DE2622462A1 - Verfahren zur druckformung von koernigen feststoffen zu zusammenhaengenden diskreten teilchen mit vorbestimmter form sowie bei diesem verfahren verwendbarer zusatz - Google Patents

Description

Verfahren zur Druckformung von körnigen Peststoffen zu zusammenhängenden diskreten Teilchen mit vorbestimmter Form sowie bei diesem Verfahren verwendbarer Zusatz

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmiermittel für eine Feststoffteilchen enthaltende Mischung, wodurch die Produktionsgeschwindigkeit ohne Erhöhung der für das Pelletieren und Extrudieren aufgewendeten Leistung vergrößert und außerdem die Bindeeigenschaften des erzielten Produkts verbessert werden sollen.

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Viele gegenwärtig hergestellte und verkaufte Produkte haben das Aussehen eines Einzelteils, bestehen jedoch tatsächlich aus verhältnismäßig kleinen Feststoffteilchen, die unter erhöhten Drücken und gewöhnlich auch unter erhöhten Temperaturen zu der gewünschten Größe und Form verformt und zusammengedrückt sind. Ein solches Verfahren wird allgemein "Pelletieren" oder Tablettieren genannt und es können damit Produkte hergestellt werden, deren Größe in einem Bereich von dem verhältnismäßig kleinen Rattenköder und Material zur Aufnahme von Katzenfäkalien, wie körniger Lehm oder pelletierte Luzerne (cat litter), d.h. weniger als etwa 2,5 cm (1 inch) Länge, über Holzkohlenbriketts und Heuwürfel, d.h. etwa 2,5 bis 10 cm (1-4 inches) in der größeren Abmessung oder noch größer, bis zu Salzblöcken liegt, die unter Umständen länger als 30 cm ( 1 foot) sind und beispielsweise zur Viehfütterung verwendet werden.

Ein ähnliches Verfahren, das unter Verwendung von Feststoffteilchen zur Herstellung einer Vielzahl von diskreten Mengen oder Klumpen mit einer noch 'größeren Vielzahl von Formen durchführbar ist, das jedoch entsprechend höhere Drücke und gewöhnlich auch Temperaturen erfordert, ist das Strangpressen oder Extrudieren. Bei beiden Verfahren, Extrudieren und Pelletieren, soll ausschließlich ein kohäsives Produkt erzielt werden, das nicht auseinanderfällt. Eine Hauptschwierigkeit bei beiden Verfahren ist die verhältnismäßig große Leistung, welche zur Bildung des Produkts erforderlich ist, und oftmals die verhältnismäßig niedrige Produktionsgeschwindigkeit.

Die Technik suchte nach Wegen, die Bindung zwischen den das pelletierte Produkt bildenden Teilchen zu

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verbessern, sowie nach Wegen, den Leistungsverbrauch zu verringern und die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Leider schlossen sich in vielen Fällen Lösungen der beiden Probleme gegenseitig aus. Beispielsweise verminderten oftmals Zusätze, die den Leistungsverbrauch herabzusetzen scheinen, d.h. die allgemein als Schmiermittel beim Pelletieren oder Extrudieren betrachtet werden können, die Bindung zwischen den das Endprodukt bildenden Teilchen.

Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, daß der verhältnismäßig große Leistungsverbrauch durch Hinzufügen eines Schmiermittels herabgesetzt werden kann, aber die Schmiermittel, die bisher in der Technik verwendet wurden, das sind pflanzliche und tierische Fette und Öle und Mineralöle, führten zu einer wesent- · liehen Verringerung der Haltbarkeit des z.B. pelletierten Produkts. Diese Stoffe mußten gewöhnlich in beträchtlichen Mengen, d.h. von 1 bis 2 Gew.-% beigegeben werden, um eine wesentliche Schmierwirkung zu erzielen, die zu einer beträchtlichen Leistungsverringerung oder Produktionssteigerung führt. Infolgedessen führten sie nicht nur zu einem beträchtlichen Verlust an Festigkeit des pelletierten Produkts, sondern sie stellten auch einen wesentlichen Bestandteil des Endprodukts dar und oftmals einen, der für die schließliche Verwendung, für die das Produkt bestimmt ist, nicht unbedingt erwünscht ist. Ferner waren diese Stoffe Flüssigkeiten oder zähflüssige Feststoffe und konnten daher nur schwer mit den zu pelletierenden festen Bestandteilen vermischt werden. Es wurden auch Zusätze zur Verbesserung der Kohäsivkraft, d.h. der Bindung zwischen den das pelletierte Produkt bildenden

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Teilchen, verwendet. Ein gewöhnlich verwendetes Bindemittel, das besonders für Futter- oder Köderprodukte geeignet ist, ist Melasse. Dieses Material verringert bekanntlich wirksam die Schmierung, indem es die Produktion verringert und den Leistungsverbrauch und die Produktionskosten steigert. Andere Stoffe, die eine geringe Schmierwirkung haben, wie Tonarten, z.B. Attapulgit und Bentonit, und Lignin-Sulfonat in flüssiger oder trockener Form, waren ebenfalls als Bindemittel wirksam, ergaben jedoch nur eine verhältnismäßig geringe Schmierwirkung für den verhältnismäßig großen Anteil des im pelletierten Produkt vorhandenen Stoffs. Allgemein müssen solche Stoffe in Mengen von mindestens 1 bis 2 Gew.-% vorhanden sein und stellen daher einen wesentlichen Anteil des pelletierten oder tablettierten Produkts dar, tragen jedoch oftmals wenig oder nichts zum beabsichtigten Zweck des pelletierten Produkts bei oder können sogar dafür nachteilig sein.

