CN105658080B - 包含l-氨基酸的饲料添加剂 - Google Patents

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Abstract

将表面活性物质在喷雾干燥前加入至包含氨基酸的发酵液，得到具有高堆密度的丸状动物饲料添加剂，同时在高喷雾速率和低造粒机温度下得到低残留水分值。

Description

包含L-氨基酸的饲料添加剂
本发明涉及包含L-氨基酸的基于发酵液的饲料添加剂，其包含表面活性物质，以及制备这些饲料添加剂的造粒方法。
现有技术
将动物饲料用单独的氨基酸补充以满足动物的需求。目前主要用于向动物饲料补充例如L-赖氨酸的物质为L-赖氨酸单盐酸盐，L-赖氨酸含量为大约80％。由于L-赖氨酸通过发酵制备，为了制备所述单盐酸盐，必须将其首先并且首要地在复杂的方法步骤中与粗品发酵液的所有其余组分分离，然后转化为所述单盐酸盐，并且后者必须是结晶的。这产生大量的副产物，以及废物形式的处理所需的试剂。由于高纯度的动物饲料补充并不总是需要的，此外由于发酵副产物仍经常包含有价值的营养有效物质，因此过去并不缺少为了避免复杂的饲料氨基酸，特别是纯L-赖氨酸单盐酸盐的制备，以及为了以更经济有效的方式将粗品发酵液转化为固体动物饲料的尝试。
EP 0 533 039涉及制备基于发酵液的氨基酸动物饲料补充剂的方法，其中所述补充剂可直接由发酵液通过喷雾干燥的方式获得。在一个变体中，将该情况中的一些生物质在喷雾干燥步骤之前移除。
EP 0 615 693公开了制备基于发酵液的动物饲料添加剂的方法，其中任选地在移除一些组分之后，将发酵液喷雾干燥以得到精细微粒，其至少70重量％的最大粒度为100μm，此外，将这些精细微粒在第二步骤中扩大，以得到包含不少于30重量％的所述精细微粒的颗粒。
根据GB 1 439 728，由发酵液制备包含L-赖氨酸的浓缩物，在浓缩前，将所述发酵液用HCl酸化至大约6.4的pH，并且为了稳定化的目的，向其中加入亚硫酸氢盐。蒸发后，将产物进一步酸化至pH 4.0，并通过喷雾干燥获得期望的产物。
在EP 0 809 940 B1(US 5,840,358)中记载基于发酵液的饲料添加剂，其在流化床中以颗粒的形式获得。然而，在随后处理中的粉尘磨损是该产品的缺缺点。
为此，在GB 2 293 304 A中记载在进一步的处理中加入添加剂，诸如用于抑制粉尘形成的矿物油的气雾剂的喷雾。
WO 2004/054381记载基于发酵液，并且在处理中加入添加剂的包含赖氨酸的饲料的制备，其中提及加入矿物油、植物油或植物油的混合物，特别是大豆油、橄榄油以及大豆油与卵磷脂的混合物，其影响颗粒的磨损以及粉尘形成。
这样的颗粒产品的缺点通常是颗粒的低随后堆密度，其不能被影响，这导致在包装体积以及相关增加的运输成本中的缺点。
在WO 2004/054381中记载可通过随后添加油来实现堆密度的增加，但是在该情况中需要另外的方法步骤。
因此，本发明的目的是提供在造粒方法中的制备期间可已增加喷雾造粒产物的堆密度的方法。
本发明的另一个目的是提供改善的且优选高能效的造粒方法。
令人惊奇地发现本发明的目的通过在进行喷雾干燥之前向所述发酵液中加入表面活性组分来实现，即可得到产物的相对高的堆密度，并且同时可改善造粒性质。
所观察的改善的造粒性质特别地由在高喷雾速率下低残留水分含量组成，并且可通过在进行喷雾干燥前向所述发酵液中加入表面活性组分来实现低造粒温度，这能实现更快地且同时更高能效的颗粒制备。
产物的相对高堆密度是由于较少的空腔和更紧凑的颗粒结构，这如所述颗粒的截面所示。
在所述发酵液的干燥中可实现的所述更紧凑的颗粒结构和更高的喷雾速率可能是由于在加入所述表面活性物质后降低的表面张力以及由此增加的交换表面和增加的蒸发速率。
本发明的主题
因此，本发明提供制备包含L-氨基酸的基于发酵液的饲料添加剂的方法，其特征在于将含水量为35-75重量％和表面活性物质含量为0.025-20重量％的包含L-氨基酸的发酵液通过干燥转化为微粒组合物。
本发明还涉及制备包含L-氨基酸的基于发酵液的饲料添加剂的方法，其包括以下步骤：
a)提供包含L-氨基酸的发酵液，
b)任选地将所述包含L-氨基酸的发酵液调节至含水量为35-70重量％，
c)向所述发酵液中加入表面活性物质，
d)将所得的混合物干燥以得到微粒组合物，其中优选获得颗粒，
e)任选地调节粒度，特别是通过滚动、筛析等。
所述包含L-氨基酸的发酵液优选通过将产生L-氨基酸的微生物在水性培养基中于好氧条件下发酵来获得。本发明优选的发酵方法在下文中进一步详细说明。
发酵液理解为意指其中已将微生物在一定温度下培养一定时间的发酵培养基。在所述发酵期间使用的发酵培养基或介质包含确保所述微生物的增殖和期望的氨基酸形成的所有物质或组分。
在发酵完成时，所得的发酵液相应地包含由于所述微生物(例如棒状杆菌(coryneformes)细菌)的细胞的增殖产生的微生物的生物质(＝细胞团块)，以及发酵期间形成的L-氨基酸(特别是L-赖氨酸)、发酵过程中形成的有机副产物和未被发酵消耗的所使用的发酵培养基/发酵介质的组分，以及诸如维生素样生物素、氨基酸(如高丝氨酸)或盐(如硫酸镁)的成分。
