BACTERIOLOGISCHE BROEI door Dr. E. van Olden, conservator aan het laboratorium voor microbiologie te Delft. Wanneer een bioloog hier spreekt in het kader van dit symposium, dan zult U het hem waarschijnlijk niet kwalijk nemen, wanneer hij zich beperkt tot dat gebied, waar hij zich speciaal thuis voelt. Allereerst moge dan volgen een omschrijving van het gebied, waarover we zullen spreken. Dan zou ik me willen beperken tot die plantaardige of dierlijke producten, waarvan bekend is, dat ze dikwijls aanleiding geven tot belangrijke warmteproductie, wanneer ze onder daartoe geschikte voorwaarden gebracht worden, zowel in de vrije natuur als in opzettelijk daartoe ingerichte ruimten. U als vakmensen te vertellen, dat deze temperatuursstijging dikwijls aanleiding geeft tot zelf ontbranding, is onnodig. Wel is nodig speciaal de nadruk er op te leggen, dat in het volgende vooral besproken zullen worden die processen, voorzover ze de temperatuursstijging inleiden en aanleiding geven tot een dergelijke verhoging van de temperatuur, dat aangenomen moet worden, dat medewerking van levende organismen direct of indirect uitgesloten geacht moet worden. Dit komt dus in hoofdzaak neer op een temperatuursstijging tot ongeveer 70—75° C. Boven deze temperatuur moeten we aannemen, dat elke temperatuursstijging, die optreedt en die ongetwijfeld zal optreden, wil het proces uiteindelijk zelfontbranding tot gevolg hebben, het resultaat is van physische of chemische processen, waarbij het levende organisme geen rol meer kan spelen.
61
Zeer uiteenlopende plantaardige of dierlijke producten geven aanleiding tot broei, waarvan ik de bekendste mag opnoemen: hooi, stalmest, graan, mout, tabak, aardappelvlokken, melassemengvoeder, jute, katoen, hennep, veen etc. etc. In sommige gevallen is de optredende broei gewenst, omdat men geleerd heeft, dat de veranderingen, die de organische stof onder invloed daarvan ondergaat, een nuttig effect heeft of aan de stof eigenschappen verleent, die vóór de broei niet aanwezig waren. Hiervan zijn als voorbeelden te noemen de tabaks-, cacao- en koffie-fermentatie en de edelmestbereiding, de zg. „bruin hooi" productie. In de meeste gevallen echter is broei een ongewenst verschijnsel, niet alleen omdat deze op de duur aanleiding-kan geven tot zelfontbranding, maar ook omdat belangrijke achteruitgang in kwaliteit, voedingswaarde en massa het gevolg ervan zijn. De omstandigheden, die het optreden van broei en de intensiteit ervan bepalen, zijn:
1°.
de aard van de stof,
2°.
watergehalte van de stof,
3°.
de porositeit van de stof, d.w.z. de mate, waarin de lucht toegang kan vinden in de stof, die aan broei onderhevig is,
4°.
de grootte der massa,
5°.
de buitentemperatuur.
Enigszins vooruitlopende op hetgeen straks zal volgen, kunnen wij reeds thans zeggen, dat alle materialen, die ontwikkelingsmogelijkheden bieden aan micro-organismen, onderhevig zijn aan broei, materialen dus, die oplosbare organische stoffen bevatten, en kunnen bederven, beschimmelen of verrotten. Ook de toestand, waarin het organisch materiaal verkeert, is van belang. Zo is jong gras eerder tot broei geneigd dan ouder, verhout zomergras, overigens blijkt het van geen betekenis te zijn of het materiaal levend of dood is. We zien in ieder geval, dat ook volledig dode plantendelen, zoals bladafval, broei kunnen vertonen.
62
Het watergehalte van de stof is van doorslaggevende betekenis. Door en door droge materialen geven geen aanleiding tot broei (12—15 % watergehalte). Naarmate het watergehalte van hooi 15 % overtreft, zal het sneller tot broei komen en tot hogere temperatuur aanleiding geven, mits daarbij een zekere grens niet overschreden wordt en de aldus ingetreden waterverzadiging de areatie niet belemmert. Voor de zg. „bruin hooi" productie, waarbij het optreden van broei juist gewenst wordt, is een watergehalte van 30 % bevorderlijk. Overigens moet men er natuurlijk rekening mede houden, dat een goed gedroogd materiaal in een vochtige atmosfeer gebracht (relatieve dampspanning van 87 % of hoger) daaruit water kan opnemen. Vooral in de kuststreken in de herfst moet men daarmede rekenen. Tevens kan bij afkoeling van met waterdamp verzadigde lucht condensatie van deze damp optreden aan de oppervlakte van dergelijke materialen. Aan de andere kant is het gevolg van de temperatuursstijging dat er water verdampt, zo zelfs, dat een dergelijke, in broei verkerende massa staat te dampen. Deze verdamping vraagt veel warmte.
