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Verfahren zur Herstellung von Futtermitteln oder Zusatzmitteln zu diätetischen Nährmitteln durch Säurebehandlung von Cellulose.
Seit langem ist bekannt, dass Cellulose ein für viele Tiergattungen hochverdaulicher Nährstoff ist.
Jedoch kann die in natürlichen Futtermitteln, wie Heu, Stroh usw., enthaltene Cellulose stets nur in beschränktem Umfang verdaut werden, weil sie durch sogenannte"inkrustierende Substanzen" (Lignin usw. ) der Einwirkung der tierischen Verdauungsmittel mehr oder weniger weitgehend ent- zogen wird.
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Nun kann aber nach verschiedenen bekannten Verfahren, wie sie zum Teil in den Zellstofffabriken angewendet werden, die z. B. in Fichtenholz enthaltene Cellulose von den inkrustierenden Substanzen wie auch von den sonstigen Holzbestandteilen fast vollkommen befreit, mithin als praktisch reines Produkt gewonnen werden.
Solche reine Holzcellulose kommt aber als Futtermittel nicht in Betracht, weil ihre Fasern auch nach weitgehender Zerkleinerung miteinander verfilzen und nassem Papier ähnliche bzw. pappenartige Massen bilden, die von den Tieren nicht angenommen werden. Erzwungener Verzehr führt zu Verdauungsstörungen schwerster Art.
Es ist bekannt, dass man Cellulose durch Behandlung mit Säuren in strukturlose, leicht mahlbare Produkte (Hydrocellulosen) umwandeln kann ; jedoch werden solche von Tieren nur unvollkommen verdaut und sind daher als Futtermittel ungeeignet.
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6% iger Salzsäure, um die genannte Wirkung zu erzielen. Das Produkt verhält sieh chemisch in jeder Beziehung wie das Ausgangsmaterial und nicht wie Abbau-oder Reversionsprodukte der Cellulose.
Eine in der beschriebenen Weise mit Säuren behandelte Cellulose wird nach Zerreibung ihrer Fasern sowohl von Wiederkäuern als auch von Schweinen nicht nur in bedeutenden Mengen gefressen, sondern auch genau so vollkommen verdaut wie reiner, mit Säure nicht in Berührung gebrachter Natron-StrohzeIIstoff, so dass diese Behandlungsweise erst zu einem tatsächlich einwandfreien erfindunggemässen Erfolg führt.
Um die erfindungsgemässe Wirkung zu erzielen, kann man die Berührung der Cellulose mit siedender piger Salzsäure von-wie angegeben-60 Sekunden sogar auf diejenige Zeit (weniger als 10 Sekunden) abkürzen, die notwendig ist, um den Stoff vollständig zu durchtränken, wenn anschliessend eine Neutralisation der aufgesogenen Säure mit Sodalösung vorgenommen wird. Demzufolge wird durch den Neutralisationsvorgang das Entstehen des die Zerreiblichkeit der Cellulosefasern ermöglichenden Quellungszustands unterstützt.
Eine erfindungsgemäss mit Säure behandelte Cellulose nimmt, sobald sie wieder trocken wird, einen dem trockenen Ausgangsmaterial sehr ähnlichen physikalischen Zustand an, der eine hinreichende Zerstörung der Fasern durch mechanische Mittel ausschliesst. Allerdings kann eine einmal mit Säure behandelte Cellulose durch Einweichen in Wasser leicht wieder in den die Zerreiblichkeit der Fasern ermöglichenden Quellungszustand gebracht werden.
Es ist daher ein wesentliches Merkmal des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, dass zur Erzielung bester Ergebnisse die mechanische Zerreibung der Cellulosefasern in einem durch die Säurebehandlung bewirkten bzw. ermöglichten Quellungszustand, also feucht, vorgenommen wird.
Wie schon angegeben, werden bei Verwendung siedender 6% niger Salzsäure die Cellulosefasern bereits nach 60 Sekunden in feuchtem Zustand zerreibbar. Da prozentual wesentliche Überschreitungen dieser Zeit die Verdaulichkeit des Materials, wie festgestellt worden ist, vermindern, wird man für den praktischen Fabrikationsbetrieb ein passendes Äquivalent der angegebenen Säurebehandlung wählen. Man wird entweder die Konzentration oder die Einwirkungstemperatur der Säure oder beides herabsetzen, um auf diese Weise zu einer erheblich längeren Behandlungsdauer zu gelangen, die besser kontrolliert und mit kleineren prozentualen Fehlern eingehalten werden kann, besonders wenn es sich um die Aufbereitung grosser Stoffmassen handelt.
