Inokulum-Substrat-Verhältnis (I/S) im BMP-Test: wie man die Einwaage wählt

Das I/S (ISR, inoculum-to-substrate ratio) ist das Verhältnis der Masse an oTS (organischer Trockensubstanz) des Inokulums zur oTS-Masse des Substrats in der Flasche. Die Richtlinien empfehlen ein I/S von mindestens 2 (oTS/oTS), bei sehr leicht abbaubaren Substraten höhere Werte, um Versauerung und Inhibition zu vermeiden, die das Ergebnis verfälschen. Ein zu hohes I/S schadet dem Prozess nicht, erhöht aber den Anteil des endogenen Hintergrunds und damit die Unsicherheit beim Abzug der Blindprobe.

Formel

I/S = (m_Inok · oTS_Inok) / (m_Subst · oTS_Subst), wobei oTS als Anteil der Frischmasse ausgedrückt wird (kg oTS/kg FM), m — Frischmasse in der Flasche.

Einwaage des Substrats bei vorgegebenem I/S:

m_Subst = (m_Inok · oTS_Inok) / (I/S · oTS_Subst).

Beispiel

Annahmen: In der Flasche sind 200 g Inokulum mit oTS = 2,5% (0,025 kg oTS/kg); Substrat: Silage mit TS 33% und oTS 31% der Frischmasse (0,31 kg oTS/kg); angestrebtes I/S = 3.

• oTS-Masse des Inokulums = 200 × 0,025 = 5,0 g,
• oTS-Masse des Substrats = 5,0 / 3 = 1,67 g,
• Einwaage an Frischmasse = 1,67 / 0,31 ≈ 5,4 g.

Verwechselt jemand oTS mit der Frischmasse und wiegt 1,67 g Silage ein, beträgt das I/S ca. 10 — der Test läuft, aber das Substratsignal ist im Verhältnis zum Hintergrund gering.

Warum nicht zu niedrig

Bei niedrigem I/S produziert die schnelle Acidogenese Säuren schneller, als die Methanogenen sie verbrauchen können. Der pH-Wert sinkt, die Methanogenese kommt zum Erliegen, die Methanproduktion ist zu niedrig oder verzögert (lange Lag-Phase). Das äußert sich in großen Abweichungen zwischen den Wiederholungen und einer ungeeigneten Kurvenform. Das betrifft insbesondere Substrate mit hohem Gehalt an Zuckern, Stärke, Fetten und Lebensmittelabfällen.

Warum nicht zu hoch

Bei sehr hohem I/S ist das Signal des Substrats im Vergleich zur endogenen Produktion des Inokulums gering. Der relative Fehler beim Abzug des Hintergrunds steigt. Zudem ist die Substratmasse so klein, dass die Inhomogenität der Probe das Ergebnis beeinflusst. Ein Kompromiss ist ein I/S von ca. 2–4 für die meisten Materialien.

Praktische Empfehlungen nach Substratart

Begrenzung durch Volumen und pH

Die Flasche muss Inokulum, Substrat, Wasser und freien Raum für das Gas aufnehmen. Ein zu großes Flüssigkeitsvolumen verkleinert den Gasraum und erschwert die Messung. Hat das Substrat einen niedrigen pH-Wert oder eine hohe Konzentration flüchtiger Fettsäuren, wird der pH-Wert vorab korrigiert und ein Puffer (z. B. Hydrogencarbonat) zugegeben, was im Bericht zu vermerken ist.

Überprüfung nach dem Test

Prüfen Sie nach Abschluss den pH-Wert in den Flaschen (er sollte im neutralen Bereich bleiben), die flüchtigen Fettsäuren (niedrig) und das Fehlen einer ungewöhnlich langen Lag-Phase. Ist der pH-Wert unter ca. 6,8 gesunken, ist das Ergebnis fragwürdig, und der Test wird mit einem höheren I/S wiederholt.

Checkliste

• [ ] oTS des Inokulums in derselben Charge gemessen.
• [ ] oTS des Substrats gemessen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung flüchtiger Verluste.
• [ ] I/S berechnet und dokumentiert.
• [ ] Einwaage liegt innerhalb der Grenzen des Pipettierens/Wägens.
• [ ] Anfangs-pH im neutralen Bereich.
• [ ] Wiederholungstest geplant, falls Versauerung auftritt.

Die in den Richtlinien empfohlenen I/S-Werte beruhen auf Erfahrungen aus Ringversuchen, sollten aber stets für konkrete Substrate überprüft werden, insbesondere für untypische.

Verdünnungsreihe für unsichere Materialien

Bei einem neuen, untypischen oder potenziell hemmenden Substrat empfiehlt es sich, den Test auf mehreren I/S-Stufen durchzuführen (z. B. 1, 2, 4). Steigt der BMP mit dem I/S und stabilisiert sich dann, hat das niedrigste I/S eine Inhibition verursacht. Ist das Ergebnis konstant, ist das Substrat im gesamten Bereich unbedenklich. Dieser Ansatz kostet mehr Flaschen, liefert aber eine belastbare Begründung für die gewählte Einwaage.

Umrechnung von I/S auf TS-Masse

In manchen Veröffentlichungen wird das I/S auf TS- oder CSB-Basis angegeben. Prüfen Sie beim Vergleich von Berichten die Basis, denn dieselbe Einwaage ergibt je nach Definition unterschiedliche Zahlen. Die Umrechnung erfordert die Kenntnis von oTS/TS beider Komponenten.

Die häufigsten Fehler bei der Wahl des I/S

1. Berechnung des I/S auf Basis der Frischmasse statt der oTS.
2. Verwendung der oTS des Inokulums aus einer anderen Charge als derjenigen, die in die Flaschen gelangt ist.
3. Eine konstante Einwaage für alle Substrate, „weil wir das immer so machen“.
4. Fehlende Überprüfung des pH-Werts nach dem Test trotz verdächtigen Kurvenverlaufs.
5. Ungenaues Wiegen sehr kleiner Einwaagen mit großer Inhomogenität (z. B. Stroh, Abfälle) ohne vorherige Zerkleinerung.

Diese Fehler zu vermeiden ist einfacher, als später niedrige oder streuende Ergebnisse zu erklären.