有机副产物包括如果适用，除了目标产物，由在所述发酵中所使用的微生物产生的物质，并且任选地将其分离。这些包括其它L-氨基酸，与期望的L-氨基酸(特别是L-赖氨酸)相比，其占小于30％、20％或10％。这些还包括具有一至三个羧基的有机酸，诸如乙酸、乳酸、柠檬酸、苹果酸或富马酸。最后，在此还包括糖，诸如海藻糖。
对于工业目的适合的发酵液的L-氨基酸含量(特别是L-赖氨酸含量)通常为40g/kg-180g/kg或者50g/kg-150g/kg。所述发酵液中的生物质含量(干燥的生物质形式)通常为20-50g/kg，但是在低生物质发酵中，所述生物质含量也可低于该水平。
所述发酵液优选包含选自L-赖氨酸、L-甲硫氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸或L-色氨酸的L-氨基酸。所述发酵液特别优选包含L-氨基酸L-赖氨酸。
在本发明的特别优选的实施方案中，所述L-氨基酸是L-赖氨酸，其中所述方法包括另外的方法步骤，其在所述干燥开始之前进行，其中将硫酸铵和/或硫酸加入至所述发酵液中，以使硫酸根/L-氨基酸比率为至少0.5，优选0.85-1.2。该特别优选的实施方案在下文中进一步详细说明。
本发明的优选实施方案中的发酵液是使用产生L-氨基酸的细菌的发酵方法的直接产物。
然而，可将所述生物质任选地在加入所述表面活性组分之前或之后从所述发酵液中部分或完全移除。在本发明的优选实施方案中，将至多80重量％，特别优选至多50重量％，特别是至多30、20或10重量％的所述生物质在进行所述干燥之前移除，以得到微粒组合物。在本发明的特别优选的实施方案中，全部生物质保持存在于所述发酵液中。
如果期望，可将所述生物质移除，特别地通过离心、过滤或倾析或者通过这些方法的组合来移除。在本发明的优选实施方案中，将所述生物质通过超滤移除。
未消耗的所述发酵液中溶解的有机副产物和所述发酵培养基中溶解的组分(成分)至少在所述产物中部分保留(＞0重量％)，优选不少于25重量％，特别优选不少于50重量％，并且非常特别优选不少于75重量％。任选地，这些还在所述产物中全部(100重量％)或几乎全部(即＞95重量％或者＞98重量％)保留。在该语境中，“基于发酵液”意指所述产物包含至少一些所述发酵液的组分。
根据本发明使用的发酵液在所述发酵完成时优选具有以下性质：
a)1-5重量％，优选2-4.5重量％，特别优选2.5-3.5重量％的生物质含量，
b)5-20重量％的L-氨基酸(氨基酸碱的形式)含量，所述L-氨基酸优选为L-赖氨酸，
c)10-30重量％，优选15-25重量％的固体含量(包括生物质)，
d)优选0.8-1.2的硫酸根与L-氨基酸(特别是L-赖氨酸)的重量％比率，
e)3.5-7.0，优选4.0-5.0的pH。
在下文中进一步描述这样的发酵液的制备。
本发明的“固体含量”理解为意指在将液体完全移除时剩余的质量。如果适用，除了悬浮的物质(诸如所述生物质)，该干质量还包括仅在干燥时结晶出或沉淀的溶解的物质。该方面的固体含量与水或水分含量互补。
本发明所使用的发酵液可任选地在所述发酵完成后已包含足量的表面活性物质。这可通过在开始所述发酵之前已向所述发酵培养基加入足量的表面活性物质或者通过在所述发酵期间加入适合的表面活性物质来实现。
然而，在优选的实施方案中，所述发酵液在所述发酵完成后不包含或仅包含相对少量的表面活性物质。相应地，将所述表面活性物质或大部分的所述表面活性物质在发酵完成后加入至所述发酵液中。
在发酵完成后已存在于所述发酵液中的表面活性物质可为例如消泡剂。
在开始干燥之前，所述发酵液的含水量优选为35-70重量％，特别优选35-50重量％。如果需要，可调节该含水量，特别是通过将所述发酵液通过蒸发(例如通过旋转蒸发器、薄膜蒸发器或降膜蒸发器的方式)、通过反渗透或者通过纳米过滤来调节。在所述浓缩期间，所述发酵液中的生物质含量、L-氨基酸含量和固体含量也相应地增加。
本申请语境中的“表面活性物质”可为仅由表面活性化合物组成的纯物质。然而，其也可以是不同的表面活性化合物的混合物。然而根据本发明，“表面活性物质”还理解为意指包括表面活性化合物或者大量的不同的表面活性化合物的混合物的组分。在该情况中，所述表面活性化合物以优选至少3重量％，特别是至少5重量％，特别优选至少10重量％的量存在于所述组分中。在优选的实施方案中，所述表面活性化合物以不少于20重量％，优选不少于25重量％，特别是不少于40重量％存在于所述组分中。
本发明的表面活性物质优选自玉米浆、脂质、消泡剂和表面活性剂及其混合物。
所述消泡剂优选自聚硅氧烷衍生物、单乙二醇(mono-glyco1)和聚乙二醇、磷脂和脂肪酸甘油酯。
所述聚硅氧烷衍生物可特别为聚烷基硅氧烷，特别是聚二甲基硅氧烷的形式。
所述聚乙二醇优选为由氧化乙烯和/或氧化丙烯单元构成的聚合物，优选为氧化乙烯和氧化丙烯单元的共聚物，或者为包含氧化乙烯和/或氧化丙烯单元的化合物，诸如脂肪酸烷基聚乙二醇酯。