Tevens kan een hoog vochtgehalte ook remmend op de broei werken, doordat deze de porositeit ongunstig beïnvloedt en hierdoor de luchttoevoer verhinderd wordt. De zuurstofvoorziening bepaalt mede het al of niet optreden van broei. Meestal is de structuur van dergelijke organische materialen zodanig, dat ook bij vaste stapeling voldoende luchttoevoer mogelijk blijft, welke nog bevorderd wordt door convectiestromen, die optreden tengevolge van het opstijgen van de verwarmde lucht. Dit is het geval bij hooi. Bij een materiaal als meel, dat zeer weinig poreus is, zal onder overigens daartoe gunstige omstandigheden broei slechts tot geringe temperatuursverhoging aanleiding geven, vanwege de onvoldoende luchttoevoer. Wanneer een materiaal als hooi, dat gemakkelijk tot broei overgaat, dicht opeen gepakt
63
wordt als bij het mechanisch persen, dan is de kans op broei daardoor verminderd. Is aan de andere kant de stapeling zo los, dat er grote luchtruimten bestaan en de ventilatie groot, dan wordt daardoor ook het temperatuursevenwicht met de omgeving en de waterverdamping vergemakkelijkt. De massa van de aan broei onderhevige stof is van groot belang. Immers des te groter de massa is, des te geringer is het oppervlak in verhouding tot de inhoud en van de oppervlakte hangen de warmte-afgifte en verdamping in de eerste plaats af. De buitenste lagen van een dergelijke massa zullen snel drogen en niet meer aan het broeiproces deelnemen; deze werken alleen als warmte-isolatie. Hoe kleiner het aandeel van deze op zichzelf onwerkzame beschuttende laag is ten opzichte van het geheel, des te meer zal de temperatuursstijging bevorderd worden. De omgevende temperatuur is van betrekkelijk ondergeschikt belang. Wel zal het intreden van broei bij lage temperatuur minder snel plaats vinden. Aan de andere kant zal de warmte-afgifte door een sterk temperatuursverval naar buiten bevorderd worden. Toch zal het resultaat hiervan zich slechts geleidelijk merkbaar maken en men behoeft niet te verwachten, dat 'bijv. de nachtkoude, die in November aanzienlijk kan zijn, het gevaar voor broei belangrijk vermindert. Samenvattend kunnen we dus zeggen, dat het harmonieuse samentreffen van een aantal factoren, waarvan de voornaamste het watergehalte, de porositeit en de ma,ssa zijn, het al of niet optreden en het verloop van de broei beïnvloeden. Warneer ik thans na deze algemene gezichtspunten besproken te hebben, die ook ongetwijfeld in ander verband naar voren gebracht zullen worden, er toe over ga om één proces, n.l. de hooibroei wat uitvoeriger te behandelen, dan geschiedt dit, omdat dit één van de processen is, welke ihet langste bekend, het beste
onderzocht is en de meeste aangrijpingspunten biedt om hieraan 64
enkele opmerkingen te verbinden, die van belang kunnen zijn voor de oplossing van het vraagstuk van de broei en de daaruit voortkomende zelfontbranding. Twee verschillende soorten theorieën, min of meer gesteund door experimenten, zijn te onderscheiden, die een verklaring willen geven van de hooibroei. D e Hollanders B o e k h o u t e n O t t de V r i e s (1904—1909, 1915) waren er van overtuigd, dat hooibroei uitsluitend een chemisch physisch proces is, op grond van hun proefnemingen, waarbij ze vochtig ihooi kunstmatig gedurende lange tijd op 100° C. verhitten. Bij deze verhitting ontstond een product, dat in chemische samenstelling over het algemeen overeenkwam met het bij natuurlijke broei ontstane materiaal: pentosanen en N-vrije extractstoffen waren verdwenen tengevolge van een oxydatieproces, waarbij zuurstof opgenomen werd en koolzuur afgegeven. Het in het plantenmateriaal aanwezige ijzer en mangaan zou bij deze oxydatieprocessen de rol van katalysator vervullen. Het feit, dat deze auteurs geen micro-organismen konden aantonen in broeiend hooi, overtuigde 'hen nog meer van de waarheid van hun onderstelling. Tegenover deze zuiver chemische theorie staat de biologische verklaringswijze, die in de ademhaling van organismen de oorsprong van de in plantenmassa's waargenomen warmteproductie zoekt. Ook hier moeten weer twee richtingen onderscheiden worden:
1°. die de oorzaak van de warmteproductie ziet in oxydatieve processen, die in het plantenmateriaal zelf plaats vinden, waarbij niet alleen gedacht moet worden aan het ademhalingsproces, zoals dat in de levende plant plaats vindt, maar ook aan reacties, die zich afspelen in het plantenmateriaal onder invloed van de daarin aanwezige organische contactstoffen, enzymen.
