DE2736180A1 - Verfahren zur herstellung von eiweissreichen produkten aus stark cellulosehaltigen materialien - Google Patents

Verfahren zur herstellung von eiweissreichen produkten aus stark cellulosehaltigen materialien

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Description

PA I ENl ANWÄLTE RUFF UND BEIER STUTTGART
Di ρ I.-C hem. Dr. Ruff N θ c k a r s t r a β θ 5O
Dip I.-I ng. J. Bei er D-7OOO Stuttgart 1
ToI.: CO711) 22 7OÖI* Telex Ο7-23412 erubd
4. Aug. 1977 R/Ho
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Anmelder: Ewald Sorg
Rheinstrasse 12
7033 Ilerrenberg - 5
Verfahren zur Herstellung von eiweißreichen Produkten aus stark cellulosehaltigen Materialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von eiweißreichen Produkten aus stark cellulosehaltigen Materialien, bei dem die cellulosehaltigen Materialien einer Hydrolyse unterworfen werden und das Hydrolysat anschließend vergoren wird.
Die HoIzverzuckerung ist seit langem bekannt. Sie wird u.a. durchgeführt, um die dabei gewonnenen Zucker als Zusatz üblichen Futtermitteln zuzusetzen, um deren Nährwert zu erhöhen. Es ist auch bekannt, derartig gewonnene Zucker als Substrat für die Hefezüchtung zu verwenden, oder die Zucker durch alkoholische Garung in Alkohol umzuwandeln.
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f'otikictieckkonto Stuttgart CBLZ 000100 70} 4;!9 3O-70B · Dresrlnuf I innU »tiittijnrt CE3I.7 6OO HOOOO) Konto S1O11341
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Die Verwendung der durch die hydrolyse von stark cellulosehaltigen Materialien im Wege der Holzverzuckerung gewonnenen Zucker als Zusatz für Futtermittel spielt technisch nur in Notzeiten eine Bolle, da normalerweise vom tierischen und auch vom menschlichen Organismus abbaubare Kohlenhydrate in ausreichender Menge zur Verfügung stehen. Anders ist dies beim Eiweiß, da heute bereits ein erheblicher Eiweißmangel sowohl in der Ernährung des Menschen als auch in der Ernährung von Tieren herrscht und dieser Eiweißmangel in der Zukunft noch zunehmen wird. Ein Weg, Eiweißprodukte aus proteinarmen oder proteinfreien Ausgangsmaterialien zu gewinnen, besteht in der o.g. Züchtung von Hefen unter Verwendung von durch HoIzverzuckerung erhaltenen Zuckern. Bei einem anderen Verfahren werden Hefen auf Mineralöl unter Verwendung geeigneter Zusätze gezüchtet. Beide Verfahren sind mit gewissen Problemen verbunden. Auch ist Hefe als Nahrungsmittel alleine schon wegen des hohen Gehaltes an Nucleotiden nur beschränkt verwendbar, z.B. in Form von Zusätzen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, stark cellulosehaltige Materialien, welche im nicht aufgeschlossenen Zustand für die tierische und menschliche Ernährung praktisch unbrauchbar sind, als wichtige und praktisch unbeschränkte Rohstoffquelle für die Ernährung zu erschließen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die stark cellulosehaltigen Materialien in fein zerkleinerter Form hydrolysiert werden und das Hydrolysat anschließend einer
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milchsauren Vergärung unterworfen wird.
Unter stark cellulosehaltigen Materialien werden hier in erster Linie originär pflanzliche Materialien mit hohem Celluloseanteil, wie Holz, Holzabfälle, Äste, Wurzelholz, Laub, Sträucher u. dgl., aber auch Cellulose selbst sowie modifizierte Cellulose, Papiere u. dgl. als Ausgangsmaterialien verstanden.
Die der milchsauren Vergärung vorangehende Hydrolyse kann in an sich bekannter Weise sauer, alkalisch oder enzymatisch erfolgen. Geeignete Verfahren zur Durchführung der Hydrolyse sind bekannt. Handelt es sich bei den Ausgangsmaterialien.um solche mit einem hohen Lignin— Gehalt, dann wird das Lignin zweckmäßigerweise vor der MiIchsäuregärung abgetrennt.
