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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum biologischen Ensilieren von pflanzlichen und/oder tierischen Materialien unter Benutzung von Milchsäure bildenden Bakterien, bei dem Kohlehydratmaterialien, die in Milchsäure umgewandelt werden können, und Milchsäure bildenden Bakterien zu ensilierenden Ausgangsmaterialien beigefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass den Ausgangsmaterialien die folgenden Zusatzstoffe beigefügt werden: a) Milchsäure bildende, säuretolerante Bakterien, die von natürlich vorkommenden Bakterien der Gattung Streptococcus faecalis durch wiederholte Züchtung in einem Medium mit einem pH-Wert von 4 bis 4,7 ausgewählt worden sind, und wenigstens eines der folgenden Materialien:
b) Fermentierbare Kohlehydrate, c) Materialien, die Stärke in fermentierbare Kohlehydrate abbauen, d) Milchsäure bildende, Stärke abbauende Bakterien, die aus natürlich vorkommenden Bakterien der Arten Strep iococcus und Leuconostoc durch wiederholte Züchtung in einem Medium ausgewählt worden sind, das Stärke als die einzige wesentliche Kohlenstoffquelle enthält.
2. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff a) in einem Medium mit einem pH-Wert von 4,5 gezüchtet worden ist.
3. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Milchsäure bildenden, Stärke abbauenden Bakterien Streptococcus lactis und Leuconostoc mesenteroides sind.
4. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich stäbchenförmige Bakterien der Gattung Lactobacillus plantarum den Ausgangsmaterialien oder den Zusatzmaterialien hinzugefügt werden, so dass ein hoher Gehalt an Milchsäure für eine lange Zeit aufrechterhalten bleibt.
5. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Bakterien nach Züchtung im grossen Massstab und nach Gefriertrocknung mit Getreideprodukten zu einem Konzentrat vermischt werden, welches nach Verdünnung den Ausgangsmaterialien für den Ensilierungsprozess zugefügt wird.
6. Verfahren gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Bakterien dem Ausgangsmaterial oder dem Zusatzmaterial in einer solchen Menge beigefügt werden, dass zumindest 103 Bakterien pro Gramm des gesamten Ausgangsmaterials und des Zusatzmaterials zusammengenommen zur Verfügung stehen.
7. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien, die Stärke in fermentierbare Kohlehydrate abbauen, aus Malz, stärkeabbauenden Enzymen von Malz oder stärkeabbauenden Hefen oder anderen stärkeabbauenden Pilzen bestehen.
8. Verfahren gemäss Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Malz dem Ausgangsmaterial zugeführt wird und Malzextrakt in einer Menge von ungefähr 0,1 Gewichtsprozent den Nährmedien zugefügt worden ist, die bei der Auswahl der Bakterien benutzt worden sind.
9. Verfahren gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die säuretoleranten Bakterien a) und die stärkeabbauenden Bakterien d) den Ausgangsmaterialien oder Zusatzmaterial für den Ensilierungsprozess zusammen mit im wesentlichen Stärke als dem Kohlehydratmaterial, das in Milchsäure umgewandelt werden kann, zugeführt werden.
10. Verfahren gemäss Patentanspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass pflanzliche Materialien ensiliert werden.
11. Verfahren gemäss Patentanspruch 1 zum Ensilieren von tierischen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass die säuretoleranten Bakterien und fermentierbaren Kohlehydrate dem Ausgangsmaterial oder Zusatzmaterial für den Ensilierungsprozess zugesetzt werden.
Es ist bekannt, verschiedene Arten von pflanzlichen und tierischen Produkten, die im wesentlichen Fütterungszwekken dienen sollen, durch biologisches Ensilieren zu konservieren. Dies bedeutet eine Fermentation von Kohlehydraten, die in den Materialien enthalten oder diesen zugefügt sind, zu Milchsäure mit Hilfe von Milchsäure bildenden Bakterien. Bei der Bildung der Milchsäure wird eine Erniedrigung des pH-Wertes erreicht, was eine konservierende Wirkung hat. Gleichzeitig wird ein niedriges Redox-Potential erhalten, was oxidativen Abbau hemmt, wie zum Beispiel Ranzigwerden. Das biologische Ensilieren ist mehr und mehr in Gebrauch gekommen, um Nahrung oder Futtermaterialien zu nutzen, die sonst als Abfall und als ungeeignet zum Gebrauch angesehen worden wären.
Dies ist natürlich von grösster Bedeutung bei dem gegenwärtig drohenden globalen Nahrungsmittelmangel.
Beim biologischen Ensilieren sind geeignete Wachstumsbedingungen für die Milchsäure bildenden Mikroorganismen nötig. Bei den bisher bekannten Prozessen ist es notwendig gewesen, dass eine genügende Menge von Kohlehydraten (Zuckern) anwesend ist, die durch die Mikroorganismen fermentierbar sind, oder es ist notwendig gewesen, Stärke abbauende Enzyme oder Materialien hinzuzufügen, wie z. B. Malz, um die vorhandene Stärke in fermentierbare Kohlehydrate umzuwandeln. Solche Zusätze sind in verhältnismässig grossen Mengen benötigt worden, und zwar normalerweise mehr als 20% von Stärke enthaltendem Material.
Beim Ensilieren ist es sehr erstrebenswert, dass ein ausreichend hoher Milchsäuregehalt schnell beim Silieren erhalten wird, so dass konkurrierende Fäulnisreaktionen nicht zu weit voranschreiten. Dies erfordert, dass im Futter Bakterien eines Typs zur Verfügung stehen, die bei den niedrigen pH Werten, die im Futter entstehen, schnell wachsen können.