65 Brandoorzaken 5
2°. die het optreden van broei toeschrijft vooral aan de werkzaamheid van micro-organismen, dus schimmels, bacteriën en enkele andere groepen organismen, zoals de straalschimmels (Actinomyceten), die zich op de aan broei onderhevige materialen onder daartoe gunstige omstandigheden ontwikkelen en waarvan vooral de schimmels gekenmerkt zijn door een sterke ademhaling. De eerste, die deze zienswijze naar voren bracht, was C o h n in 1890. Wat betreft de eerste biologische verklaringswijze, kan opgemerkt worden, dat men sinds lang vertrouwd is met de idee, dat bij de biologische oxydatie, d.w.z. de ademhaling van plant en dier, een karakteristiek begeleidingsverschijnsel gevormd wordt door de ontwikkeling van warmte, die beschouwd kan worden als de reactiewarmte van de plaatsvindende oxydatieve biochemische reactie. Bij de warmbloedige dieren, zoals de mens, wordt deze warmteproductie gebruikt om het dier onafhankelijk van de temperatuur van zijn omgeving te maken en de lichaamstemperatuur op een constante hoogte te handhaven. Bij de koudbloedige dieren, die veel minder warmte-isolatie kennen en in nog veel sterkere mate bij de planten, wordt het grootste gedeelte van de geproduceerde warmte afgestaan aan de omgeving, waarbij vooral de verdamping en het oppervlak een belangrijke rol spelen. Over het algemeen zal door de grote verdamping een plant zelfs lager in temperatuur zijn dan de omgeving. Aan enkele plantkundige objecten kan heel gemakkelijk de warmteproductie bij de ademhaling waargenomen worden, zo bij de bloeikolf van verschillende aronskelkachtigen, waarin de warmteproductie zo aanzienlijk kan worden, dat de temperatuur hierin meer dan 12° C. van die van de omgeving kan verschillen. Ook wanneer men kiemende zaden in een ruimte brengt, die beschermt tegen warmteafgifte en verdamping, bijv. thermosflessen of zg. Dewarvaten, dan kan men gemakkelijk constateren, dat deze zaden, die een zeer levendige ademhaling vertonen, ook tot een opmerkelijke
66
warmteproductie aanleiding geven, hoewel bij deze en dergelijke proeven wel beseft moet worden, dat in de meeste gevallen de medewerking van micro-organismen niet uitgesloten is. In één geval is met deze laatste omstandigheid, de aanwezigheid van micro-organismen, wel degelijk rekening gehouden. M i e h e kweekte nl. onder aseptische voorwaarden, d.w.z. onder uitsluiting van micro-organismen, ki'emplantjes van de zonneroos. Wanneer deze plantjes, die een' intensieve ademhaling vertoonden, gebracht werden in een Dewar-vat, trad ten gevolge van de optredende verdamping een geringe temperatuursdaling -in, terwijl
anderzijds normale kiemplantjes, waarbij dus geen maatregelen tot uitsluiting van micro-organismen genomen waren, onder dezelfde omstandigheden gebracht, aanleiding gaven tot een belangrijke temperatuursstijging (van 26° tot 58.5° C.). Op grond van deze proeven o.a. komt M i e h e er toe, de warmteproductie door de plantenmaterialen zelf practisch geen betekenis voor het optreden van broei toe te kennen, maar de micro-organismen, die op deze materialen zich ontwikkelen als de belangrijkste agentia te zien bij de temperatuursstijging, die de broei van deze materialen kenmerkt. Wanneer we ons thans weer beperken tot de hooibroei, dan is het wel gebleken, vooral dank zij de onderzoekingen van M i e h e, dat de opeenvolgende ontwikkeling van verschillende bacteriën en schimmels met telkens oplopende temperatuuroptima de temperatuursstijginig tot 75° C. veroorzaakt.
M i e h e kon verschillende micro-organismen uit broeiende hooimonsters isoleren, waarvan hij liet warmteproductievermogen in reincultuur kon nagaan. Terwijl de aanvankelijke temperatuursstijging misschien ten dele veroorzaakt wordt door het nog levende weefsel van de hooiplanten, wordt de belangrijkste bijdrage hiertoe geleverd door bacteriën en schimmels, vooral de laatste. Tot een temperatuur van ongeveer 40° C. zijn hierbij werkzaam algemeen voorkomende soorten, die door de door henzelf geproduceerde warmte tenslotte 67
zelf te gronde gaan, maar wier taak overgenomen wordt door andere soorten, die bij veel hoger temperatuur pas gunstige ontwikkelingsmogelijkheden vinden, de zg. thermophile organismen, waaronder zowel schimmels, bacteriën als Actinomyceten te noemen zijn. Hoewel de omstandigheden gunstig voor de ontwikkeling van deze thermophile organismen in de ons omringende natuur slechts zelden verwezenlijkt zullen zijn, waarbij in de eerste plaats aan dergelijke broeiende materialen gedacht moet worden, afgezien van warme bronnen e.d., zijn deze organismen toch blijkbaar universeel verspreid. Ofschoon er omtrent deze organismen nog heel wat interessante bijzonderheden te vertellen zouden zijn, moet hier alleen volstaan worden met er op te wijzen, dat deze physiologische groep zich ontwikkelt bij temperaturen, waarbij de meeste in de levende natuur voorkomende eiwitstoffen beginnen te stollen. Bij een temperatuur van ongeveer 60—70° C. zijn er eigenlijk nog maar enkele organismen in staat zich behoorlijk te ontwikkelen, o.a. de door Miehe ontdekte sporevormende bacteriesoort B a c i l l u s c a l f a c t o r , die aan dit voorkomen in broeiende materialen zijn naam ontleent. Wanneer het U als niet-microbiologen vreemd mag voorkomen, dat dergelijke microscopische wezens tot dergelijke microscopisch waarneembare prestaties in staat worden geacht, dan moge ik er U op wijzen, dat de ademhalingsintensiteit van dergelijke organismen die van de hogere diersoorten en planten vele malen — soms tot 200 X •— overtreft. Bovendien moet er rekening gehouden worden met de enorme voortplantingssnelheid, die deze organismen kenmerkt, Zo is bijv. geconstateerd, dat de tijd, die nodig is voor een bepaalde thermorphile bacteriesoort om zich te delen, waardoor dus het aantal verdubbeld wordt, de zg. generatietijd, die bij 20° C. 370 minuten bedroeg, bij 55° C. slechts 16 minuten was (Arne Hansen 1933). Bovendien kan het proces van de biochemische broei in zijn geheel als een zichzelf versnellend proces beschouwd worden, daar iedere temperatuursverhoging weer de ademhalingsintensiteit 68