Bei den hier beschriebenen pelletierten und extrudierten Produkten werden ■ die einzelnen Feststoffteilchen oder Körner während des Pelletierens und Extrudierens durch Druck direkt aneinander gebunden. Sie müssen unterschieden werden von solchen anderen Produkten, die ebenfalls aus Körnern gebildet sind, bei denen jedoch die Körner als Feststoffe innerhalb eines Gefüges eines Bindemittels, wie Gelatine, gehalten werden, wie es beispielsweise in der US-PS 2 593 577 beschrieben ist.

Daher können im Zusammenhang mit der nachfolgend

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beschriebenen Erfindung die Verfahren des Pelletierens und Extrudierens teilchenförmiger oder körniger Feststoffe zur Bildung eines einzelnen zusammenhängenden Feststoffprodukts allgemein als Druckverformung der Feststoffkörner oder Teilchen beschrieben werden. Es ist festzuhalten, daß zwar wesentliche Unterschiede zwischen dem Verfahren des Pelletierens und des Extrudierens bestehen, jedoch sind dem Fachmann die zur Erzielung der besten Resultate in beiden Fällen erforderlichen unterschiedlichen Parameter geläufig. Obwohl daher die vorliegende Erfindung ihre größte Wirksamkeit beim Pelletierungsverfahren mit niedrigeren Temperaturen erzielt, sind die Vorteile wenigstens allgemein in gleicher Weise bei beiden Verfahren erzielbar.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Druckverformung von körnigen Feststoffen zu einstückig geformten Pellets oder Tabletten, wobei mindestens 0,01 Gew.-% körniges festes Kollagenprotein gemahlen und mit den durch Druck zu verformenden körnigen Feststoffen vermischt wird. Das Kollagenprotein verbessert die Dauerhaftigkeit des hergestellten Produkts durch Verbesserung der Bindung zwischen den körnigen Teilchen im hergestellten Produkt und verringert wesentlich den Energiebedarf für eine bestimmte Mengeneinheit des Produkts bzw. erhöht bei konstantem Leistungsverbrauch die Produktions- " geschwindigkeit wesentlich.

Es hat sich gezeigt, daß die durch festes Kollagen erzielte Verbesserung beträchtlich wird, wenn die Kollagenkörner eine Teilchengröße von nicht mehr als etwa 0,7mm lichte Maschenweite (25 mesh, U.S. Sieve Scale) und vorzugsweise nicht mehr als etwa 0,25 mm

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lichte Maschenweite (50 mesh). Es besteht zwar keine bekannte minimale Teilchengröße, aber es' hat sich keine wesentliche Verbesserung bei der Verwendung von Teilchen ergeben, die kleiner sind als etwa 0,037 mm lichte Maschenweite (400 mesh), und die verhältnismäßig großen Kosten und Schwierigkeiten bei der Erzielung so kleiner Teilchengrößen macht beim gegenwärtigen Stand der Technik jede kleinere Größe unnötig. Optimal weist das verwendete Kollagenprotein eine Teilchengröße von etwa 0,32 mm bis 0,037 mm lichte Maschenweite (40 bis 400 mesh U.S. Sieve Scale) auf.

Wenn gröbere Teilchen als die oben angegebenen zur Verfügung stehen oder es erwünscht ist, die Wirksamkeit der oben genannten bevorzugten Teilchengrößen noch zu verbessern, werden die Kollagenteilchen den Feststoffen, mit denen zusammen sie druckverformt werden sollen, zusammen mit einem synergistischen Hilfsstoff beigemischt. Der Hilfsstoff selbst braucht weder auf die Bindung noch auf die Verringerung des Leistungsbedarfs bei der verwendeten Konzentration eine Wirkung haben, verbessert jedoch die Wirksamkeit des Kollagenproteins in diesen Hinsichten. Die bevorzugten Hilfsstoffe sind anionische Polymere, Metallsalze, organische Salze und proteolytisch wirkende Stoffe, wie Enzyme. Die Wirksamkeit der synergistischen Hilfsstoffe wird zwar nicht völlig durchschaut, jedoch haben alle Stoffe, bei denen sich diese Wirkung gezeigt hat, auch die Wirkung der Verflüssigung des Proteins.

Brauchbar sind synergistische Hilfsstoffe, wie die

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natürlichen Gummiarten: Carrageenan, Alginate, Johannisbrotgummi, Guargummi, Pektin", Xanthangummi, Gummi arabicum und Gummitragant, sowie synthetische anionische Polymere, wie die anionischen Zellulosederivate einschließlich der Ätherderivate, z.B. Hydroxyalkylzellulose (Hydroxyäthyl- und Hydroxypropyl-Zellulose sind die am leichtesten erhältlichen), und die wasserlöslichen Salze von Carboxymethylzellulose, Polyacrylamid (ein Acrylamid-Acrylsäure-Mischpolymer), Salze von organischen und anorganischen Säuren, insbesondere die wasserlöslichen Salze, wie Calciumchlorid, Natriumchlorid, Natriumacetat, und organische Salze, wie Harnstoff, Thioharnstoff und verschiedene Harnstoffderivate, wie Dimethylharnstoff, Biuret und andere Harnstoffpolymere, wie Harnstoff-Formaldehyd.

