DE2823123A1

DE2823123A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF PROTEIN FEED FROM PAPER COLLECTION WASTE AND OTHER FIBROUS, CULLULOSE-CONTAINING NATURAL MATERIALS

Info

Publication number: DE2823123A1
Application number: DE19782823123
Authority: DE
Inventors: Jiri Dipl Ing Barta; Jaroslav Dipl Ing Hanus; Jaroslav Dipl Ing Havranek; Antonin Dipl Ing Kostka; Peter Dipl Ing Michalik
Original assignee: Vyskumny ustav papieru a celulozy
Current assignee: Vyskumny ustav papieru a celulozy
Priority date: 1978-05-26
Filing date: 1978-05-26
Publication date: 1979-11-29

Description

Beschreibung:Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von fasrigen cellulosehaltigen Naturmaterialien zu einem voluminösen, ein verdauliches Protein mikrobieller Herkunft enthaltenden Futtergemisch. Mit Hilfe geeigneter Mikroorganismen vorbereitete Cellulase hydrolysiert Polysaccharide, insbesondere die in dem zu verarbeitenden fasrigen Material enthaltene Cellulose, und spaltet sie zu Monosaccharide.The invention relates to a method for processing fibrous cellulose-containing natural materials into a voluminous, digestible protein feed mixture containing microbial origin. With the help of suitable microorganisms prepared cellulase hydrolyzes polysaccharides, especially those in the one to be processed fibrous material containing cellulose, and splits it into monosaccharides.

Der Prozeß der Fermentspaltung von Cellulose soll dabei in der Weise vorgenommen werden, daß die Faserstruktur der zu verarbeitenden Materialien aufrechterhalten wird. Nach Zusatz von stickstoffhaltigen und anderen mineralischen Nährstoffen dienen die so gewonnenen Monosaccharide zu mikrobieller Synthese mit Hilfe von laufend zum Herstellen von Futterhefe aus Zuckerlösungen verwendeten Mikroorganismen. Nach dem Verbrauch der gelösten Monosaccharide wird die vermehrte Zellen des verwendeten Mikroorganismus und Reste von fasrigem Ausgangsmaterial enthaltende Suspension in einer kontinuierlichen Filteranlage abfiltriert; dabei bilden die Fasern eine Filterschicht, auf der die vermehrten, den verdaulichen Eiweißstoff enthaltenden Mikroorganismen haften bleiben. Die so entstandene Faserbahn wird durch Trocknen entwässert und das gewonnene etwa 20 z Elweißstoff und etwa 70 8 Faserstoff enthaltende Material mit 90 bis 93 % Trockengehalt wird als voluminöses Futtermittel zur Mast von Wirtschaftstieren, insbesondere Rindvieh, verwendet.The process of fermentation breakdown of cellulose is said to be in this way be made that the fiber structure of the materials to be processed is maintained will. Serve after adding nitrogenous and other mineral nutrients the monosaccharides obtained in this way to microbial synthesis with the help of running Microorganisms used to make feed yeast from sugar solutions. To The consumption of the dissolved monosaccharides will increase the cells of the used Suspension containing microorganism and residues of fibrous starting material in filtered off a continuous filter system; the fibers form a filter layer, on which the increased microorganisms containing the digestible protein stick. The resulting fiber web is dewatered by drying and the recovered material containing about 20% of white material and about 70% of fiber with a dry content of 90 to 93% is used as a voluminous feed for fattening farm animals, especially cattle.

Bekanntlich nimmt die Menge an Altpapier und -pappe sowie von daraus hergestellten Produkten in gleichem Maße zu, wie der Verbrauch ansteigt. Es wurde festgestellt, daß der sogenannte unwiederbringliche Verbrauch (d.h. beispielsweise in elektrotechnischer Industrie verbrauchtes Papier, Toilettenpapier) am Gesamtverbrauch nur mit etwa 10 % teilnimmt, während der Rest als Abfall anfällt.As is well known, the amount of waste paper and cardboard and from it increases manufactured products to the same extent as consumption increases. It was found that the so-called irretrievable consumption (i.e. for example paper used in the electrical engineering industry, toilet paper) in total consumption only participates with about 10%, while the rest is incurred as waste.

