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Page 1: Zur Eignung des Kornguts unterschiedlich stickstoffgedüngter Getreidebestände als Rohstoff für die Bioethanolproduktion

j . Agronomy & Crop Science 177, 185—196 (19%)CW6 Blackwell Wissenschafts-Vedag, BerlinISSN 0931-2250

Iratitut fiir Pfian^nbau tmd Grmlatid imd Institut fur LtbemmitteUtcbmlos^ der Ummsitdl Hohenheim,DeatsibLutd

Zur Eignong des Komguts unterschiedlich sticksto£^edungterGetreidebestande ads Rohstoff fur die Bioethanolproduktion

W. AUFR\MMER, H . J. PlEPER, J. KASSKR, V. SCHAFKR, T . SKNN Und E . KUBLER

.Anschriften der Autoren: Prof. Dr. VP. A1THA.VIMKII. Dipl.-lng. vc. agr. J. KAtsF.K, Dr E. KCw FR und Dr. V.SfH*n:ii, in<ititm fur Pflanzenljau und Grunland (340), Universiiat HcAenheim, l-mwirthstr. 23, D-7{)599Siirttgarr, Prof. Dr.-Ing. H. J. PIKHKR und Dr. T. SFNN, Instiiut fiir Ixbensmittcltechnok^e (150),Hnhenheim, Garbenstr. 25, D 70599 Stuttgart, Deutschland.

TaheHea

am ISJamiar 1996; an^iftitmnten am 26 Mar^ (996

The SuitabiUty of Grains fiom Cereal C n ^ with Diflcrent N Supply for Bioelhanul Productkm

The properties of grains of different smaU fpin cereals, pniduccd under increasing; N-suppIy itvek, Un conversionimu biocrhanol were investigated. Grain maiertat of winterwheat, rye and triiiciiie, rwo cultivars each, was used Atmil locations, field experiments comprising several N-fcrtilization levels between 0 and lSOkg N/ha wereConducted. "Hie main parameters analysed were the bioethanol output (J bioethanol/dt grain dty matter) and theb»K:ihanc4 yield (1 hioethanoi/ha), both under addition and without addition of technical enzymes. Furthennorc,'he tailing numbers, the protein content and the autoamykilyoc quotient (AAQ) were dctermii>ed. A;\Q means tlieautfvatnylolytic bioethanol output related to the output under addition of technical enirmes. SKth a rising N supply,yicU-s./ha and the protdn contents of grain increased differendy. Combined with increasing protein contents,(iecreasing bioethanol outputs were measured, particubriy with wheat, to a smaller extent with triticale, and to antvcti lesser extent widi tye. Otily with wheat were the AAQ-values significantly reduced as a conscijuence of risingN-supply levels. In interaction with growii^ conciiti'jns, cuidvars and N..|evcls, the bioethanol jields/ha of rv>e andtriticale equalled or even surpassed the yields of wheat, particularly under autoamylolydc-conversion processing

dii

Key words: Cereals, N-fertilization, bioethanol output (1/dt), hioethanol yield (I/ha).

" ^ FTemdenz^-miemng besteht eine negative Korre-^ < iJteraturubersicbt lation (AUFHAMW:B et al. 1994, SCHAFWI 1995).

Rot Gehalt von Komgut an vergarbarer Substanz Auch zwischen dem Komproteinghealt und den.- primar Staitke — und die erzielbare Bioedm- Kornertrag smd n<^Mive Beziehungen bekanntn-'lausbeute sind positiv korreliert (RAU 1990, (PL'SHMAN und BINCHAM 1976, GRUBKR 1991,I'ioMrts 1991). Weizen und Ttiticale wdsen SPANAKAKIS 1991, ZIMMERMANN 1991). Nfit zu-S' ch hohe und gegenuber Roggen hohete nehmendcm N-Dur^>;un^niveaH steigen beiS'itkegehaite auf, die zu unttrschiedlichen Bio- abnehmendem Komettta^zuwachs die Kom-ct. ianolausbeitten je Gewichtseinheit fiUiren ptoteii^haJte (PIJSHMAN und BINGIIAM 1976,O ''HiiAM.\(ER et al. 1993). Zwischen dem Kom- TABL und Kiss 1983, ZI-DDIES et ai. 1984,p! "tdngehalt und der Bioethanolausbeute mit SPANAKAKJS 1991). Die in der Folge abnehmende

-2250/96/7703-0185$! 1.50/0

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186 AUFHAMMEK, PlKPER, KASSBR, SCHAFER, S E N N Utld

BioethatK)lausbeute/dt RtAstoff mindcrt denkometttagsbedingtcn Bioethanolmehrertrag/ha