Bei den bereits bekannten Silierungsverfahren, wie sie oben erwähnt wurden, sind jedoch nur die Bakterien benutzt worden, die von Anfang an im Ausgangsmaterial oder dem Zusatzstoff anwesend waren. Wegen Unterschieden im Typ des Ausgangsmaterials und des Zusatzstoffes und auch durch geographische und jahreszeitliche Unterschiede desselben Materials sind jedoch Unterschiede im Verlaufe der Fermentation entstanden, so dass Ensilierungsprodukte unterschiedlicher Qualität erhalten worden sind. Um einen optimalen und reproduzierbaren Silierungsprozess zu erhalten, würde es daher sehr erstrebenswert sein, Zugang zu Bakterien mit für das Ensilieren bestimmten Eigenschaften zu haben. Auf diese Weise sollte es möglich sein, den Ensilierungsprozess in einer gewünschten Richtung zu kontrollieren und ihn auch an verschiedene Typen von Ausgangsmaterialien anzupassen.
Darüber hinaus ist es, da die fermentierbaren Zucker als auch die Enzyme und Malz verhältnismässig teuer sind, auch oft erstrebenswert, ein biologisches Ensilierungsverfahren zu finden, das ohne Hinzufügung von diesen teuren Materialien ausgeführt werden kann. Dieses würde möglich sein, wenn Milchsäure bildende Bakterien gefunden werden könnten, die die billigen Sorten von Stärke in Milchsäure umzuwandeln vermögen. Gemäss der bisher bekannten Literatur sind jedoch Bakterien mit solchen Eigenschaften nicht bekannt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es durch
selektive Kultur möglich geworden ist, eine Bakterienart, die Zucker bei niedrigen pH-Werten zu Milchsäure fermentieren kann, und auch eine Bakterienart zu erzeugen, die Stärke zu fermentierbaren Zuckern abbauen kann. Gemäss der Erfindung werden die erstgenannten dieser Arten oder beide dem zu ensilierenden Ausgangsmaterial hinzugefügt.
In den Fällen, bei denen fermentierbare Zucker im Ausgangsmaterial oder im Zusatzmaterial in ausreichender Menge vorhanden sind, reicht es aus, nur die Bakterienart zuzufügen, die bei niedrigem pH-Wert aktiv ist. Es wird dann eine Umwandlung in Milchsäure erhalten, die schneller und weitergehend ist als bei den vorher bekannten Verfahren.
In den Fällen, bei denen fermentierbare Zucker überhaupt nicht oder nur in unzureichenden Mengen im Aus gangsmaterial oder dem Zusatzmaterial vorhanden sind, ist es auch notwendig, Bakterien der Stärke abbauenden Art hinzuzufügen, da eine Hinzufügung der Art, die nur bei niedrigem pH-Wert aktiv ist, zu einer zu langsamen Fermentation führen würde. Es versteht sich von selbst, dass Stärke enthaltende Kohlehydratmaterialien in diesem Falle anwesend sein müssen.
Bei der Auswahl der zwei Typen von Bakterien werden zwei Proben von einem vorher biologisch ensilierten Material entnommen. Eine dieser Proben wird wiederholt in einem Substrat mit einem pH-Wert, der bis auf 4 bis 4,7, vorzugsweise 4,5, abnimmt, kultiviert. Die andere wird wiederholt in einem Substrat kultiviert, das Stärke als die alleinige Kohlenstoffquelle enthält. Die auf diese Weise ausgewählten Arten können dann in einem grösseren Massstab auf einem entsprechenden Substrat kultiviert und gesammelt werden, z. B. durch Gefriertrocknen, um mit einer Trägersubstanz, z. B. Getreide in der Form von Griess oder Grütze, zu einem Konzentrat gemischt zu werden, das nach zusätzlicher Verdünnung dem Ausgangsmaterial für das Ensilierungsverfahren hinzugefügt wird.
Wie oben gesagt, werden dem Ausgangsmaterial für das Ensilierungsverfahren Kohlehydrate zugesetzt, die durch die hinzugefügten Bakterien zu Milchsäure umgewandelt werden können. Diese Kohlehydrate können aus verschiedenen Stärke enthaltenden Materialien bestehen, vorzugsweise Getreideprodukten, z. B. Getreide in der Form von Griess, die mit Vorteil in Form eines Verdünnungsmittels für das Bak terienkonzentrat hinzugefügt werden können. Wie oben erwähnt wurde, ist es nicht nötig, irgendwelche fermentierbaren Zucker oder Stärke abbauenden Faktoren in dem Fall hinzuzufügen, bei dem beide Typen von Bakterien benutzt werden; es kann jedoch von Vorteil sein, solche Materialien in kleineren Mengen hinzuzufügen, da dies die Fermentation zu Milchsäure schneller in Gang bringen wird.
Dies gilt ganz besonders, wenn tierische Materialien ensiliert werden, während es für gewisse pflanzliche Materialien nicht nötig ist, die oft von Anfang an fermentierbare Zucker enthalten. Es kann auch günstig sein, kleine Mengen von Malz, da dieses beide die Entwicklung von Bakterien fördernde Biofaktoren enthält, und Stärke abbauende Enzyme hinzuzufügen. Malzprodukte, die Stärke abbauen, können auch hinzugefügt werden, wie z. B. Diastase. Darüber hinaus können weitere Stärke abbauende Materialien auch noch hinzugefügt werden, wie z. B. Stärke abbauende Hefen oder andere Pilze bzw. Fungi.
Zusammenfassend sollten daher die säuretoleranten Bakterien immer anwesend sein, um zu garantieren, dass eine Fermentation zu Milchsäure schnell anfängt und bis zu einem niedrigen pH-Wert in dem der Ensilierung ausgesetzten Futter fortschreitet. Um das Material zu beschaffen, das durch die säuretoleranten Bakterien fermentiert werden soll bestehen jedoch verschiedene Möglichkeiten. So kann das zu ensilierende Material selber eine ausreichende Menge von fermentierbaren Zuckern enthalten, oder solche Zucker können dem Material hinzugefügt werden. Darüber hinaus kann das Material Stärke enthalten oder mit Stärke gemischt werden. In diesem Fall müssen Mittel beschafft werden, um die Stärke in fermentierbare Zucker abzubauen, und diese können aus Malz bestehen, das Stärke abbauende Enzyme enthält, wie z. B.