Die Milchsäuregärung wird vorzugsweise bei einem pH-Wert im Neutralbereich eingeleitet. Sofern erforderlich, wird der pH—Wert des Hydrolysate vor der Milchsäuregärung entsprechend eingestellt. Die Milchsäuregärung wird vorzugsweise unter Verwendung von vorwiegend L(+)-Milchsäure produzierenden Bakterienkulturen durchgeführt. L(+)-MiIchsäure ist nämlich biologisch wertvoller als die D(-)-MiIchsäure und das entsprechende Racemat.
Zur Erzielung einer möglichst hohen Ausbeute an rechtsdrehender L(+)-MiIchsäure haben sich vor allem Kulturen von Streptococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Streptobacterium casei (Lactobacillus casei) und Thermobacterium bulgaricum (Lactobacillus bulgaricus) bewährt. Aus den durchgeführten Versuchen sind vor allem zwei Mischkulturen dieser Bakterien als besonders günstig in technischer und
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qualitativer Hinsicht hervorgegangen. Diese Mischkulturen wurden unter den Stamm-Nummern CBS 263»71 (Mischkulturl) und CBS 264.71 (Mischkultur 2) in lyophilisierter Form beim Centralbureau voor Schimmelcultures, Baarn, Niederlande, hinterlegt.
Zur Erleichterung der Milchsäuregärung können dem Hydrolysat auch Milch oder Milchbestandteile, wie Magermilch oder süße Molke zugegeben werden. Es ist auch von Vorteil, lediglich die erste Vermehrung der Bakterienkulturen unter Verwendung von Milch bzw. Milchbestandteilen durchzuführen und diesen Bakterienansatz dann für die eigentliche Milchsäuregärung des Hydrolysate zu verwenden.
Durch geeignete Pufferung des pH-Wertes der Gärmasse kann vermieden werden, daß im Laufe der Gärung der pH-Wert zu 3tark absinkt und dadurch die Gärung von selbst zum Stillstand kommt. Auf diese Weise ist es möglich, die Gärung möglichst vollständig durchzuführen, verbunden mit einer starken Bakterienvermehrung und damit mit einem hohen Eiweißanteil. Als Zusätze für die Neutralisierung und für die Pufferung werden vorzugsweise solche verwendet, die im Endprodukt in einer Form vorliegen, die entweder für den menschlichen oder tierischen Organismus unschädlich sind, wie z.B. Calciumsulfat, oder vorzugsweise wertvolle Mineralbestandteile darstellen, wie Kalium, Calcium, Magnesium, Phosphat usw. in resorbierbarer Form.
Die oben genannten vorwiegend L(+)-Milchsäure produzierenden Bakterienkulturen sind in der Lage, in hohen Verdünnungen
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von beispielsweise 1:10 bis 1:10^ eine Vergärung durchzuführen. Vorteilhafterweise wird die Bakterienkultur in
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höherer Konzentration angesetzt und dann bei zunehmender Vermehrung der Bakterien kontinuierlich mit zu vergärendem Cellulosehydrolysat versetzt. Es ist auch möglich, ein Teil Bakterienkultur, z.B. in Form von gefriergetrocknetem Bakterienpulver, mit 10 Teilen als Gärmasse dienendem Cellulosehydrolysat zu versetzen und nachdem die Bakterienvermehrung in diesem Ansatz ausreichend fortgeschritten ist, die gesamte Gärmasse oder Teile davon jeweils mit Cellulosehydrolysat um das 10-fache zu verdünnen. Da die Milohsäuregärung, sobald sie in Gang gebracht ist, auf dem Cellulosehydrolysat recht zügig ablauft, kann eine solche Verdünnung jeweils alle zwei Stunden erfolgen, so daß z.B. nach Ablauf von 20 Stunden der ursprüngliche
Ansatz auf eine das. 10 -fache betragende Gesamtmenge angewachsen ist. Normalerweise wird die Gärung nach 4- bis 5-maliger Zugabe der 10-fachen Menge abgeschlossen und das erhaltene Produkt der Verwertung zugeführt. Das Produkt, das einen angenehmen Geschmack besitzt, kann direkt verwertet, beispielsweise so, wie es anfällt, verfüttert werden. Es kann auch vor der Verwertung durch Trocknung in einen für die Lagerung geeigneten Zustand überführt werden. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt kann auch als Zusatz für andere Nahrungs- und Futtermittel verwendet werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beispielen im Zusammenhang mit den Ansprüchen.