Gesammelte Altpapierabfälle sind als sekundäre Rohstoffe in der Papierindustrie verwertbar, wobei jedoch ihre Verwendung durch die Kapazität und Struktur der Papierindustrie beschränkt bleibt.Collected waste paper is used as secondary raw material in the paper industry usable, although their use is dictated by the capacity and structure of the paper industry remains limited.

Eine beträchtliche Menge von Altpapierabfällen bleibt unausgenützt und stellt ein schwieriges Problem unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes dar. Altpapier besteht im wesentlichen aus Zellstoffasern oder einem Gemisch aus Zell- und Holzstoffasern mit geringer Beimischung von Falle stoffen, Leimstoffen u.a. lngredienzen, die mit Hilfe allgemein bekannter Verfahren vom Fasermaterial abtrennbar sind.A considerable amount of waste paper remains unused and poses a difficult problem from the viewpoint of environmental protection. Waste paper consists essentially of cellulose fibers or a mixture of cellulose and wood pulp fibers with little admixture of trap substances, glue, etc. Ingredients which can be separated from the fiber material with the aid of generally known processes are.

Die derart isolierten Fasern werden erfindungsgemäß als geeignetes Rohmaterial zu ainer andwstrse',en Herstellung von Zellstoff-Eiweifuttermittel eingesetzt.The fibers thus insulated are found useful in the present invention Raw material used in ainer andwstrse ', en production of pulp protein feed.

Für die Herstellung der @@@@@@@ @@@@@ Zellstoff-Eiweibfuttermittel sind ferner verschiedene Faserabfälle aus Zellstoff- und @@@@@@@@@@@ @@@@ @@@@@@@@@@ Zellstoff-@@@@@@ @@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@fall u.a.) verschiedene Naturfaserabfälle (Baumwolle, Flachs, Hanf, Jute, Schäbe) sowie Textilfaserabfälle auf Zellwollbasis und schließlich alle Arten von cellulosehaltigen Naturmaterialien verwendbar.For the production of the @@@@@@@ @@@@@ cellulose protein feed are also various fiber waste from pulp and @@@@@@@@@@@ @@@@ @@@@@@@@@@ Pulp - @@@@@@ @@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@ fall etc.) various natural fiber waste (Cotton, flax, hemp, jute, shives) as well as textile fiber waste based on cellulose and finally all types of cellulose-containing natural materials can be used.

Zum Aufbereiten des erfindungsgemäßen Zellstoff-Eiweißfuttermittels eignen sich alle Sorten von Papierabfällen, d.h. nicht nur der Industrie- und Haushaltsabfall, den man allgemein als sekundäres Rohmaterial zur Herstellung von Papier verwendet, sondern auch das aus Kommunalabfall und -kehrricht aussortierte, in der Papierindustrie nicht verwendbare Altpapier.For preparing the cellulose protein feed according to the invention all types of paper waste are suitable, i.e. not just industrial and household waste, which is commonly used as a secondary raw material for making paper, but also that sorted out from municipal waste and garbage in the paper industry unusable waste paper.

Das Altpapier wird zuerst in warmem Wasser zu einer wäßrigen Suspension zerfasert, worauf aus der Suspension alle fremdartigen Beimischungen anorganischen und organischen Charakters in einem Sortierprozeß ausgeschieden werden.The waste paper is first converted into an aqueous suspension in warm water frayed, whereupon all foreign admixtures from the suspension become inorganic and organic character are eliminated in a sorting process.

Zerfaserung und Sortierung bzw. Reinigunq werden größtenteils in den in der Papierindustrie laufend zur Verfügung stehenden Anlagen vorgenommen.Defibration and sorting or cleaning are largely carried out in the continuously available systems in the paper industry.