Bei Verwendung von Kollagenprotein mit der gewünschten kleinen Teilchengröße hat sich gezeigt, daß der synergistische Hilfsstoff die Wirksamkeit des Kollagens verbessert, wenn er in einem Verhältnis bis zu etwa 1:2 Hilfsstoff -: Kollagen vorhanden ist. Es können zwar auch größere Anteile des Hilfsstoffs zugegeben werden, sie haben aber über dieses Verhältnis hinaus wenig oder keine Wirkung und gehen daher nur verloren. Vorzugsweise müssen nicht mehr als 25 Gew.-% Hilfsstoff, bezogen auf das Gewicht des Kollagenproteins vorhanden sein, da oberhalb 25 % die durch den Hilfsstoff erzielte zusätzliche Wirksamkeit schnell abnimmt. Vorzugsweise liegt das Verhältnis Hilfsstoff : Kollagen zwischen etwa 1 : 25 und-etwa 1 : 4 und optimal ist das minimale Verhältnis 1 : 10. Die Gesamtmenge des verwendeten Kollagenproteins muß vorzugsweise nicht größer sein als etwa 2,27 kg (5 pounds) je 907,2 kg (1 ton) der zu pelletierenden oder extrudierenden Gesamtbestandteile.

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Es können zwar größere Mengen von Kollagenprotein verwendet werden, aber dies hat wenig oder keine Wirkung für die Verbesserung des Leistungsverbrauchs oder der Dauerhaftigkeit des Produkts. Allgemein ergeben etwa 0,23 bis etwa 0,91 kg (1/2 bis 2 pounds) je 907,2 kg (1 ton) zu pelletierender oder extrudierender Feststoffteilchen, die wirksamste Anwendung der vorliegenden Erfindung. Es ist jedoch festzustellen, daß die Wirkung :■ der Erfindung bei der Verbesserung der gegenseitigen Teilchenbindung des pelletierten oder extrudierten kornartigen Produkts bei Proteinkonzentrationen von wenigstens 0,45 kg (1 pound) je 907,2 kg (1 ton) zu pelletierenden kornförmigen Materials am leichtesten eintritt.

Das Pelletierungsverfahren, das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, besteht allgemein darin, daß zunächst die kornförmigen Feststoffe durch Befeuchten, z.B. mit Wasser, vorbehandelt werden. Vorzugsweise werden die Feststoffe befeuchtet und erhitzt, indem die Feststoffe direkt mit Dampf bei einer Temperatur von wenigstens etwa &4.&8°C (227°F) und vorzugsweise mindestens etwa +140,9 C (300⁰F) direkt in Berührung gebracht werden. Die Vorbehandlung wird bei Umgebungsdruck durchgeführt. Die dampfbehandelten körnigen Feststoffe, die einige Feuchtigkeit (z.B. etwa 14 %) als Ergebnis der direkten Berührung mit Dampf aufgenommen haben, werden sodann mechanisch durch eine Düsenöffnung zur Bildung eines Pellets oder einer Tablette gedrückt, das bzw. die vorzugsweise durch Druckluft unmittelbar gekühlt wird, bevor sie gelagert wird. Obwohl die Vorbehandlung mit Dampf oder Temperatur bevorzugt wird, um die Schmier wirkung des Kollagenproteins weiter zu verbessern, kann

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auch flüssiges Wasser im wesentlichen bei Umgebungstemperatur verwendet werden, wenn gewünscht.

Im allgemeinen drücken bei Pelletierungsverfahren gewellte oder geriffelte Rollen die körnigen Feststoffe durch eine Eo..rjjöffnung. Bei einem Extrusionsvorgang, welcher allgemein höhere Drücke erfordert, wird das dampfbehandelte körnige Material unter Verwendung einef? dicht sitzenden Schnecke durch eine Düse gedrückt. Andere ähnliche Verfahren, beispielsweise Brikettier- oder Preßverfahren, verwenden andere Arten von Hochdruckkolben oder Pressen zum Zusammendrücken der körnigen Feststoffe in die gewünschten Formen. Viele dieser Verfahren, die erfordern,daß das körnige Mated, al entweder während oder nach dem Zusammendrücken gleitend längs einer unter Druck stehenden Oberfläche geschoben wird, können durch Verwendung des körnigen Kollagenproteins gemäß der Erfindung verbessert werden. In gleicher Weise trägt die Bindewirkung des Kollagenproteins zu diesen Zusammendrückvorgängen bei.