(ScH/KHiR 1995).Der EinfluB der N-Konzentration im Kom

auf die EnzymaktivitSten ist tiicht abschlieBendgeklart, hinsichtlich der Nutzung der autoamySo-hiischen Eigenschaften bei fremdenzymfreierVetarbeitung aber bedcutsam. Die Enzytnaktivi-tat wird direkt dutch die Besdmmur^ der a-Amylaseaktivitat (RAU 1990, RAU ei al. 1993) odcrirjdirekt uber die Ermitdung der Fallzahl (PKRTKN1962) erfi^t. Abhangig votn Reifestadium undden Abtcifebeditigungen P K T | K 1992), der Art,dem Dungungstermin (SCHAHUI 1995), demReifegrad bei der Rmte (SPANAKAKIS 1991), vonLager und Auswuchs (SX'KNSSON, 1990), viriierendie Kffekte dtffcrenzierter N-Dungunjjsstufenauf die a-Amylaseaktivitat bzw. die Fallzahl (CIHAund Goij)STiaN 1983; ZIJJUIHS et al. 1984;M<wius ttnd P.AUi.SKN 1985, GRI:BKR und FL .\ M -1989, AsTBliRY und KhTn.KWKi.t 1990). Teils

wurden abnehmende a-Amylaseaktivititen beisteigendem N-Angebot ermittelt (PUSIMAM undBIN<;HAM 1976, BHATT et aL 1981, TABL und Kis*

1983), teils wurden auch zunehmende linzyraaktivitaten fcsigestellt (GKUBER und FIAMMK1989). Sortenunterschiedliche Enzymausstattungen kommen als weitere Ursachen dcrdivergierenden literaturbefundc in Betracht.

1.2 Probkmstellung

Mit der Sdckstoffdiingung von Getreidt 2urProduktion von Rohstoff fiir die Bioethanolgcwinnung ist ein KonfUkt zwischen det Slei erunj;des Komertrags/ha and der Vermindcning dcrBif)ethanokusbeute/dt Rohstoff vcrbunden. llfrher Bi<jethanolertrag setzi aber sowohl hobiKomerttagc/ha als auch hohe Biocthanolausbcuten je Gewichtseinheit voraus. Unter identischcnAufttoichsbedingungen soUtc daher Kompctgenerell geeigneter Gctreideartcn — Wimtr-

Tal)eUe 1. Versiichsanlage

Jahr

1992/931W2/93

Getreidearten

Standon

Ihinger HofObercr Lindenhof

Sorten

Hohenlage

480 m NN700 m N N

Mitd.Jahresremp.

8,6 "C7,4 X.

Komertrag"

Jahresnicder-schlag'

714 mm964 mm

F.nz)'makdvitat

Wintcrweizcn

VOntertriticale

ContraSchwabenkom (Dinkel)

QouHalo (nur Ihinger Hof)

Alamo (nur Ihiriger Hof)Lasko (nur Ihinger Hof)

9A,"

65

86

2nicht bekannt

nicht bekannt7

6

Stickstoff- VdUngongsstufc

NIN2N3N4

' >etaiioib e g ^

_3030

IS- SchoflbeginnEC 32

_306060

SchoOendeEC 39

.303060

BlateEC 62

_

—30

Gesamt

(kgN/hal

060120180

'lm Jahr 1993^Nach Beschreibendet Sortenliste, BUNDESSORTENAMT (1991)^Einstufungen nach eigenen Untersuchungen (AIIVHAMMHR et al. 1993, 1994), 1 = sehr gering,9 = sehr hoch

*Bei Dinkel Vesenerttag

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Bioethanolprodutmon 187

, Wimenoggen und VCinttrttidcak — ver-ddchcnd hinsichtlich folgender Fragcn unter-sucht werdea-

• Welchen FinflufJ hat die Hohe der N-Dungung auf den Komproteingehah, tlieautoamylolytischen Eigenschaften des Kom-guts und die Bioethaiioiausbeute?

• Wekher Zusammenhai^ besteht zwischenoner Verandetung des Kom- und desBioethanofcrtiages/ha als Folge dner ges-tcigcrter N-Dvingung?

Zur Bead>eitung der Fr^en wutdc Komgutaus einem hxperimentalprogratnm, das zweimehrfaktorielle Feldversuche umfaBte, entnom-

2 Material und Methoden

II V'ersmhsanlaee

Dit Vcrsuchsdurchftihrung erfolgte im Versuchsjahr1W2/93 auf den Standorten Ihinger Hof (IHO) undniwrer Lindenhof {OU). Auf dem Standon (")heferIjiidi-nhof erfolgte die Versuchsanligc nur inciiijjcschrinktem Umfang. Eine Ubersicht uber dieVersuchsfakloren und Faktorstufen gibt TabcUc 1.Datcnbasis fur die dargestcDteo Untersuchungser-(;cbni>sc waren jeweils drei Feldwiederholungen. DieVersuche cnthietten je zwei Soncn von Winterwei-7sti {davon cine Dinkelscrte), ro^en und triticale.Troiz — vetgLchcn mit Saatweizen — hoherenkomprotcingehaltes wurde eine Dinkclsorte in dieI'ntctsuchungeii einhe?(^n. Zum einen zeichnetsich die Diokelsorte durch erne bessere Koroausbit-dui^ ais die anderen Anen und Sonen aus, zumwideren liegen uber die Enzymaktivitatcn bei Dtnke!tcinc Informationen vor. Ats Grundlage fiir dieScmenwahl dienten Informationen uber die Ertrags-OKfnschaften aus der Beschreibenden Sonenliste(Bi-KDi-ssoRTENAMT 1991). Zusatzlich wurden Er-Reknisse aus eigenen L'ntersuchungen zur technolo-IJschen Bewenur^ des Komguts herangezc^en(•\iTiwMMKii et a!. 1993,1994).