doet toenemen, welke op zijn beurt weer bijdraagt tot een verdere temperatuursverhoging, totdat de grenzen, die aan het leven van het desbetreffende organisme gesteld zijn, bereikt zijn en het afsterft. Hierdoor is het te verklaren, dat in een dergelijke hoop broeiend materiaal tenslotte geen microflora- meer aan te tonen is, daar deze zich door zijn eigen warmteproductie in de dood gejaagd heeft. De kern van zo'n broeiende hooihoop of hooiberg heeft zichzelf gesteriliseerd, mede door de stofwisselingsproducten van de betreffende organismen; dientengevolge is de microflora, die verantwoordelijk gesteld kan worden voor de verhitting, alleen nog maar te vinden op een bepaalde afstand van de buitenomtrek, waar de temperatuurafgifte aan de omgeving zodanig is, dat het leven voor deze microflora daar nog optimaal is; de vochtigheidstoestand, die aan de buitenkanten op de duur te laag wordt om ontwikkeling dezer micro-organismen mogelijk te maken, is op enige afstand van de oppervlakte zeer gunstig. Aan deze zelfsterilisatie, die bij broeiende materialen optreedt, is het waarschijnlijk te wijten, dat Boekhout en de Vries het biologisch karakter van de broei ontkennen. Het feit, dat het de ademhaling van micro-organismen is, die hier verantwoordelijk gesteld wordt voor de broei, zal het aanvaardbaar maken aan de luchttoevoer in een dergelijk broeiend materiaal een zo belangrijke rol toe te kennen. Luchtafsluiting brengt de broeiverschijnselen tot stilstand. Zoals reeds gezegd brengt de structuur van het materiaal echter aan de andere kant mede, dat een dergelijke massa nooit voldoende vast gestapeld kan worden, dat luchtcirculatie uitgesloten is. Bovendien wordt door de gaswisseling: Og-opname en koolzuur-afgifte een zekere ventilatie veroorzaakt, die nog verder bevorderd wordt door de verdamping, die tengevolge van de temperatuursstijging plaats vindt en op de duur een afname van het vochtgehalte van 35 % tot 10.% veroorzaakt. De verdere veranderingen, die broeiend hooi ondergaat, zijn;
69
1°. het afnemen van het droge stof-gehalte, dat afhankelijk van de totale massa van 15—30 % kan bedragen. 2°. een belangrijk afnemen in eiwitgehalte, dat tot 50 % van de oorspronkelijke aanwezige hoeveelheid kan bedragen. 3°. de N-vrije, extraheerbare stoffen, als koolhydraten en zetmeel nemen sterk af, waarbij verliezen van 40 % zijn geconstateerd. 4°. ook de celwandstoffen, vooral de pentosanen, gaan sterk achteruit. Al deze stoffen dienen de micro-organismen als voedsel. Als stofwisselingsproducten zijn geconstateerd naast CO2, organische zuren, vooral azijnzuur en mierenzuur, zodat de pH meestal daalt. Ook furfurol en chinon werden aangetoond. Het is gebleken, dat micro-organismen op overeenkomstige wijze als dit bij hooi het geval is, ook in andere organische materialen aanleiding ikunnen geven tot broei. Zo is dit door L a w r e n c e H. J a m e s c.s. (1928) en I s s a t c h e n k o (1934) bewezen voor .maïs en andere granen; met behulp van reinculturen van bacteriën en schimmels konden ook onder laboratorium-omstandigheden gemakkelijk deze materialen tot broeiverschijnselen gebracht worden, waarbij een temperatuursstijging tot 60° en hoger werd waargenomen. De ademhaling van de zich ontwikkelende micro-organismen bleek een merkbare afname in het drooggewicht veroorzaakt te hebben, waarvan 75 % op rekening te schrijven was van de achteruitgang in koolhydraatgehalte. Ook G i l m a n en B a r r o n (1930) deden overeenkomstige proeven naar aanleiding van het optreden van silo-branden, in silo's, waarin graan bewaard werd. Zaden, die onder uitsluiting van micro-organismen gekiemd waren, veroorzaakten, onder daartoe gunstige voorwaarden van aeratie en vochtigheid gebracht, slechts geringe temperatuursstijging van enkele graden, terwijl dergelijke gesteriliseerde zaden, geënt met reinculturen van schimmels, opmerkelijke broeiverschijnselen vertoonden. 70
Een onderzoek van I s s a t c h e n k o en medewerkers (1936), dat verricht werd naar aanleiding van het optreden van talrijke veenbranden in bepaalde streken van Rusland, hetwelk de staat jaarlijks op verliezen van millioenen roebels te staan komt, leverde het tot nu toe onbekende resultaat op, dat ook hier de aanwezigheid van talrijke micro-organismen broei veroorzaaikt, die tenslotte tot zelfontbranding kan leiden. Daar over het algemeen veen samengesteld is uit voor microorganismen moeilijk aantastbare stoffen, terwijl ook verder de omstandigheden in veen voor de ontwikkeling van microorganismen betrekkelijk ongunstig zijn, moet wel aangenomen worden, dat de ontstaanswijze van het veen en/of de behandelingswijze ervan belangrijk zijn voor ihet al of niet optreden van broei en de daardoor uiteindelijk veroorzaakte zelfontbranding. Door de warmteproductie nam het vochtgehalte sterk af. Oorspronkelijk bedraagt dit 50—60 %; het neemt af tot O—10 %. Op een bepaalde afstand van de oppervlakte van een broeiende veenhoop werd een zg. myceliumlaag aangetroffen, waarin zich de micro-organismen, die deze broei veroorzaakt hadden, uiteindelijk teruggetrokken hadden. Paralleliteit tussen de activiteit van de micro-organismen, tot uiting komende in de koolzuurproductie en cellulose-afbraak enerzijds en de temperatuursstijging anderzijds werd waargenomen.
