Beschreibung
Die Erfindung betrifft verfestigte Formen von fermentierten, mit Ammoniak behandelter, kondensierter Molke
(im folgenden "FACW" genannt) und Verfahren zur Herstellung derselben. Außerdem betrifft die Erfindung Calciumammoniumlactat,
das bei diesem Verfahren als ein Bestandteil gebildet wird, die Verfestigung von FACW fördert
und ein brauchbares Nährmittel für Wiederkäuer ist.
FACW ist eine flüssige Futtermittelergänzung, die durch Fermentieren von Molke mit Milchsäure bildenden Bakterien
wie Lactobacillus bulgaricus in Gegenwart von Ammoniak hergestellt wird. Die Fermentation von Molke wandelt
Kohlehydrat in Milchsäure um, die unter Bildung von Ammoniumlactat mit Ammoniak neutralisiert wird. Die
Fermentation vervielfacht außerdem die Bakterien, die folglich zusätzliches Protein liefern. Das Fermentationsprodukt, das typischerweise einen Feststoffgehalt von
6 bis 16 % besitzt, wird dann durch Eindampfen auf einen Feststoffgehalt von typischerweise 40 bis 68 % konzentriert
.
Da Wiederkäuer Ammoniumsalze als Stickstoffquelle zur
Synthese von Protein verwenden können, ist FACW für sie als Futtermittelergänzung geeignet. Als Flüssigkeit
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kann sie in andere Futterrationskomponenten wie enthülster Maissilage (shelled corn silage), Hafer oder Ölsaatfutter
einverleibt werden. Es wäre jedoch vorteilhaft, wenn FACW in fester Form zum Beispiel zur Verwendung
in landwirtschaftlichen Betrieben, die nicht mit Vorrichtungen zur Verabreichung von flüssigen Futterergänzungen
ausgerüstet sind, zur Verfügung stände.
Proteinergänzungs- und Mineralblöcke, -pellets oder andere Futtermittel, die mit Hilfe eines Bindemittels
hergestellt werden, werden normalerweise mit teuren Pressen unter Verwendung von Bindemitteln wie Melassen,
Ligninsulfonat oder Bentonit hergestellt. Diese Verfahren
erfordern häufig eine Dampfkonditionierung des Futters
vor dem Pressen und die Anwendung von hohem Druck (140,6
2
bis 210,9 kg/cm ). Die vorliegende Erfindung, die mit diesen Vorrichtungen verträglich ist, stellt eine grundsätzliche
Verbesserung dar, indem diese Vorrichtungen nicht erforderlich sind und zur Bildung von Blöcken
nur wenig oder kein Druck oder Wärme angewendet zu werden braucht. Die Erfindung liefert erhebliche Einsparungen
an Zeit, Energie und Kapital gegenüber der jetzigen Praxis.
Erfindungsgemäß können FACW oder andere flüssige Substanzen,
die ähnliche Konzentrationen an Ammoniumlactat
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und Gesamtfeststoffen enthalten, durch Mischen mit bestimmten
Calciumsalzen verfestigt werden. In Abhängigkeit von dem verwendeten Salz und den angewandten Zugabebedingungen
können erhebliche Wärmemengen frei werden. Bei erhöhten Temperaturen kann FACW oder die Ammoniumlactat
enthaltende Substanz in flüssiger Form gehalten werden. Die Verfestigungsgeschwindigkeit wiederum kann
durch Kontrolle der Kuhlungsgeschwindigkeit und des Kühlungsausmaßes reguliert werden. Beispielsweise mit
Calciumchlorid beginnt die Mischung sich typischerweise
bei 25 bis 30 C zu verdicken und kann sich innerhalb einer Stunde vollständig verfestigen. Das verfestigte
Produkt erreicht eine maximale Härte nach einem oder mehreren Tagen. Diese Härtung ist nicht verbunden mit
dem Verdampfen von Wasser, da sie in einer luftdichten Verpackung erfolgt.
Die Erfindung ist anwendbar auf die Herstellung von fester FACW in verschiedenen Formen. In ihrer Rohform
kann sie in Gußformen zur Bildung von Leckblöcken oder -würfeln verfestigt werden oder sie kann zur Herstellung
von Pellets oder Granulaten extrudiert werden. Das verfestigte Material kann unter Bildung eines Pulvers zerkleinert
oder zur Herstellung von Flocken "geschält" werden.