Beispiel 1
a) 10 Teile Holzmehl wurden mit 10 Teilen Wasser vermengt und bei 40°C mit 0,1 Teilen einer CeHuläse ca. 5 Stunden ausgesetzt, danach auf 9O0C erhitzt. Anschließend nach Abkühlung auf 380C
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mit 2 Teilen Bakterienkulturen bebrütet, mit der Mischkultur unter der Stamm-Nummer CBS 263.71·(Die angegebenen Teile sind jeweils Gewichtsteile). Diese Masse zeigte bereits nach 2 Stunden eine deutliche Säuerung und massive Vermehrung der zugesetzten Bakterien. Danach konnte die Masse direkt verfüttert oder als Gäransatz für weiteres Hydrolysat verwendet werden.
b) 10 Teile Holzmehl wurden ohne Cellulosezusatz mit 10 Teilen Wasser vermengt und mit 2 Teilen gefriergetrockneten Bakterien. Dieser Ansatz hat sich nicht vergären lassen} nach ca. 20 Stunden hat sich keine Veränderung gezeigt.
Beispiel 2
10 Teile Holzmehl wurden mit 10 Teilen Wasser vermengt, wobei das Wasser bei ca. 130 C vorher in Dampf verwandelt und unter Druck von 8 atü in einem Druckbehälter dem Holzmehl zugegeben wurde. Anschließend wurde durch Zugabe von Schwefelsäure der pH-Wert der Gesamtmasse für 20 Minuten auf einen pH-Wert von 3 eingestellt. Vor der Entleerung wurde der pH-Wert mit Kalilauge auf 7»2 eingestellt.
Nachdem dieses Material auf 360C abgekühlt war, wurde es mit 2 Teilen Bakterien der in Beispiel 1 genannten Mischkultur bebrütet.
Diese Masse zeigte nach 2 1/2 Stunden deutliche Säuerung und entsprechende Bakterienvermehrung.
Beispiel 3
a) 10 Teile Carboxymethylcellulose werden mit 10 Teilen Wasser gemischt, auf 380C erwärmt und mit 0,1 Teilen Cellulase versetzt· Nach einer Einwirkungszeit von 4 Stunden wird
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auf 9O0C erhitzt. Nach entsprechender Abkühlung auf 3Ö°C wird das Hydrolysat mit 2 Teilen Bakterienkultur vermengt. Bereits nach 2 Stunden zeigt sich eine deutliche Säuerung.
b) 10 Teile Carboxymethylcellulose werden mit 10 Teilen Wasser gemischt auf 380C erwärmt und mit 2 Teilen Bakterien versetzt. Nach 10 Stunden zeigte sich keine Veränderung.
Beispiel 4
10 Teile Carboxymethylcellulose werden mit 5 Gewichtsteilen Wasser versetzt und mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 3 eingestellt. Die Mischung wird unter einem Dampfdruck von 9 atü 15 Minuten behandelt und durch Kalilauge anschließend auf pH 7»1 neutralisiert.