Die Verfahren des Pelletierens und Extrudierens sowie des Brikettierens oder Pressens bzw. Verdichtens sind in der Technik bekannt und stellen für sich keinen Teil dieser Erfindung dar. Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung dieser bekannten Verfahren durch die Verwendung eines körnigen Kollagenproteinmaterials, wodurch die Bindeeigenschaften des hergestellten Produkts verbessert werden sowie der Leistungsverbrauch bei dem unter Druck ablaufenden Herstellungsvorgang verringert wird.

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Die erfindungsgemäß brauchbaren Kollagenproteine sind gewöhnlich in Form der hydrolysieren Proteine erhältlich, die als eßbare Gelatine, technische Gelatine oder Leim bekannt sind. Diese Produkte lassen sich allgemein durch die Hydrolyse von faserigem tierischem Kollagen mit heißem Wassen erhalten. Das genaue Verfahren der Behandlung des natürlichen Tierfasergewebes zur Hydrolysierung und Extrahierung der gewünschten Proteine ist für die Zwecke dieser Erfindung nicht wesentlich. Sowohl mit Säure als auch mit Alkali gehärtete Gelatine kann verwendet werden, wenn gewünscht. Es ist eine Vielzahl von Verfahren zur Erzielung des Proteins aus den Kollagenfasern bekannt und es kann jedes angewendet werden, um das körnige proteinhaltige Material zu erzielen, das 'erfindungsgemäß verwendbar ist.

Kollagenprotein zeichnet sich dadurch aus, daß es einen verhältnismäßig großen Anteil an Glycinaminosäure sowie einen beträchtlichen Anteil an Hydroxylysin und Hydroxyprolin im Molekül enthält. Mit anderen Worten, Kollagen ist ein zusammenfassender Ausdruck für eine Gruppe von verschiedenen Proteinen, die sich' voneinander durch ihren zwischen- und innermolekularen Aufbau unterscheiden. Die genaue Art des verwendeten Kollagenproteins, ist, wie oben erwähnt, für die erfolgreiche Durchführung der Erfindung nicht wesentlich. Es ist lediglich erforderlich, daß das Protein in der festen körnigen Form erhalten wird und daß vorzugsweise die Teilchengrößen in den oben erwähnten Bereichen liegen.

Die Art des Kollagenproteins wird nur wesentlich, wertn

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es eine Wirkung hat bei der endgültigen Verwendung, der das gepreßte Produkt zugeführt werden soll. Wenn das gepreßte Produkt beispielsweise ein Nahrungsmittel ist, dann sollte lediglich eßbare Gelatine verwendet werden. Eine' ähnliche Situation ergibt sich für alle Stoffe, die von Menschen oder Tieren eingeführt werden sollen, was nicht nur Nahrungsmittel, sondern pharmazeutische Stoffe umfaßt. In d.er nicht Nahrungsmittel betreffenden Industrie, beispielsweise bei der Herstellung von Pellets für die Schädlingsbekämpfung, Holzkohlenbriketts oder Material zur Aufnahme von Katzenmist, kann'technisches oder sogar in Form von Leim vorliegendes Kollagenprotein ohne nachteilige Wirkung verwendet werden.

Der synergiistische Hilfsstoff ist ganz allgemein ein Material, das das Protein zu verflüssigen sucht. Es wird angenommen, wobei dies lediglich der Erläuterung dient und die Erfindung nicht einschränken soll, daß diese Hilfsstoffe die Wasserstoffbindung innerhalb des Gelatinemoleküls stören. Dies wird durch die verminderte Viskosität der in Lösung befindlichen Mischung im Vergleich zu der Gelatine allein einsichtig. Bestimmte proteolytische Enzyme können ebenfalls trocken mit der Gelatine vermischt werden. Das gemischte Material muß jedoch verhältnismäßig schnell nach dem Vermischen zur Druckformung der körnigen Produkte verbraucht werden, bevor die Enzyme das proteinmolekül vollständig zerstören. Wenn eine solche Kombination nach dem Vermischen schnell verbraucht wird, ergibt sie den erwünschten verringerten Leistungsverbrauch und wenigstens eine anfängliche Verbesserung in der Bindungsfestigkeit des Produkts. Wenn sich jedoch die Wirksamkeit des Enzyms fortsetzt, nachdem das Produkt druckgeformt ist, wird das Protein schließlich zersetzt und die

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zusätzliche Bindewirkung geht allmählich vergoren.

Eine Liste von brauchbaren synergistischen Hilfsstoffen, die nicht die Wirkung haben, das Protein fortlaufend zu zersetzen, ist die folgende:

Natürliche pflanzliche Gummistoffe, wie Pektin, Xanthangummi, Gummiarabicum, Gummitragant, Johannisbrotgummi, Guargummi, Carrageenan und Alginate; synthetische Polymere, wie die Ätherderivate von Zellulose einschließlich Karboxymethylzellulose, Hydroxypropylzellulose, ' Hydroxyäthylzellulose, wasserlösliche Salze von Polyacrylaten, Plyvinylsulfonsäuren, Natriumpolyphosphat und andere synthetische Polymere, die negative Ionen, wie die ^Carboxylgruppen, Karboxylsalzgruppen, enthalten, beispielsweise Na£riumkarboxylat und -sulfat, sowie Stoffe, wie Acrylamid-Acrylsäure-Mischpolymerisate (Polyacrylamide, verkauft von der Stein Hall Co., New York, New York) und Polyhall 295 Methacrylamid-Methacrylsäure-Mischpolymerisate und deren Ester, Harnstoff und organische Salze, insbesondere Amide oder Imide, erhalten aus Harnstoff, einschließlich beispielsweise Thioharnstoff, Dimethylharnstoff und Biuret, sowie andere Polymere von beispielsweise Harnstoff und Formaldehyd.