Die von festen Verunreinigungen befreite Fasersuspension wird dann in einer Papierentwässerungsanlage bis zu einem 20 bis 50 %igen Trockengehalt eingedickt, wobei die Faserschicht während des Prozesses mit reinem Warmwasser durchwaschen wird. Im Falle eines besonders verunreinigten Papierabfalls (z.B. städtische MUllabfuhr) wird der verdickte Faserstoff noch einmal mit Waschwasser verdünnt, die Suspension einer zweiten Reinigungsstufe (Sortierung) unterworfen und die gesäuberte Suspension wiederum zu einem 20 bis 50 zeigen Trockengehalt eingedickt.The fiber suspension freed from solid impurities is then thickened in a paper dewatering system to a dry content of 20 to 50%, whereby the fiber layer is washed through with pure warm water during the process will. In the case of particularly contaminated paper waste (e.g. municipal waste collection) becomes the thickened one Fiber diluted again with washing water, the suspension is subjected to a second purification stage (sorting) and the cleaned one Suspension in turn thickened to a 20 to 50 point dry content.

Das eingedickte, von fremdartigen Beimischungen befreite Fasergemisch wird in einen Fermentreaktor eingegossen, in dem es unter intensiver Rührung mit wäßriger Cellulose-Lösung zu einer Suspension von etwa 10 Zigem Trockengehalt vermischt wird.The thickened fiber mixture freed from foreign admixtures is poured into a fermentation reactor in which it is stirred with vigorously aqueous cellulose solution mixed to a suspension of about 10 Zigem dry content will.

Cellulase wird gleichlaufend in eine Fermentationsvorrichtung durch submerse Züchtung von Mikroorganismen kultiviert; diese produzieren als Metabolite ein Cellulosesystem (z.B.Cellulase is poured concurrently into a fermentation device submerged cultivation of microorganisms; these produce as metabolites a cellulose system (e.g.

TRICHODERMA VIRIDE). In dem Fermentationsgefäß wird - je nach dem betreffenden physiologischen Bedarf des Mikroorganismus - eine ständige Temperatur von z.B. 20 bis 60° C, die für die Fermentspaltung von Polyiacchariden zu Monosacchariden, insbesondere von Cellulose zu Glukose, optimal ist, aufrecht erhalten.TRICHODERMA VIRIDE). In the fermentation vessel - depending on the concerned physiological need of the microorganism - a constant temperature from e.g. 20 to 60 ° C, which is used for the fermentation of polyiaccharides to monosaccharides, especially from cellulose to glucose, is optimal.

Der fermentative Spaltungsprozeß wird durch die Dauer der Hydrolyse, Temperatur und Enzymkonzentration im Reaktor so geregelt, daß eine vollständige Zerstörung der Faserstruktur von Suspension vermieden wird.The fermentative cleavage process is influenced by the duration of the hydrolysis, Temperature and enzyme concentration in the reactor controlled so that a complete Destruction of the fiber structure of the suspension is avoided.

Nach dem Abschluß der Fermentspaltung werden die teilweise zerstörten Zellstoffasern in der Lösung von Glukose und unverbrauchter Cellulose enthaltende Suspension in einer drehbaren Filteranlage eingedickt und das gewonnene, das unverbrauchte Enzym enthaltende Filtrat zum Sortieren der Fasersuspension in den Fermentreaktor zurückgeführt Das fasrige Material, das ausser den teilweise zerstörten Zellstoffasern eine Glukoselösung enthält, wird anschliessend einer Vorfermentierbehandlung unterworfen, die aus dem Verdünnen mit Wasser auf eine für den Prozeß der biologischen Proteinsynthese optimale Glukosekonzentration in der Lösung besteht. Die Glukosekonzentration hängt von der Art des zur biologischen Proteinsynthese verwendeten Mikroorganismus ab. Ferner sollen der Suspension gewisse, zur Proteinsynthese nötige Nährstoffe (Sticktr'ff, Phosphorsäureanhydrid, Kalium usw.) zugesetzt werden und der pH-Wert ist mit Hilfe von Ammoniak und Phosphorsäure auf einen für die Fermentation geeigneten Wert einzustellen.After the fermentation process is complete, the will be partially destroyed Pulp fibers containing in the solution of glucose and unconsumed cellulose The suspension is thickened in a rotating filter system and the recovered and unused Enzyme-containing filtrate for sorting the fiber suspension into the fermentation reactor recycled The fibrous material, apart from the partially destroyed cellulose fibers contains a glucose solution, is then subjected to a pre-fermentation treatment, those from dilution with water on one for the process of biological protein synthesis there is an optimal concentration of glucose in the solution. The glucose concentration depends on the type of microorganism used for biological protein synthesis. Furthermore, the suspension should contain certain nutrients necessary for protein synthesis (Sticktr'ff, Phosphoric anhydride, potassium etc.) can be added and the pH is using of ammonia and phosphoric acid to a value suitable for fermentation.