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Außerdem können der FACW vor der Verarbeitung Spurenbestandteile
wie Minerale, Vitamine oder Medikamente zugesetzt werden. Es können auch erhebliche Mengen an Melassen,
Maisquellwasser (corn steep liquid) oder anderen Futtermittelbestandteilen zugesetzt werden.
Erfindungsgemäß können die zuvor genannten Zusammensetzungen
zur Herstellung von Tierfuttermittelprodukten verwendet werden, wobei sie Produkte wie Getreide, Rauhfutter
und Grünfuttermaterialien (forage materials) zu Blöcken, Würfeln oder Pellets binden. Die Zusammensetzungen
dienen als ausgezeichnete Bindemittel, wenn sie in flüssiger Form mit solchen Produkten gemischt und verfestigen
gelassen werden. Typischerweise enthalten solche Mischungen 20 bis 40 % FACW und 1 bis 3 % zugesetztes
Calcium. Vor der Verfestigung können die Mischungen in Blöcke oder Würfel (range blocks or cubes) gegossen
und/oder gepreßt oder zu Pellets extrudiert werden. Die gepreßte Masse kann dann in 20 Minuten oder weniger
härten. Anders als bei herkömmlichen Bindemitteln wird bei diesen Zusammensetzungen angenommen, daß sie die festen
Produktteilchen "zementieren" und nicht nur als einfacher "Klebstoff" dienen. Aus diesem Grunde ist die Anwendung
von übermäßigem Druck zur Erzielung der Verfestigung nicht erforderlich.
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Wie bereits erwähnt, enthält FACW Ammoniumlactat als
einen Hauptbestandteil. Es kann als ein Feststoff vorliegen, bleibt unter normalen atmosphärischen Bedingungen
jedoch flüssig, da es stark hygroskopisch ist. Der Mechanismus, nach dem FACW erfindungsgemäß verfestigt wird,
ist bisher noch nicht vollständig geklärt. Es wird jedoch angenommen, daß die Bildung von Calciumammoniumlactatdihydrat
(CAD, einer festen kristallinen Substanz, daran beteiligt ist. Nach augenblicklichem Verständnis verbindet
sich solvatisiertes Calcium chemisch mit dem Ammoniumlactat in der FACW, was zur Erzeugung des CAL-Salzes
führt, welches kristallisiert und/oder als Feststoff ausfällt, um eine vollständige Verfestigung zu bewirken.
Es wurde gefunden, daß sich in einigen Fällen Calciumammoniumlactat
als Nebenprodukt bei der Herstellung von FACW bildet. Das CAL setzt sich manchmal als Ablagerung
in den Herstellungsvorrichtungen, zum Beispiel in Rohren und Vorratsgefäßen ab. Dieses Absetzen kann
dadurch vermieden werden, daß das Calcium aus der für die Herstellung von FACW verwendeten Molke abgetrennt
wird. Eine derartige Abtrennung kann durch Ionenaustausch vor der Fermentation erfolgen. Ein geeignetes Ionenaustauschsystem
ist das Harz Amberlite 200. Umgekehrt kann CAL erhalten werden durch Reinigung von FACW, das heißt
durch Abtrennung von CAL-Kristallen aus FACW, um im wesentlichen reines CAL zu erhalten.
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Calciumammoniumlactatsalz (CAL) ist im Labor in folgender Weise synthetisiert worden: 500 Volumenteile einer
85 %igen Lösung von Milchsäure (reagent grade) in Wasser werden mit 257 Teilen wäßrigem Ammoniak (27,7 % NH ) und
5,55 Gewichtsteilen Ca(OH) oder 1,1 Teilen CaCl2 „ 2HO
neutralisiert. Die Mischung wird auf Raumtemperatur gekühlt, der pH-Wert wird mit 1,0 NaOH-Lösung auf 6,8
eingestellt und die Mischung wird mit Wasser auf 1 Liter verdünnt. Nach 4- bis 7-tägigem Stehen bilden sich gut
ausgebildete Kristalle; gewöhnlich kann jedoch eine Impfung mit CAL-Kristallen und Rühren erforderlich sein.