IJurch artenspezifischen Fungizid- und Wachs-furasr^latoreinsatz wutden in alien Varianren'"snkheitsfreie Pfianzenbestande at^strebt. Lagertrai nicht auf. EHe Produktionstechnik wurde durchden Faktor N-Dangung mit vier Stufen variiert. Dief '-Dungung erfolgte ausschlieOUch in Form von•^fcammonsaipeter. Die Hohe und die Veneilungdw N-Gaben w^ircnd des Vegeutionszeitraums'ioef TabeDe 1. N-Durigergaben zu Vegctationsbe-»nn brw. in dcr Schofiphase erfolgten enn^ori-wtren zur Forderung der Besttxrfeung brw. zurMindening des Reduktionsumfuigs. Die N Spat-dui^ ,^ zur Btate war auf die Komausbiklut^, denP">temgehalt dngeschlossen, ausgerichtet. Der

Dtusch erfolgte im Stadium der Voll- bis Torreife.Bis zur Verarbeitung wurde das Komgut mit rund10 "A Komieuchtc bei Raumtemperatur gel^^rt.

2.2 Parametemfassmg mtd AmtMrftfUg

Zur Bestimmung der Bioethanolausbetite (LiterBioethanol/dc Kotntrockenmassc) wurde von dengereinigren GetreideproHen eine Sdchprobe vonjeweils cinem kg cntnommcn und auf einerSchlagrotortnuhic Retsch- mit dnem 0,5 mm Siebvermahlen (SRZ). Bei Dinkel wurde nur enLspelztesKomgut verari)eitet. Die Garvcrsuche wurden ohtK(autoamylolytisch) und mit VttxnAenv.maMSMj. nachcinem fruher beschriebenen \faischschema durch-gefuhn (AtTHAMMKR et al. 1993). Abweichend davtmwurde mit dem 21iel einer bestmoglichen Verfifeisi-gung wahrend des Maischprozesses die Dt)sierur^des Verflussigungsen2)Tns t^tunash pH 420(Solvay Enntnes, Hannover, Deutschland) von16,S ml auf 21 m!/dt Getreide erhoht, DerBioethanolgehalt in der vcrgDrenen und mschlie-fJend filtrienen (Faltenfiltct 520 Al /2 , Durchmesser320 mm; Schlekher & Schall, Dassel, Deutschland)Maische wurde mittels Probedestilladon (Glas-blaserei Jes Insdtuts fiir GSrungsgewerbc undBiotcchnok^e, Berlin, Deutschland) ermittelt. Indem diraus gewonnenen Destillat wurde dcrBioethanolgehalt auf iler Basis von Dichtemessun-gen mit Hilfe eines Biegeschwingers (Density meterDMA 48, Cbemprx. — Cics. fur Prozcfl- undAutomationstcchnik mbH, Hanau, Deutschland)ermittelt. Das digital ar^ezeigtc Mefiergebnis nairdeanhand der .. MTIJCMIIN A1.K0H01 fMnj.N (1980) indie Bioethanoikonzenttation ("/o vol) umgcrechnet.Det Bioethanolertrag (Liter Bioethanol/ha) targabsich aus der Multiplikation dcr Bioethanotausbcute(liter Bioethanol/dt Komn>hstoff) mit dementprechenden Komflichenencig (dr/ha). BeiDinkel wurde jeweils der entspektc Komertragzugnmde gelegt. Alle Atjgal>en zum Komertragerfolgen als absolute Trr»ckenma.ssc. Mallstab fur dieautoamylolytische Aktivitat einer Gerreidepntbewatt;n die Falizah) (PKRTI-.N 1962) und derAutoamyloh-tische Quotient (AAQ "/«, s. RAf et aL1993). Bei der Berechnung des AAQ ft'c), dcr denprozennialcn Wirkungsgrad des autt>amyk>IytischenFjizv-msystems angibt, wird die Bioethanolausbeuteohne Fremdenzymzusatz auf die Bioethanol-ausbeute mit Fremdenzymzusatz bezogen. 7.urBesdmmung der Faltzahl wurde derselbe Schmtwie fur die Garversuche verwendet. Der Komsdck-stofl^^halt wuide nach der Kjeldahl-Methtxleermittelt und mit dem Faktor 6,25 auf denKomproteingehalt utngerechrtet.

Die ennirteiten Parameter beider VersuchsaiJa-gen wurden vananzanahrtisch uberpruft. Neben deaVersuchsfekroren aus den Feldversuchen kam durchdas F.rmittlungsverfiihrcn der Bioethanolausbeute

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188 AUFHAMMER, PlEPER, KASSEK, SCHAFER, S E N N Und

Tabelie 2. Artenbedingtt Untctschiede in den Robstaffdgenschaften bei Korngut von denStandonen Ihinger Hof and Oberer Lindenhof' (gemitteh fiber Soiten und N-Srufen)

BioethanolausbeiKe (l/dt TM)

Getreideart

WinterweizenWinterroQ^enWintertriticaie

GD 5 %

Winterweizen

ohne Fremd- mit Fremd-enzymzusatz enzymzusatz

37,341,842.8

0,59

33,8

Ihir^er43,242,144,3

AAQ(%)

Hof86,499,5%,6

2,90

Oberer Dndenhof*42,5 79,5

Falkahl

(s)

30715375

21,3

319

Rohprotein-gehalt (%)

16,011,713,9

037

14,4

'Nar Winrerweizen orthogonal vergleichbar

ein weiterer Faktor Enzyme (Y) mit den Faktor- lage auf dem Standort Ihinger Hof zusatzlich denstufen oWtK und mit Fcetndenzymzusatz hinzu. Der Faktor Getreideart (A) enthielt, waren auf demStandunvetgleich (O) war nur an orthogonalen Standort Oberer Undenhof und bei r>rth(^ralerVersuchskemen mcigtich. VC'ahrend die Versucbsan- Standortsveigleichen nur Vetgleiche auf Soncne-

Uter Bioethaflot/dt Korntrockenmasse

46

44

42

40

36

3e

34

32

30

28

FalliabI324

S3.0

m

IS?