Zur Fermentation der enzymatisch hydrolysierbaren Fasersubstrate läßt sich ein beliebiger, Eiweiß produzierender Stamm wie klassi¢Whe Kulturen von CANDIDA UTILIS, CANDIDA ARBOREA oder vorzugsweise myceliumartige Typen wie OIDIUM LACTIS verwenden. Ein technologisch vorteilhafterer Prozeß ist erzielbar, wenn man Kulturen mit verhältnismässig grossen Zellen wie z.B. CRYPTOCOCCUS DIFFLUENS, oder Mycelium produzierende Mikroorganismen wie vorerwähnte OIDIUM LAC-TIS, PAECILOMYCES VARIOTI usw., einsetzt.Allows for fermentation of the enzymatically hydrolyzable fiber substrates any protein-producing strain such as classi ¢ Whe cultures of CANDIDA UTILIS, CANDIDA ARBOREA or preferably mycelium-like types such as OIDIUM LACTIS use. A more technologically advantageous process can be achieved by using cultures with relatively large cells such as CRYPTOCOCCUS DIFFLUENS, or Mycelium producing Microorganisms such as the aforementioned OIDIUM LAC-TIS, PAECILOMYCES VARIOTI etc. are used.

Der eigentliche Fermentationsprozeß wird in Fermentvorrichtungen beliebiger Art durchgeführt, wobei sich die die Sauerstoffübertragung gewährleistende BelEftungsintensität nach dem Gehalt an Monosacchariden, d.h. insbesondere Glukose, in der zu fermentierenden Suspension richtet. Ausbeute von Biomasse-Trockengehalt mit etwa 50 % groben Proteins schwankt um 50 %, bezogen auf die verbrauchte Glukose. Biosynthese von 1 kg Biomasse erfordert 1 kg 02. Dementsprechend ist auch das Belüftungssystem in Abhängigkeit von der angewandten Glukosekonzentration der zu verarbeitenden Suspension zu wählen. Die Fermentation kann auf diskontinuierliche, halbkontinuierliche oder kontinuierliche Weise vorgenommen werden.The actual fermentation process becomes more arbitrary in fermentation devices Type carried out, with the ventilation intensity ensuring the oxygen transfer according to the content of monosaccharides, i.e. in particular glucose, in the Suspension sets up. Yield of biomass dry matter with about 50% coarse protein fluctuates by 50%, based on the glucose consumed. Biosynthesis of 1 kg of biomass requires 1 kg 02. The ventilation system also depends accordingly to choose from the applied glucose concentration of the suspension to be processed. The fermentation can be discontinuous, semi-continuous or continuous Way to be made.

Der Fermentationsprozeß von biologischer Synthese schließt mit dem Verbrauch von Glukose und anderen niedrigmolekularen organischen, durch die angewandte Kultur von Mikroorganismen assimilierbaren Substanzen ab.The fermentation process of biological synthesis concludes with the Consumption of glucose and other low molecular weight organic, applied by the Culture of microorganisms from assimilable substances.

Die die teilweise zerstörten Fasern aus Altpapier und die vermehrten Zellen des angewandten Mikroorganismus enthaltende Suspension wird dann aus dem Fermentationsgefäß in eine EntwSsserungs- und Trockenanlage umgepumpt.The partially destroyed fibers from waste paper and the increased The suspension containing cells of the applied microorganism is then extracted from the Fermentation vessel pumped into a dewatering and drying system.