Diastase, oder aus diesen oder anderen Stärke abbauenden Enzymen in einer gereinigten Form. Darüber hinaus können andere Stärke abbauende Materialien wie Stärke abbauende Hefen oder andere Pilze hinzugefügt werden. Schliesslich können die Stärke abbauenden Bakterien benutzt werden, die erfindungsgemäss ausgewählt worden sind. Es versteht sich von selbst, dass eines oder mehrere dieser Materialien zusammen benutzt werden können. Die wichtige Bedingung ist, dass eine Fermentation zu Milchsäure und bis zu einem niedrigen pH-Wert im Futter schnell erreicht werden muss, so dass dieser Vorgang schneller abläuft als konkurrierende Fermentationen und andere Reaktionen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum biologischen Ensilieren von pflanzlichen und/oder tierischen Materialien unter Benützung von Milchsäure bildenden Bakterien, bei den Kohlehydratmaterialien, die in Milchsäure umgewandelt werden können, und Milchsäure bildende Bakterien den zu ensilierenden Ausgangsmaterialien beigefügt werden, ist im vorangehenden Patentanspruch 1 charakterisiert.
Wenn es beabsichtigt ist, das Futter für eine lange Zeit zu konservieren, sollten durch stäbchenförmige Bakterien der Art Lactobazillus, wie z. B. Lactobazillus Plantarum, ebenfalls dem Ausgangsmaterial oder dem Zusatzstoff hinzugefügt werden. Diese Bakterien wachsen im Futter langsamer als die vorher genannten Bakterienarten, sind jedoch mit einem niedrigen pH-Wert verträglich und haben daher einen vorteilhaften Einfluss auf die Aufrechterhaltung eines hohen Gehalts an Milchsäure während langer Konservierungszeiten.
Das erfindungsgemäss zu ensilierende Material kann aus einem tierischen Material bestehen, wie zum Beispiel aus verschiedenen Sorten von Fleisch und Fisch und Abfallprodukten davon, wie z. B. Blut, Fleischabschnitten, Eingeweiden von Fischen usw., oder aus pflanzlichem Material, wie z. B.
verschiedenen Grünfuttern, z. B. Gras, Klee, Luzerne und den oberen Teilen von Zuckerrüben, oder aus industriellen Abfällen, wie z. B. Trester. Es ist auch möglich, das erfindungsgemässe Verfahren zum Ensilieren von Mist von verschiedenen Tieren, wie z. B. Rindern und Geflügel, zu verwenden.
Um einen schnellen und sicheren Ensilierungsvorgang zu erhalten, sollten die verschiedenen Bakterien dem Ausgangsmaterial oder dem Zusatzmaterial in einer Menge zugefügt werden, die wenigstens ungefähr 103 Organismen jeder Bakteriensorte pro Gramm Mischung des Ausgangsmaterials oder des Zusatzmaterials vorsieht. Dies wird bevorzugterweise auf solche Weise erreicht, dass ein Konzentrat vorgesehen ist, das jede der gewünschten Bakterienarten in einer Konzentration von 107 bis 108 Organismen pro Gramm enthält, wonach der Benutzer das Konzentrat mit Getreideprodukten, z. B. Getreide in der Form von Griess, in solchem Masse verdünnt, dass die benötigte Bakterienkonzentration erreicht wird, wenn diese Mischung dem Ausgangsmaterial für die Ensilierung hinzugefügt wird.
Das Konzentrat wiederum ist eine Trägersubstanz mit Zumischung von den gefriergetrockneten Bakterien von den Kulturen, in denen die Bakterien-Konzentrationen ungefähr 1012 Bakterien pro Gramm sind.
Das erfindungsgemässe Ensilierungsverfahren soll hauptsächlich der Konservierung und der Zubereitung von Fütterungsmaterialien zum Beispiel für Tiere in der Landwirtschaft, Geflügel und Haustiere dienen. Durch Auswahl von passenden Ensilierungsbedingungen und von passendem Ausgangsmaterial, z. B. Fischfilets oder rohen zerkleinerten Fischen, ist es jedoch auch möglich, Nahrungsmittel für menschlichen Verzehr zuzubereiten; auch dies wird durch die Erfindung umfasst.
Das Stärke enthaltende Material und/oder die fermentierbaren Zucker sollten zusammen mit den Bakterien zu dem zu ensilierenden Ausgangsmaterial in einer Menge von 1 bis 12, jedoch normalerweise 3 bis 10 Gewichtsprozent, berechnet auf das Ausgangsmaterial, hinzugefügt werden.
Wenn z. B. tierisches Material ensiliert wird, ist 9 Gewichtsprozent ein passender Wert. Diese Menge ist beträchtlich kleiner als die Mengen von Stärke enthaltendem Material und von Malz, die bei Ensilierungsverfahren der bisher bekannten Arten benötigt werden, wo wenigstens ungefähr 20 Gewichtsprozent benötigt werden, um gute Resultate zu erhalten. Dies ist daher ein grosser Vorteil der Erfindung. Bei der Ensilierung von pflanzlichen Materialien werden vorzugsweise 1 bis 6 Gewichtsprozent von Kohlehydraten (mit beigemischten Bakterien), insbesondere ungefähr 3 Gewichtsprozent, hinzugefügt.
Die Selektion der erfindungsgemäss benutzten Bakterien wird auf folgende Weise durchgeführt.
Es wird von einer Probe ausgegangen, die vorzugsweise von einem vorher biologisch ensilierten Material genommen wird, die jedoch auch von verschiedenen Körnerfrüchten, Grünfutter und Dung von verschiedener Herkunft genommen werden kann. Diese Probe wird auf einem Substrat für Milchsäurebakterien, z. B. Tomaten-Agar, bei ungefähr 28 C gezüchtet.
Zur Züchtung der säuretoleranten Bakterien wird eine passende Anzahl der gebildeten Bakterienkolonien entnommen und in ein schwach gepuffertes flüssiges Medium übertragen, das z. B. die im folgenden angedeutete Zusammensetzung hat. Am Anfang ist der pH-Wert des Mediums ungefähr 6 bis 6,2, er wird jedoch während der Züchtung schnell (innerhalb eines Tages) bis auf weniger als 4,5 abfallen. Die Züchtung wird mit diesem niedrigen pH-Wert für eine lange Zeit (ungefähr 3 Wochen) bei 28 0C belassen, um die Arten auszuwählen, die am besten der sauren Umgebung widerstehen. Nach dieser Zeit werden die lebensfähigen Bakterien in ein neues Medium derselben Zusammenstellung übertragen, und die Züchtung wird wiederum ungefähr 3 Wochen sich selbst überlassen. Auch hier wird ein schnelles Absinken des pH-Wertes bis unterhalb 4,5 erhalten.
