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Verfahren zum Aufarbeiten von Tierkörper-, Knochen-
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und Fleischabfällen Die rfindung betrifft ein Verfahren zum Aufarbeiten
von Tierkörper-, Knochen- und Fleischabfällen zu hochwertigen Eiweißprodukten. Die
Eiweißprodukte können entweder, z.B. als Super-Protein-Diät direkt verwertet werden
oder aber als Zusatzstoff z.B. für Diabetiker-Schokolade, diätetische Nährmittel,
Kindernährmittel, Suppenwürzen, Tiernährmittel oder dergleichen.
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Tierkörper-, Knochen- und Fleischabfälle sind Abfallprodukte, die
bisher nur teilweise und als Tierfutter verwertbar waren. Knochenabfälle lassen
sich außerdem zu Leim verkochen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abfallprodukte
der vorstehend genannten Art der menschlichen Ernährung zugänglich zu machen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß das zerkleinerte Material gegebenenfalls nach einer sauren oder alkali-0
schen Proteindenaturierung bei ca. 100 C und Abkühlen auf ca. 30 bis 700C enzymatisch
aufgeschlossen wird, wobei die Hydrolyse in dem für das verwendete Enzym optimalen
pH-Bereich erfolgt und dann bei einer Temperatur von ca. 80 bis 1000C Fett und Eiweißhydrolysat
durch Entmischen voneinander getrennt werden und gegebenenfalls der unlösliche Rückstand
abfiltiert wird.
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Das Verfahren erfordert nur eine relativ kurze Behandlungszeit der
Abfallprodukte, ist umweltfreundlich, weil keinerlei Geruchsbelästigung auftritt.
Die Rohstoffe werden optimal ausgenutzt und in hoher Ausbeute wasserlösliche, geschmacksneutrale
Proteinhydrolysate erhalten. Die Zerkleinerung des Materials erfolgt in üblicher
Weise, z.B. durch Mahlen der Fleischabfälle oder Zerhacken der Knochen.
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Es hat sich bewährt, vor der enzymatischen Behandlung eine Denaturierung
des Proteins durch Kochen der zerkleinerten Stoffe in wässrigem Medium unter Zugabe
von stark sauren oder stark alkalischen Substanzen wie z.B. Xtznatron oder konzentrierter
Schwefelsäure durchzuführen. Anschließend wird die Mischung abgekühlt 0 und bei
ca. 30 bis 70 C der enzymatische Abbau durchgeführt. Der Abbau erfolgt im optimalen
pH-Bereich des gewählten Enzyms. Alkalische Proteinen haben z.B.
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ein Wirkungsoptimum zwischen pH 8 und 13 und werden vorteilhaft in
Gegenwart von Harnstoff angewandt.
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Neutrale Proteinasen haben ein Wirkungsoptimum zwischen pH 6 und 8,
während saure Proteinasen ein Wirkungsoptimum zwischen pH 2 und 6 besitzen.
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Die proteolytische Wirksamkeit der Enzyme wird zweckmäßig nach der
sogenannten Löhlein Volhardmethode ("die Löhlein-Volhard'sche Methode zur Bestimmung
der proteolytischen Aktivität", gerbereitechnisches Taschenbuch, Dresden-Leipzig
1955) bestimmt und in "LVE" (Löhlein-Volhard-Einheiten) angegeben bzw.
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bestimmt. Unter einer LVE-Einheit ist diejenige Enzymmenge zu verstehen,
die unter den spezifischen Bedingungen der Methode 1,725 mg Kasein verdaut. Für
die Aktivitätsbestimmung der im sauren Bereich wirksamen Enzyme, die aus der Anson-Methode
(M.L. Anson, J. Gen.
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Physiol. 22, 79 (1939)) abgeleitet wurde, gilt: Die Einheiten werden
als "Proteinase-Units (Hämoglobin)" = UHb bezeichnet. Eine UHb entspricht derjenigen
Enzymmenge, welche die Freisetzung von trichloressigsäure-löslichen Bruchstücken
aus Hämoglobin äquivalent 1 ,u Mol Tyrosin pro Minute bei 370C (gemessen bei 280
nm) katalysiert.
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1 mUHb = 10 3UHb.
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Nach erfolgtem Abbau wird das wasserlösliche Eiweißhydrolysat durch
Entmischen von Fett und gegebenenfalls unlöslichen Rückständen getrennt. Fett und
Hydrolysat lassen sich leicht, z.B. durch Zentrifugieren, trennen.