Wahlweise läßt sich als Entwässerungs- und Trockenanlage eines der der in Zellstoffabriken zum Entwässern und Trocknen von Zellstoff gebräuchlichen Systeme wie z.B. eine Entwässerungsanlage mit flachem oder zylindrischem Sieb mit 2 bis 3 Walzenpressen, aus denen eine Bahn von verfilzten Fasern mit 45 - 50 %igem Trockengehalt geliefert wird, einsetzen.Optionally, one of the those commonly used in pulp mills for dewatering and drying pulp Systems such as a drainage system with a flat or cylindrical sieve with 2 to 3 roller presses, from which a web of matted fibers with 45 - 50% Dry content is supplied.

Beim Filtrieren über ein flaches oder zylindrisches Sieb entsteht unmittelbar beim Auflauf auf das Sieb eine fasrige Filtrierschicht, die ausreichend dicht ist, um auch eine überwiegende Mehrheit der vermehrten Zellen des Mikroorganismus abzufiltrieren. Eine geringe Menge von Zellen, die ins Filtrat in den ersten Augenblicken des Materialauflaufs auf das Sieb, ehe sich die Filtrierschicht gebildet hat, kommt, geht jedoch nicht verloren, da das Filtrat unter dem Sieb hervor sowie die ausgepreßte Flüssigkeit in gesamter Menge zum Verdünnen der Suspension vor der Fermentierung rückgeführt werden.When filtering through a flat or cylindrical sieve, it arises as soon as it hits the sieve, a fibrous filter layer that is sufficient is dense to also a vast majority of the proliferated cells of the microorganism to filter off. A small amount of cells that were in the filtrate in the first few moments the material running up on the sieve before the filter layer has formed, is not lost, however, as the filtrate emerges from under the sieve as well as the pressed one Total amount of liquid to dilute the suspension before fermentation be returned.

Die abfiltrierte Faserbahn mit 40 - 50 %igem Trockengehalt wird dann auf mit Dampf erhitzten Zylindern oder in einem Heißluft-Tunneltrockner getrocknet. Wahlweise wird sie im Reißwolf zu Flocken zerkleinert; die Flocken werden mit Hilfe eines Ventilators in einen Heißluft-Zyklontrockner befördert.The filtered fiber web with 40-50% dry content is then dried on cylinders heated with steam or in a hot air tunnel dryer. Alternatively, it can be shredded into flakes in a shredder; the flakes are using a fan into a hot air cyclone dryer.

Im Falle des Trocknens auf Zylindern oder im Tunneltrockner gewinnt man eine kohärente Faserbahn mit 90 - 93 %igem Trockengehalt und einem Flächengewicht von 400 g/m2, welche nachher im Reißwolf zu Flocken der zum Einmischen in Futtermittelgemische geeigneten Größe zerkleinert wird.In the case of drying on cylinders or in a tunnel dryer, wins a coherent fiber web with 90-93% dry content and a weight per unit area of 400 g / m2, which afterwards turns into flakes in the shredder for mixing into feed mixtures suitable size is crushed.

Zum Entwässern und Trocknen der Gemische von Zellstoffasern und Zellen des angewandten Mikroorganismus eignen sich die in Zellstoffabriken verwendeten Entwasserungs- und Trockenanlagen sowie auch - nach gewissen Adaptierungen - Papier-und Pappmaschinen, die in kleineren, im Rahmen der Intensifizierung und Modernisierung der Zellstoff- und Papierindustrie ausser Betrieb gesetzten, doch betriebsfähigen Zellstoff- und Papierfabriken zur Verfügung stehen.For dewatering and drying the mixtures of pulp fibers and cells of the microorganism used are those used in pulp mills Drainage and drying systems as well as - after certain adaptations - paper and Cardboard machines operating in smaller, as part of the intensification and modernization pulp and paper industry decommissioned, but operational Pulp and paper mills are available.