Die Bakterien werden weiter jede dritte Woche ungefähr 8mal übertragen; danach ändert sich die ausgewählte Art nicht mehr zusätzlich in beachtenswertem Masse. Danach können die
Bakterien in grossem Massstab gezüchtet und gefriergetrocknet werden, um als Ausgangsmaterial für das Bakterienkonzentrat benutzt zu werden.
Das benutzte Medium hat die folgende Zusammensetzung:
Pepton lOg
Fleischextrakt 10 g
Hefe 5g
Glukose 20 g
Tween 80' 1 mol
K2HPO4 2g
Natrium-Azetat 5 g
Diammonium-Zitrat 2 g
MgSO4 7H2O 200 mg
MnSO4 4H2O 50 mg
Destilliertes Wasser bis zu 11
Tween 80@ ist ein eingetragenes Warenzeichen für Polyoxyäthylen-(20)-Sobitan-Monooleat. Das Medium hat einen pH-Wert von 6,0.
Wenn Malz beim Ensilieren als Zusatzstoff verwendet werden soll, wird passenderweise dem Medium auch 0,1 % Malzextrakt hinzugefügt, damit die Bakterien stimuliert werden, in einer Malz enthaltenden Umgebung besser zu wachsen.
Es wurde herausgefunden, dass die auf diese Weise ausgewählten Bakterien von der Gattung Streptococcus faecalis sind und die folgenden charakteristischen Eigenschaften haben:
Gramreaktion +
Katalasereaktion
Wachstum bei 15"C +
Wachstum bei 45"C +
Wachstum bei 50"C
NH3 aus Arginin +
Fermentation von:
Laktose +
Maltose +
Arabinose
Melezitose
Melebiose
Trehalose +
Stärke
Für die charakteristischen Eigenschaften dieser Bakterien trifft die Beschreibung in Bergey's Manual of Determinative Bacteriology , Ausgabe 1957, Seite 522, mit dem Zusatz zu, dass sie einem pH-Wert von unter 4,5 gut widerstehen und unter diesen Bedingungen schnell wachsen.
Um die Stärke umwandelnden Bakterien herzustellen, wird eine passende Anzahl von Bakterienkolonien aus der ersten Vorbereitungskultur entnommen und in ein Medium inokuliert, das Stärke als die einzige wesentliche Kohlenstoffquelle enthält. Diese Bakterien werden bei ungefähr 28"C für ungefähr 2 Wochen gezüchtet, so dass die Bakterien angeregt werden, Stärke abbauende Enzyme zu produzieren.
Der pH-Wert des Mediums ist ungefähr 6 bis 6,2. Die auf diese Weise erhaltenen Bakterien werden zusätzlich in ein neues Substrat mit Stärke als alleiniger Kohlenstoffquelle übertragen, und dieser Vorgang wird wiederholt, bis eine Art erhalten ist, die sich als stark Stärke abbauend in Tests auf blaugefärbter Stärke erweist. Dann werden die Bakterien im grossen Massstab mikroaerophilisch unter Kohlendioxyd gezüchtet und gefriergetrocknet, um als Ausgangsmaterial für das Bakterienkonzentrat benutzt zu werden.
In Fällen, bei denen Malz im Zusatzstoff für das Ensilieren eingeschlossen ist, kann Malzextrakt zu dem Züchtungsmedium auch für diese Bakterien hinzugefügt werden, um sie anzuregen, in einer Umgebung besser zu wachsen, in der Malz enthalten ist. Das hier benutzte Zuchtmedium hat die folgende Zusammensetzung:
Pepton 7g
Fleischextrakt 5 g
Hefeextrakt 2,5 g
Stärke (Weizenmehl) 14 g
Tween 800 ml
K2HPO4 2,lg
Tomatensaft 35 ml
Wasser bis zu 11
Malzextrakt (wenn gewünscht) 1 g
Dieses Medium hat einen pH-Wert von 6,2.
Es wurde gefunden, dass die auf diese Weise ausgewählten Bakterien den Gattungen Streptococcus und Leuconostoc, insbesondere S. lactid und L. mesenteroides angehören.
Sie haben die folgenden charakteristischen Eigenschaften:
Gramreaktion +
Katalasereaktion
Wachstum bei 15"C +
Wachstum bei 45"C
Wachstum bei 50"C
NH3 aus Arginin +
Fermentation von:
Laktose +
Maltose +
Arabinose
Melezitose
Melibiose +
Trehalose +
Stärke +
Raffinose +
Xylose +
Die Eigenschaften dieser Bakterien entsprechen dem, was in Bergey's Manual of Determinative Bacteriology , Ausgabe 1957, Seiten 525 und 531 angegeben ist, mit dem Zusatz, dass sie Stärke abbauen und zu Milchsäure fermentieren können.
Das erfindungsgemässe Ensilierungsverfahren wird durch die folgenden Beispiele weiter beschrieben, bei dem das Ensilieren von tierischen und pflanzlichen Materialien gemäss der Erfindung im Vergleich mit vorher bekannten Ensilierungsverfahren gezeigt wird.
Beispiel 1
Bei diesem Beispiel wurden 4 Ensilierungsmassen bereitet, von denen jede 10 kg Ostseehering zusammen mit den unten angegebenen Zusätzen enthielt. Nach dem Mischen wurden die verschiedenen Massen bei 24"C für einen Monat belassen; danach wurden die erhaltenen Ensilierungsprodukte analysiert. Die gewonnenen Ergebnisse der Analysen sind in der folgenden Tabelle I angegeben. Die vier Ensilierungsmassen haben die folgende Zusammensetzung: Masse A:
10 kg Ostseehering+ 1,5 kg Griess.