Der synergistische Hilfsstoff ist vorzugsweise ein körniger Feststoff im gleichen Teilchengrößenbereich wie das Protein.

Die Erfindung hat eine breite, jedoch allgemeine Anwendbarkeit bei körnigen oder teilchenförmigen Feststoffen, die einem Kompressionsdruck unterworfen werden, entweder in einer geschlossenen Form oder beim Durchgang durch eine

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Fornv.öf fnung zur Erzeugung eines kompakten, druckgeformten Produkts mit einer vorbestimmten Formgebung und einer kohäsiven, einstückigen Struktur. Diese Verfahren umfassen zusätzlich zum Pelletieren, Brikettieren und Extrudieren von körnigen Stoffen das Preßformen solcher körniger Stoffe, wobei ein brauchbares Schmiermittel als Entformungsmittel benötigt wird, das auch die innere Bindung oder Adhäsion zwischen den Teilchen verbessert, so daß die Dauerhaftigkeit des- druckgeformten Produkts beim Lagern oder Handhaben verbessert wird.

Durch die nachfolgenden Beispiele sollen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt.

BEISPIEL I.

Um sicherzustellen, daß Vieh mit einer ganz nahrhaften, gut abgerundeten Ernährung versorgt wird, ist es allgemein üblich, ein pelletiertes Futter herzustellen, das aus einer Kombination von teilchenförmigen körnigen Stoffen mit den gewünschten Nährwerten besteht. Eine gewöhnlich zur Verfugung stehende und kommerziell verwendete Pelletiermühle arbeitet folgendermaßen:

Die körnigen Feststoffe werden zur Bildung eines Viehfutters beispielsweise in einem Bandmischer mit einem Fassungsvermögen von etwa 1 800 kg (4 000 lbs.) 5 Minuten lang vermischt. Die vermischten Feststoffe^-werden zu einem Vorratsbehälter oberhalb der Pelletiermühle übergeleitet. Der vermischte Brei fließt sodann in eine Aufbereitungskammer, wo er mit Dampf von beispielsweise

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4,4 atü (60 psig) dreißig Sekunden lang in Berührung gebracht wird, so daß die die Aufbereitungskammer verlassenden Feststoffe sich gewöhnlich auf einer Temperatur von etwa 37,8 - 78,9°C (100-174⁰F) befinden und 11-14 Gew.-% Feuchtigkeit enthalten.

Der aufbereitete Brei wird sodann zu feststehenden Rollen geleitet, welche die gemischten Feststoffe durch ' kreisförmige Formöffnungen drücken, so daß die Feststoffe zu Pellets komprimiert werden. Gewöhnlich kann der Wärmeanstieg beim Durchgang durch die Form rund 11°C (20⁰F) betragen. Das die Form verlassende pelletierte Material wird sodann durch eingeblasene Luft gekühlt.

Übliche Verfahren zum Pelletieren von Tierfutter sind in einem Büchlein "Pelleting Animal Feed", herausgegeben von der American Feed Manufacturers Association, 1701 N. Ft. Meyer Drive, Arlington, Va. 22209, dargestellt.

Pelletiertes Viehfutter wird oftmals bei Lagerung, Transport und Verteilung durch den Bauer auf den Feldern einer ziemlich rauhen Behandlung ausgesetzt. Dementsprechend müssen die Pellets ausreichend hart und dauerhaft sein, um diese rauhe Behandlung ohne Zersetzung in unerwünschte Feinteilchen zu überstehen, die nicht die gewünschte Gesamtzusammensetzung von Nährstoffen aufweisen und die außerdem nur sehr schwierig dem Vieh zu verfüttern sind. Ein normaler Test, der zur Prüfung der Dauerhaftigkeit entwickelt worden ist, besteht in dem "Taumeldosen"-Verfahren (tumbling can method), bei dem 500 g der zu prüfenden Pellets für normalerweise 16-1/2 Minuten in einem

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rechtwinkligen Behälter mit den Abmessungen 30,5 auf 30,5 auf 12,7 cm (12 auf 12 auf 5 ins.) mit einer Drehgeschwindigkeit von 30 U/min um eine einzige Querachse in Taumel«? bewegung versetzt werden, d.h. die Achse steht senkrecht auf den längeren Abmessungen der Dose und verläuft durch den Mittelpunkt der Dose. Nach der Durchführung der Taumelbewegung werden die Pellets entnommen, zur Abtrennung der Feinteilchen gesiebt und gewogen. Der Normalwert PDI wird nach der folgenden Formel erhalten:

PDI «—SiSkt^Pellets (abzüglich FeinteilcherO Ursprüngliches Probengewicht

Je höher der PDI-Wert ist, desto dauerhafter ist das pelletierte Produkt.