Ook A. G. N o r man (1930) constateerde, dat celluloseaantasting door schimmels, die hij daartoe op stro liet groeien, aanleiding geeft tot belangrijke temperatuursstijging en broei. Hoewel dus uit het voorafgaande wel gebleken is, welk een belangrijke rol micro-organismen spelen bij het tot stand komen van broei in organische materialen, mag hier nog wel eens herhaald worden, dat de uiteindelijke temperaturen, die bij broei optreden en tot zelfontbranding leiden, onmogelijk het gevolg kunnen zijn van uitsluitend biologische agentia, maar dat hierbij zeker chemische en physische processen de belangrijkste rol zullen spelen. Immers, boven een temperatuur van 70° is toch geen 71
organisch leven meer mogelijk en de temperaturen, die waargenomen zijn in dergelijke materialen, voordat zelfontbranding optrad, zijn belangrijk hoger. Het woord zal hier dan ook uiteindelijk aan den physicus of chemicus zijn; wanneer echter de bioloog nog even aan het woord blijft, is dit om enkele biologische aspecten van de problemen, die zich hier voordoen, naar voren te brengen. Of men zich met M i e h e moet voorstellen, dat een soort destillatieproces, eerst een natte, tenslotte een droge destillatie tengevolge van de ingetreden temperatuursverhoging als deze maar lang genoeg inwerkt, reeds tot een soort inkoling leidt, of dat andere, autokatalytische processen een sneller oplopen van de temperatuur veroorzaken, het resultaat is in ieder geval, dat een koolstofrijk product ontstaat, waarin de structuur van het oorspronkelijke materiaal nog grotendeels behouden is gebleven. Dit geldt voor de kolige substantie, die in hooibergen waargenomen wordt, wanneer de temperatuur boven 90° C. komt en welke vooral aanwezig is om de luchtkanalen, die meestal in een dergelijke hoop gevonden kunnen worden. Ook het product van de veenbroei is een cokesachtige, poreuse massa, evenals het verkoolde hooi, gekenmerkt door een enorme oppervlakte. Op deze oppervlakte zouden gemakkelijk oxydeer-bare producten van de broei en van het daardoor optredende destillatieproces geabsorbeerd worden, die daar eerst een door de onvoldoende aeratie langzame oxydatie ondergaan, die bij meerdere luchttoevoer sneller zou verlopen, waardoor het snelle oplopen van de temperatuur tot de ontbrandingstemperatuur van hooi, gelegen bij 225—240° C., verklaard zou worden. Voor dit laatste is een aanwijzing te vinden in het onderzoek van Truninger (1929), die door middel van een op 100° C. verwarmde koolzuurstroom en vervolgens door een steeds warmere luchtstroom hooi kon verkolen en tot ontbranding kon brengen, waarbij het laatste gedeelte van het proces autokatalytisch zich versnelde. 72
In een zeer recente publicatie wijzen F i r t J i en S t u c k e y op de grote overeenkomst van de producten der biochemische hooibroei en die der ensilage. Voor de aanvankelijke verwarming van het broeiend materiaal tot ± 50° C. stellen zij ook weer micro-organismen aansprakelijk. Indien het hooi behoorlijk gedroogd is, treedt na de aanvankelijk geringe verwarming spoedig water op als ,,limiting factor" voor de ontwikkeling van micro-organismen en koelt de hooiberg spoedig af. Wanneer er echter voldoende water is, gaat de aanvankelijke verwarming door biochemische processen door, totdat een temperatuur bereikt wordt, waarbij ook chemische oxydaties aan onverzadigde substraten, die meestal autokatalytisch verlopen, een rol gaan spelen en de temperatuur verder verhogen. Bij een temperatuur van 100° C. kunnen de reacties voor het eerst plaats vinden in een betrekkelijk droge omgeving. Dan treedt de zuurstofvoorziening op als „limiting factor". Het belangrijkste verschil tussen ensilage en biochemische broei zou hierin bestaan, dat bij de ensilage geen zuurstof aanwezig zou zijn voor de uiteindelijk optredende chemische oxydaties. Deze beschouwingswijze van bovengenoemde auteurs wordt door henzelf als een soort werkhypothese beschouwd, maar kan experimenteel weinig steun vinden. Een goed verlopende ensilage komt in hoofdzaak neer op een melkzuurgisting van de in het organisch materiaal aanwezige vergistbare suikers, dus een proces, dat onder uitsluiting van zuurstof verloopt, terwijl bij de hooibroei gebleken is, dat voornamelijk • aërobe organismen aangetroffen worden. Tevens moet in verband hiermede in aanmerking genomen worden, dat de energie-opbrengst van anaërobe gistingsprocessen en dus de warmteproductie daarmee gepaard gaande, veel geringer is dan die van aërobe oxydatieve processen. Bij de ensilage zien we dan ook slechts een betrekkelijk onbelangrijke temperatuursverhoging optreden, die in hoofdzaak wel toe te schrijven zal zijn 73