Nach Abkühlung auf 37°C werden der Masse 2 Teile Bakterienkulturen zugesetzt. Nach 2 Stunden zeigte sich eine deutliche Säuerung und eine wesentliche Bakterienvermehrung.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind auch andere Ausführungsarten möglich, als in den Beispielen erwähnt. So kann die Hydrolyse der durch den tierischen Organismus nicht verwertbaren cellulosehaltigen Materialien auch nach anderen Verfahren durchgeführt werden, wie sie bei der Holzverzuckerung bekannt sind. Auch kann als cellulosehaltiges Material Stroh und anderes pflanzliches Material eingesetzt werden, das zwar von einigen Tieren bei der Verdauung aufgeschlossen wird, von den anderen, wenn überhaupt, nur als Füllstoff aufgenommen wird· Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit dem großen Vorteil
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verbunden, daß das bei der Milchsäuregärung erhaltene Produkt als solches verwertbar ist, also besondere Trennungs- oder Reinigungsvorgänge anschließend nicht mehr erforderlich sind. Wie sich aus den in den Beispielen geschilderten Vergleichsversuchen ergibt, ist es durch die Erfindung möglich geworden, die Milchsäuregärung, die in der Nahrungs- und Futtermittelindustrie eine wertvolle Produktverbesserung darstellt, nunmehr auch dort einzusetzen, wo die MiIchsäureVergärung bisher nicht zum Einsatz* gebracht werden konnte. Bisher beschränkte sich die Anwendung der ililchsäurevergärung auf Milch oder Milchbestandteile und/oder pflanzliche Ausgangsmaterialien, die bereits in einer vergärbaren Form vorlagen, d.h. als solche bereits als Nahrungsmittel für den Menschlichen und tierischen Organismus geeignet waren und bei denen die MiIchsäureVergärung lediglich als Qualitätsverbesserung durchgeführt wurde.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch noch in anderer Hinsicht besonders wertvoll. Es ist nämlich nicht nur geeignet, Cellulose aufzuschließen, sondern es kann auch dort eingesetzt und angewendet werden, wo Ausgangsmaterialien zum Teil verdorben und damit wertlos sind, z.B. weil sie mit pathologischen Bakterien, wie Salmonellen infiziert sind. Durch die Kombination aus Cellulose-Hydrolyse und Milchsäuregärung werden derartige pathogene Keime vernichtet, wobei gleichzeitig der Gehalt dieser Materialien an wertvollen Bestandteilen wesentlich erhöht wird. Es können also durch das erfindungsgemäße Verfahren sowohl Ausgangsmaterialien, die für Ernährungs- und Fütterungszwecke nicht brauchbar sind bzw. als verdorben angesehen werden müssen, in einen verwertbaren Zustand überführt werden, als auch solche Ausgangsmaterialien verwertet werden, bei denen mit einer Infektionsgefahr zu rechnen wäre, wenn
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das erfindungsgeraäße Verfahren nicht an ihnen durchgeführt würde.
In besonderen Fällen können den aufzuschließenden Materialien, insbesondere der Gärmaische bei der Milchsäure— garung, auch noch tierische Produkte, wie Blut, Serum, collagenhaltige Substanzen u. dgl. zugesetzt werden. Dies kann vor allem dann von Interesse sein, wenn durch diese tierischen Zusätze eine Steigerung der Virulenz der Milchsäurebakterien beabsichtigt ist.
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Claims (6)

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von eiweißreichen Produkten aus stark cellulosehaltigen Materialien, bei dem die stark cellulosehaltigen Materialien einer Hydrolyse unterworfen werden und da3 Hydrolysat anschließend vergoren wird, dadurch gekennzeichnet, daß die stark cellulosehaltigen Materialien in fein zerkleinerter Form hydrolysiert werden und das erhaltene Hydrolysat anschließend einer milchsauren Vergärung unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Milchsäuregärung unter Verwendung von vorwiegend L(+)-Milchsäure produzierenden Bakterienkulturen durchgeführt wird.
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ORIGINAL INSPECTED
A 16 797 .2138180
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet , daß dem Hydrolysat zur Erleichterung der Milchsäuregärung mindestens beim Einleiten der Wllchsäuregärung Milch oder Milchbestandteile zugesetzt werden,
4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Gärmaische dienende Hydrolysat bei der Milchsäuregärung zur Proteinanreicherung durch Zugabe von basischen, vorzugsweise vom menschlichen und tierischen Organismus verwertbaren Stoffen gepuffert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Milchsüuregärung kontinuierlich durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es an infizierten Ausgangsmaterialien zur Verringerung schädlicher Keime durchgeführt wird.
η«) 8 η π / η; 6 1
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