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Der unlösliche Rückstand wird abfiltriert.
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Der alkalische Abbau erfolgt im pH-Bereich zwischen etwa pH 9 und
13 zweckmäßig in Gegenwart von Harnstoff in einer Konzentration von vorzugsweise
0,01 mol/l und 1 mol/l, wobei als alkalische Proteinasen insbesondere Proteinasen
bakterieller Herkunft, wie z.B. die aus Bacillusstämmen isolierten Enzyme, insbesondere
Bacillus subtilis geeignet sind.
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Die sauren Proteinasen werden insbesondere aus Pilzstämmen beispielsweise
der Aspergillus-Familie hergestellt, z.B. aus Aspergillus oryzae.
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Geeignet sind auch tierische Proteinasen, z.B. Pepsin, das im sauren
Bereich wirksam ist. Als pflanzliche Proteinasen wird z.B. Papain oder Bromelain
verwendet.
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Der enzymatische Abbau erfolgt unter schonenden 0 Bedingungen bei
ca. 30 bis 70 C, wobei optimale Ergebnisse bei einer Temperatur von ca. 500c erhalten
werden.
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Den wertvollsten Anteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen
Produkte bilden die Eiweißhydrolysate.
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Durch Verwendung von geeigneten Enzymgemischen lassen sich unterschiedliche
Proteinhydrolysate herstellen, die sich hinsichtlich des Abbaugrades, d.h. der Molekülgröße,
unterscheiden. Man kann somit das Ausgangsmaterial je nach Verwendungszweck zu sehr
homogenen Produkten verarbeiten. Die erhaltenen Hydrolysate zeichnen sich durch
reproduzierbare Einheitlichkeit und hohe Qualität gegenüber herkömmlichen Eiweißhydrolysaten
aus. Durch Kombination von Enzymart, Enzymkonzentration, Temperatur und Abbauzeit
lassen sich lang-, mittel- oder kurzkettige Proteinhydrolysate gewinnen.
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Das als Abfallprodukt anfallende Fett wird zweckmäßig durch Zentrifugieren
in eine feste und eine flüssige Phase getrennt. Beide Fraktionen werden durch Waschen
gereinigt. Die flüssige Phase hat eine dem Klauenöl sehr ähnliche Zusammensetzung.
Die Fettprodukte können durch chemische Umsetzungen noch weiter veredelt werden.
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Insbesondere bei der Knochenaufarbeitung fällt in der Regel ein schwer
löslicher Rückstand an, der außer Mineralstoffen auch Eiweiß enthält und gegebenenfalls
bei der Düngemittelherstellung oder als Zusatz für Tiernahrung Verwendung finden
kann.
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Der technische Aufwand des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gering.
Nach der Zerkleinerung wird das Material in einem Mischer oder Kochkessel mit Rührwerk
enzymatisch hydrolysiert und braucht nach der Enzymzugabe nur kurz,
in
der Regel genügen etwa drei Stunden, der Enzymwirkung ausgesetzt zu werden. Die
Trennung der Fett- und Eiweißbestandteile erfolgt schnell, meistens etwa nach einer
Stunde. Die durch Entmischung voneinander getrennten Phasen werden in der beschriebenen
Weise selbständig weiterverarbeitet.
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Die trübe Hydrolysatlösung enthält im wesentlichen Eiweiß neben beträchtlichen
Mengen an Mineralstoffen, die gegebenenfalls nochmals durch Fällung abgetrennt werden
müssen. Das klare Filtrat wird dann auf die gewünschte Konzentration eingeengt.
Das Filtrat kann konserviert werden und ist so unmittelbar verwendbar.
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Die folgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße Verfahren,
ohne daß die Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt sein soll.
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Beispiel 1 500 g Fleischabfälle werden im Fleischwolf zerkleinert.
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Anschließend werden sie mit 1000 ml Wasser und 20 g Ätznatron versetzt
und unter Rühren 60 Minuten auf 1000C erhitzt. Danach wird die Mischung auf 500C
abgekühlt und 2 g alkalische Bakterienproteinase aus Bacillus subtilis mit 9000
LVE, 8 g Harnstoff und 10 g Ammonsulfat zugefügt. Die Hydrolyse erfolgt nun unter
Rühren bei 50°C über zwei Stunden. Nach dieser Zeit sind mehr als 90 % des eingewogenen
Materials umgesetzt. Der pH-Wert des Hydrolysats beträgt 11,0.