所述磷脂优选为磷脂酰胆碱(卵磷脂)。
所述脂肪酸甘油酯可特别为单甘油酯或二甘油酯的形式，特别是其中酸残基选自乙酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸及其混合物的单甘油酯或二甘油酯。
本发明使用的所述玉米浆的干质量优选为至少40重量％，优选45-55重量％，并且残糖含量优选为至多2重量％。玉米浆包含磷脂酰胆碱作为表面活性组分。
根据本发明可使用的脂质优选自矿物油、植物油及其混合物。所使用的油特别优选为大豆油、橄榄油、硅油或其混合物。
在本发明的特别优选的实施方案中，所使用的表面活性物质为磷脂酰胆碱或者包含磷脂酰胆碱的组分，优选为玉米浆。
在开始干燥前所述发酵液中的表面活性物质优选以0.025-20重量％、0.1-20重量％、0.2-20重量％、0.5-20重量％或1-20重量％的量存在。本文中优选的范围是0.2-15重量％、0.3-15重量％、0.5-15重量％和1-10重量％。
如果聚乙二醇(特别是脂肪酸烷基聚乙二醇酯)，或者磷脂(特别是卵磷脂)或其混合物用作表面活性物质，表面活性物质的浓度优选设为0.1-5重量％，特别是0.2-4重量％，优选0.25-2重量％。
如果所述表面活性物质是包含至少50重量％，特别是至少70重量％的表面活性化合物的组分，通常优选使用该量的表面活性物质。
如果玉米浆，任选地与其它表面活性物质组合，用作表面活性物质，表面活性物质的浓度优选设为0.1-10重量％，特别是0.5-5重量％，优选1-3重量％。
如果所述表面活性物质是包含少于30重量％，特别是3-30重量％或3-20重量％的表面活性化合物的组分，通常优选使用该量的表面活性物质。
在本发明的优选实施方案中，在开始干燥前，所述发酵液具有以下性质：
a)2-12重量％，优选3-10重量％，特别是4-8重量％的生物质含量；
b)12-48重量％，特别是20-40重量％的L-氨基酸(氨基酸碱的形式)含量，所述的L-氨基酸优选为L-赖氨酸；
c)25-70重量％，优选35-60重量％的固体含量(包括生物质)；
d)0.025-20重量％，特别是0.1-20重量％，优选0.3-15重量％的表面活性物质含量；
e)0.8-1.2的硫酸根与L-氨基酸(特别是L-赖氨酸)的重量％比率；
f)3.5-7.0，优选4.0-5.0的pH。
为设定产物中期望的L-氨基酸浓度，根据需要，可向所提供的发酵液或向浓缩的发酵液中加入添加剂，以增加或降低L-氨基酸含量。作为另外的选择和/或另外地，也可在干燥或造粒方法期间加入所述添加剂。
为了增加L-氨基酸含量，优选以浓缩物或任选地以大致纯的物质或其盐的形式，以液体或固体形式加入相关L-氨基酸。为了降低L-氨基酸含量，优选加入硫酸铵。如果使用添加剂，优选将其以0.1-10重量％，优选0.1-5重量％的量加入至所述发酵液中，或者优选以将终产物中的L-氨基酸浓度调节至40-60重量％，特别是45-55重量％的量加入。
为了获得微粒组合物，可特别通过冷冻干燥，优选通过喷雾方法，特别是喷雾干燥或喷雾造粒进行所述干燥。
任选地，在根据本发明进行发酵液的干燥后可进行另外的处理步骤，特别是一个或多个造粒步骤，特别是如果由所述干燥处理未直接获得颗粒。
然而，在本发明的特别优选的实施方案中，将所述发酵液在一个方法步骤中直接转化为颗粒，使得随后的造粒不是必须的。所述向颗粒的直接转化优选通过喷雾造粒方法进行，特别优选通过使用如专利申请WO 2005/006875中记载的循环流化床，应用喷雾造粒方法来进行。
在所述喷雾造粒中，优选将在造粒的下游形成的粉尘完全或至少部分再循环入喷雾造粒室。
此外，优选调节造粒温度，使得入口温度为200-300℃，优选250-275℃，并且出口温度为60-100℃，优选70-90℃。
可获得的颗粒优选具有40-60重量％，特别是45-55重量％，特别优选48-52重量％的L-氨基酸含量，以及至多5重量％，优选至多3.5重量％的含水量(残留水分含量)。
通过干燥方法的方式获得微粒组合物，其优选为自由流动的，并且还可以是细粒的或粗粒的。
可将自由流动的、细粒的粉末进而转化为粗粒的、自由流动的并且大致无粉尘的产物，可将其通过适合的压紧或造粒方法来储存。
可例如通过根据EP-B 0 615 693或EP-B 0 809 940、US 5 840 358或WO 2005/006875或WO 2004/054381的方法制备所述颗粒。
“自由流动”理解为意指从一系列具有不同尺寸的流出开口的玻璃流出容器，至少从具有5mm(毫米)开口的容器，不受阻碍地流出的粉末(Klein：Seifen，Ole，Fette，Wachse94，12(1968))。
本发明还涉及包含优选为颗粒状的L-氨基酸，特别是L-赖氨酸的饲料添加剂，其可通过本发明的方法获得。
本发明还涉及颗粒状饲料添加剂，其包含以下特征：
a)至少20重量％，优选25-60重量％，特别是30-60或40-60重量％，特别优选45-55重量％的L-氨基酸含量(以氨基酸碱的形式计算)，所述L-氨基酸优选为L-赖氨酸，
