DD250544A1 - Verfahren zum aufwerten von guellefeststoff stroh und anderen lignozellulosehaltigen materialien - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhoehung des Futterwertes von Guellefeststoff und anderen lignozellulosehaltigen Materialien. Nach den bekannten Verfahren der Aufwertung von Stroh und aehnlichen Materialien muss eine oft betraechtliche Menge an Hilfs- bzw. Zuschlagstoffen eingesetzt werden. Am gelaeufigsten sind der Saeureaufschluss, der Basenaufschluss oder eine Kombination von beiden. Auch Pilze werden eingesetzt, jedoch sind die Prozessbedingungen so anspruchsvoll, dass meist unerwuenschte Nebenprodukte erhalten werden. Der Einsatz von Mikroorganismen im thermophilen Bereich ist mit erheblichen Energieaufwendungen verbunden. Das Ziel der Erfindung besteht in der Aufwertung von Guellefeststoff oder anderen lignozellulosehaltigen Materialien durch Fermentation im mesophilen Bereich. Das Ziel wird erreicht, indem der entsprechende Fermentationsrohstoff mit einer auf der Basis von Schweineguelle gezuechteten Mischpopulation gemischt und entsprechend belueftet wird. Nach der Fermentation wird die fluessige Fraktion durch Filtration abgetrennt, wobei die in der Dispersion enthaltenen Feststoffe als Filterhilfsmittel fungieren. Auf diese Weise wird eine Kombination zwischen Aufschlussverfahren und mikrobieller Proteingewinnung realisiert.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Futterwertes von Güllefeststoff und weiteren lignozellulosehaltigen Futtermitteln durch enzymatische Behandlung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Erhöhung des Futterwertes von Güllefeststoff oder anderen zellulosehaltigen Materialien sind nach den bekannten Verfahren erhebliche Mengen an Energie oder Zusatz- bzw. Hilfsstoffen für eine entsprechende Behandlung auf mechanischem, thermischem oder chemischem Weg notwendig.

Nach DD 118797 werden die in Schweinegülle enthaltenen Feststoffe mittels Kugelmühle einer intensiven Zerkleinerung unterzogen, nach DD 131 989 werden Stroh oder andere feste, strukturierte landwirtschaftliche Nebenprodukte (Flachs, Malzkeime) gepreßt und somit als Futtermittel oder Futtermittelzusatz bereitgestellt. Neben diesen mechanischen Vorbehandlungen wird auch die thermische Behandlung in unterschiedlichen Varianten (u.a. US 4401 019) vorgeschlagen. Ebenfalls praktiziert werden chemische Aufschlußverfahren, wobei als Hilfsstoffe sowohl Säuren als auch Basen eingesetzt werden. Nach DD 122922 werden die Feststoffe aus Schweinegülle mit Phosphorsäure und einer Kraftfuttermischung versetzt und sind so als Futtermittel für Wiederkäuer einsetzbar. Ebenfalls durch Säurehydrolyse wird Zellulosematerial nach US 4053645 aufgeschlossen, wobei als Säurekomponente ein Gemisch aus Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure eingesetzt wird.

In US 4048341 beschrieben wird der Futterwert von lignozellulosehaltigem Material durch intensive Kontaktierung mit alkalischer Flüssigkeit erhöht. Durch Kombination von Säure- und Basenaufschluß wird nach DE 2141 722 die Verbesserung der Verdaulichkeit von zur Verwendung als Futtermittel vorgesehenen pflanzlichen oder tierischen Rohprodukten erreicht. Der Futterwert von Stroh kann durch Begasen mit Ammoniak und gleichzeitigem Erhitzen erhöht werden (GB 2094127). Weitere Verfahren beschreiben die Herstellung von Gemischen aus lignozellulosehaitigem Material und Zusatzstoffen. So wird nach DD 98819 die Erhöhung des Nährstoffgehaltes von Schweinegüllefeststoff dadurch erreicht, daß die bei der biologischen Aufbereitung von Gülle anfallende Biomasse gefällt und den Feststoffen zugemischt wird. Allerdings konnte bisher noch keine Biomasse in verfütterbarer Qualität bereitgestellt werden.