Die Gesamtkristallausbeute beträgt ungefähr 5 Gew.% der hergestellten Lösung.
Die chemische Zusammensetzung des resultierenden Salzes ist wie folgt:
Bestandteil Prozent
Calcium 8,6
Ammoniakstickstoff als NH. 7,7
Milchsäure ausgedrückt als C H O„ 74,4
o O O
Wasser 11,1
Gesamt 102,8
Mittelwert von 6 Bestimmungen
Die empirische Formel basierend auf den obigen analytischen Daten ist Ca(NH )„(C H5O3). . 2HpO. Eine unzwei-
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deutige Bestätigung dieser empirischen Formel ist nicht erfolgt.
Der kristalline Feststoff ist durch eine monolithische
Symmetrie charakterisiert. Die Verbindung hat keinen definierten Schmelzpunkt, scheint aber bei 120°C Kristallwasser
abzugeben·und sich bei 190-5°C zu zersetzen. CAL ist in Wasser gut löslich, in wäßrigem Ammoniak
etwas löslich und unlöslich in Ethanol. Der Feststoff besitzt ein spezifisches Gewicht von 1,47.
Calciumammoniumlactat selbst ist als Futtermittelergänzung
für Wiederkäuer geeignet. CAL enthält ungefähr 37,4 Gew.% Rohproteinäquivalente und der Milchsäurebestandteil
kann als wertvolle Quelle für metabolisierbare Energie dienen. Calcium ist ein wesentlicher Mineralbestandteil
mit großer Bedeutung für den Nährwert. Alle vorhandenen Bestandteile sind wertvolle Quellen für die
Tierernährung, was CAL zu einer konzentrierten Futtei— mittelergänzung macht, die vollständig aus verwertbaren
Nahrungsbestandteilen besteht.
Die Erfindung kann auf FACW angewendet werden, die aus verschiedenen Typen von Molke mit unterschiedlicher
Zusammensetzung erhältlich ist. FACW enthält wie in Abschnitt Nr. 573.450 des Federal Register angegeben
35 bis 55 % Ammoniumlactat.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Calciumsalze sind Salze
von starken Mineralsäuren wie Calciumchlorid, Calciumsulfat und Calciumphosphat. Calciumchlorid wird bevorzugt,
da es in geringeren Mengen wirksam ist und zu härteren Produkten führt als Calciumsulfat, welches wiederum
wirksamer als Calciumphosphat ist. Es wird angenommen, daß die Wirksamkeit im Zusammenhang mit der Wasserlöslichkeit
steht. Es ist auch möglich, alkalische Calciumsalze wie Calciumcarbonat, Calciumoxid und Calciumhydroxid
zu verwenden. Wenn jedoch alkalische Calciumsalze verwendet werden, muß eine Mineralsäure in ausreichender
Menge zur Neutralisierung zugegeben werden, so daß die FACW nicht alkalisch wird, um einen Verlust an Ammoniak
zu vermeiden. Vorzugsweise wird ausreichend Mineralsäure zugesetzt, um das Calciumsalz mit allem vorhandenem
Calcium zu bilden.
Die erforderliche Menge an Calcium für das Verfestigen
eines FACW enthaltenden Einsatzprodukts auf jede bestimmte Härte muß im allgemeinen experimentell bestimmt werden.
Es wurde gefunden, daß im allgemeinen bezogen auf das Gewicht der FACW 6 bis 10 % Calcium ausreichend sind.
Diese Menge ist der Prozentsatz an Calcium. Die Menge eines bestimmten Calciumsalzes muß dementsprechend so
eingestellt werden, daß eine entsprechende Menge an Calcium vorhanden ist.
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Die elementarste Anwendung der Erfindung besteht in der Verfestigung von FACW. Die FACW und das Calciumsalz
werden bei Raumtemperatur gemischt, um das Salz zu lösen. Die Mischung wird dann zur Härtung in eine geeignete
Form gegossen. Es ist am besten, das Salz unter starker Durchmischung der FACW langsam zuzusetzen, um eine Klumpenbildung
auszuschließen und die Auflösung zu beschleunigen. Wenn ein alkalisches Calciumsalz in Kombination mit
Mineralsäuren verwendet wird, wie oben beschrieben, werden die Säuren am besten während des Rührens zu der
FACW gegeben und anschließend erfolgt die langsame Zugabe des alkalischen Salzes. Wenn Calciumchlorid (CaCl_ .