Masse B:
10 kg Ostseehering + 1,5 kg Griess, wozu 104 Bakterien pro g Ensilierungsmaterial von Stärke abbauenden Bakterien hinzugefügt worden war, die gemäss dem oben Gesagten ausgewählt worden waren.
Masse C:
10 kg Ostseehering + 0,9 kg einer Mischung von 5 Gewichtsteilen Griess und einem Gewichtsteil Malz.
Masse D:
10 kg Ostseehering + 0,9 kg einer Mischung von 5 Gewichtsteilen von Griess und einem Gewichtsteil Malz und ausserdem 104 Bakterien pro Gramm von sowohl den Säuretoleranten als auch den Stärke abbauenden Bakterien, die wie oben beschrieben ausgewählt wurden.
Tabelle I Masse A B C D Trockensubstanz 31 31 26,4 35,6 Totaler Stickstoff 2,70 2,77 2,73 2,68 Ammoniakstickstoff 0,96 0,97 1,05 0,31 NH3-N/Total-Nin % 35,6 35,0 38,5 11,5 Milchsäure < 0,1 < 0,1 1,5 3,6 Buttersäure 1,59 1,61 1,5 0,0 pH 7,2 7,1 6,5 4,8
In der Tabelle sind die Konzentrationswerte in Gewichtsprozent angegeben. Als Mass für die Qualität eines Silierungsproduktes wird gewähnlich die Konzentration von Milchsäure, die hoch sein sollte, als auch der Gehalt an Buttersäure und das Verhältnis von Ammoniakstickstoff zum gesamten Stickstoff, welche Werte so niedrig wie möglich sein sollten, angegeben. Wenn das Verhältnis von Ammoniakstickstoffzum gesamten Stickstoffin einem Silierungsprodukt 20% überschreitet, kann das Silierungsprodukt als verdorben oder als an dem Punkt, an dem es gerade verdirbt, betrachtet werden.
Der Gehalt an Buttersäure sollte nicht ein paar Zehntel Prozent überschreiten.
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, dass das erfindungsgemäss hergestellte Silierungsprodukt D von beträchtlich besserer Qualität als die anderen ist und einen hohen Gehalt von Milchsäure hat, während die Werte des Buttersäuregehalts und das Verhältnis von Ammoniakstickstoff zum Gesamtstickstoff niedrig sind.
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel wurde Luzerne ensiliert, die eine Weidenpflanze ist, die gewöhnlich schwierig zu ensilieren ist.
Vier Massen mit den unten angegebenen Zusammensetzungen wurden hergestellt und ensiliert und für einen Monat bei 28 "C gelagert; danach wurden die erhaltenen Silierungsprodukte analysiert. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle II angegeben. Die vier Ensilierungsmassen hatten die folgende Zusammensetzung: Masse E:
Luzerne + 5 Gewichtsprozent Griess Masse F:
Luzerne +5 Gewichtsprozent Griess + Stärke abbauende Bakterien.
Masse G:
Luzerne +5 Gewichtsprozent Griess + säuretolerante Bakterien.
Masse H:
Luzerne + 5 Gewichtsprozent Griess + Stärke abbauende Bakterien + säuretolerante Bakterien.
Die verschiedenen Bakterien wurden in jedem Fall in einer Menge hinzugefügt, die 105 Organismen pro Gramm Ausgangsmaterial zum Ensilieren zur Verfügung stellte.
Tabelle II Masse E F G H Trockensubstanz 16,5 19,5 19,7 22,0 Gesamtstickstoff 0,60 0,62 0,68 0,71 Ammoniakstickstoff 0,19 0,099 0,070 0,029 NH3-N/Total-N in % 31 14 11 4 Milchsäure 0,1 0,3 1,0 1,7 Buttersäure 0,23 0,01 0,01 0,01 pH 7,5 5,1 4,9 4,3
In der Tabelle sind alle Konzentrationswerte in Gewichtsprozenten angegeben.
Es ist aus dieser Tabelle ersichtlich, dass die Massen F, G und H alle annehmbare Resultate lieferten, dass aber die weitaus besten Resultate mit Masse H erhalten wurden, bei der beide Bakterienarten benutzt sind. Die annehmbaren Resultate, die lediglich durch Benutzung der säuretoleranten Bakterien erhalten wurden, beruhen auf der Tatsache, dass Luzerne normalerweise eine kleine Menge von Zuckern enthält, die fermentiert werden können. Dies ist häufig der Fall, wenn pflanzliche Materialien ensiliert werden.
Es ist auch aus den Werten der Tabelle ersichtlich, dass die zwei Arten von Bakterien den Einfluss voneinander auf den Fermentationsprozess stark kräftigen (sog. Synergismus).
Mit dem Verfahren werden also tierische und/oder pflanzliche Materialien biologisch mit der Hilfe von Milchsäure bildenden Bakterien und Kohlehydratmaterialien, die in Milchsäure umgewandelt werden können, ensiliert. Um den Ensilierungsprozess zu erleichtern, werden ausgewählte säuretolerante Milchsäure bildende Bakterien der Gattung Streptococcus faecalis den Ausgangsmaterialien zusammen mit fermentierbaren Kohlehydraten, Materialien, die Stärke in fermentierbare Kohlehydrate umwandeln und/oder ausgewählten Milchsäure bildenden Stärke abbauenden Bakterien der Gattungen Streptococcus und Leuconostoc beigefügt.
Für das Verfahren der Erfindung besonders bevorzugte Bakterien sind mit folgenden Bezeichnungen beim Royal Agricultural College Ultuna, Schweden, hinterlegt worden:
Streptococcus faecalis 10 528 (strain F)
Streptococcus lactis/Leuconostoc mensenteroides 10 531-68-llSM.
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PATENT CLAIMS
1. A method for the biological ensilaging of plant and / or animal materials using lactic acid-forming bacteria, in which carbohydrate materials which can be converted into lactic acid and lactic acid-forming bacteria are added to ensilating starting materials, characterized in that the starting materials contain the following additives are added: a) lactic acid-forming, acid-tolerant bacteria, which have been selected from naturally occurring bacteria of the genus Streptococcus faecalis by repeated cultivation in a medium with a pH of 4 to 4.7, and at least one of the following materials:
b) Fermentable carbohydrates, c) Materials that break down starch into fermentable carbohydrates, d) Lactic acid-producing, starch-breaking bacteria selected from naturally occurring bacteria of the species Strep iococcus and Leuconostoc by repeated cultivation in a medium that is starch contains only essential carbon source.