•9.T

0 0 S%

170 62 (76D S% a loa S(A);

OuotlMit {%tM.7 m.3 M.0 85.2

GD S% • 1.04 S(A);

Bioethanolausbeute LJ o.E.332

m.E.

12.3 B OxS

8(A)x¥

- • / /

m

//,/,

m• / / ! /

/mm 7///.

S1.03.M - OxS

OitSxV

30CODS%>

77.TQDS%-

202la.* S(A)

S8.13.70 8(A)

I-

•/ • ' / - •

s^

I ' •

Contra

Wlnto mlzm

Clou H«lo Alamo La«ko

Wniwrroggan WintartritlcateIhinger Hof

Conira Schwa- Clou

Oberer Undenhof

Abb. 1. SortenefTekte auf die BioedianoUusbeute ohne (o.E.) und mit Ftemdenzytnzusatz {ni.n";Abliai^l^eit vom SiandonCultivar effects on die bioethanol output without (o.E.) or with (in.E.) addition of an enzyme preparati<">affected by locabon

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GetfektebesoindefQf BioethanoliModiiklion 189

TjbelJe 3. Komproteir^halre (%) der Arten ur»d Sorten

Standort (O)

Gerreideart (A)/

S<irt<:(S)Stufe

WinterweizenContraSchwabenkomX Soiten

VC terroggenOouHaloX Sonen

WinterrriticaieAlamoljskoii Sorten

GD5%

0NI

11,315,713,5

11,210,110,7

11,611.9

Ihir^er Hof

itickstoffdungung (kg N/ha)

60 120N2 N3

13,2 14,318,2 19,615,7 17,0

11,1 11,112,0 13,011,5 12,0

13,6 14,513,7 14,913,7 14,7

in Abhangigkeit vom Standort und der N-Stufe

180 i N -N4 Stufen

15,620,418,0

11,713,112,4

15,515,515,5

Art = 0,37; Sorte(Art) = 0,39Art X N-Dangung - 0,62Sorte(An) x N-Dungung = os

13,618,516,0

11,312,111,7

13,814,013,9

Oberer Undenhof

Stkkstoffdiu^ng {

0NI

9,913,911,9

8,6

Sorte =Sorte )Ort X

60N2

12,716,514,6

9,0

120N3

13,016,314,7

9,5

Icff N A

180N4

14,118,716,4

10,6

-0,66;< N-Dungung = nsSorte = ns

3(N-Stufen

12,416.314,4

9,4

henc (S) moglich. Fiir signifikante Effekte wurdenmil Hilfe des /-Tests Grenzdifferenzen bei 5%CrTCTUwahrscheinlichkeit berechriet und in denAbbikJungen entsprechend indiziert. Bd Intcrak-mmen, wie zum Beispiel Getreideart (A) x Stick-stoftsnife (N) x Enzjrmzusatz (Y) wurde neben derGrerudiffercaz A X N X Y, die fur alle Vergkicheder Interaktion herangezogeo werden kann, zusatz-lidi auch die fur den Vergleich der Enzymstufeninnerhalb einer Getreideart und innerhalb einerFjizymstufe an^;egeben und mit Y(N(A)) indiziert.Entsprechend gilt die Grenzdifferenz N x Y (A) ffirVe^deiche der StickstofF- utxJ Enzytnstufen itMier-W'l) einer Getreideart.

-) Ergebnisse

i.1 Arten- tad Sartemtnterrcbiede in den

D«' anetdtedingten Unterschiede dcr rclevantenRoiistoEFpaiarrieter zdgt Tabelle 2. Das vollstan-•fi"- Artensftektnim lag nur auf dem Standort•h'"'8pr Hof vor. Bei Winteitriticale wurdenso'iohl obne als auch mit Fremdenzymiening*•• hochsten Bioedianokusbeuten je dt Trok-tfr niasse fes^estetlt. Berdts ohne Fremdcnzym-u -itz etbnchK das Komgut dieser Art mit rund

431 Bioethar«)t/dt Komtn>ckenmasse im Ver-^eich zu Wei2en und Roggen hohere Bioethanolausbeuten. Obwohi Wintermggen die geringstenKomproteingehaltc aufwics, wurden bei dieserArt mit Fremdenzymzusatz die niedrigstenBioethanolausbeuten ermittelt, jedoch wurde imGegensatz zu den anderen Arten mit einem AAQvon 99,5 % eine nahezu vollstandige Konversionaufgrund der autoamylolytischen Rohstoffdgen-schaften erzielt. Bei den anderen Arten bedeuteteder Verzicht auf Frcmdenzympraparate zumVerarbeitungszcitpunkt einen Ausbeuteverfustunterscbiedlichcn Umfangs. Mit dem Komgutvom Standort Oberer Lindenhof wurde beiWinterweizen, frotz nicddgerer Komprotein-gehalte, das Ausbeuteniveau des Kotnguts vomStandort Ihinger Hof i n f o ^ schlechteier Kom-ausbildung nicht erreicht.