Die Viehfuttermischung wurde mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

'TABELLE I

Bestandteil ' Gewichtsteile

Baumwollsaatmehl 650

Defluorierte.s Kalziumphosphat GDP

(mineralischer Zusatz) 200

Malztreber . 1 100

Salz 100

Entwässerte Luzerne (Alfalfa)' 690

Futterharnstoff 145

Kornsiebdurchfall 200

Dyna Mate · (mineralischer Zusatz für

Viehfutter) . 100

Bentonit " * 200

Bierhefe 200

Molke 100

Sorghumkorn (MiIo) 100

Cattle Krave (Futtergeschmacksmittel) 5

Scroggs RW-10 (Viehfutterzusatz der Farmer's

Marketing Association, Denver, USA) .10

Vitamine A, D₃, E 2

Melasse 609853/0661 ²⁰°

ORIGINAL FNSPECTED

1,8 t (2 tons) des obigen Materials wurden auf einer Mühle mit einer Leistung von 101 PS (lOOhp) bei einer der Stellung "5" eines sogenannten Reeves-Antriebs entsprechenden Drehzahl und einer 190-250 A entsprechenden Leistungsanzeige am Amperemeter des Geräts pelletiert.

Pellets wurden mit einer Produktionsgeschwindigkeit von 3,10 t (3,42 tons) in der Stunde hergestellt.

Ferner wurde ein Produkt hergestellt, das mit der oben angegebenen Zusammensetzung identisch war, jedoch zusätzlich 0,68 kg (1-1/2 lbs) pro 0,9 t (lton) der obigen Zusammensetzung einer Mischung aus 3 Gewichtsteilen eßbarer Gelatine (mit einer Teilchengröße von etwa 0,25 mm lichter Maschenweite bzw. 50 mesh), Typ A, hergestellt von der Firma Milligan and Higgins, Johnstown, N.J. V.St.A., und einem Gewichtsteil Carboxymethylzellulose (mit einer Teilchengröße von 0,15 mm lichter Maschenweite bzw. 100 mesh) (CMC 7H, verkauft von der Firma Hercules Inc., Chicago, Illinois, V.St.A.), enthielt.

Die zweite Zusammensetzung, welche die 0,68 kg Kollagenprotein pro 0,9 t und den synergistischen Hilfsstoff enthielt, wurde in der gleichen Pelletiermühle mit einer Mühlendrehzahl gemäß Einstellung "6" des Reeves-Antriebs pelletiert, bis 3,6 t (4 tons) der gesamten Zusammensetzung pelletiert waren. Die Pelletierungsgeschwindigkeit bei Anwesenheit des Kollagenproteins betrug 5,07 t (5,33 tons) in der Stunde bei einer Leistungszufuhr von 190-250 Ampere. Dies entspricht einer Erhöhung der Produktion um 55,9 % ohne Erhöhung des Leistungsverbrauchs.

In beiden obigen Versuchen waren die hergestellten Pellets 19 mm (3/4 inch) lang.

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Um die Beständigkeit oder Haltbarkeit der zwei Pellets zu untersuchen, wurde eine Probe von 500 g jedes Produkts nach dem Taumeldosenverfahren untersucht. Beide Produkte hatten den gleichen Produktsbeständigkeitsindex PDI von 9,92 und ergaben 7,78 kg (17,6 lbs) Feinteilchen pro 0,9 t (1 ton) des Produkts. Daher verbesserte in diesem Fall das Kollagenprotein wesentlich die Produktionsleistung der Mühle ohne Erhöhung des Leistungsverbrauchs und ohne jeden -Verlust an Beständigkeit (normalerweise sinkt die Beständigkeit bei Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit infolge des geringeren Kochens und infolgedessen geringerer Gelatinierung der Bestandteile aufgrund der geringeren Verweilzeit der Bestandteile in der Form).

BEISPIEL II

Es wurde das Verfahren nach Beispiel I zur Bildung von Pellets aus der folgenden körnigen Feststoffzusammensetzung durchgeführt:

TABELLE 2

Zusammensetzung Gewichtsteile

Franklin Premix (von der Firma

Franklin Feed Company hergestellte

Vormischung ^50ü

XP-4 Supplement (Spurenmineral-Vormischung) 705

Entwässerte Luzerne ^{2 305}

Melasse ⁵⁰

Cobra (Pflanzenöl) ³⁰

Cytidindiphosphat ^4l0

Es wurde eine zweite, mit der ersten identische Zusammensetzung hergestellt, die jedoch 0,45 kg (1 Ib) je 907 kg

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(1 ton) der Zusammensetzung der bei Beispiel I verwendeten Gelatine und Karboxymethylzellulose enthielt. Es wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:

TABELLE 3

Zusätze Pelletierte Mühlen- Leistungs- Produktions-

kg pro 0,9 t Menge drehzahl verbrauch geschwindigkeit

(lbs per ton) t (tons) A/h t/h (tons/Hr)

0 (0) 1,81 (2) . 6,5 200-250 5,44 (6,00)

0,45 kg (1) 3,63 (4) 7,5 210-240 7*26 (8,27)

Wie durch Vergleich der Ergebnisse in Tabelle 3 gezeigt werden kann, ergab die Anwesenheit der Zusätze eine Produktionssteigerung von 37,9 % ohne irgendeine merkliche Änderung im Leistungsbedarf.