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Die Fettschicht wird durch Zentrifugieren von dem Hydrolysat abgetrennt.
Sie besteht aus einer bräunlichen ölschicht und festem Fett bzw. Talg.
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Das Hydrolysat ist ohne weitere Reinigung verwertbar.
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Beispiel 2 500 g Schweinefleischabfälle werden in einem Fleischwolf
zerkleinert und mit 1000 ml Wasser, 15 g Ätznatron, 2 g alkalische Bakterienproteinase
aus Bacillus subtilis mit 9000 LVE, 8 g Harnstoff und 10 g Ammonsulfat versetzt.
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Der enzymatische Abbau erfolgt unter Rühren bei 500C.
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Anschließend wird noch zwei Stunden hydrolysiert. Es sind nun 95 %
des eingewogenen Materials umgesetzt.
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Nach dem Abdekantieren des Fettanteils wird das Hydrolysat mit Aktivkohle
zur Inhibierung des Enzyms und zur Reini-0 gung 10 Minuten auf 100 C erhitzt.
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Nach der Abkühlung wird zur Klärung des Hydrolysats zentrifugiert
und filtriert. Der pH-Wert des Hydrolysats beträgt 8,9. Das Hydrolysat kann in dieser
Form unmittelbar verwendet werden.
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Beispiel 3 450 g Geflügelfleischabfälle werden im Fleischwolf zerkleinert
und mit 1000 ml Wasser, 10 g Ätznatron, 2 g alkalische Bakterienproteinase aus Bacillus
subtilis mit 9000 LVE, 8 g Harnstoff und 10 g Ammonsulfat versetzt. Der enzymatische
Abbau erfolgt unter Rühren bei 50ob. Anschließend wird noch zwei Stunden hydrolysiert.
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Nach dieser Zeit sind 85 % der eingewogenen Geflügelfleischabfälle
umgesetzt. Die Reinigung des Hydrolysats erfolgt in analoger Weise wie in Beispiel
2. Der pH-Wert liegt bei 12,0.
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Beispiel 4 500 g Tierkörperabfälle ohne Knochen werden im Fleischwolf
zerkleinert und dann mit 1000 ml Wasser und 20 g 98%iger Schwefelsäure versetzt.
Die Mischung wird nun zur Denaturierung des Eiweißes 60 Minuten auf 1000C erhitzt
und anschließend auf 500C abgekühlt.
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Es werden nun 1 g Pepsin mit 100 mU Hb/mg (pH 5,0), 2 g Ammonchlorid
und 7 g Ammonsulfat zugesetzt.
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Die Mischung wird unter Rühren vier Stunden bei 500C hydrolysiert.
Nach dieser Zeit sind 90 % der eingewogenen Tierkörperabfälle gelöst.
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Die Reinigung des Hydrolysats erfolgt analog Beispiel 2.
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Der pH-Wert liegt bei 3,0.
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Beispiel 5 500 g Tierknochen werden mechanisch zerkleinert und zur
Denaturierung mit 1000 ml Wasser und 20 g 98%iger Schwefelsäure während 60 Minuten
bei 1000C erhitzt.
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0 Nach der Abkühlung auf 50 C erfolgt die Hydrolyse in Gegenwart von
1 g Pepsin mit 100 mU Hb/mg (pH 5,0), 2 g Ammonchlorid und 7 g Ammonsulfat. Die
Mischung wird unter Rühren fünf Stunden bei 500C gehalten. Nach dieser Zeit sind
über 80 % der eingewogenen Tierknochen umgesetzt. Die Reinigung erfolgt analog Beispiel
2. Der pH-Wert des erhaltenen Hydrolysats beträgt 3,6.
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Beispiel 6 450 g Hühnerfleischabfälle werden im Fleischwolf gemahlen
und mit 1000 ml Wasser und 10 g 98%iger Schwefelsäure versetzt. Die Mischung wird
dann unter Rühren auf 500C erwärmt und zur Hydrolyse mit 0,4 g Pilzproteinase
aus
Aspergillus oryzae mit 3000 LVE, 1 g Papain mit 160 mU Hb/mg (pH 7,5), 6 g Harnstoff
und 3 g Ammonsulfat versetzt. Die Behandlungsdauer beträgt fünf Stunden. Es sind
dann mehr als 80 % der Ausgangsstoffe umgesetzt. Die Reinigung des Hydrolysats erfolgt
analog Beispiel 2. Der pH-Wert beträgt 4,1.