b)60-2500μm，优选60-1500μm的平均粒径；
c)至少3或4重量％，优选至少5或6重量％，特别优选至少7重量％，特别是3-12重量％、4-12重量％、5-12重量％、6-12重量％或7-12重量％的生物质含量；
d)0.04-35重量％，优选0.15-30重量％，特别优选0.5-15重量％的表面活性物质含量；
e)优选地，至多4.5重量％，特别是至多3.5重量％的含水量(残留水分)；
f)优选地，包被所述微粒的食用油层。
本文中所述的平均粒径是指算数平均值。
本发明的饲料添加剂优选＞＝70、75、80、90、95、97重量％比率的微粒的粒径为＞63μm至＜2500μm，或者＞＝70、75、80、85、90、95、97重量％比率的粒径为＞63至＜2000μm，或者＞＝70、75、80、85、90、95、97重量％比率的粒径为＞100至＜1700μm。粉尘(即粒度＜63μm的微粒)的比率优选为20重量％或更低、15重量％或更低、10重量％或更低、5重量％或更低、3重量％或更低、2重量％、0-1重量％、0.5重量％或更低。
至少75重量％的所获得的组合物的微粒的粒径特别优选为＞63μm至＜2500μm，优选＞63μm至＜2000μm，其中粒径为＜63μm的微粒的比率优选为20重量％或更少。
优选产物的堆密度通常为600-800kg/m3。
优选通过在Hosokawa Alpine空气喷射式筛分机，型号200LS-N(套筛：筛孔尺寸为20、32、45、63、100、150、200、250、280、300、400、500、600、630、710、800、1000、1180、1400、1600和2000μm；筛析时间：3min)中的筛析来测量粒度分布。
作为另外的选择，也可例如通过激光衍射光谱法测定粒度。可能的方法在R.H.Müller和R.Schuhmann，Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart(1996)的教科书“
Figure GDA0002179482070000091
in der Laborpraxis”[实验室中的粒度测量]以及M.Rhodes，Wiley&Sons(1998)的教科书“Introduction to Particle Technology”中记载。
在造粒或压紧处理中有益的是使用常规的有机或无机辅料或载体，诸如淀粉、明胶、纤维素衍生物或类似的物质，其在食品或饲料处理中用作粘合剂、胶凝剂或稠化剂，或者诸如二氧化硅、硅酸盐(EP-A 0 743 016)或硬脂酸盐的其它物质。
任选地由所得的微粒组合物或所得的颗粒通过筛析、滚动、粉尘分离、研磨或其组合来获得具有期望粒度的产物。
本发明的颗粒状饲料添加剂还优选特征在于它们被油包被(如WO 04/054381中记载)，例如其中所述油优选自植物油(特别是橄榄油、葵花子油、大豆油或大豆油/卵磷脂混合物)、动物油或脂肪以及由微生物通过发酵获得的油。通过用提及的油处理表面实现产物提高的耐磨损性以及降低的粉尘含量。
作为另外的选择，所述产物还可应用于饲料处理中已知的常规有机或无机支持材料，诸如二氧化硅、硅酸盐、膳食、麸皮、淀粉、糖等，和/或与常规的稠化剂或粘合剂混合并用其稳定。用于该目的的应用和方法的实例在文献(Die Mühle+Mischfuttertechnik[Milling and compound feed technology]132(1995)49，第817页)中记载。
最后，还可将所述产物通过用薄膜形成剂(诸如DE-C 41 00 920中记载的金属碳酸盐、二氧化硅、硅酸盐、藻酸盐、硬脂酸盐、淀粉、橡胶和纤维素醚)的包衣处理来精制。
本发明的饲料添加剂中的生物质优选包含棒状杆菌属(Corynebacterium)或埃希氏菌属(Escherichia)的细菌和/或来自这些细菌的细胞碎片，并且特别优选大部分由这些组成。
本发明的饲料添加剂中的L-氨基酸含量优选至少30重量％，优选至少40重量％，特别是40-60重量％，特别优选45-55重量％。
本发明的饲料添加剂中的L-氨基酸优选自L-赖氨酸、L-甲硫氨酸、L-苏氨酸、L-色氨酸和L-缬氨酸及其混合物；所述L-氨基酸特别优选为L-赖氨酸。
本发明的饲料添加剂优选为基于发酵液的饲料添加剂的形式。
存在于本发明的颗粒状饲料添加剂中的表面活性物质优选自上述提及的表面活性物质。
如果所述表面活性物质为聚乙二醇(特别是脂肪酸烷基聚乙二醇酯)或者磷脂(特别是卵磷脂)或其混合物，所述饲料添加剂中的表面活性物质以0.15-10重量％，特别是0.3-6重量％，特别优选0.4-4重量％的量存在。
如果所述表面活性物质是包含至少50重量％，特别是至少70重量％的表面活性化合物的组分，通常优选该量的表面活性物质。
如果所述表面活性物质是玉米浆(任选地与其它表面活性物质组合)，所述饲料添加剂中的表面活性物质优选以3-25重量％，特别优选6-20重量％的量存在。