Die Eigenschaften dieser Produkte wurden bezüglich der Beständigkeit nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren verglichen. Es zeigte sich, daß der PDI-Wert für die Zusammensetzung ohne den Zusatz 9,744 und mit dem Zusatz im Verhältnis 0,45 kg (1 Ib) pro 907 kg (1 ton) 9,805 betrug. Das Material ohne dem Zusatz bildete 23,2 kg (51,2 lbs) pro 907 kg (1 ton) Feinteilchen und die Zusammensetzung mit dem Zusatz bildete nur 17,55 kg (39 lbs) pro 907 kg (1 ton) Feinteilchen. Daher wurde für diesen Zusatz und im Zusammenhang mit dieser Zusammensetzung eine beträchtliche Verbesserung der Beständigkeit oder der Bindewirkung bei dem verhältnismäßig niedrigen oben beschriebenen Verhältnis zusammen mit einer Verbesserung der Produktionsgeschwindigkeit erzielt.

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BEISPIEL III

Eine Mischung von sonnengetrockneter Luzerne und entwässerter Luzerne wurde auf einer Pelletiermühle der Firma California Pellet Mill mit der Bezeichnung "Roughager" mit einer Leistung von 76 PS (75 hp) zu Pellets mit 3,2 mm (1/8 inch) Durchmesser geformt. Die gleiche Mischung wurde mit Zugabe einer Mischung der Gelatine gemäß Beispiel I und einer körnigen Natriumkarboxymethylzellulose mit einer Teilchengröße von 0,15 mm lichter Maschenweite (100 mesh) im Verhältnis von 0,68 kg (1,5 lbs) pro 907 kg (1 ton) der Zusammensetzung pelletiert· Eine Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit von 93,76 % wurde ohne jeden Anstieg des Leistüngsbedarfs erzielt.

BEISPIEL IV

Eine körnige Tierfuttermischung, die aus einer Mischung von Körnern und ausgesuchten mineralischen Zusätzen bestand, wurde auf einer Pelletiermühle mit einer Leistung von 101 PS (100 hp) durch eine Formöff.nung ml'fe-^,97 (10/64 inch) pelletiert, nachdem sie mit Dampf niedrigen Drucks von 1,05 at (15 psi) vorbehandelt war. Eine Kontrollbeschickung von 5,4 t (6 tons) wurde verarbeitet, wobei die Mühle in diesem Zeitraum bei Einstellung des Reevesantriebs auf ."5-1/2" 95 Ampere verbrauchte. Die Beschickungstemperatur war durchschnittlich etwa 69°C (156°F).

Eine zweite Beschickung wurde gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und enthielt 0,45 kg (1 Ib) je 907 kg (1 ton) eines Zusatzes, welcher aus 3 Gewichtsteilen des Kollagenproteins gemäß Beispiel I und 1 Gewichtsteil eines Polyacrylamids (Polyhall 295, verkauft von

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der Firma Stein-ttall Co., New York, New York, V.St.A.) bestand. Die zweite Beschickung wurde bei Einstellung des Reevesantriebs auf "6" verarbeitet und die-· durchschnittliche Stromaufnahme verblieb bei 95 Ampere. Die Beschickungstemperatur stieg auf 77°C (170⁰F). Die Produktionsgeschwindigkeit der Kontrollbeschickung betrug etwa 3,27 t (3,6 tons) pro Stunde. Die Produktionsgeschwindigkeit der zweiten Beschickung, die die örfindungsgemäßen Zusätze enthielt, betrug 5,3 t (5,8 tons) pro Stunde. Es ergab sich also eine Produktionssteigerung von 61 % ohne jede Erhöhung des Leistungs- . bedarfes.

Die Pelletbeständigkeit wurde durch das oben beschriebene Taumeldosenverfahren bestimmt. Die Kontrollbeschickung hatte einen PDI-Wert von 9,642 und ergab 32,7 kg (72 lbs) pro 907 kg (1 ton) Feinteilchen. Die mit den Zusätzen gemäß der Erfindung behandelte Beschickung hatte einen PDI-Wert von 9,66 und ergab 30,8 kg (68 lbs) .pro 907 kg (1 ton) Feinteilchen.

BEISPIEL V

Das Verfahren nach Beispiel IV wurde wiederholt, indem ein pelletiertes Kaninchenfutter durch eine Jtörmöffnung von 3,97 mm (5/32 inch) hergestellt wurde. Eine Kontrollbeschickung von 1,8 t (2 tons) wurde mit einer Geschwindigkeit von 4,94 t (5,45 tons) pro Stunde und einer Leistungsaufnahme von 100-115 Ampere pelletiert. Eine zweite Beschickung, die einen erfindungsgemäßen Schmiermittel-Bindemittelzusatz gemäß Beispiel IV enthielt, wurde im Verhältnismvon 0,23 kg (0,5 lbs) pro 907 kg (1 ton) des zu pelletierenden Futterkorns beigegeben.