Die Möglichkeit dazu ergibt sich aus den folgenden Beziehungen :
Die zur Herbeiführung des erfindungsgemässen Quellungszustands der Cellulose notwendige Einwirkungsdauer der Säure ist umgekehrt proportional a) bei gleicher Temperatur dem Normalitätsgrad der Säure, wobei die Art der Säure, soweit es sieh um Mineralsäuren handelt, gleichgültig ist ; b) bei gleichem Normalitätsgrad der Säure den n-ten Potenzen einer zwischen I'IO und 1-12
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Vorzeichen eingesetzt werden.
Verwendet man also statt einer 6% igen (= l'65fach normalen) eine 2%ige (= 0'ÏÏfach normale) Salzsäure, so erhöht sich die bei 1000 C erforderliche Behandlungsdauer von 60 auf 180 Sekunden, wird ausserdem die Temperatur von 1000 C auf 750 C herabgesetzt, so verlängert sich die Behandlungsdauer nochmals, u. zw. um das l'1225 = 17fache, also auf 51 Minuten.
Dieses gilt für den Laboratoriumsversuch mit Fichten-Sulfitzellstoff in Pappenform.
Beim Arbeiten im Grossbetrieb muss die Behandlungsdauer zur Erzielung der gleichen Wirkung länger bemessen werden, weil bei dem notwendigerweise schnellen Einfüllen der Zellstoffmassen in die 750 C heisse 2% ige Salzsäure
1. eine mindestens vorübergehende Herabsetzung der Flüssigkeitstemperatur um 10-150 C eintritt,
2. die Säure durch das in lufttrockenem Stoff enthaltene Wasser verdünnt wird.
Demgemäss liegt z. B. im 1-ebm-Kocher beim Arbeiten mit 2% niger Salzsäure (Konzentration vor dem Einfüllen der Cellulose) bei 75 C (Anfangs-und Endtemperatur) als erforderliche Dauer der Säurebehandlung nicht bei 51, sondern, wie bereits erwähnt, zwischen 60 und 90 Minuten.
Weiterhin können Abweichungen der im Einzelfall tatsächlich erforderlichen Behandlungszeiten von den angegebenen Richtzahlen auch durch die spezielle Beschaffenheit des zu verarbeitenden Materials bedingt werden. So gelangt mechanisch stark aufgelockerte Cellulose, z. B. Zellstoffwatte, schneller in den gewünschten Quellungszustand als dicke hartgetrocknete Zellstoffpappe.
Wesentlich ist deshalb die Kontrolle der Säurewirkungen durch Vermahlungsversuche, die mit schnell ausgewachsenen Stoffproben während des Verlaufs der Säurebehandlung durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiel.
Technisch reine, in kleine Stücke geschnittene Holzcellulose wird unter häufigem Umrühren der Einwirkung einer 750 C bis 80 C heissen 2% igen Salzsäure unterworfen. Nach Ablauf von etwa 50 Minuten werden dem in Behandlung befindlichen Material in Abständen von einigen Minuten Proben
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entnommen, schnell ausgewaschen und mit Wassergehalten von zweckmässig 50-7a% Mahluna-s- versuchen unterzogen, so lange, bis die Cellulosefasern sich als zerreibbar erweisen, eine Wirkung, die-ziemlich plötzlich-unter den hier gewählten Bedingungen in der Regel nach 60-90 Minuten dauernder Säureeinwirkung eintritt.
Sobald dies der Fall ist, wird der Stoff möglichst schnell mit kaltem Wasser gründlich ausgewaschen, teilweise entwässert und mit einem Wassergehalt von z. B.
50-75% in einer Scheibenmühle zerrieben. Das dabei entstehende, gequollenem Weizengriess ähnliche Produkt kann in gewöhnlicher Weise getrocknet oder durch Pressen weiter entwässert und zu brikettartigen Blocks oder ölkuchenförmigen Platten gepresst werden.
Gemäss der Erfindung hergestellte Cellulosepräparate sind infolge ihrer hohen Verdaulichkeit
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Bei der Verwendung von Cellulosepräparaten zur Herstellung diätetischer Nährmittel spielen die bei Wiederkäuern und Schweinen sichergestellten Verdaulichkeitsverhältnisse insofern keine massgebliche Rolle, als Cellulose vom Menschen meist nur in geringem Umfang verdaut wird, gleichgültig, ob eine kürzere oder längere Säurebehandlung des Materials stattgefunden hat.