Nach US 3692 530 wird das Stroh durch Zugabe von Kartoffelschalen aufgewertet. Unter DE 2714096 ist ein Verfahren mit Vorrichtung zum Aufwerten von Häckelstroh beschrieben, wobei gehäckseltes Gut bei Austritt aus der Häckselmaschine mit einem Gemisch aus Proteinen, Melasse und Wasser besprüht wird. Durch Mischung von Kleie als Kohlenstoffträger und Tierkot (DE 28313351) wird nach aerober Verrottung ein Produkt gewonnen, das als Futtermittel verwendbar ist. In letzter Zeit gewinnt die Erhöhung des Futterwertes von Stroh und Lignozellulosen auf mikrobiellem Weg zunehmend an Bedeutung. Nach einem unter US 3937845 beschriebenen Verfahren wird das Stroh chemisch durch Säure- und Basenbehandlung aufgeschlossen und die Zellulose durch Fermentation mit Candida utilis in Futterprotein umgewandelt. Neben Hefen werden Pilze eingesetzt, wobei dann auf die chemische Vorbehandlung verzichtet werden kann, die Fermentationsbedingungen sind aber oft anspruchsvoll und es werden keine reinen Produkte erhalten. So wird in US 4401 680 der proteinreiche Pilz Chaetonium cellulolyticum eingesetzt, der eine höhere Aktivität als der bisher meist angewendete Trichoderma reesei aufweisen soll. Außerdem finden thermophiIe Mikroorganismen Verwendung (US 3838198), der Energieaufwand derartiger Verfahren ist aber beträchtlich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, durch aerobe Fermentation von Güllefeststoff und anderen lignozellulosehaltigen Materialien den Futterwert der Fermentationsrohstoffe zu erhöhen und ein den Erfordernissen der Tierernährung entsprechendes Futtermittel zu gewinnen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Futterwert von Güllefeststoff und anderen lignozellulosehaltigen Materialien durch Fermentation zu erhöhen. Als Bakterium wird eine aus der Fermentation von Schweinegülle isolierte Mischpopulation eingesetzt, die sich durch eine hohe Cellulaseaktivität und hohe Stabilität hinsichtlich der Milieubedingungen auszeichnet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine auf der Basis von Schweinegülle gezüchtete Bakteriensuspension mit Güllefeststoff oder anderen lignozellulosehaltigen Materialien versetzt und aerob fermentiert wird. Dabei wird von Lignin umgebene Zellulose aufgeschlossen und die nun mikrobiell konvertierbare Zellulose in Biomasse umgewandelt, also Aufschlußverfahren und mikrobielle Proteingewinnung miteinander kombiniert. Der Fermentationsprozeß ist über die Temperaturführung sowie die Zusammensetzung der dem Bioreaktor entströmenden Abluft kontrollierbar sowie über die Zuluftmenge steuerbar. Auf diese Weise ist ein stabiles Betriebsregime realisierbar, so daß eine reproduzierbare Führung des biotechnologischen Prozesses möglich wird und damit eine konstante Zusammensetzung des Fermentationsproduktes garantiert ist. Die verwendeten Kulturen sind Mischkulturen, die gegenüber Reinkulturen eine höhere Prozeßstabilität sowie eine höhere Aktivität aufweisen. Sie werden Schweinegüllefiltrat oder -fugat gezüchtet, wobei nach der Fermentation suspekte Inhaltsstoffe durch Sedimentation von der bakteriellen Suspension abgetrennt werden, so daß diese Suspension aus einer nährstoffreichen Flüssigkeit und Mikroorganismen besteht.

Da diese Fermentation bei Temperaturen über 3O⁰C stattfindet, wird auch eine weitgehende Hygienisierung des eingesetzten Mediums erreicht. Die so hergestellte Bakteriensuspension wird mit Güllefeststoff, gehäckseltem Stroh oder ähnlichen Materialien belüftet

Der Fermentationsprozeß ist gekennzeichnet durch

— eine Temperatur von 20⁰C bis 50⁰C, vorzugsweise zwischen 35°C und 45°C

— einen pH-Wert zwischen 6,5 und 8

— eine mittlere Verweilzeit von 5 bis 20 Stunden, vorzugsweise 8 bis 12 Stunden

— eine Belüftungsrate von 4 bis 6m³ Luft pro m³ Reaktionsvolumen und Stunde.

