Biologischer Abbau von geruchsaktiven Einzelstoffen und von realen Stoffgemischen

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Bei der Behandlung geruchsbehafteter Abluftströme kann grundsätzlich die biologische Abluftreinigung als Stand der Technik angesehen werden. Hierbei kommen zum überwiegenden Teil Biofilter zum Einsatz, bei denen die Mikroorganismen auf einem Träger angesiedelt sind, welcher von der zu reinigenden Abluft durchströmt wird. Alternativ dazu werden in wenigen Fällen Biowäscher benutzt, in welchen die zu reinigende Luft durch Wasser geleitet wird, welches dann biologisch gereinigt wird. Obwohl das zweite Verfahren eine Reihe von Vorteilen besitzt wie z.B. keine Probleme mit der Feuchte oder dem pH, und wesentlich besser kontrolliert werden kann, hat es sich in der Praxis kaum durchgesetzt, da es höhere Kosten verursacht. Beiden Verfahren ist jedoch gemeinsam, dass mit komplexen mikrobiellen Populationen komplex zusammengesetzte Mischungen abgebaut werden. Die Mikroorganismen, welche in diesen Anlagen für den Abbau verantwortlich sind, fanden bisher erstaunlicherweise wenig Interesse. Gute Kenntnisse der Mikroorganismen und der Abbauwege sind aber Voraussetzung, um auftretende Probleme zu verhindern oder zu lösen.

In diesem Projekt wurden Geruchsstoffe von Modellsubstanzen sowie die von den analytischen Teilprojekten als relevant eingestuften Geruchsstoffe aus der geruchstragenden Abluft von Lebensmittelbetrieben und der Ferkelaufzucht untersucht. Die Geruchsstoffe können in vier Gruppen eingeteilt werden: schwefelhaltige Verbindungen, aliphatische Amine (Fischgeruch), Pyrazine (Kaffee-Geruch) und kurzkettige Aldehyde und Ester. Für Vertreter aus allen vier Gruppen geruchsaktiver Substanzen konnte ein biologischer Abbau eindeutig nachgewiesen werden. Die Anreicherung der Mischkulturen auf den Modellsubstanzen wurden erfolgreich etabliert. Aus diesen Anreicherungskulturen wurden inzwischen für den Abbau aller Substanzen Reinkulturen isoliert. Die mikrobiologische Charakterisierung dieser Reinkulturen ist abgeschlossen. Die dritte Teilaufgabe, Untersuchung des Leistungsspektrums der neu isolierten Mikroorganismen mit Reinsubstanzen wurde im Berichtzeitraum erreicht. Die Untersuchung der neu isolierten Mikroorganismen mit Mischungen von Geruchstoffen wurde durchgeführt. Untersucht wurde außerdem der Einfluss der verschiedenen Geruchstoffe auf diese Reinkulturen, um festzustellen, inwieweit die isolierten Bakterien durch andere Geruchstoffe in ihren Fähigkeiten beeinflusst werden. Für die entsprechenden Geruchstoff-Mischungen wurde untersucht, ob diese durch Mischungen der entsprechenden Bakterien abgebaut werden können. Diese Untersuchung ist abgeschlossen. Zur Erfüllung der vierten Teilaufgabe, Aufklärung der Abbauwege und Feststellung eventueller Unverträglichkeiten, wurden Wachstumsversuche, Resting-cells Versuche sowie Versuche mit Mutanten durchgeführt. Die bei diesen Versuchen in das Medium ausgeschiedenen Metabolite wurden analysiert. Die Geruchsstoffe (z.B. Ethylacrylat und Pyrazinen) abbauenden Enzyme aus diesen Bakterien nachzuweisen, zu isolieren und zu charakterisieren.

Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, für problematische chemische Verbindungen einen praxisgeeigneten Abbauweg durch Mikroorganismen zu finden. Die Reinigung von mit Geruchsstoffen belasteter Abluft durch Bakterien hat gegenüber herkömmlichen Verfahren der Abluftreinigung wie Adsorption den Vorteil des realen Abbaus der unerwünschten Verbindungen. Diese Erkenntnisse können in die Auslegung von Biofiltern eingehen. Insgesamt trägt dieses Projekt wesentlich zum Verständnis der in einem Biofilter ablaufenden Prozesse bei. Damit wird eine effizientere biologische Behandlung von Emissionen möglich.

Detailliertes Wissen über die optimalen Bedingungen für den biologischen Abbau und die enzymatischen Vorgänge in der Zelle tragen zur Verbesserung der Anwendung und zur Erweiterung unseres Wissens über bakterielle Stoffwechselwege und interessante neue Enzymsysteme bei.