Jedoch sind Cellulosepräparate, wie schon bekannt, sehr geeignet, um Stärkemehle und andere konzentrierte Nährstoffe, bei deren Verzehr Sättigung oft nur durch Aufnahme von grösseren Überschüssen an verdaulichen Nährstoffen erreicht werden kann, zwecks Herstellung für den menschlichen
Genuss bestimmter diätetischer Nährmittel gewissermassen zu verdünnen.
Cellulosepräparate können also dazu benutzt werden, um bei diätetischen Nährmitteln verschiedenster Art Nährwerte und sättigende Wirkungen nach Wunsch aufeinander abzustimmen, also deren Verhältnis unter Anpassung an individuell verschiedenen Nährstoffbedarf und unterschiedliche Sättigungsansprüche in jedem Fall derart zu korrigieren, dass auch bei beschränkter Aufnahme von verdauliche Nährstoffen das Sättigungsgefühl nicht entbehrt zu werden braucht.
In der Einleitung ist schon darauf hingewiesen worden, dass reine Holzcellulose infolge ihrer Faserstruktur, die durch mechanische Mittel allein nicht beseitigt werden kann, nicht verzehrfähig ist jedenfalls nicht in grösseren Mengen.
Aber auch die faserfreien Produkte, die durch eingreifende Säurebehandlung von Cellulose gewonnen werden können (Hydrocellulosen), sind als Bestandteile für diätetische Nährmittel nicht verwendbar.
Cellulosepräparate, die als Zusatzmittel für diätetische Nährmittel geeignet sein sollen, dürfen nämlich nicht die Eigenschaft besitzen, in Wasser über einen gewollten mechanisch herbeigeführten Feinheitsgrad zu zerfallen. Diese Bedingung wird durch erfindungsgemäss hergestellte Cellulosemehle erfüllt.
Um für Verfütterung an landwirtschaftliche Nutztiere fertig aufbereitete Cellulosemehle als Zusatzmittel für diätetische Nährmittel noch geeigneter und besser zubereitungsfähig zu machen, wird das lufttrockene Material in Schlagkreuzmühlen, Kugelmühlen od. dgl. weiter vermahlen. bis der Feinheitsgrad etwa von griffigem Weizenmehl erreicht ist ; dabei kann durch Zusatz geringer Mengen von Weizenmehl, Zucker od. dgl. der Wirkungsgrad des Mahlvorgangs, besonders in Kugelmühlen. bedeutend erhöht werden.
Zu dem Stand der Technik werden noch folgende Ausführungen gemacht :
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Verwendung des Strohes als Viehfutter leichter löslich zu machen, wofür eine Erhitzung mit 0'8-1'500 Salzsäure bei etwa 3 alm Druck während einer Stunde als erforderlich angegeben wird.
Das vorliegende und das bekannte Verfahren gehen von ganz verschiedenen Ausgangs- materialien aus.
Bei Strohhäcksel handelt es sich um weitgehend mit Lignin und ähnlichen unverdaulichen Stoffen inkrustierte und mit ohne weiteres verdauliche Stoffen vermischte Cellulose, während das vorliegende Verfahren ausdrücklich von Cellulose ausgeht, die von den Inkrusten in bekannter Weise bereits befreit ist.
Entsprechend der Verschiedenartigkeit der Ausgangsmaterialien für die Säurebehandlung müssen auch die Ergebnisse ganz verschieden sein.
Gemäss dem bekannten Verfahren wird die Säurebehandlung zu dem Zweck durchgeführt, um die im Strohhäcksel enthaltenen Nährstoffe für die Verwendung als Viehfutter leichter löslich zu machen. Offenbar ist dabei an eine Wirkung gedacht, wie sie mit den üblichen Verfahren, z. B. des Sulfitkochprozesses, erreicht wird, denn nur durch eine Entfernung der Inkrusten kann eine Steigerung des Nährwertes stark inkrustierter Materialien erreicht werden. Durch Behandlung mit Salzsäure im Sinne des bekannten Verfahrens ist dieser Effekt tatsächlich aber nicht zu erzielen.
Das Ergebnis einer Salzsäurebehandlung von Stroh und Häcksel besteht vielmehr darin, dass die im Stroh enthaltenen verdauliche Eiweisskörper und Kohlehydrate gelöst werden und beim Auswaschen der Säure verloren gehen, während von der andern Seite die notwendige Entfernung der Inkrusten nicht gelingt, so dass also das Ergebnis der Salzsäurebehandlung nicht in einer Steigerung, sondern in einer Minderung des Futterwertes besteht.