Im Sortenvergleich zeigten sich die gr<HkrenDiffcrenzicningen in der Bioethanolausbeute beiVeratbeitung des K o n ^ t s ohne Fremdenzym-zusatz (Abb. 1). Die hochsten Bioethanoiaasbeu-ttn ohne Fremdenzymzusatz mit 41 tas 431Bioedtanol/dt Komtrockenmasse wurden mirder Roggensc«e Clou und der TridcalesoneAlamo erzielt. Fremdenzymzusatz bewirkte auf-

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!90 AUFHANMEU, PlEPRR, (CASSER, SCHAFER, S F J 4 N und K

uter Bioethanol/dl KorntrockmmasM

46

44

42

40

38i

36

34

32

30

28

Bioethanolausbeute llJO.E.

2IS 3M $13 ISe 1S3 162 1S2

100.3 lOaO M.5 M.9

73 74 MGO 5» s n.t.

S7.0 ae.7 M.« M.7OOEK-3.40

-' / I/I'

kgN 0 60 120 180Winterweizen

0 60 120 180

WInterroggen0 60 120 180

Wintertriticaie

Abb. 2. F.ffekte der N Dungung auf die Biciethaoolausbeure ohne (o.E.) und mit hremdeniymzusatz (miV.bd Winterweizen, -roggen und -triticalc auf dem Standort Ihinger Hof (Mittelwerte aus zwei Sorten)F.ffects of N rate on the hifiethanol output without (o.E.) or with (m.E.) addition <>f an enzyme preparanunfrom winrer wheat, rye and triricajc at rhe location 'Ihinger Hof* (means across 2 cultivars)

grund unzurcfchender autoamylolytischer Eigen-schaften bei den Weizensorten ("ontra undSchwabenkom (Dinkel) standottbezogen Mchr-ausbeuten von 7,5 bis 9,21/dt Rohstoff.Zwischen den Sorten Contra und Schwabenkombetrugen die Ausbeutedifferenzen mit Fremden-TSXKiv&va. 2,71/dt Komtrockentnasse. Hier spie-len die hohen Komproteingehalte der SorteSchwabenkom eine Rolle (Tabelle 3). UnterFremdenzymzusatz liefttn sich mit rund 441 diehochsten Bioethanolausbcutcn bei der Winter-wcizensorte Contra und der Tridcalesone Alamoerzielen. lm Vergleich zu den autoamylolytischcrzielbaren Bioethanolausbeuten wurde die Aus-bcute bei Fremdenzj-mzusatz nur wenig durchStandorteinflusse modifiziert. Die FalLzahlen derunKTSuchten Sorten lagen mit hohen Werten beiWinterweizen, gefolgt von Winterrpggen undWintertriticaie in artenspezifischen Bereichen.Die Differenzierungen zwischen den SortenUieben geting. Das K o n ^ t vom StandortOberer Undenhof war im Vctglcich zum Ihii^er

Hof dufch insgesamt hohere Fallzahlen undnieddgere AAQ-Wertt charakterisiert.

i.2 riffekte der N-Dtingtmg auf die &aethanokiish/«k

Auf steigendes SticLstoffangebot rea^enen dieGetreideanen hinsichtlich der Bk^thanolausbeate g^eichgcrichtet, Interakdonen mit denStandorten wurden nicht nachgewiesen. '"Abbildut^ 2 sind die Effekte der N-Dunguntfur das vollstatHlige Artenspclctrum auf dewStandott Ihinger Hof dargestellt. Die h<ic!«fBioethanolausbeute wvmJe durchgangig m dcVariante ohne N-Diingung fes^estellt. M"zunehmendem N-Angebot fiel die Ausheutcunter Fremdenzymzusatz von 4 4 3 *if 4^,.-'Bioethanol/dt Komtiockenmasse bei Winterwdzcn, von 42,6 auf 41,8 bei Winterroggen und von45,6 auf 43,41/dt Komtrockenmasse bei Wintertriticale (Abb. 2). Gldchzeidg sdeg der K«)nipK^teitigehalt (%) bei Winterweizen von 13,5 «"'1 8 % (11,9 auf 16,4%, Oberer Undcnhol), bo

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Gtirddtfaestiiiidefiir Bioelhanolproituklian 191

uter BioeOianol/lie Korntrockenma*** <dt/ha)

00 9% S(A}(Y (MoonMiwI)

8(A) (Korn)

BioethanolertragKomorbrag

(Bloollianol)

Contra $^«wa- Clou Halo Alamo Lasko

Wintorwelz«n Winterroggen Wlntartritlcal*Ihinger Hof

Contra Schwa- Clou

Oberer Undenhof

Abb. 3. Stmcneffektc auf den Kom- und Bioethanolertrag ohne (o.R.) und mit Fremdenx>-mzusatz (m.I:.) inAhhSngigkeit vom StaodonCuliivar effeas on the grain and bioethanol jield without (o.E.) oi mthpreparation as affected by location

.) addidnn of an enzvme

Winienoggen von 10,7 auf 12,4''/'(i (8,6 aufI(),f %, Oberer Undenhof) und bei Vtintertriti-cale von 11,7 auf 13.9% (TabeUe 3). Artenspe-afisch fid die Bioethanolausbeute bis zu einer N-Oabe von 1201^ N/ha, die weitere Steigerungder N-Dungung btieb wirfcungslos. Tendcnziell5tirlter als die Bioethanolausbeute mit Fremd-enz)'mzusat2 fiel mit zunehmendem N-Dun-gungsniveau die autoamylolytisch erzielbareBioethanolausbeute. Als Folge der N-Dungungoahm die Bioethanolausbeute ohne Ftemd-wiiymzu5at2 bei Weizen um 5,11, bei Winter-mg?:n um t,41 und bd Wintertriticaie lun 2,31ab. Die Fallzahlea des Komguts wutden durchstcigende N-DUngung nicht veiandert, der AAQ(%) gii^, insbesondere bei Winterweizen zuruck.

