DE2543939A1 - Verfahren zur mikrobiellen aufbereitung von stroh und anderen lignifizierten pflanzenmaterialien zu futterzwecken - Google Patents

Description

• Verfahren zur mikrobiellen Aufbere@tung von Stroh und anderen
• lignifizierten Pflanzenmaterialien zu Futterzwecken Die Verwertung verholzten Pflanzenmaterials durch die Pansen= flora von Wiederkäuern ist erschwert, da die zellulosezersetzen den Bakterien die Lignininkrustierungen nicht abzubauen vermögen Die Abbaurate verschiedener Pflanzenmaterialien durch die Pansen mischflora läßt demzufolge auch eine direkte Beziehung zum Lignin gehalt erkennen (Harkin, 1973). Das in die Zellwand eingebaute Lignin verhindert den direkten Kontakt der Bakterien mit den Zel= lulosefasern sowie den Zutritt und hydrolytischen Angriff der Zel luiasen auf die Lignin-Zellulose-Bindungen. Trotz eines hohen Zellulosegehaltes von 60-70 % ist vor allem Stroh mit einem I,-linanteil von 20-30 % schwer zugänglich.
• In der Vergangenheit hat es nicht an Versuchen gefehlt, Stroh ander= weitig zu verwerten. So wurden Verfahren zur Zellulosegewinnung und -verzuckerung entwickelt. Auch in der Spanplattenfertigung wurde es eingesetzt. Gemessen am Strohanfall lassen sich jedoch nur bescheidene Mengen verarbeiten. Um die mikrobielle Verwertbar= keit verholzten Pflanzengewebes zu erhöhen, wurde in verschiedenen Arbeiten der Effekt einer physikalischen, chemischen oder enzvma= tischen Vorbehandlung geprüft (Han und Callihan, 1974). Neue-rdirlgs unterwirft man Stroh einer Alkalibehandlung (Anon., 1974) um durch die Hydrolyse des Lignin-Zellulose-Komplexes eine bessere Verdau= lickeit zu erzielen. Diskutiert wird auch eine Sulfit-- oder Säure behandlung.
• Um die Lignininkrustierungen zu beseitigen, bietet sich neben den chemischen Verfahren auch ein mikrobieller Aufschluß des Pflanzen materials durch Reinkulturen geeigneter Basidiomyceten-Stäinme und anderer Mikroorganismenarten an. Diese Organismen sind sowohl zum Abbau von Lignin als auch von Zellulose befähigt, einige von ihnen, besonders Basidiomyceten, bauen bevorzugt Lignin ab (ioäL-nowski, 1969). Ihre Tätigkeit führt zu tiefgreifenden Struktur:: veränderungen im pflanzlichen Material. Sie geben sich im Falle der Ligninaromaten durch eine Abschwächung der UV-Absorptionsbanden zu erkennen (Haider und Grabbe, 1971).
• In unseren Versuchen werde Feitenstroa mit verschiedenen Pilz= stämmen beimpft und vier Wochen bei 24"C inkubiert. Die Abnahme des Trockengewichts betrug 10-40 %, der Ligninverlust lag zwischen 30 und 40 , der Zelluloseschwund bei 20-35%. Die unterschiedliche Verdaulichkeit korrelierte mit dem Ligninabbau.
• Als Beispiel für einen Pilzstamm, der sich auf Stroh ansiedeln läßt, kann der Austernseitling, Pleurotus ostreatus, gelten.
• Er bevorzugt Stroh als alleiniges Substrat,durchwächst es inner: halb weniger Tage und zeigt kaum Anfälligkeit gegen Krankheiten.
• Die in-vitro-Verdaulichkeit kann 53 % zu betragen und erreicht damit die biologische Wertigkeit von Heu mittlerer Qualität. Darüber hinaus werden eine Reihe wertvoller Inhaltsstoffe z. B. VItamine gebildet und durch den Rotteschwund eine relative Anreicherung von Stickstoff in Form von Pilzbiomasse erzielt.
• Bei dem hier angesprochenen Verfahren wird zellulose- und lignin:: haltiges Material so vorbereitet, daß ein optimales Myzelwachstum geeigneter Reinkulturen von Basidiomyceten und anderen Mikroorganismenarten erfolgen kann bzw. der fermentative Prozeß in kurzer Zeit zum Abschluß kommt.
• Verfahrenstechnisch wird dem Umstand Rechnung getragen, daß Steril= verfahren für die Praxis sehr aufwendig sind und als Dauereinrich= tung kaum realisiert werden können. Zur Vorbereitung des Materials dient daher die kurzzeitige Pasteurisation mit Dampf, Heißwasser oder Chemikalien. Des weiteren besteht die Möglichkeit, hinreichend angefeuchtetes Substrat ohne vorherige Dampfbehandlung mit Pilz brut zu beimpfen und über definierte C02/02-Gasgemische das Wachs tum des jeweiligen Pilzstammes zu stimulieren bzw. die Konkurrenz= flora zu unterdrücken.
• Neben dem Aufschluß pflanzlichen Materials durch Reinkulture:l ver= schiedener Mikroorganismenarten könnte auch die Inkubation mit spezifischen Enzymkonzentraten (z. B. Ligninasen) zum gewünschten Ziel führen.
• Der Strohaufschluß durch ligninabbauende Mikroorganismen ohne zu:: sätzliche Stickstoffquelle führt zu Produkten, die sich vor allem zur Verfütterung an Wiederkäuer eignen, da hier z. B. über Harn stoffgaben eine Proteinbildurg im Pansen stattfinden kann. Es ist jedoch möglich, unter Ausnutung ausgeprägter Antagonismen und Toleranzen durch N-Substitu1tion eine Protein- bzw. Biomassebildung mit dem Strohaufschluß zu koppeln. Das so entstehende Fermentations= gut läßt sich für verschiedenste Verwendungszwecke weiterverarbeIten. Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: Das Verfahren des Strohaufschlusses über den mikrobiell erfolgenden Ligninabbau kann von bäuerlichen Betrieben in hofeigenen Anl&-gen zur Herstellung wirtschaftseigenen Futters ähnlich der Rübenblatt= silage durchgeführt werden.
• Die Erstellung geeigneter Fermentationsbehälter erfordert keine hohen Kapitalinvestitionen.
• Die Überwachung der Anlage ist seitens der Meß- und Regeltechink unproblematisch.
• Das Fermentationsgut bedarf keiner kostspieligen Vorbehandlung.
• Literaturhinweise: 1. Y.W.Han and C.D.Callihan: Cellulose Fermentation: Effect of Substrate Pretreatment on Microbial Growth.
• Applied Microbiol. 27, 159-165, 1974 2. Haider,K. und K.Grabbe: Die Huminstoffbildung und die Stickstoff verteilung bei der Strohrotte in Beziehung zur mikro= biellen Phenolbildung. Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde 129, 202-216, 1971 3. Haider,K. und J.Trojanowski: Decomposition of specifically 14C-labeled phenols and dehydropolymers of coniferyl alcohol as models for lignin degradation by soft and white rot fungi. Archives of Microbiology (im Druck) 4. J.M.Harkin in Chemistry and Biochemistry of Herbage; ed. C.W0 Butler and R.W.Bailey, Yol. 1, Acad. Press London and New York, 5, 323-368, 1973 5. J. Trojanowski: Biological degradation of lignine. J. Int.
• Bio. Bull. 5 (3), 119-124, 1969 6. Anom. Holzfutter für Wiederkäuermägen, FAZ v. 11.9.1974 "Natur und Wissenschaft".

