuchungen fanden überwiegend in einstufigen Biogasreaktoren statt, wobei die üblichen Techniken, wie 16SrDNA Klonbibliotheken, RFLP Analyse und quantitative PCR, verwendet wurden. Zusätzlich werden als neuere Ansätze derzeit Metagenomsequenzdaten erhoben. Bisher sind Versäuerungsstufen im Hinblick auf die mikrobiellen Populationen nicht umfassend charakterisiert worden. Im Teilprojekt II wurde der Fokus auf die mikrobielle Populationsanalyse mit MALDI-TOF-Massenspektrometrie (Matrix assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry) Analyse gelegt, ergänzt durch quantitative PCR-Analyse. Anhand einer MALDI-TOF-MS Spektren-Datenbank wurden fakultativ aerobe und mikroaerophile Keime identifiziert. Die nicht zu identifizierenden Keime wurden durch Sequenzierung überprüft und das Spektrum in der Datenbank hinterlegt. Anhand der Daten wurde der Zusammenhang zwischen der mikrobiellen Population und den Betriebs- und Anlagenparametern untersucht.
Ergebnisdarstellung
· Zunächst wurden Probenahme und Aufarbeitungen entwickelt und in zehn Arbeitsanweisungen festgelegt zur Untersuchung der Proben aus Biogasanlagen mit MALDI-TOF-MS, bzw. quantitativer PCR. · Durch die in allen Anlagen statt findende Rezirkulation wird eine mikrobielle Population gefunden, die den bisher in Hauptfermentern, Gärrestlagern und Nachgären beschriebenen Zusammensetzungen sehr ähnlich ist. · Die außerhalb dieses Projektes durchgeführte quantitative PCR-Analyse deckt sich im Wesentlichen mit den mit MALDI-TOF-MS gefundenen Gruppen und zeigt ebenfalls den Einfluss der Rezirkulation auf die Population. · Abhängig von der Substratzusammensetzung wurden Unterschiede in den Populationen gefunden. Die durchgeführte multivariate Statistik (nMDS und PCoA) zeigt eine nur geringe Überschneidung von maximal 20% auf Artebene zwischen den Biogasanlagen. Auch bei ähnlicher Substratzusammensetzung hat jede Vorstufe eine eigene Populationszusammensetzung. Die MALDI-TOF-MS-Daten und auch die Analysen anderer Arbeitsgruppen aus Untersuchungen an Hauptfermentern bestätigen diese Ergebnisse. · Eine Abhängigkeit von Jahreszeiten ist nicht feststellbar, wohl aber, dass eine ungleichmäßige Fahrweise und eine heterogene Zusammensetzung der Substrate zu Populationsschwankungen führten. Zusammenfassend zeigte sich, dass die Rezirkulation einen großen Einfluss auf die mikrobielle Population in Vorstufen von Biogasanlagen hat und jede Vorstufe eine weitgehend eigene Populationsstruktur.

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