2H,-O) allein verwendet wird oder wenn Mineralsäuren
vor der Zugabe eines alkalischen Salzes zugegeben werden, wird viel Wärme erzeugt. Calciumchlorid besitzt eine
positive Lösungswärme und erzeugt typischerweise einen Temperaturanstieg von 1 bis 1,5 C je Prozent des zugesetzten
Dihydrate. Wenn Mineralsäuren in Kombination mit alkalischen Calciumsalzen verwendet werden, stammt
die erzeugte Wärme hauptsächlich von der Lösung der Säuren. Die Neutralisation der angesäuerten FACW durch
das alkalische Salz ist nicht in bedeutender Weise exotherm. Ein Temperaturanstieg von 1,5 C wird typischerweise
je Prozent zugesetzter Mineralsäure (95 % H?SO.
oder 85 % H3PO4) beobachtet.
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Die FACW-Calcium-Mischung kann als frei fließende Flüssigkeit
erhalten bleiben, wenn die Temperatur über der Temperatur gehalten wird, bei der die Verfestigung spontan
beginnt. Diese kritische Temperatur beträgt typischerweise 25 bis 30 C, kann aber in Abhängigkeit der genauen
Zusammensetzung der FACW, des verwendeten Calciumsalzes, der zugesetzten Calciummenge und der Kühlgepchwindigkeit
variieren. Wenn sich die FACW vor der Calciumzugabe auf Raumtemperatur (200C) befindet, liegen die erhöhten
Temperaturen, die nach typischer Zugabe von Calciumchlorid oder Mineralsäuren plus alkalischen Salzen erhalten
werden, ausreichend hoch, um die FACW-Calcium-Mischung im flüssigen Zustand zu halten. Wenn beispielsweise
eine FACW-Calcium-Mischung 20 Massenprozente des Dihydrate
enthält und die Temperatur vor dem Mischen 20 C beträgt, beträgt die Temperatur der Mischung nach vollständiger
Auflösung des Calciumsalzes typischerweise 40 bis 500C.
Eine derartige Mischung bleibt über einen längeren Zeitraum flüssig, es sei denn, sie wird gekühlt. Wenn die
Zugaben nicht zu einer Mischung mit einer Temperatur führen, die höher ist als die kritische Verfestigungstemperatur, dann muß der FACW-Fraktion vor dem Mischen
ausreichend Wärme zugeführt werden, um eine vorzeitige Verfestigung zu verhindern.
Durch Regulierung der Geschwindigkeit und des Ausmaßes der Kühlung kann die Verfestigungsgeschwindigkeit kon-
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trolliert werden. Eine verhältnismäßig schnelle Verfestigung
kann erfolgen, wenn die Flüssigkeit vor dem Eingießen in eine Form mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf eine
Temperatur gekühlt^wird, die in etwa der kritischen
Temperatur entspricht oder etwas darunter liegt (Unterkühlung). Wenn die kritische Temperatur einmal erreicht ist,
kann das Produkt für einen Zeitraum von ungefähr 2 bis 5 Minuten in flüssiger Form gehalten werden, was ausreicht,
die leicht verdickte Flüssigkeit aus dem Mischgefäß in die Verfestigungsform zu überführen. Wenn die Verfestigung
einmal eingesetzt hat, kann ein hartes trockenes Produkt in etwa 15 Minuten oder weniger resultieren. Die genaue
Geschwindigkeit und das genaue Ausmaß der Kühlung bei Anwendung dieses Verfahrens müssen experimentell bestimmt
werden und variieren mit der verwendeten Formulierung und der FACW-Zusammensetzung. Es ist erforderlich, die Kühlgeschwindigkeit
so zu kontrollieren, daß das Eingießen bei der kritischen Temperatur oder während der Unterkühlungsphase möglich ist. Wenn das Kühlen zu schnell erfolgt,
kann eine vorzeitige Verfestigung eintreten und das Verfahren kann nicht zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses angewendet werden.
