Gesamtkohlenstoff in unsterilen Wasserproben bestimmen

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Theorie zum Kohlenstoffeintrag durch die Keimfracht

Gesamtkeimzahlen von 1000 bis 100 000 KBE/ml werden gemeinhin als „hoch“ erachtet – orientiert an der Trinkwasserverordnung. Zur Berechnung wird zunächst das Volumen von angenommen kugelförmigen Mikroorganismen mit einem Durchmesser von 2 µm für die genannten Keimbelastungen nach der Formel V = 4/3 * π * r³ berechnet (s. Tab. 1). Angenommen wird nun ein Umrechnungsfaktor von 0,22 g C/cm³ für die Kohlenstoffmasse in das Biovolumen. Dies liefert das Ergebnis 0,000 000 092 g C/cm³ [2]. Mit der weiteren Vereinfachung ein Gramm entspricht einem Milliliter resultiert für eine Keimbelastung von 100 000 KBE/ml eine Kohlenstofffracht von 92 ppb. Ein Keimwachstum auf 100 000 KBE/ml erfordert demnach zunächst einmal 92 ng Kohlenstoff (aus 1 ml), der in Biomasse umgewandelt wird. Damit sollte der Kohlenstoffgehalt der Lösung zunächst konstant bleiben, bevor z.B. durch Hefen und Pilze eventuell Katabolisierung weiteren Kohlenstoffs in Kohlendioxid stattfinden kann.

Der im Kohlendioxid gebundene Kohlenstoff würde der Gesamtbilanz erst im Verlauf der TOC-Bestimmung entnommen werden, da Kohlendioxid vor der Messung des Gesamtkohlenstoffgehalts ausgetrieben wird. Dieser theoretischen Betrachtung folgend sollte ein Keimwachstum auf z.B. 10 000 bis 100 000 KBE/ml ohne Auswirkung auf die Kohlenstoffbilanz im interessierenden Bereich von etwa 500 bis 5000 ppb bleiben.

Experimentelle Überprüfung des Bakterienwachstums

Für die Überprüfung des Keimwachstums und des Kohlenstoffgehalts über die Zeit wurde als Modellorganismus ein typischer Wasserkeim ausgewählt, das gram-negative Bakterium Pseudomonas aeruginosa. Pseudomonas aeruginosa ist anspruchslos, laut Literatur unempfindlich gegen verdünnte Reinigungsmittel, wächst in gereinigtem Wasser und bildet Biofilme. In einer Medienflasche mit 2 l Nennvolumen wurde als „Nährmedium“ Saccharoselösung mit 250 ppb TOC vorgelegt und mit einer Bakteriensuspension auf eine berechnete Konzentration von 50 KBE/ml im Endvolumen 2 L angeimpft. Diese Suspension wurde bei 30 °C inkubiert. Zu den in der Tabelle 2 ausgewiesenen Terminen nach jeweils ganzen Tagen wurden 50 ml entnommen und der TOC der Kultur und die Gesamtkeimzahl bestimmt.

Die Ergebnisse belegen exponentielles Wachstum der Bakterienkultur auf zuletzt 2 760 000 KBE/ml nach elf Tagen. Der TOC der Lösung verblieb dabei praktisch unverändert konstant.

Versuchsaufbau zur Bestimmung des Pilzwachstums

In der weiteren experimentellen Bearbeitung war jetzt zu prüfen, ob die für Pseudomonas aeruginosa geschilderten Findungen auch für den Hefepilz Candida albicans gelten, und weiterhin, ob die Ergebnisse innerhalb der biologischen und messtechnisch bedingten Bandbreite präzise sind. Dafür wurde als Nährmedium Saccharoselösung mit 250 ppb TOC vorgelegt und mit einer Keimsuspension auf eine berechnete Konzentration von 50 KBE/ml im Endvolumen eingestellt. Diese Kultur wurde „strichvoll“ in sieben Medienflaschen mit dem Nennvolumen 100 ml umgefüllt, die anschließend bei 30 °C inkubiert wurden. Nach sieben Tagen wurden der TOC der Kultur und die Gesamtkeimzahl mit N = 7 bestimmt. Die Ergebnisse belegen, dass auch im Fall des Hefepilzes Candida albicans der Gesamtkohlenstoffgehalt der Lösung auch bei Keimwachstum auf rund 100 000 KBE/ml konstant bleibt.

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