Die derart hergestellten Flocken von Zellstoff-Eiweißfuttermittel enthalten - je nach der Art von Altpapier und der Stufe der Fermentspaltung -20 bis 30 % Protein, 50 bis 70 % fasrigen Anteils (Cellulose, Hemicellulose, Ligninreste) und etwa 10 z Mineralstoffe.The flakes of cellulose protein feed produced in this way contain - depending on the type of waste paper and the fermentation decomposition stage -20 up to 30% protein, 50 to 70% fibrous content (cellulose, hemicellulose, lignin residues) and about 10 z minerals.

Es handelt sich also um Zusatz futtermittel in Futtergemische, das reich an verdaulichem Protein ist und zugleich den Charakter eines voluminösen Pflanzenfuttermittels mit einem Gehalt leicht verdaulicher Cellulose aufweist.So it is an additional feed in feed mixtures, the is rich in digestible protein and at the same time the Character one voluminous plant feed with a content of easily digestible cellulose having.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehen praktisch keine stickstoffhaltige Substanzen enthaltenden Abwässer, da das Fermentations- und Entwässerungssystem nach dem strikten Rezirkulationssystem arbeitet.In the process according to the invention, practically no nitrogen-containing ones are produced Wastewater containing substances, as the fermentation and drainage system works according to the strict recirculation system.

Der Verunreinigungsgrad des nur in der ersten Stufe der Behandlung und Reinigung von Fasern entstehenden Abwassers hängt von der Verunreinigung des angewandten Papierabfalls ab. Abwasser aus dieser Stufe wird in biologischen Abwasserkläranlagen behandelt.The degree of contamination of the only in the first stage of treatment and cleaning of fibers depends on the pollution of the waste water produced applied paper waste. Wastewater from this stage is used in biological wastewater treatment plants treated.

Ausser gesammtem Altpapier kann man in diesem Prozeß auch andere vorgenannte fasrige, cellulosehaltige oder landwirtschaftliche Pflanzenmaterialien (z.B. Getreidestroh) verarbeiten. In Hinsicht auf den Charakter und die Bedingungen des Filtrierens von Fasersuspensionen, die hier erfindungsgemäß einen komplizierten und kostspieligen Prozeß der Zentrifugierung der Zellen von Mikroorganismen ersetzt, ist es empfehlenswert, vorzugsweise die natürlichen Pflanzenmaterialien dem Altpapier nur in solchen Mengen zuzusetzen, daß die Filtrierfunktion der Papierstoffasern nicht beeinträchtigt wird.In addition to all of the waste paper, you can also use the others mentioned above in this process fibrous, cellulosic or agricultural plant materials (e.g. cereal straw) to process. With regard to the character and conditions of filtering Fiber suspensions, which here according to the invention are complicated and expensive Process of centrifugation of cells replaced by microorganisms, it is recommended preferably the natural plant materials to the waste paper only in such quantities add that the filtering function of the paper pulp fibers is not impaired.

Ferner besteht die Möglichkeit, landwirtschaftliche Materialien wie Getreidestroh auf einer getrennten Straße zu verarbeiten und nur die fermentierte Strohsuspension zur gemeinsamen Filtrierung mit der Altpapiersuspension - auf die Art des sogenannten sekundären Auflaufs - d.h. auf die entstandene aus Papierstoffasern bestehende Faserschicht zu befördern.There is also the possibility of agricultural materials how To process cereal straw on a separate line and only the fermented ones Straw suspension for joint filtration with the waste paper suspension - on the Type of so-called secondary casserole - i.e. on the one made from paper pulp fibers to convey existing fiber layer.

Claims

Process for the production of protein feed from waste paper and other fibrous, cellulosic, natural materials Patent claims: 1. Process for the recovery of waste paper and other fibrous, polysaccharide-containing Waste materials from fermentation hydrolysis, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the treated material is in suspension form in a concentration from 1 to 30% with an enzyme solution mixed and under constant Stirring at a temperature of 20 to 700 C during one for physical State of the suspension and the nutritional value of the preparations obtained appropriate time is hydrolyzed.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the in the from partially destroyed fibers and from increased cells of the applied microorganism existing suspension containing fibers on the Sieve of a drainage system a filter layer that collects the cells of the microorganism form.