aan de, de gistingsprocessen voorafgaande, aërobe processen. Door verschillende onderzoekers wordt gewezen op de mogelijkheid, dat bij deze chemische oxydaties ijzer en mangaan, die algemeen in plantenmaterialen voorkomen, de rol van katalysator zouden vervullen; o.a. door B o e k h o u t en de V r i e s , die dit met proeven trachtten te staven en K. N o a c k, die wijst op de fijne verdeling van het ijzer in de chloroplasten der groene planten, waardoor het, na bij het broeiproces gereduceerd te zijn, pyrophore eigenschappen zou verkrijgen. Ook I s s a tc h e n k o c.s. wijzen er op, dat de aanwezigheid van ijzer in veen de spontane ontbranding bij plotselinge luchttoevoer, die in dit geval op een oxydatie van onverzadigde koolstofverbindingen zou berusten, begunstigt. Terwijl in vele gevallen onderzoek geleerd heeft, dat broeiverschijnselen terug te voeren zijn op de levensactiviteit van micro-organismen, is bij de tabaksfermentatie de situatie nog niet zo duidelijk. Terwijl er enerzijds een aantal onderzoekers is, die evenals M i e h e micro-organismen verantwoordelijk stellen voor de tabaksfermentatie, zijn anderen als B o e k h o u t en de V r i e s en H j. J e n s e n geneigd op grond van hun proeven met gesteriliseerde tabak en over de invloed van antiseptica de tabaksfermentatie aan andere processen toe te schrijven. Wel kan naar aanleiding van de geconstateerde tegenstrijdigheid van meningen opgemerkt worden, dat aan het steriliseren van een materiaal als tabak grote experimentele moeilijkheden verbonden zijn. Onderzoekingen van N e u b e r g en medewerkers hebben aangetoond, dat belangrijke veranderingen optredende bij de tabaksfermentatie, die tot de zo gewenste veranderingen in het uitgangsmateriaal leiden, toegeschreven kunnen worden aan enzymatische processen. Dat deze processen tot belangrijke temperatuursverhoging aanleiding zouden geven, lijkt onwaarschijnlijk. 74
Wanneer dus nog even in het kort samengevat mag worden, hetgeen tot nu toe bekend is geworden omtrent broei in biologische materialen, dan kunnen we constateren: 1°. dat broei d.w.z. verhitting van organische materialen in
hoofdzaak door micro-organismen veroorzaakt wordt en toegeschreven moet worden aan de warmte, die bij het ademhalingsproces dezer organismen vrijkomt. 2°. dat de warmte-ontwikkeling van het materiaal zelf of in levende toestand of door middel van enzymen, indien het een dood materiaal betreft, practisch te verwaarlozen is, 3°. dat de aanwezigheid van zuurstof en vocht essentieel zijn voor het optreden van broei.
4°. dat deze biologische processen een verwarming van het materiaal tot een temperatuur van ± 70° C. mogelijk ma/ken. 5°. dat boven deze temperatuur en waarschijnlijk reeds eerder chemische oxydatieve processen een rol gaan spelen, die uiteindelijk tot ontbranding kunnen leiden. 6°. dat de structuur van het biologisch materiaal en de aanwezigheid van bepaalde elementen een belangrijke rol spelen bij het tot stand komen van de zelfontbranding. Doelbewust wordt van het proces der biochemische broei gebruik gemaakt bij de z.g. edelmestbereiding en de compostering van stadsvuil. Tenslotte wil ik nog enkele opmerkingen maken omtrent het voorkomen van broei, daar deze in de meeste gevallen ongewenst is, waarvoor in het voorafgaande genoegzame aanwijzingen te vinden zijn. Allereerst moet het materiaal volkomen droog zijn. Absoluut droog hooi e.d. broeit niet. Ieder nat organisch materiaal is aan broei onderhevig. Vandaar dat er steeds algemener gebruik wordt gemaakt van kunstmatige grasdrogers en het graan en mout in
speciale drogerijen gedroogd wordt. 75
Is het door bepaalde oorzaken niet mogelijk het hooi droog binnen te krijgen, dan is het gewenst de hopen zo klein mogelijk te maken en de opslagruimte goed te ventileren. Het vasttreden van de massa moet zoveel mogelijk vermeden worden. Ook een oorspronkelijk volmaakt droog hooi kan tot broei overgaan, indien het vochtig wordt. Is er eenmaal broei opgetreden, dan moet de temperatuur binnen in het hooi steeds in de gaten worden gehouden. Welke veiligheidsmaatregelen dan genomen dienen te worden, behoef ik U, brandweertechnici, niet te vertellen. Wel mag ik er nog even op wijzen, dat het toevoegen van zout aan het hooi broei belemmert. Echter uit onderzoekingen in Amerika verricht, naar aanleiding van de schade, die door een watersnood aangericht werd, waardoor veel hooi nat werd en ging broeien, is het wel