^-' Egekle der N-Diit^img ai^ St Bioetbauelertri^

!n Abbildang 3 wurden die Kom- und dieBHiethMwdertrage der Sorten auf beiden Ver-suchsstandcwten, zunachst gemitteh iiber die N-

Dungungsstvifen dargestclit. Der Bioethanoler-tragA>a errechnet sich aus der Bioethanolaus-beute (l/<Jt Komtrockenmasse) und demKomertrag (dt/ha). Mit nmd 25001/ha erwiessich auf dem Standort Ihinger Hof das Komgutder Roggensorte Clou fremdenziTOiertem Kom-gut der Weizensone Contra gleichwertig, demKomgut der anderen Sorten uberkgen. ImGegensau zum Weizen war bei beiden Roggen-sonen auf beiden Standorten die Fremd-enzj-mierung uberflCissig, da sie keinenBioethanolmehrertrag bewirkte. Bei Triricalewurden mit Fremdenzymzusatz tenderctiell ge-ringc Mehrertrage erkennbar (Abb. 3).

Effekle ste^nden N-Angebots auf denBioethanoleitr^V^ zeigt die Abbildung 4. Fflrden Ihinger Hof konzentriert sich die DarsteBungauf die Artenuntcrichiede. Nur bei Winarweizenzeigten sich — ausgehcud von emtxci relatix'bescheidenen Bioedianolertragsniveau bei derungediingten Variante — nait jeder Erhohui^der N-Diingung anstdgende Kam- und Bioetha-

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192 ALI-'HAMMER, PIEPBR, KASSER, SCHAFEK, SENN und

Liter Bloethanol/tia Komtrockenmaasa (dt/ha)

MovtlwnolMirag: Bioethanolertrag

0 60 120 180Winterweizen

0 eo 120 180Winterroggen

O 60 120 180

Wintertriticaie

,\bb. 4. Ffftktc dcr N-Dungung auf den Kom- und Bioethanolertrag ohne (o.F-.) und nuiFremdenzym/usatz (m.E.) bei Winterweizen, -roggen und -tiiticale auf dem Standott Ihinger Hof(Mittelwerte aus zwei Sorten)Effects of N rate.<; cvt\ grain and biocthanot vield widiout (o.E.) or with (m.F..) addition of an enz)TOrpreparation from winter wheat, rye and tnticaie at the location 'Jhinger H o f (means across 2 cultivars)

nolertrage/ha. Bei Winterro^en und Wintertriti-caie war das insgesamt gegeniiber WinterweLzenhohere Ertragsmaximum beteits bei einer DOn-gungshohe von 120 kg N/ha eneicht BeiVfrinterrpggen betrug der Hochstertrag rund255(1 I/ha, bei TOntcnriticale 26401/ha. BdWinterweizen wurden mit einem N-Aufwatidvon 180 kg/ha unter Fremdenzymzusatz nur22701/ha erzielt. Bet autoamylolytischer Verfah-rensweise konnten bd Winterrojgjen keine pj-ttagsveriuste nachgewiesen werden. Bei Triticalee ^ b e n sich tcndenzieU, bei Wei2en nachweislichErtragsdefi2ite in Abhangigkeit von der N-Stufe.Im Vetgleich der Enyzmstufen betrugen dieEMfferenzcn bd Weizen in der Variante ohnemineralische N-Diii^ng 1311/ha und in derDungungsstufe N4 (180 kg N/ha) 3891/ha. DasVerhalten der zwd Wd2ensorten und derRoggensorte auf dem Oberen Lindenhof liBtsich in die fur den Ihii^er Hof daigestelltenArtenunterschiede gleicl^erichtet einotdnen.

J.4 Bnjebuttgen t^icben dem Kort^mteingebah asiddtfKoetbattolambeute

In Abbildiuig 5 wurden die erfaOten Komproteingehalte der N-EHingungsvarianten fur jedcArt g^en die Bioethanolausbeute mit Freirid-enzymzusatz aufgetragen. Die ncgadven Bczie-hungen zwischen dem Komproteingehal! P'<>)und der Bioethanolausbeute weisen eiwunterschiedJiche Enge auf. Beim Roggen sindnur rund 50 %, bei Triticale hingegen uber W'"''der Variation in der Bioethanolausbeute durchdie Vadadon im Pnrtdngehalt erklarbar. Auf dcBasis der fiir alle drei Getreideanen emiittekenRegressionen ergeben sich bd gleichem Ki>o>-proteingehalt aitenbedingte AtisbeuteuRtei-schiede. Die unterschiedtichc Nciigung d"Regicssionsgetaden bei ztinehmertdem Kompto-teingehak wdst auf den artspezifischender Bioethanolausheute pto Prozentitn Komproteingehalt hin. Eilie Zunahme HnKocnpn»dngehak von dnem Prozent hat bei