Bei dem vorliegenden Verfahren liegen die Verhältnisse deshalb grundsätzlich anders, weil die Säurebehandlung erst dann einsetzt, wenn die Inkrusten, durch deren Anwesenheit
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die Gesamtverdaulichkeit des Materials stark heruntergesetzt wird, schon durch andere bekannte Mittel entfernt worden sind, und dass die Säurebehandlung nur zu dem Zweck durchgeführt wird, um eine Zerreibung der Fasern des Materials zu ermöglichen und dieses dadurch leichter verzehrbar zu machen, während die Verdaulichkeit bei reiner Cellulose bekanntlich von vornherein gegeben ist.
Bei einem andern bekannten Verfahren wird die Säurewirkung so stark durchgeführt, dass im wesentlichen eine Verzuckerung der in den verwendeten Ausgangsmaterialien. wie Torfmoos, enthaltenen Cellulose eintritt. Es handelt sich also um ein Verfahren, das den bekannten Holzverzuckerungsverfahren ähnlich ist. Offenbar gelingt es aber nach diesem bekannten Verfahren nicht, die Cellulose vollständig zu verzuckern, so dass ein wasserunlöslicher Rest verbleibt. Dieser ist aber nicht mehr Cellulose und vor allen Dingen nicht verdauliche Cellulose, vielmehr ein Reversionsprodukt der Cellulose, das dem Ausgangsmaterial nur äusserlich ähnlich ist. Solehe Reversionsprodukte sind aber wesentlich säurewiderstandsfähiger als das Ausgangsmaterial, die Cellulose, und im Gegensatz zu dieser unver- daulich.
Der Wert des bekannten Verfahrens liegt daher ausschliesslich in der Zuckergewinnung.
Ein weiteres bekanntes Verfahren geht von der Erkenntnis aus, dass Cellulose zwar ein hochverdauliche Futtermittel ist, sich aber jedoch infolge ihrer Faserstruktur und ihrer dadurch bedingten Eigenschaft, zu verfilzen, zur Verfütterung nicht eignet. Diese Schwierigkeit sucht man bei dem bekannten Verfahren dadurch zu beheben, dass man die Cellulose bei einem geeigneten Wassergehalt in Flocken stösst und diese trocknet, wobei durch Vermischung der Cellulose mit Stärkemehl, Zucker oder ähnlichen Stoffen das Ergebnis verbessert werden kann.
Die Vermischung der Cellulose mit den genannten Stoffen wird also zu dem Zweck durchgeführt, um die Elastizitätskräfte der Cellulosefasern
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Bei dem vorliegenden Verfahren besteht die Lösung des Celluloseverfütterungsproblems nicht in einer Verminderung der Elastizitätskräfte der Cellulosefasern, sondern in einer Zerstörung der letzteren, so dass eine Mischung des gemäss der Erfindung hergestellten Cellulosemittels mit irgendwelchen Stoffen an sieh nicht notwendig ist, trotzdem aber auch einen technischen Fortschritt darstellt, weil ein faserfreies Cellulosemehl sich als Aufsaugungsmittel, z. B. für Melasse, besonders eignet und vor allen Dingen von den Tieren in viel grösserem Masse verzehrt werden kann als gewöhnliche, noch ihre Faserstruktur besitzende Cellulose.
Im übrigen wird nach dem bekannten Verfahren gewöhnliche, das heisst noch Faserstruktur besitzende Cellulose, nach dem vorliegenden Verfahren hingegen faserfreies Cellulosemehl, also ein ganz anderer Aufsaugungsstoff benutzt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Futtermitteln oder Zusatzmitteln zu diätetischen Nährmitteln durch Säurebehandlung von Cellulose, dadurch gekennzeichnet, dass Cellulose, insbesondere Holzcellulose, die von ihren Inkrusten weitgehend befreit, jedoch in ihrer natürlichen Struktur unverändert geblieben ist, während einer Zeitdauer von etwa 60-90 Minuten bei Temperaturen von etwa 75--80'C so lange
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unterzogen wird, bis die Cellulosefasern in feuchtem Zustand zerreibbar geworden sind, worauf die gegebenenfalls neutralisierten und ausgewaschenen Cellulosefasern feucht in Seheibenmühlen od. dgl. zerrieben werden.