gebleken, dat de hoeveelheid zout, nodig om broei geheel te voorkomen, zo groot is, dat het vee daarvan schade ondervindt. Wel kan het soms van voordeel zijn om het optreden van broei te vertragen, waarvoor kleinere hoeveelheden voldoende zijn. Het gebruik van antiseptica als formaldehyde, chloroform, sublimaat, dat zoals bekend de ontwikkeling van micro-organismen verhindert, is natuurlijk ontoelaatbaar, omdat het hooi daardoor gevaarlijk zou te vervoederen zijn, en ook om economische bezwaren. Wel is het te overwegen, of in ons land met zijn vochtig en onbestendig klimaat, waarbij het dikwijls moeilijk is op tijd het hooi binnen te krijgen, geen aanbeveling verdient om andere werkwijzen nog meer te propageren dan tot nu toe het geval is geweest. Want niet alleen om het gevaar, dat dergelijke broeiende massa's opleveren, doordat brand er het gevolg van kan zijn, maar ook om de belangrijke achteruitgang in voedingswaarde, die het gevolg is van een onvoldoende snelle droging en eventueel optredende broei, vooral in verband met de alomheersende schaarste aan veevoer, verdient een ander proces de voorkeur: de ensilage, waarvan de technische uitvoerig zoveel beter is
76
geworden dank zij de onderzoekingen in Finland daarover verricht, een land, waar men de bezwaren, die hier te lande gelden, in nog veel sterker mate ondervindt.
Terwijl door deze werkwijze te volgen de voedingswaarde van het zo kostbare veevoer belangrijk verbeterd zou kunnen worden, zou tevens het gevaar, dat dergelijke massa's hooi in de nabijheid van boerderijen oplevert, opgeheven zijn. U zult het als brandweertechnici met me eens zijn, dat het een belangrijk resultaat zou zijn, indien één belangrijke bron van brandweerellende daarmee van het toneel zou verdwijnen. Literatuur.
Boekhout, F. W. J. en J. J. Ott de Vries, Centralbl. f. Bakteriologie II. Abt. 12, 675, 1904; 15, 568, 1906; 18, 27, 1907; 21, 398, 1908; 23, 106, 1909; 44, 290, 1916. Firth, J. B. en R. E. Stuckey, Nature 159, 624, 1947. Gilman, J. C. en D. H. Barron, Plant Physiology 5, 565, 1930. Hansen, P. Arne, Arch. f. Mikrobiol. 4, 23, 1933. Hildebrand, F. Centralbl. f. Bakt. II. Abt. 71, 440, 1927. Issatchenko, B. L. en N. M. Malcevskaja, C. R. Acad. Sc. de l'U.R.S.S. IV (13), 377, 1936. James, L. H. en D. J. Prue, Science 67, 322, 1928. James, L. H., L. F. Rettger en Ch. Thom, J. Bact. 15, 117, 1928. Miehe, H., Über die Selbsterhitzung des Heues. 1. Aufl. Jena 1907. Miehe, H., Über die Selbsterhitzung des Heues. Arb. d. d. Landwirtsch. Ges. Hft. 196. 2. Aufl. Berlin 1916. Miehe, H., Arch. f. Mikrobiol. l, 78, 1930. Noack, K., Biochem. Ztschr. 316, 165,. 1943. Norman, A, G., Ann. Appl. Biol. 17, 575, 1930. Stuart, L. S. en L. H. James, J. Agric. Res. 42, 657, 1931. Truninger, E., Landwirtsch. Jahrb d. Schweiz 43, 278, 1929. 77
Discussie. Naar aanleiding van een vraag van D r . J o r is s e n of door opzettelijke toevoeging van ijzer- en mangaanverbindingen de bij veen- en hooibroei optredende oxydatie versneld kan worden, wordt door inleider geantwoord, dat dit niet experimenteel is nagegaan. Een vraag van Dr. van H o o g s t r a t e n naar de rol, die de bodemgesteldheid (bemestingstoestand) bij de broei speelt, wordt als volgt beantwoord: de micro-organismen, wier activiteit aanleiding geeft tot temperatuursstijging en broei, zijn zeer algemeen verspreid en broei zal dus steeds kunnen optreden, wanneer de condities daarvoor gunstig zijn. Een belangrijke factor daarbij is het watergehalte. De voedingswaarde van het gewas, als cultuurbodem voor micro-organismen functionerend, is sterk afhankelijk van de bodem. Vruchtbare en rijkbemeste gronden geven een gewas, dat over het algemeen meer aan broei onderhevig is dan dat van arme gronden afkomstig. Natuurlijk werkt de bodemgesteldheid ook indirect, doordat de botanische samenstelling van-de grasmat en van de onkruidflora beïnvloed wordt, waardoor ook weer de chemische samenstelling van het uiteindelijk aan de micro-organismen ten prooi vallende materiaal bepaald wordt. In dit verband verdient de opmerking van de heer R e n s s e n de aandacht, dat vooral in klaverhooi veel broei ontstaat. Een tweede vraag van Dr. van Hoogstraten of de tijd van opslag van landbouwproducten een rol speelt bij het optreden van broei, kan als volgt beantwoord worden: het optreden van broei is over het algemeen weinig afhankelijk van het jaargetijde. Op elk moment van het jaar kunnen omstandigheden gerealiseerd zijn, waarbij broei mogelijk wordt. Wel is geconstateerd, dat in sommige maanden broei veelvuldiger optreedt dan in andere. Augustus en September zijn beruchte broeimaanden, maar ook in November of Januari kan broei optreden. 78