如果所述表面活性物质是包含少于30重量％，特别是3-30％或3-20重量％的表面活性物质的组分，通常优选该量的表面活性物质。
所述微粒中的表面活性物质的分布优选是均匀的，其中“均匀”理解为意指没有发现所述微粒中任意两个部分之间表面活性物质的浓度上的主要差异。
所述微粒中任意两个部分(可例如为10x 10μm体积的任意立方的形式)的表面活性物质的量上的偏差为优选至多30％，优选至多25或20％，特别优选至多10、5或3％。
所述表面活性物质的均匀分布由饲料添加剂的制备方式确保。
所述饲料添加剂的微粒密度优选至少1.138g/cm3，特别优选至少1.140g/cm3，特别优选至少1.142或1.144g/cm3。该语境中的优选范围是1.138-1.160g/cm3，特别是1.140-1.155g/cm3，特别是1.142-1.154g/cm3或1.144-1.152g/cm3。
所述饲料添加剂的堆密度优选为至少600kg/m3，特别是600-800kg/m3。
优选如下测定所述堆密度：将空量筒(250ml体积)置于天平上，用所述颗粒状产物填充，然后测定每单位体积的重量。
为了测定所述微粒密度，将所述量筒中的空隙空间用甲醇填充。由此，所述空隙空间可通过增加的重量和已知的甲醇密度(0.7918g/m1)确定。由总体积和甲醇体积之间的差得到微粒体积。然后通过将之前测定的微粒重量不是除以量筒的总体积，而是所测定的微粒体积来获得微粒密度。
作为另外的选择，还可使用比重瓶来测定微粒密度。在该情况中通过气体置换来测定微粒密度。优选使用惰性气体(诸如氦或氮)作为置换介质。这方面的市售可得的比重瓶例如为氦比重瓶AccuPyc 1340(mimetrics)。
本发明的颗粒状饲料添加剂优选特征在于它们包含L-氨基酸L-赖氨酸，其中所述L-氨基酸优选至少部分以硫酸盐的形式存在，其中硫酸根与L-赖氨酸的摩尔比率为优选至少0.5，特别优选0.8-1.2。
在其中所述L氨基酸为L-赖氨酸的优选实施方案中，本发明的饲料添加剂的pH(在水性悬浮液中测量)优选为3.5-6.5，特别是4.0-5.0，优选4.2-4.8。为了测量所述pH，制备去离子水中的10重量％悬浮液，并用pH电极在25℃下测量所述pH。在大约1分钟后测量的值变得恒定。
本发明的饲料添加剂的含水量优选为0.1重量％并且不多于5重量％。所述含水量为优选至多4重量％，特别优选至多3重量％，并且特别优选至多2.5重量％。至多2重量％的含水量也是可以的。
本发明的饲料添加剂还优选特征在于它们具有非常致密的结构，其中“致密的结构”理解为意指它们具有相对少的空腔。这至少是由于所述表面活性物质的使用。本发明的饲料添加剂优选特征在于它们具有少于25体积％，特别是少于20体积％，特别优选少于15体积％，特别优选少于10体积％的空腔。
本发明还涉及本发明的颗粒状饲料添加剂用于制备饲料的用途。
包含L-氨基酸的发酵液的制备
L-氨基酸(诸如L-赖氨酸、L-甲硫氨酸、L-苏氨酸、L-色氨酸、L-缬氨酸，特别是L-赖氨酸)的发酵制备通过过度生产氨基酸的细菌菌株的发酵培养来实现。所述发酵优选用棒状杆菌细菌(特别是来自棒状杆菌属，特别优选谷氨酸棒状杆菌(Corynebacteriumglutamicum)类型和/或来自埃希氏菌属，特别优选大肠杆菌(Escherichia coli)类型)，通过所谓的补料分批方法(补料方法)进行。作为另外的选择，为了生产L-氨基酸(特别是L-赖氨酸)的目的，还可连续地或在分批方法(分批培养)中分批地或者重复补料分批方法(重复补料方法)进行。所使用的发酵培养基根据各个生产菌株的需要进行优化。已知的培养方法的一般性综述在Chmiel(Bioprozesstechnik 1.Einführung in dieBioverfahrenstechnik[生物处理技术1.生物处理技术介绍](Gustav Fischer Verlag，Stuttgart，1991))的教科书或者Storhas(Bioreaktoren und periphere Einrichtungen[生物反应器和外围设备](Vieweg Verlag，Braunschweig/Wiesbaden，1994))的教科书中可得。
所使用的培养基或发酵培养基必须以适合的方式满足特定菌株的需要。在参考书“Manual of Methods for General Bacteriology”，the American Society forBacteriology(Washington D.C，USA，1981)中有不同微生物的培养基的描述。术语培养基和发酵培养基或介质可互换。
所使用的碳源可为糖和碳水化合物，诸如葡萄糖、蔗糖、乳糖、果糖、麦芽糖、糖蜜、来自糖用甜菜或甘蔗生产的包含蔗糖的溶液、淀粉、淀粉水解物和纤维素、油和脂肪(诸如大豆油、葵花子油、花生油和椰子脂)、脂肪酸(诸如棕榈酸、硬脂酸和亚油酸)、醇(诸如甘油、甲醇和乙醇)以及有机酸(诸如乙酸)。这些物质可单独地使用或以混合物的形式使用。