Eine schnelle Verfestigung ist erwünscht, wenn unlösliche Materialien wie Minerale oder Getreidefragmente in flüssiger
FACW vor dem Verfestigungsverfahren aufgeschlämmt oder
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suspendiert werden. Wenn das Verfahren so gesteuert wird,
daß eine schnelle Verfestigung erfolgt, kann das suspendierte Material im fertigen Feststoff homogen verteilt
werden. Dieses Verfahren ist besonders anwendbar für die Herstellung von unlösliches Material enthaltenden Lecksteinen,
bei denen dieses Material homogen suspendiert sein muß.
Wenn die zu verfestigende FACW-Mischung kein suspendiertes
festes Material enthält, kann es erwünscht sein, eine Verfahrensweise mit langsamer Verfestigung durchzuführen.
Diese Verfahrensweise ist einfacher, da eine sorgfältige Regulierung der Kühlgeschwindigkeit nicht
erforderlich ist. Die FACW-Calcium-Mischung wird einfach auf einer Temperatur gehalten, die höher ist als die
Verfestigungstemperatur, in eine geeignete Form gegossen
und kühlen gelassen (gewöhnlich unter Umgebungsbedingungen), bis die Verfestigungstemperatur erreicht ist und
die Verfestigung erfolgt. Bei dieser Verfahrensweise erfolgt die Verfestigung gewöhnlich in "1 bis 6 Stunden
in Abhängigkeit von der verwendeten Formulierung, der Anfangstemperatur der Flüssigkeit und den Kühlbedingungen.
Im allgemeinen soll die Temperatur, bei der die Flüssigkeit gegossen wird, mindestens 2 bis 5 C über
der bekannten Verfestigungstemperatur liegen, um eine vorzeitige Verfestigung zu vermeiden, die eintreten
könnte, wenn das Gießen bei einer etwas niedrigeren Temperatur versucht würde. Wenn die Temperatur mehr
als 5 C über der bekannten Verfestigungstemperatur liegt, verzögert sich die Verfestigung.
Neben der Herstellung von verfestigter FACW in Formen kann die Erfindung auf die Herstellung von FACW-Pellets
oder -Würfeln unter Verwendung bekannter Extrudiervorrichtungen angewendet werden. Um diese Vorrichtungen
bei flüssigen FACW-Calcium-Mischungen mit erhöhten Temperaturen
anwenden zu können, müssen die Mischungen auf den Punkt gekühlt werden, an dem die Verfestigung einsetzt
(oder unterkühlt werden), und genau dann durch die Extrudiervorrichtung gedruckt werden, wenn die gewünschte
Konsistenz erreicht ist. Bei Verwendung eines derartigen Verfahrens müssen die Geschwindigkeit und
das Ausmaß der Kühlung sorgfältig reguliert werden, so daß das Material genau vor dem Durchgang durch die
Düse der Extrudiervorrichtung zu der gewünschten Konsistenz verdickt. Nach der Formung kann das extrudierte
Material innerhalb von Minuten vollständig aushärten. Die genaue zeitliche Steuerung muß für jede verwendete
Formulierung durch Versuche bestimmt werden.
Die erfindungsgemäße Verfestigung von FACW kann auch
unter Einschluß von anderen Nährstoffen wie Melassen,
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Maisquellwasser, Hefeextraktprodukten, Mineralen und
Vitaminen erfolgen. Darüber hinaus können in Abhängigkeit von der Verwendung des Produkts Medikamente eingeschlossen '
werden, die Futtermitteln zugesetzt werden. Beispielsweise könnte Rumensin Blöcken, Pellets oder Würfeln zur Fütterung
von Rindvieh zugesetzt werden. Im allgemeinen sind größere Mengen an Calciumsalz zur Erzielung einer gewünschten
Härte erforderlich, wenn die FACW überschüssige Mengen
an Melasse enthält, als wenn das Verfahren mit FACW allein durchgeführt wird. Mischungen, die bis zu 25 Gewichtsteile
Melasse je 100 Teile FACW enthalten, können unter Verwendung üblicher Mengen an Calciumsalzen verfestigt werden.
Es können auch höhere Gehalte als 25 Teile Melasse verwendet werden, aber dann kann es erforderlich sein, den
Calciumgehalt zu erhöhen. Auch andere Bestandteile können die Verfestigung beeinflussen, so daß die für das Härten
erforderliche Calciummenge empirisch ermittelt werden muß.