2. The method according to claim 1, characterized in that the additive a) has been grown in a medium with a pH of 4.5.
3. The method according to claim 1, characterized in that the lactic acid-forming, starch-degrading bacteria are Streptococcus lactis and Leuconostoc mesenteroides.
4. The method according to claim 1, characterized in that additional rod-shaped bacteria of the genus Lactobacillus plantarum are added to the starting materials or the additional materials, so that a high lactic acid content is maintained for a long time.
5. The method according to claim 1, characterized in that the selected bacteria after cultivation on a large scale and after freeze-drying are mixed with cereal products to form a concentrate which, after dilution, is added to the starting materials for the ensiling process.
6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the various bacteria are added to the starting material or the additional material in such an amount that at least 103 bacteria per gram of the total starting material and the additional material are available together.
7. The method according to claim 1, characterized in that the materials that break down starch into fermentable carbohydrates consist of malt, starch-degrading enzymes of malt or starch-degrading yeasts or other starch-degrading fungi.
8. The method according to claim 7, characterized in that malt is added to the starting material and malt extract in an amount of about 0.1 percent by weight has been added to the nutrient media that were used in the selection of the bacteria.
9. The method according to claim 1, characterized in that the acid-tolerant bacteria a) and the starch-degrading bacteria d) the starting materials or additional material for the ensiling process together with essentially starch as the carbohydrate material, which can be converted into lactic acid, are supplied.
10. The method according to claim 9, characterized in that vegetable materials are ensilated.
11. The method according to claim 1 for ensiling animal materials, characterized in that the acid-tolerant bacteria and fermentable carbohydrates are added to the starting material or additional material for the ensiling process.
It is known to conserve various types of plant and animal products, which are primarily intended for feeding purposes, by biological ensiling. This means fermentation of carbohydrates contained in or added to the materials to lactic acid with the help of lactic acid-forming bacteria. When lactic acid is formed, the pH is lowered, which has a preserving effect. At the same time, a low redox potential is obtained, which inhibits oxidative degradation, such as becoming rancid. Biological ensiling has come into increasing use to use food or feed materials that would otherwise have been considered waste and unsuitable for use.
Of course, this is of the utmost importance given the current global food shortage.
In biological ensiling, suitable growth conditions for the lactic acid-forming microorganisms are necessary. In the processes known hitherto, it was necessary for a sufficient amount of carbohydrates (sugars) to be present which can be fermented by the microorganisms, or it was necessary to add starch-degrading enzymes or materials, such as e.g. B. malt to convert the existing starch into fermentable carbohydrates. Such additives have been required in relatively large amounts, usually more than 20% of starch containing material.
When ensiling, it is very desirable that a sufficiently high lactic acid content is quickly obtained during ensiling so that competing putrefactive reactions do not progress too far. This requires that bacteria of a type are available in the feed that can grow quickly at the low pH values that arise in the feed.
In the already known ensiling processes, as mentioned above, however, only the bacteria that were present in the starting material or the additive from the beginning have been used. Due to differences in the type of the starting material and the additive and also due to geographical and seasonal differences of the same material, however, differences have arisen in the course of the fermentation, so that ensiling products of different quality have been obtained. In order to obtain an optimal and reproducible ensiling process, it would therefore be very desirable to have access to bacteria with properties intended for ensiling. In this way it should be possible to control the ensilation process in a desired direction and also adapt it to different types of starting materials.
In addition, since the fermentable sugars as well as the enzymes and malt are relatively expensive, it is also often desirable to find a biological ensiling process that can be carried out without the addition of these expensive materials. This would be possible if lactic acid-producing bacteria could be found that can convert the cheap varieties of starch to lactic acid. According to the previously known literature, however, bacteria with such properties are not known.
The invention is based on the knowledge that it is
selective culture has become possible, a type of bacteria that can ferment sugar into lactic acid at low pH and also a type of bacteria that can break down starch into fermentable sugars. According to the invention, the former of these types or both are added to the starting material to be ensilated.
In those cases in which fermentable sugars are present in sufficient quantities in the starting material or in the additional material, it is sufficient to add only the type of bacteria which is active at a low pH. A conversion to lactic acid is then obtained which is faster and more extensive than in the previously known processes.
In those cases in which fermentable sugars are not present at all or only in insufficient quantities in the starting material or the additional material, it is also necessary to add bacteria of the starch-degrading type, since an addition of the type which is only active at low pH is too slow fermentation. It goes without saying that starch-containing carbohydrate materials must be present in this case.
When selecting the two types of bacteria, two samples are taken from a previously biologically ensiled material. One of these samples is repeatedly grown in a substrate with a pH that decreases to 4 to 4.7, preferably 4.5. The other is repeatedly grown in a substrate containing starch as the sole carbon source. The species selected in this way can then be cultivated and collected on a larger scale on a corresponding substrate, for. B. by freeze-drying to with a carrier, for. B. cereals in the form of semolina or groats to be mixed into a concentrate, which is added to the starting material for the ensiling process after additional dilution.
As stated above, carbohydrates are added to the starting material for the ensiling process, which can be converted to lactic acid by the added bacteria. These carbohydrates can consist of various starch containing materials, preferably cereal products, e.g. B. cereals in the form of semolina, which can advantageously be added in the form of a diluent for the bakery concentrate. As mentioned above, there is no need to add any fermentable sugar or starch degrading factors in the case where both types of bacteria are used; however, it may be beneficial to add such materials in smaller quantities as this will start fermentation to lactic acid more quickly.
This is especially true when animal materials are ensiled, while it is not necessary for certain plant materials that often contain fermentable sugars from the start. It may also be beneficial to add small amounts of malt as it contains both bacterial biofactors and starch-degrading enzymes. Malt products that break down starch can also be added, such as. B. Diastasis. In addition, other starch-degrading materials can also be added, such as. B. starch-degrading yeasts or other fungi or fungi.
