DOSSIERS: Stikstof voeding van anaërobe vergisters

1. Inleiding

Naar aanleiding tot de kolossale ammoniakvergiftigingen tijdens de zomer 2009 in België, Luxemburg en Nederland haten de meeste vergisters eiwitrijke producten. Toch moet men weten dat een vergister een behoefte heeft aan eiwitten (en niet enkel minerale stikstof) om de bacteriële fauna te regenereren. Indien deze behoefte niet wordt gedekt door het voedingsrantsoen zal de vergisting zonder meer stilaan niet meer plaats vinden.

Wat is de behoefte aan stikstof/eiwit van een vergister? Vanaf welk nivo loopt men risico dat een ammoniakvergiftiging optreedt? Onder welk nivo zal een tekort optreden? Winfo heeft deze waarden experimenteel bepaald m.b.v. haar laboratorium vergisters. Deze waarden zijn ook op ware grotte gevalideert bij verschillende klanten.

2. Wat gebeurt er met de eiwitten in een anaërobe vergister?

Het enzymatisch arsenaal van de bacteriënconsortia in een anaërobe vergister ZIJN EIWITTEN. De bacteriën worden voortdurend uitgespoeld via de digestaatsifons zodat ze zich continu moeten vermenigvuldigen en hun celstructuren moeten vervangen.

Het digestaat bevat 10-100 miliard bacteriën/ml. Ongeveer een 40% van deze bacteriën vertonen een proteolytische activiteit.

Eiwitten zijn grote biomoleculen die opgebouwd zijn door een reeks aminozuren in een welbepaalde volgorde. Vooraleer ze kunnen worden opegenomen in de cel moeten de eiwitten eerst worden gehydrolyseerd (versneden) in oligopeptiden en vrije aminozuren. Dan pas kunnen ze doorheen de celwand om er verder te worden geassimileerd. Deze hydrolyse (proteolyse) vindt plaats buiten de cel. De grote meerderheid van de proteasen bevinden zich aan de buitenkant van de celmembraan (90%), 10% worden werkelijk losgelaten in het digestaat.

Nu kunnen de oligo-peptiden en de vrij aminozuren doorheen de celmembraan de cel binnen waar ze 5 transformaties kunnen ondergaan:

1. Hydrolyse van de oligo-peptiden in vrije aminozuren.
2. Hergebruik van de vrije aminozuren voor de eiwitsynthese (kost energie aan de cel)
3. Catabolisme van de aminozuren in ammoniac en koolhydraat skeletten (door desaminatie) (geeft energie vrij voor de cel)
4. Hergebruik van de ammoniac om nieuwe aminozuren aan te maken (kost energie aan de cel)
5. Diffusie van de ammoniac buiten de cel

Een andere categorie organismen die de vergister bevolkt zijn de protozoa. Digestaat bevat maar 100.000-1.000.000 protozaocellen/ml maar gezien deze organisme uiterst groot zijn vertegenwoordigen ze 10-50% van de totale levende biomasse van een vergister. De protozoa nemen een belangrijk deel van de stikstof-herbewerking voor zich. De protozoa herbewerken de eiwitten echter op een andere wijze dan bacteriën:

1. nemen de eiwiten op in de cel zonder voorgaande hydrolyse. Hiervoor nemen ze bij voorkeur de onoplosbare eiwitten op.
2. Zoals de bacteriën produceren ze energie door desaminaties van de aminozuren (koolhydraat skeletten + ammoniac)
3. Maar ze kunnen de ammoniak niet hergebruiken om er aminozuren van op te bouwen!
4. Ze hebben een veel omvangrijker desaminerend metabolisme dan de bacteriën

Een vergister met een lagere bevolking protozoa is minder gevoelig aan te hoge eiwitconcentraties in de voeding. Het is technisch haalbaar de protozoa te farmacologisch te onderdrukken (Monensin) maar als nutritionisten geven wij de voorkeur aan methoden die beroep maken aan voedingstechnieken. Ook is het niet wenselijk de protozoa totaal uit te roeien want deze leven in symbiose met sommige methanogene bacteriën (substraatwisseling en machanische drager).

Nu begrijpen we beter hoe verschillende situaties ontstaan wanneer de eiwitaanvoer (of de minerale stikstofaanvoer) niet adequaat is:

Het grootste probleem voor de meeste adviseurs is dat, in tegenstelling tot de dierenvoeding (runderen, varkens, pluimvee...) er geen tabellen bestaan die de behoeften van vergisters aangeven. De adviseurs staan dus meestal met hun mond vol tanden wanneer er gevraagd wordt hoe een rantsoen evenwichtig op te stellen.

Daarvoor heeft Winfo een paar jaar terug de gigantisch taak opgenomen om voor elk nutriënt minimale en maximale toelaatbare limieten te bepalen in haar laboratorium vergisters. Dit geeft ons de mogelijkheid om niet alleen veilige maar evenwel optimale voedingsrantsoenen op te stellen waar anderen een beetje lukraak werken.

Ook het rechttrekken van vergisters die een te hoge of te lage eiwitaanvoer hebben gekregen werd met de laboratorium vergisters uitgezocht en met succes bij meerdere vergisters toegepast (zie case studies in de rubriek dossiers vergisting).

3. Oorzaak van een ammoniakvergiftiging/alcalose

Het hoofd afvalproduct van het eiwit catabolisme is ammoniak.

Aminozuren zijn de basisblokken van de eiwitten. Zoals hun naam het reeds aangeeft hebben alle aminozuren een zuurgroep en een aminegroep (ammonium).

In tegenstelling tot de mens, hebben de meest bacteriën geen behoefte aan aminozuren (behalve de methanogenen die somige van de 20 aminozuren niet kunnen opbouwen). Vele bacteriën kunnen zelf de nodige aminozuren aanmaken vanuit minerale stikstof (ammoniac, nitraten...) en somige kunnen dit doen vanuit diatomische stikstof (N2) die 80% van onze atmospheer uitmaakt.

Bacteriën gebruiken ook de aminozuren van de eiwitten die ze vinden in het milieu van de vergisters. Deze aminozuren worden in hun eigen celeiwitten ingebouwd.

Maar die eiwitten kunnen ook voor andere doeleinden dienen: ze worden gecataboliseerd (afgebroken) om energie te produceren die bruikbaar is door de bacterie. Wanneer bacteriën voldoende stikstof hebben gevonden om hun eigen structuureiwitten op te bouwen gaan ze de overige eiwitten afbreken. Uiteraard geeft dit uiteindelijk biogas maar het afval van di afbraak is ammoniak dat in het milieu van de vergister blijft. Blijft en opstapelt to het een toxisch niveau beeikt.

TE VEEL EIWIT IN DE VOEDING = VERGIFTIGING VAN HET MILIEU DOOR AMMONIAK

Ammoniak wordt toxisch vanaf 1500ppm (uitgedrukt in Kjeldahl stikstof). Ammoniak is zeer toxisch op een concentratie van 3000ppm.

Volgende pagina (2)...>>