所使用的氮源可为有机氮化合物，诸如胨、酵母提取物、肉膏、麦芽提取物、玉米浆、大豆粉和尿素，或者无机化合物，诸如氨、硫酸铵、磷酸铵、碳酸铵和硝酸铵，优选氨或硫酸铵。所述氮源可单独地使用或以混合物的形式使用。
所使用的磷源可为磷酸、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾或相应的钠盐。
所述培养基必须另外包含盐，例如生长所需要的金属(诸如钠、钾、镁、钙和铁)的硫酸盐形式，例如硫酸镁或硫酸铁。最后，除了上述提及的物质，可使用必需生长因子，诸如氨基酸(例如高丝氨酸)和维生素(例如硫胺素、生物素或泛酸)。此外，可向所述培养基中加入特定氨基酸的适合的前体。上述原料可以单个混合物的形式加入培养物中，或者可在培养期间以适合的方式补料。
对于培养物的pH控制，以适合的方式使用碱性化合物，诸如氢氧化钠、氢氧化钾、氨或氨水，优选氨或氨水，或者酸性化合物，诸如磷酸或硫酸。通常将pH调节至6.0-9.0，优选6.5-8的值。
为了控制泡沫的产生，可使用止泡剂，例如脂肪酸聚乙二醇酯。为了维持质粒的稳定性，可向所述培养基中加入适合的选择的物质，例如抗生素。为了维持好氧条件，将氧或含氧气体混合物(例如空气)引入所述培养物中。类似地，可使用富含过氧化氢的液体。
如果适合，在升高的压力(例如在0.03-0.2Mpa的压力下)下进行发酵。培养物的温度通常为20℃-45℃，并且优选25℃-40℃。在分批方法中，继续培养，直至形成最大量的期望的氨基酸。该目的通常在10小时至160小时内实现。在连续方法中，可能为更长的培养时间。为了对数百立方米的大制备发酵罐体积适当地发酵，需要具有连续增加发酵罐体积的多个逆流生长发酵罐步骤。
适合的发酵培养基的实例特别是在专利说明书US 5,770,409、US 5,840,551和US5,990,350、US 5,275,940或US 4,275,157中。发酵培养基的其它实例在Ozaki和Shiio(Agricultural and Biological Chemistry 47(7)，1569-1576，1983)以及Shiio等人(Agricultural and Biological Chemistry 48(6)，1551-1558，1984)中。有现有技术中已知测定L-赖氨酸和其它L-氨基酸的方法。可例如如Spackman等人(Analytical Chemistry，30，(1958)，1190)中记载通过阴离子交换色谱法用随后的茚三酮衍生化进行分析，或者其可通过反相HPLC进行，如Lindroth等人(Analytical Chemistry(1979)51：1167-1174)中所记载。
随后根据本发明处理由此产生的发酵液。
优选在将所述生物质完全或部分移除之前的适合的方法步骤期间将生物质或包含所述生物质的发酵液进行热灭活。
制备L-赖氨酸的优选方法操作
在所产生的L-氨基酸为L-赖氨酸的情况中，如之前所提及优选进行另外的方法步骤，其在所述干燥方法开始之前进行，其中向所述发酵液中加入硫酸铵和/或硫酸，以使硫酸根/L-氨基酸的摩尔比率为至少0.5。在该情况中，硫酸根/L-赖氨酸的摩尔比率优选为至少0.6、0.8、0.9或0.95，特别是0.85-1.2，优选0.9-1.1，特别优选＞0.95至＜1.1。
根据下式：V＝2x[SO42-]/[L-赖氨酸]来计算硫酸根/L-赖氨酸的摩尔比率V。
该式将所述硫酸根阴离子为二价考虑在内。比率V＝1意指整比化合物Lys2(SO4)存在，而比率V＝0.9意指10％亚化学计量量的硫酸根存在，并且比率V＝1.1意指10％过量的硫酸根存在。
作为另外的选择，可以在一定量的硫酸铵的存在下进行发酵，使得在发酵完成时已存在本发明优选范围内的硫酸根/L-氨基酸比率。在该情况中，可免除另外的方法步骤。
最后，还可将所述发酵液优选地与亚硫酸氢钠或另外的盐(例如亚硫酸的铵盐、碱金属或碱土金属盐)使用，其使产物稳定并变亮。
在该语境中，本发明特别优选的方法包括以下步骤：
-提供包含L-赖氨酸的发酵液；
-任选地将所述生物质部分或完全移除；
-任选地测量硫酸根与L-赖氨酸的比率；
-随后任选地加入硫酸铵和/或玉米浆；
-任选地加入硫酸；
-通过加入硫酸将pH调节至4.0-6.5，特别是4.9-5.1，其中通过在上述提及的步骤中加入包含硫酸根的化合物，将发酵液中的硫酸根/L-氨基酸的比率设为0.85-1.2，特别优选0.9-1.0，特别优选＞0.9至＜0.95；
-任选地将所述发酵液浓缩至35-70重量％，特别是35-50重量％的含水量；
-加入表面活性组分，使得达到0.025-20重量％，特别是0.1-20重量％，优选0.2-15重量％，特别优选0.3-10重量％的表面活性组分的含量；
-将所述混合物干燥以得到微粒组合物，优选通过喷雾造粒；
-任选地将步骤后的微粒用食用油包被，其中获得被所述食用油完全或部分包被的微粒。