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(jetrcklebestandcfilr Bioethano^>roduk(ion 193

Uter Btoethanoi/dt Komtroekenmesee mtt Fremdsnzymzuutz48

46

42

40

36

* Weizen ^ Roggen * Trittcaie

rRoM*n: yTrWeala: y

= - ai.4«x -t- SOJl; t« |= - O.STK + 46.90; r > • O.e«**<= - O.S7x + S2.19; r « • 0.92**

10 12 14 16 18

Kornproteingehalt (%)

22

Abb, S. Beziehvmg zwischen dem Komprotdngehalt (%) ur)d der Bioethanolausbeute (1/dt Komtrok-kenmassc mit Frcmdenzjitizusatz) bei \X1nterweizen, Wtnterrr^gen und Wtntcrttiticale (Einzelwerte ausden Versuchen Ihir^r Hof und Obercr Lindenhof)Relationships between grain protein concentrations (%) and bioethanol output (1/dt grain dr>- matter withaUitinn of an enzyme preparation) from winter wheat, rye arid triticaie (single values from experiments at'Fhinger Hof* and *Oberer Lindenhof^

eine Ausbeutemindeninj; vontl,481/dt Komtrockenmasse, bei Winternj^envon 0371 und bei Wintertriticaie von 0,571 zurI'olgc. Die groSen Differenaenmgen im Kom-(woteingehalt von 9 bis 21 % bei Winterweizen•iind insbesondere durch die Kombination derptoicinatmeren Sorte Contra und der proteitirei-chen Dinkekone Schwabenkom ^

Zunchmendcs SdcksTOffangebot hatte auf dieFallzahl des Komguts der drei Aiten keinen, aufden AAQ nur bd Winterweizen einen nachweis-IMT ri^tiven Bnflufi. Die Anhebung der N-tJab.- uber 1201^ N/ha hinaus fuhrte auch beiWt;-;cn 2n keinem weiteten AbfiJi der AAQ-

' Die Resoltate stebcn im G^ensatz zuvon TABL und Kiss (1983), die beiN-Dur^r^niveau almehmende

n ak FoJgc hoherer a-AmyiaseaktivitatenSolche Effekte konnen aus Interakbonen

zwischen dem N-Angcbot und den Ernte bedin-gungen resultieren. Nach DF.T)K (1992) istKomgut, das bei boherem N-Dungungsniveauausgebildet wurde, unter feuchten Witterurigsbc-dingungen starker auswuchsanfillig als Komgutaus nicdtigcr N-gedungten Bestandea Mogli-cherweise nabm in den vorliegenden Versuchenmit ansteigendem Komproteingehalt dcr Ariteilan Knzymprotein in geringerem AusmaC zu alsder Anteil an Strukturprotein, fiir die Autoamy-lolyse wichtige Enzyme standen damit nichtmehr in ausreichender Konzentration zur Verfii-gung. In der Folge ging die Bioethanotausbeute,insbesondere bei autoamylolytischer Verarbei-tung, mit steigender N-Dungung zuruck. DerRQckgang blieb bei Triticale wesendich schwa-cher als bei Wei2en, bei Rqegen bbeb der Abfallminimal. Ttotz eines wdteren Ans t i^ derKomproteirigehalte bewirkte eine Anhebui^ derN-Duf^ung von 120 auf 180 kg N/ha bei keinerder drei Getreidearten dne weitere Veranderungder Bioethanolausbeute. Dies konnte mit der

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194 KASSER, SCHAFER, SENN imd

Tabelle 4. Bioethanolertrage (1/ha) ohne und mit Fremdenzjmnzusatz der Sorten bd hohen N-Gaben in Abhsin^^dt vom Standort

Standort Ihinger HofSorte

Oberer litvienhofSorte

N-Diingung(kg/ha)

120

180

Enzvm-stufe'

O.E.OLE.

O.E.m.F_

Contra

2197,02738,42341,72918,0

Clou

28O8,R2891,22575,22571,7

Alamo

2677,42755,02516,925463

Contra

1496,21863,91737,72285,8

Qou

2593,02633,42613,22702,9

V).E. = ohne Fremdenzymzusatz, m.E. = mit Fremdenzusaty.

K inlagerung primar niedermolekularer N-Verbin-d u i ^ n bei hoher, teils spater N-Dungungzusammenhangen. Eine Antwon auf die ersteFrage der Problcmstellui^ lautet zusammenfas-send: Dutch eine Steigerung des N-Angebotswurden die Verarbeirungscigenschaften desKomguts von Wdzen, auch von Triticale inunterschiedlichem AusmaTl negativ beeinfluIJt.Wahrend bei Winterroggen die Komertragsrele-vanz steigenden N-Angebots genutzt werdenkonnte, ohne die technoJogischen Verarbeitungs-dgenschaften in Form des AAQ und derBioethanolausbeure wesentlich zu bedntrachd-gen, hane steigende N-Dungung bei Weizeneinen maritanten Ruckgang der Vcrarbeitungsei-genschaften zur Folge. Diese Feststcllung mu6auf die verwendeten Sorten einbezug)ich Dinkelund die ge^benen Aufwuchsbeditigungen be-schriinkt bieiben, sie zeigt jedoch, dalJ die Effektesteigenden N-Angebots auf die Verarbdtungs-eignurig artenbezogen in crheblichem MaBedifferieren konnen.