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Die zweite, die Zusätze gemäß der Erfindung enthaltende Beschickung wurde mit einer Geschwindigkeit von 6,40 t (7,05 tons) pro Stunde bei Aufwendung der gleichen Leistung wie bei der Kontrollbeschickung pelletiert und es ergab sich eine Produktionssteigerung von 29,3 % ohne jede merkliche Erhöhung des Leistungsverbrauches. Die Beständigkeit der Pellets aus der Kontrollbeschickung und aus der erfindungsgemäßen Beschickung wurde bestimmt. Der PDI-Wert der Kontrollbeschickung betrug 9,70 und das Material der Kontrollbeschickung bildete 27,2 kg (60 lbs) pro 907 kg (1 ton) Feinteilchen. Der PDI-Wert der Beschickung gemäß der Erfindung betrug 9,76 und bildete 21,8 kg (48 lbs) pro 907 kg (1 ton) Feinteilchen.

Bei allen obigen Beispielen waren die verschiedenen Bestandteile der Zusammensetzungen alle trockene, körnige Feststoffe, die ,gleichförmig vermischt wurden, so daß sich alle Bestandteile im wesentlichen gleichförmig durch die ganze Mischung verteilten. Daher enthielten die Pellets eine im wesentlichen konstante Zusammensetzung. Diese Vermischung wurde in einer herkömmlichen Mischvorrichtung insbesondere unter Verwendung eines Bandmischers durchgeführt. Beispiele der körnigen Feststoffe, die gemäß der Erfindung zusammengepreßt werden können, sind Nahrungsmittel, wie Körner (gekocht oder ungekocht), Gemüse, Heu, anorganische Salze, Holzschnissel, Holzkohleteilchen oder Mischungen von zwei oder mehreren der obigen Stoffe mit den anderen.

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Claims (18)

1. Patentansprüche

   Ö Verfahren zur Druckformung von körnigen Feststoffen zu zusammenhängenden diskreten Teilchen mit einer vorbestimmten Form, wobei Druck auf eine Menge der körnigen Teilchen ausgeübt wird, um dieselbe in die gewünschte Form zu pressen, und wobei das gepreßte Produkt seine· Form infolge innerer Kohäsion aufrechterhält, dadurch gekennzeichnet, daß den körnigen Feststoffen wenigstens 0,01 Gew.-% eines Schmiermittel-Bindemittelzusatzes beigemischt wird, der Kollagenprotein in Form eines körnigen Feststoffs enthält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollagenprotein eine Teilchengröße von nicht mehr als etwa 0,7 mm lichte Maschenweite (25 mesh U.S. sieve scale) aufweist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiermittel-Bindemittelzusatz in Mischung mit dem Kollagenprotein einen synergistischen Hilfsstoff enthält, der die Eigenschaft besitzt, Kollagenproteine zu verflüssigen.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der synergistische Hilfsstoff aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus anionischen Polymeren, wasserlöslichen Metallsalzen von organischen und anorganischen Säuren, vollständig organischen Salzen und proteolytischen Enzymen besteht.

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5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstoff ein anionisches Polymer ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Zelluloseäthern und Mischpolymerisaten von Acrylamid oder Methacrylamid mit Acrylsäure oder Methacrylsäure besteht.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstoff ein organisches Salz ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Harnstoff und Harnstoffderivaten besteht.
8. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, .daß vor der Druckformung die körnigen Teilchen mit Dampf vorbehandelt und auf eine Temperatur

   η wenigsi
   79°C (174°F) erhitzt werden.

   von wenigstens etwa 38°C (100⁰F) idealerweise von etwa
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf überhitzter Dampf ist.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9,' dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hilfsstoff zu Protein etwa 1:50 bis etwa 1:1 beträgt.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollagenproteinzusatz in einem Verhältnis von etwa 0,01 bis etwa 0,25 Gew.-% der gesamten körnigen Masse anwesend ist.

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12. 12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der synergistische Hilfsstoff ein Polyacrylamid-Acrylsäureharz ist.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz in einem Verhältnis von etwa 0,024 bis etwa 0,1 Gew.-% des gesamten körnigen Materials anwesend ist,
14. 14. Schmiermittel-Bindemittelzusatz für die Verwendung zum Druckformen von körnigen Feststoffen zu zusammenhängenden Produkten mit einer gewünschten Form und Größe, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz im wesentlichen aus festem körnigen Kollagenprotein mit einer maximalen Teilchengröße von nicht mehr als etwa 0,42 mm lichte Maschenweite (40 mesh U.S. Sieve Scale) und aus einem synergistischen Hilfsstoff besteht, der die Eigenschaft besitzt, Protein zu verflüssigen, und aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus anionischen wasserlöslichen Polymeren, wasserlöslichen Metallsalzen von organischen und anorganischen Säuren und vollständig organischen Salzen besteht, wobei die letzteren aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Harnstoff und seinen Derivaten besteht, wobei das Verhältnisvon Protein zu Hilfsstoff im Bereich von etwa 20:1 bis etwa 1:1 liegt.
15. 15. Zusatz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsstoff-Bindemittel ein anionisches Polymer ist.
16. 16. Zusatz nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyaerylamid-Acrylsäure besteht.

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17. 17. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der synergistische Hilfsstoff Karboxymethylzellulose ist.
18. 18. Zusatz nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Karboxymethylzellulose besteht.

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