在上文提及方法步骤的语境中的包含硫酸根的化合物特别涉及硫酸铵和硫酸。以该方式，获得L-氨基酸含量(特别是L-赖氨酸)为10-70重量％(基于总量，以氨基酸的形式计算)的产物，并且在L-氨基酸为L-赖氨酸的情况中，L-赖氨酸以至少0.5，优选0.6、0.8、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.2，更优选0.85-1.2，优选0.9-1.1，特别优选＞0.95至＜1.1的硫酸根/L-赖氨酸的摩尔比率存在。
如果根据本发明加入酸超过pH下降，由于发酵液中存在的化合物的缓冲作用，需要增加量的酸，这可导致不期望的棒状杆菌细菌细胞的变性和分解。
在本发明的方法变体中，将一种或多种选自铵盐、碱金属盐和碱土金属盐的亚硫酸的盐(亚硫酸盐)以0.01-0.5重量％，优选0.1-0.3重量％，特别优选0.1-0.2重量％(基于发酵液)加入至所述发酵液中。优选使用碱金属的亚硫酸氢盐，特别优选亚硫酸氢钠。
优选将所述亚硫酸盐(特别是亚硫酸氢钠)在浓缩所述发酵液前以溶液的形式加入。当调节硫酸根/L-氨基酸比率时，优选考虑所使用的量。
在本发明的用于制备包含L-氨基酸(特别是L-赖氨酸)的饲料添加剂的方法中，其中获得包含所述发酵液的组分的产物的那些操作是优选的。
附图
嵌入合成树脂中的颗粒的截面如图1a和1b中所示，其由在不加入表面活性物质的发酵液下获得(图1a)，与在进行所述喷雾造粒之前已向其中加入玉米浆的颗粒的截面(图1b)对比。在图1a中可见明显的空腔，而在图1b中颗粒具有无可见空腔的更致密的结构。
实施例
实验室实验
在实验室造粒机上进行实验室实验。实验室造粒机在有流化床下操作。将包含赖氨酸的发酵液喷雾至上述中的反应器。可通过可控制的鼓风机速率和电加热来调节流化床供应空气的量和温度。调节空气流使得获得良好混合的流化床。喷雾喷嘴是气动双组分喷嘴。在各实验中，将雾化空气压力调节至0.5bar。将发酵液预加热至60℃，并通过具有可变速率设定的蠕动泵的方式递送。在喷雾干燥处理前，将包含赖氨酸的发酵液蒸发至大约40重量％的含水量，随后加入表面活性物质。
生产一级流化床，其中装入由制备移除并且筛析至200-710μm粒度的种。选择微粒密度作为目标参数，因为在生产和实验室之间建立了良好的相关性，并且可检测到粒度对堆密度的直接依赖性。
如下测定堆密度：将空量筒(250ml体积)置于天平上，用所述颗粒状产物填充，然后测定每单位体积的重量。
为了测定所述微粒密度，将所述量筒中的空隙空间用甲醇填充。由此，所述空隙空间可通过增加的重量和已知的甲醇密度(0.7918g/ml)确定。由总体积和甲醇体积之间的差得到微粒体积。然后通过将之前测定的微粒重量不是除以量筒的总体积，而是所测定的微粒体积来获得微粒密度。
作为另外的选择，还可使用比重瓶来测定微粒密度。
实施例1：消泡剂对微粒密度的影响
将包含赖氨酸硫酸盐的发酵液蒸发至大约40重量％的含水量。以该方式提供的发酵液已包含0.13重量％的消泡剂CLEROL FBA 975-US。然后将发酵液用不同量的脂肪酸烷基聚乙二醇酯(CLEROL FBA 975-US)处理，然后使用实验室造粒机转化为颗粒。将浓缩的发酵液在无随后加入脂肪酸烷基聚乙二醇酯(如对比例中)下进行喷雾造粒。随后加入脂肪酸烷基聚乙二醇酯对微粒密度的影响可参见下表。
Figure GDA0002179482070000161
可见在进行造粒之前随后加入消泡剂导致所得的颗粒的微粒密度显著增加。
实施例2：脂质对微粒密度的影响
将包含赖氨酸硫酸盐的发酵液蒸发至大约40重量％的含水量。以该方式提供的发酵液已包含0.13重量％的消泡剂CLEROL FBA 975-US。然后将发酵液用不同量的包含脂质的组分处理。所使用的包含脂质的组分为卵磷脂(Aquagran CP 100)以及包含卵磷脂的玉米浆(“CSL”)。随后将发酵液在喷雾造粒方法中进行造粒。将在无随后加入包含脂质的组分下在所述喷雾造粒中所使用的浓缩的发酵液用作对比例。结果如下表中所示。
Figure GDA0002179482070000171
可见在进行造粒之前随后加入卵磷脂和玉米浆还导致所得的颗粒明显增加的微粒密度明显增加。
除了增加的微粒密度，观察到加入表面活性组分导致在造粒装置中相同的能量输入和相同的造粒空气出口条件下可达到增加的喷雾速率(表中的右手边栏)。这意味着可以是更高能效的干燥方法。
实施例3：表面活性物质对生产规模上造粒方法的影响。
基于实验室实验，现将玉米浆用作赖氨酸的生产规模制备的添加剂。在不添加玉米浆下进行对比实验。
为了进行实验，在发酵完成后，首先将发酵培养基浓缩至大约40重量％的含水量。然后以大约8重量％的量加入玉米浆。在相应的对比实验中省略玉米浆。
随后，在各个情况中于造粒机中进行喷雾造粒。随后测定所得的堆密度。结果如下表中所示。
Figure GDA0002179482070000172
可见，通过在喷雾造粒之前加入玉米浆显著增加了堆密度。
如在实验室规模实验中，在不提高残留水分含量下，加入玉米浆后在生产规模上也可提高喷雾速率。这导致在造粒机空气中显著更低的出口温度。

Claims (32)

1.制备包含L-氨基酸的饲料添加剂的方法，其包括以下步骤：
a)提供包含L-氨基酸的发酵液，