Een door de heer R o e l o f s e n naar voren gebracht geval van brand in een strohoop, opgetast op een cementen vloer, die gedurende verscheidene dagen blootgesteld was aan sneeuw en dooiwater, doet de vraag opkomen of stro aanleiding kan geven tot broei. Hierbij dient bedacht te worden, dat stro een zeer eenzijdig materiaal is, dat weinig stikstof bevat, dus als voedingsbodem voor micro-organismen niet erg geschikt is. Indien stro door bijmenging van urine of mest stikstofrijker wordt, dan kan zeker broei ontstaan. Op de vraag van de heer M e e n h o r s t , of druk voor het optreden van broei bevorderlijk is, antwoordt inleider, dat druk de porositeit en de ventilatie en daarmee de warmte-uitwisseling beïnvloedt en zodoende een belangrijke factor is. De mening, dat broei in hooi tot een temperatuur van
60—65° C. noodzakelijk zou zijn voor de goede kwaliteit (verteerbaarheid), die volgens de heer F e h r e s algemeen schijnt verbreid te zijn onder de boeren, kan door inleider niet
gedeeld worden. Broei gaat gepaard met een belangrijke achteruitgang van het gras in eiwit- en koolhydraatgehalte. Of de verteerbaarheid door broei bevorderd wordt, is inleider onbekend. Door de heer W e n t h o 11 wordt opgemerkt, dat de ensilage reeds jarenlang door de landbouwvoorlichtingsdienst
gepropageerd wordt. Aan de ensilage zijn echter ook bezwaren verbonden. Naar aanleiding daarvan antwoordt inleider, dat wel veel gebruik gemaakt wordt van deze methode, maar nog niet voldoende aandacht gegeven wordt aan de methoden om tot een goed verlopende ensilage te komen. Door de zuurgraad en concentratie van het 'zuur moet het materiaal beschermd worden
tegen verdere aantasting. Nog al te dikwijls treedt rotting of boterzuurgisting op. Naar aanleiding van vragen van de heren W e n t h o 11
en L e g r o omtrent de plaats, waar het eerst vuurverschijnselen optreden, wordt geantwoord, dat de inwendige structuur van de hooimassa door stapeling en druk bepaald wordt en dat deze weer
79
het optreden van brandhaarden bepaalt. Ontbrandingsverschijnselen treden meestal op om en bij luchtkanalen. Ue methode, die volgens de heer H e m m e s door veel boeren wordt toegepast om een ruime ventilatie te krijgen door het eerste hooi op takkenbossen te leggen en telkens met het hooi enige tot een bos verenigde korenschoven mee omhoog te trekken, kan, mits oordeelkundig toegepast, er voor zorgen, dat de temperatuur bij eventueel optredende broei geen gelegenheid krijgt tot het critische punt op te lopen. Aan de andere kant moet er op gewezen worden, dat plaatselijke luchttoevoer juist de ontbranding mogelijk kan maken. Een vraag van de heer L u i t w i e l e r of de structuur van de grond aanleiding is, dat hooibroei in Zeeland haast niet voorkomt, brengt Dr. Jorissen tot de onderstelling, dat dit wellicht verband houdt met het geringe ijzer- of mangaangehalte in de bodem. Het optreden van bepaalde veeziekten, zoals dat hier te lande en elders is geconstateerd, wordt veroorzaakt, doordat in de bodem te weinig van bepaalde zware metalen aanwezig of beschikbaar is, en daardoor in het voedsel van het vee, zodat de stofwisseling van deze dieren daardoor gestoord wordt. Zo kan Dr. Jorissen hierin aanleiding vinden de mogelijkheid te opperen, dat mangaan en ijzer' in te geringe hoeveelheden aanwezig zijn om de ontwikkeling van micro-organismen mogelijk te maken. De inleider kan het in deze niet eens zijn met Dr. Jorissen. Wel is geconstateerd, dat bijv. schimmels zeer gevoelig zijn voor zeer kleine hoeveelheden van bepaalde metalen, zo zelfs dat ze gebruikt kunnen worden voor de quantitatieve bepaling van deze stoffen. De hoeveelheden, die een micro-organisme van dergelijke elementen nodig heeft, zijn echter zo gering, dat aangenomen mag worden, dat deze wel overal aanwezig zullen zijn in het organisch materiaal. Misschien is een verklaring te vinden in het feit, dat in 80
sommige provincies het gras jonger gemaaid wordt dan in andere. Dan zal de chemische samenstelling van het gras verschillend zijn, bijv. eiwitrijker, waardoor broei bevorderd wordt. Op de rol, die mangaan en ijzer zouden kunnen spelen bij de zelfontbranding, nl. als katalysator, werd reeds gewezen. Voor de vraag van de heer M e e n h o r s t, of er pyrophore kool bij de broei ontstaat, die door luchtadsorptie aanleiding kan geven tot brand, kan naar de inleiding verwezen worden.
81
tBrandoorzaken 6