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur mikrobiellen Aufbereitung von pflanzlichen Rückständen, dadurch gekennzeichnet, daß lignin- und zellulose haltiges Material zuvor durch die Tätigkeit definierter lignin abbauender Mikroorganismenarten oder deren Mutanten allein oder im Gemisch aufgeschlossen wird und dadurch einen höheren Grad an Verdaulichkeit der Zellulose und Hemizellulose erlangt, 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Mikroorganismen selbst auch deren ligninspaltende Enzyme für den Perinentationsprozeß genützt werden können.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstum ligninabbauender Mikroorganismen im Fermentations behälter durch bestimmte Kohlendioxid- bzw. Sauerstoffgehalte oder definierte Gemische dieser Gase kontrolliert, gefördert und/oder gegen den Einfluß von Konkurrenzfloren gescllbtzt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch änderungen der das Wachstum bestimmenden Parameter der zeitliche Verlauf des Prozesses, sowie die Zusammensetzung und Qualität des Endproduktes kontrolliert, gesteuert und verändert werden kann.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstum ligninabbauender Mikroorganismen im Fermentationsbe= hälter durch physiologisch aktive Substanzen kontrolliert, ge fördert und/oder gegen den Einfluß von Konkurrenzfloren ge= schützt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wachstum ligninabbauender Mikroorganismen auf pflanzlichen Rück= ständen ohne N-Substitution oder nach Zusatz von Stickstoff= quellen verschiedensten Ursprungs erfolgt.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das mi= krobiell aufbereitete Material durch geeignete Verfahren z.B0 Silierung ohne oder mit Zuschlagstoffen konserviert und/oder weiterverarbeitet wird.

   8e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mikrobiell aufbereitete Material direkt oder indirekt als Ausgangsprodukt für weiterführende mikrobielle Umsetzung= prozesse dient.

   90 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mikrobiell aufbereitete Material allein oder im Gemisch mit organischen und/oder anorganischen Zusatzstoffen nicht als Ftlttermittel, sondern anderen Verwendungszwecken dient.