b)任选地将所述包含L-氨基酸的发酵液调节至含水量为35-75重量％，
c)在发酵完成后向所述发酵液中加入表面活性物质，所述表面活性物质选自干质量为45-55重量％的玉米浆、脂肪酸烷基聚乙二醇酯和磷脂，以调节所述玉米浆的浓度为1-20重量％，或者调节所述脂肪酸烷基聚乙二醇酯或磷脂的浓度为0.025-20重量％，
d)将所得的混合物干燥以得到微粒组合物，
e)任选地通过滚动、筛析来调节粒度。
2.权利要求1的方法，其特征在于将所述发酵液中的所述含水量在干燥前调节至35-50重量％的值。
3.权利要求1或2的方法，其中所述含水量的调节通过蒸发、反渗透或纳米过滤进行。
4.权利要求1的方法，其特征在于所述干燥通过喷雾干燥进行。
5.权利要求4的方法，其中所述干燥通过喷雾造粒进行。
6.权利要求5的方法，其中对于所述喷雾造粒使用流化床反应器。
7.权利要求1的方法，其特征在于所述L-氨基酸为L-赖氨酸、L-甲硫氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸或L-色氨酸。
8.权利要求7的方法，其特征在于所产生的所述L-氨基酸为L-赖氨酸，并且在所述发酵完成之后并且在所述干燥开始之前的方法步骤中，将硫酸铵和/或硫酸加入至所述发酵液中，以使硫酸根/L-氨基酸的比率为0.85-1.2。
9.权利要求1的方法，其特征在于在所述干燥中所使用的发酵液具有以下性质：
a)2-12重量％的生物质含量；
b)12-48重量％的L-氨基酸含量；
c)25-70重量％的固体含量，所述固体含量包括生物质；
d)1-20重量％的玉米浆含量或者0.025-20重量％的脂肪酸烷基聚乙二醇酯或磷脂含量；
e)0.8-1.2的硫酸根与L-氨基酸的重量％比率；
f)3.5-7.0的pH。
10.权利要求9的方法，其中所述L-氨基酸为L-赖氨酸。
11.权利要求9的方法，其中所述生物质含量为3-10重量％。
12.权利要求11的方法，其中所述生物质含量为4-8重量％。
13.权利要求9的方法，其中包括生物质的所述固体含量为35-60重量％。
14.颗粒状饲料添加剂，其可通过权利要求1-13中任一项的方法获得。
15.颗粒状饲料添加剂，其包含以下特征：
a)至少20重量％的L-氨基酸含量；
b)60-2500μm的平均粒径；
c)至少3重量％的生物质含量；
d)3-35重量％的表面活性物质含量，其包含3-25重量％的玉米浆，所述玉米浆的干质量为45-55重量％。
16.权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其特征在于所述L-氨基酸为L-赖氨酸。
17.权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其中所述L-氨基酸含量为25-60重量％。
18.权利要求17的颗粒状饲料添加剂，其中所述L-氨基酸含量为30-60重量％。
19.权利要求18的颗粒状饲料添加剂，其中所述L-氨基酸含量为45-55重量％。
20.权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其中所述平均粒径为60-1500μm。
21.权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其中所述表面活性物质含量为3-30重量％。
22.权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其中所述玉米浆含量为3-15重量％。
23.权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其含水量为至多3.5重量％。
24.权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其中微粒被食用油层包被。
25.权利要求14或15的颗粒状饲料添加剂，其特征在于所述L-氨基酸至少部分以硫酸盐的形式存在。
26.权利要求25的颗粒状饲料添加剂，其中硫酸根与L-氨基酸的摩尔比率为0.5-1.2。
27.权利要求26的颗粒状饲料添加剂，其中硫酸根与L-氨基酸的摩尔比率为0.8-1.2。
28.权利要求14或权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其特征在于至少75重量％的所述微粒的粒径为＞63μm至＜2500μm。
29.权利要求28的颗粒状饲料添加剂，其中至少75重量％的所述微粒的粒径为＞63μm至＜2000μm。
30.权利要求28的颗粒状饲料添加剂，其中粒径为＜63μm的微粒的比率为20重量％或更少。
31.权利要求14或权利要求15的颗粒状饲料添加剂，其特征在于所述添加剂具有少于30体积％的空腔。
32.权利要求31的颗粒状饲料添加剂，其中所述添加剂具有少于15体积％的空腔。
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