Der Bioethanolerrrag wird vonrangig vomKomertrag/ha bestimmt. Auf dem StandortIhinger H»>f standen bet einer Steigerung dcrN-Dungui^ von 0 auf 180 N/kg, gemittett fiberalle Getreidearten, dem ROckgatig der Bioetha-nolausbeute mit Fremdenzym2usatz von 1,71/dtKomtrockenmasse dne Zunahme im Komentagvon 16,6dt Trockenmasse, beziehungsweise6411 Bioethanol/ha g^enuber. Winterr*^enerreichte auf beiden Standorten ebenso wieWintertriticafc auf dem Th i i ^ r Hof das Kom-und das BioethancJertragsmaximum beteits bdeiner Dungungshohe von 120kg/N/ha. BeiWinterweizen stiegen die Ertrage auf bddenStandorten bis zu dner N-Gabe von 180 kg N /ha. Standortbezc^n sind zunichst die Arten und

Sorten gefiragt, die den hochsten Bioethanolcnrasrealisieren. Auf dem Standort Ihinger Hof lag dkWdzensofte Contra an der Spitze, sie liefent29181/ha, allerdings bei Fremdenzymzusatz undmit dnem StickstoffaufwatKl von 180 kg KM(Tabelle 4). Die Roggensorte Qou folgte mit28911, jedoch bei autoamylolytischer Veratbei-tung, die den Fretndenzvmzusatz einspart undeinem um 60 kg N/ha geringeren Stickstoffaul-wand. Die Wintertriticalesorte Alamo liefcrte mii2755 1 Bioethanol/ha utiter Fremdetizytnzusati,aber ebenfalls mit dnem um 6f) kg/ha gcringerefiN-Ar^bt>t einen etwas geringeren Bioethanolertrag/ha. Auf dem Oberen Iindenbof erreichti;die Rc^gensone Clou autoamylolytisch tnn26331 Bioethanol A a bei dner N-Dungung voc120 kg N/ha den gleichen Bioethanolertrag wmit 180 kg N/ba (Tabelle 4). Bin mit Fremdenzymierung angedeuteter Bioethanolmehrettiai;von 70 lAa bei einer N-Gabe von 180 kg N,1Berwies sich als nicht signifikant. Weizen konnicdas Ertragsniveau von Roggen auf diese"Standort nicht erreichen. Generell blieben beiRq;gen, auch bei Triticaie die Ertragsdifferenzenin Abhangigkeit vom Konversionsverfahren gc-irig. Bezogen auf die zweite Fr^e der Probknistellung lassen sich die Ergebnisse daher wie folpzusammenfassen: Weizen verlatigte zur Nutzunfdes realisierbaren Komertragspotentials hoheKN-Gaben als Roggen und Triticaie. Im Gegensaczum Ro^en wurde zur Umsetzung des Komer-trags von zunehmend N-gedungten KVdf^f-bestanden in Bioethanolertrag die Freflidenzymietung unabdingbar. lm Hinblick auf d'"Bioethanotertnig/ha ist auf einem Standort, »«'dem Rc^gen utid Triticale die Komertrage/tevon Wdzen erreichen, ersteren der Vorzng »*gcben.

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Bioethanolprodukbon 195

Danksagung

Die Untctsitchongen wurden durch die DeutscheBundesstiftung Umwek gefftrdert.

Zusaininenfassiing

Mit der Problemstellung wurde die Eignung mituntCTSchiedlichem N-Angebot erzeugten Kom-guts verschiedencr Getreideanen fur die Ver-jfbeitang zu Bioethanol in Fnff: gestellt AusFeldversuchcn an zwei Standonen mit vetschic-dencn VRnterweizen-, -rf^gen-, und tnticalesor-len sowie mit nKhrercn N-Stufen zwischen 0 undiSOkg N/ha wutde Komgut entnommen undauf die Konversionseignung untersucht. AJszentrak Parameter wurden die Bioethanolaus-beure (Liter Bioethanf>l/dt Kommasse) und derBioethanolertrag (IJtcr Bi<)ctham)l/ha) tnit undohne Fremdenzyttizusatz erfalit. Zusatzlich wur-den die Fallzahl, der Komproteingehait und derlutoamylohtische Quotient (.\AQ) als Relationdcr Biocthanolausbeuten ohne und init Fremd-oiAtnzusatz besdtnmt. Mit zunehmendem N-Angebot sdegen die Komertrage/ha und dieKomproteingehake. Mit artenverschieden stei-Kcikkn Proteingehalten waren insbesondere beiV( cjzen, auch bei TtidcaJe, nur in unbedcutendemAusmaB bei Roggen Abnahmcn der Bioethanol-ausbeute verbunden. Der AAQ nahm nur beiVCcizen, der mit steijg^ndem N-Angebot erzeuglwutde, nacbweislich ab, Abhang^ von denStaodonbedingungen, den Sorten und den N-Stufen erwiesen sich die Bioethatiolerrrage vonRoj^n und Triticale, insbesf>ndere bei auto-Mnyblytischer Verarbeitung, denen v«)n Weizen),Heichwertig fxler ub

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