In summary, the acid-tolerant bacteria should therefore always be present to guarantee that fermentation to lactic acid begins quickly and progresses to a low pH in the feed exposed to ensilation. However, there are various options for procuring the material that is to be fermented by the acid-tolerant bacteria. For example, the material to be ensiled can itself contain a sufficient amount of fermentable sugars, or such sugars can be added to the material. The material can also contain starch or be mixed with starch. In this case, funds must be obtained to break down the starch into fermentable sugars, and these may consist of malt that contains starch-degrading enzymes, such as. B.
Diastase, or from these or other starch-degrading enzymes in a purified form. In addition, other starch-degrading materials such as starch-degrading yeasts or other mushrooms can be added. Finally, the starch-degrading bacteria that have been selected according to the invention can be used. It goes without saying that one or more of these materials can be used together. The important condition is that fermentation to lactic acid and down to a low pH in the feed must be achieved quickly, so that this process is faster than competing fermentations and other reactions.
The process according to the invention for the biological ensilaging of plant and / or animal materials using lactic acid-forming bacteria, in the case of carbohydrate materials which can be converted into lactic acid and lactic acid-forming bacteria added to the starting materials to be ensilated, is characterized in the preceding patent claim 1.
If it is intended to preserve the feed for a long time, rod-shaped bacteria of the Lactobacillus type, such as. B. Lactobacillus plantarum, also be added to the starting material or the additive. These bacteria grow more slowly in the feed than the previously mentioned types of bacteria, but are compatible with a low pH value and therefore have a beneficial effect on maintaining a high lactic acid content during long preservation times.
The material to be ensilaged according to the invention can consist of an animal material, such as, for example, various types of meat and fish and waste products thereof, such as, for. As blood, sections of meat, viscera of fish, etc., or from vegetable material such. B.
various green fodder, e.g. B. grass, clover, alfalfa and the upper parts of sugar beet, or from industrial waste such. B. marc. It is also possible to use the method according to the invention for ensiling manure from various animals, such as. B. cattle and poultry to use.
In order to achieve a fast and safe ensiling process, the various bacteria should be added to the starting material or the additional material in an amount which provides at least about 103 organisms of each type of bacteria per gram mixture of the starting material or the additional material. This is preferably accomplished in such a way that a concentrate is provided which contains each of the desired types of bacteria in a concentration of 107 to 108 organisms per gram, after which the user with the concentrate with cereal products, e.g. B. Grain in the form of semolina, diluted to such an extent that the required bacterial concentration is reached when this mixture is added to the starting material for ensilation.
The concentrate in turn is a carrier substance with admixture of the freeze-dried bacteria from the cultures in which the bacterial concentrations are approximately 1012 bacteria per gram.
The ensiling method according to the invention is primarily intended to preserve and prepare feeding materials, for example for animals in agriculture, poultry and pets. By selecting suitable ensiling conditions and suitable starting material, e.g. As fish fillets or raw minced fish, it is also possible to prepare food for human consumption; this is also encompassed by the invention.
The starch-containing material and / or the fermentable sugars should be added together with the bacteria to the starting material to be ensilated in an amount of 1 to 12, but usually 3 to 10 percent by weight, based on the starting material.
If e.g. B. animal material is ensiled, 9 weight percent is a suitable value. This amount is considerably less than the amounts of starch-containing material and malt required in ensilaging processes of the types known hitherto, where at least about 20% by weight are required to obtain good results. This is therefore a great advantage of the invention. When ensiling plant materials, preferably 1 to 6% by weight of carbohydrates (with added bacteria), in particular approximately 3% by weight, are added.
The bacteria used according to the invention are selected in the following manner.
A sample is assumed, which is preferably taken from a previously biologically ensiled material, but which can also be taken from various grains, green fodder and manure from different origins. This sample is placed on a substrate for lactic acid bacteria, e.g. B. Tomato Agar, grown at approximately 28 ° C.
To grow the acid-tolerant bacteria, a suitable number of the bacterial colonies formed is removed and transferred to a weakly buffered liquid medium, which, for. B. has the composition indicated below. Initially, the pH of the medium is around 6 to 6.2, but it will drop rapidly (within a day) to less than 4.5 during cultivation. The culture is left at this low pH for a long time (approximately 3 weeks) at 28 ° C to select the species that best withstand the acidic environment. After this time, the viable bacteria are transferred to a new medium of the same composition and the cultivation is again left to its own devices for about 3 weeks. Here too, the pH value drops rapidly to below 4.5.
The bacteria continue to be transmitted approximately every eight weeks; after that, the selected species no longer changes significantly. Then you can
Bacteria are grown on a large scale and freeze-dried to be used as a raw material for the bacterial concentrate.
The medium used has the following composition:
Pepton lOg
Meat extract 10 g
Yeast 5g
Glucose 20 g
Tween 80 '1 mol
K2HPO4 2g
Sodium acetate 5 g
Diammonium citrate 2 g
MgSO4 7H2O 200 mg
MnSO4 4H2O 50 mg
Distilled water up to 11
Tween 80? is a registered trademark for polyoxyethylene (20) sobitan monooleate. The medium has a pH of 6.0.
Appropriately, if malt is to be used as an additive in ensiling, 0.1% malt extract is added to the medium to stimulate the bacteria to grow better in an environment containing malt.
It has been found that the bacteria selected in this way are of the genus Streptococcus faecalis and have the following characteristic properties:
Gram reaction +
Catalase reaction
Grows at 15 "C +
Growth at 45 "C +
Growth at 50 "C
NH3 from arginine +
Fermentation of:
Lactose +
Maltose +
Arabinose
Melezitosis
Melebiosis
Trehalose +
Strength
For the characteristic properties of these bacteria, the description in Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, edition 1957, page 522, applies with the addition that they withstand a pH value below 4.5 well and grow rapidly under these conditions.
To produce the starch converting bacteria, an appropriate number of bacterial colonies are removed from the first prep culture and inoculated into a medium containing starch as the only essential source of carbon. These bacteria are grown at about 28 "C for about 2 weeks so that the bacteria are stimulated to produce starch-degrading enzymes.