Durch die Fermentation wird eine weitere Hygienisierung durch Abtöten restlicher pathogener Bestandteile erreicht. Zur Abtrennung des Fermentationsproduktes aus der Flüssigkeit wird der Fermentorablauf filtriert, wobei die festen Bestandteile gleichzeitig Filterhilfsmittel sind. Dazu wird der Fermentorablauf in einen mit Siebblechboden ausgestatteten Behälter gegeben bzw. auf eine Platte zum Abdrainieren oder besser über ein Bogensieb geleitet. Die in der Dispersion enthaltenen Bakterien werden von den Feststoffen zurückgehalten, die abfließende Flüssigkeit kann in den Bioreaktor zu rückgeführt werden. Auf diese Weise wird eine bedeutende Aufwertung gegenüber dem Fermentationsrohstoff erreicht, wobei Fermentationsprodukt und Filterhilfsmittel in einer Komponente vereinigt sind. Eine Weiterbehandlung des Fermentationsproduktes durch Trocknung ist nach bekannten Verfahren möglich. Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens gegenüber gegenwärtig angewandten Verfahren der Erhöhung des Futterwertes von Güllefeststoff und ähnlich zusammengesetzten Materialien sind:

— keine Zuführung von teuren Hilfs-oder Zusatzstoffen

— stabiler Fermentationsprozeß unter definierten konstanten Bedingungen

— weitere Erhöhung des Futterwertes durch Verwertung der entstehenden mikrobiellen Biomasse

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1: Fermentation von Güllefeststoff

Eine in einem Tauchstrahlfermentor im kontinuierlichen Verfahren aerob behandelte Schweinegülle (Filtrat) aus einer industriemäßigen Schweinezuchtanlage wird in einen Sedimentationsbehälter (Dortmundbrunnen) gegeben.

Durch Sedimentation werden unerwünschte Nebenprodukte der Fermentation abgetrennt. Der von absetzbaren Stoffen weitgehend befreite Überlauf wird zur Fermentation eingesetzt. Die Größenordnung und die Methoden der Tierhaltung einschließlich des angewendeten Fütterungsregimes bedingen eine in bestimmten Grenzen gleichbleibende Zusammensetzung der Rohgülle und damit auch der in der bakteriellen Suspension enthaltenen Mischpopulation.

Ausgangs- und Endprodukt (lufttrocken) sind durch folgende Stoffkennwerte charakterisierbar:

Fermentationsrohstoff: TS 89,2 %, Rohasche 5,2 %

Rohprotein 7,8 % derTS, Rohfaser 35,9 % der TS, Rohfett 1,2% der TS. Fermentationsprodukt: TS 87,1 %, Rohasche 9,3%

Rohprotein 10,8 % der TS, Rohfaser 31,8 % derTS, Rohfett 1,4 % der TS.

Beispiel 2: Fermentation von Stroh

Die eingesetzte Mischpopulation wird auf der gleichen Basis wie in Beispiel 1 gewonnen. Die Fermentation verläuft ebenfalls unter den gleichen Bedingungen.

Das gehäckselte Stroh ist durch folgende Stoffkennwerte charakterisierbar:

TS 84,8%, Rohasche 7,4%

Rohprotein 5,4% der TS, Rohfaser 43,2% der TS, Rohfett 0,9% der TS.

Die Fermentation verläuft bei einer Temperatur von 35°C, einer Belüftungsrate von 5 m³ Luft pro m³ Fermentationsmedium und Stunde sowie einem pH-Wert von 7,5 bei einer mittleren Verweilzeit von 12 Stunden. Der Fermentorauslauf wird über ein Bogensieb abgetrennt. Das luftgetrocknete Fermentationsprodukt ist durch folgende Stoffkennwertecharakterisierbar:

TS 94,4%, Rohasche 11,6%

Rohprotein 11,6% der TS, Rohfaser 36,7% der TS, Rohfett 1,4% der TS.

Claims (4)

1. Verfahren zum Aufwerten von Güllefeststoff, Stroh und anderen lignozellulosehaltigen Materialien, gekennzeichnet dadurch, daß der Fermentationsrohstoff und eine auf der Basis von Schweinegülle hergestellte Bakteriensuspension mittels bekannter Hilfsmittel in einen Fermentor gefördert werden, daß das Gemisch im Fermentor belüftet wird, wobei die Belüftungsrate 4 bis 6 m³ Luft pro m³ Reaktionsvolumen und Stunde beträgt, die Fermentation bei einerTemperatur von 20^cC bis 50⁰C durchgeführt wird bei einem pH-Wert zwischen 6,5 und 8, daß die mittlere Verweilzeit 5 bis 20 Stunden, daß der Fermentorablauf in eine flüssige und feste Komponente getrennt wird und die feste Komponente unmittelbar oder nach Trocknung als Futtermittel eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die feste Komponente durch Zentrifugation oder Filtration gewonnen wird und daß bei Filtration die im Fermentorablauf enthaltene feste Komponente als Filterhilfsmittel fungiert.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die flüssige Fraktion des Fermentorablaufes nach Trennung in den Fermentor zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Fermentorablauf durch Wärmetausch den Zulauf vorwärmt.