The pH of the medium is approximately 6 to 6.2. The bacteria thus obtained are additionally transferred to a new substrate with starch as the sole carbon source, and this process is repeated until a species is obtained which is found to be strongly starch-degrading in tests on blue-colored starch. Then the bacteria are grown on a large scale microaerophilically under carbon dioxide and freeze-dried to be used as the starting material for the bacterial concentrate.
In cases where malt is included in the additive for ensiling, malt extract can also be added to the culture medium for these bacteria to encourage them to grow better in an environment containing malt. The breeding medium used here has the following composition:
Peptone 7g
Meat extract 5 g
Yeast extract 2.5 g
Starch (wheat flour) 14 g
Tween 800 ml
K2HPO4 2, lg
Tomato juice 35 ml
Water up to 11
Malt extract (if desired) 1 g
This medium has a pH of 6.2.
It was found that the bacteria selected in this way belong to the genera Streptococcus and Leuconostoc, in particular S. lactid and L. mesenteroides.
They have the following characteristics:
Gram reaction +
Catalase reaction
Grows at 15 "C +
Growth at 45 "C
Growth at 50 "C
NH3 from arginine +
Fermentation of:
Lactose +
Maltose +
Arabinose
Melezitosis
Melibiosis +
Trehalose +
Strength +
Raffinose +
Xylose +
The properties of these bacteria correspond to what is stated in Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, edition 1957, pages 525 and 531, with the addition that they can break down starch and ferment to lactic acid.
The ensiling process according to the invention is further described by the following examples, in which the ensiling of animal and vegetable materials according to the invention is shown in comparison with previously known ensiling processes.
example 1
In this example, 4 ensiling compositions were prepared, each containing 10 kg of Baltic herring along with the additives listed below. After mixing, the various masses were left at 24 ° C. for one month, after which the ensilation products obtained were analyzed. The results of the analyzes are shown in Table I below. The four ensiltration masses have the following composition: Mass A:
10 kg Baltic herring + 1.5 kg semolina.
Mass B:
10 kg of Baltic herring + 1.5 kg of semolina, to which 104 bacteria per g of ensemble material of starch-degrading bacteria had been added, which had been selected in accordance with the above.
Mass C:
10 kg of Baltic herring + 0.9 kg of a mixture of 5 parts by weight of semolina and one part by weight of malt.
Mass D:
10 kg of Baltic herring + 0.9 kg of a mixture of 5 parts by weight of semolina and one part by weight of malt and also 104 bacteria per gram of both the acid-tolerant and the starch-degrading bacteria, which were selected as described above.
Table I Mass ABCD dry substance 31 31 26.4 35.6 Total nitrogen 2.70 2.77 2.73 2.68 Ammonia nitrogen 0.96 0.97 1.05 0.31 NH3-N / Total-Nin% 35, 6 35.0 38.5 11.5 lactic acid <0.1 <0.1 1.5 3.6 butyric acid 1.59 1.61 1.5 0.0 pH 7.2 7.1 6.5 4, 8th
The concentration values are given in percent by weight in the table. As a measure of the quality of a ensiling product, the concentration of lactic acid, which should be high, as well as the content of butyric acid and the ratio of ammonia nitrogen to total nitrogen, which values should be as low as possible, are usually given. If the ratio of ammonia nitrogen to total nitrogen in a ensiling product exceeds 20%, the ensiling product can be considered to be spoiled or at the point at which it is spoiling.
The content of butyric acid should not exceed a few tenths of a percent.
It can be seen from the table that the ensiling product D produced according to the invention is of considerably better quality than the others and has a high content of lactic acid, while the values of the butyric acid content and the ratio of ammonia nitrogen to total nitrogen are low.
Example 2
In this example, alfalfa was ensiled, which is a willow plant that is usually difficult to ensilage.
Four masses with the compositions given below were prepared and ensilaged and stored for one month at 28 ° C., after which the ensiling products obtained were analyzed. The results are shown in Table II below. The four ensiling masses had the following composition: Mass E:
Alfalfa + 5% by weight semolina mass F:
Alfalfa + 5% by weight semolina + starch-degrading bacteria.
Dimensions G:
Alfalfa + 5% by weight semolina + acid-tolerant bacteria.
Mass H:
Alfalfa + 5% by weight semolina + starch-degrading bacteria + acid-tolerant bacteria.
In each case, the various bacteria were added in an amount that provided 105 organisms per gram of starting material for ensilaging.
Table II Mass EFGH dry matter 16.5 19.5 19.7 22.0 total nitrogen 0.60 0.62 0.68 0.71 ammonia nitrogen 0.19 0.099 0.070 0.029 NH3-N / total-N in% 31 14 11 4 Lactic acid 0.1 0.3 1.0 1.7 Butyric acid 0.23 0.01 0.01 0.01 pH 7.5 5.1 4.9 4.3
All concentration values are given in percent by weight in the table.
It can be seen from this table that the masses F, G and H all gave acceptable results, but the far better results were obtained with mass H using both types of bacteria. The acceptable results obtained using only the acid tolerant bacteria are due to the fact that alfalfa usually contains a small amount of sugars that can be fermented. This is often the case when vegetable materials are ensilaged.
It can also be seen from the values in the table that the two types of bacteria strongly influence each other on the fermentation process (so-called synergism).
With the method, animal and / or plant materials are thus ensilaged biologically with the help of lactic acid-forming bacteria and carbohydrate materials that can be converted into lactic acid. To facilitate the ensilation process, selected acid-tolerant lactic acid-forming bacteria of the genus Streptococcus faecalis are added to the starting materials together with fermentable carbohydrates, materials that convert starch into fermentable carbohydrates and / or selected lactic acid-forming starch-degrading bacteria of the genera Streptococcus and Leuconostoc.
Bacteria particularly preferred for the method of the invention have been deposited with the following names at the Royal Agricultural College Ultuna, Sweden:
Streptococcus faecalis 10 528 (strain F)
Streptococcus lactis / Leuconostoc mensenteroides 10 531-68-llSM.