Eine anspruchsvollere Anwendung der Erfindung ist die Verwendung von FACW-Calcium-Mischungen zum Binden von
Furage (forage), Rauhfutter und anderen Pflanzenprodukten zur Herstellung von Proteinkonzentratpellets, -würfeln
oder -blöcken (rangeblocks). Es ist am besten, die FACW
und das Calciumsalz vorzumischen, die Temperatur hoch
genug zu halten, um eine vorzeitige Verfestigung zu
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vermeiden, die resultierende Mischung mit den Wiederkäuer-Futtermitteln
zu vermischen, wiederum eine erhöhte Temperatur aufrechtzuerhalten und die Mischung in einer Form
zu verdichten oder ein Extrudierverfahren anzuwenden. Bei derartigen Produkten ist es im allgemeinen wünschenswert,
etwa 30 bis 40 Gew.% FACW-Calciumsalz-Mischung
zu verwenden. Die genauen Mengen an FACW und Calcium, die für die Verfestigung erforderlich sind, variieren
mit der Art der in der Formulierung enthaltenen Bestandteile und der gewünschten Härte des Blocks. Die genaue
Formulierung muß für jede vorgesehene Bindemittelanwendung experimentell bestimmt werden.
Wenn Futtermittel dieses Typs unter Verwendung von FACW hergestellt werden, ist die Temperaturregulierung während
der Herstellung von kritischer Bedeutung für den Erfolg des Verfahrens. Eine Verfestigung der FACW-Fraktion
muß verhindert werden, bis die Futtermittelmischung vollständig gemischt und verdichtet oder zu ihrer endgültigen
Form extrudiert worden ist, indem die Temperatur über der Verfestigungstemperatur gehalten wird. Wenn
eine vorzeitige Verfestigung eintritt, werden die Bestandteile nicht angemessen gebunden.
Im allgemeinen wird auch ohne zusätzliches Erwärmen ein gut gebundenes Produkt erhalten, wenn die flüssige
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FACW-Calcium-Vormischung und die Pflanzenbestandteile
schnell gemischt und sofort komprimiert oder verarbeitet werden. Wenn die flüssige FACW-Calcium-Mischung eine
Temperatur von 40 bis 50 C besitzt und in normalen Anteilen bei Raumtemperatur mit der Pflanzenproduktmischung
vermischt wird, ist die Temperatur der resultierenden
Mischung im allgemeinen niedrig genug, um die Verfestigung der FACW-Calcium-Fraktion einzuleiten. Die Mischung
bleibt im allgemeinen jedoch ausreichend feucht und klebrig, um eine gute Verdichtung über einen Zeitraum
von ungefähr 5 bis 10 Minuten eintreten zu lassen. Wenn das gemischte Einsatzprodukt vor der Verdichtung über
einen längeren Zeitraum aufbewahrt werden soll, muß das gesamte Einsatzprodukt erwärmt werden, um es oberhalb
der Verfestigungstemperatur zu halten.
Nach dem Vermischen der FACW, des Calciumsalzes und der Pflanzenbestandteile wird die Mischung in der gewünschten
Form verdichtet und durch Verfestigung der FACW härten gelassen. Während der Formung muß ausreichend
gepreßt werden, um das Produkt zu einer geeigneten Dichte zu verdichten, das heißt um Lufteinschlüsse zu beseitigen.
Wenn das verfestigte Produkt nicht in einer Gußform gehärtet oder gelagert wird, muß ausreichend Druck angewendet
werden, um die Form des Produkts aufrechtzuerhalten, bis die Verfestigung ausreichend vollständig ist, um
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die Form beizubehalten, bevor das Produkt aus der Formvorrichtung
entfernt wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teil- und
Prozentangaben auf das Gewicht.
B_e_i spiel 1
Die folgende Formulierung wurde zur Herstellung eines
13,6 kg Blocks (range block) vom Lecktyp verwendet:
Bestandteile Prozent
FACW (60 % Feststoffe) 80
CaCl0 . 2H„O 20
100
Ein 19-Liter-Kübel wurde als Mischgefäß verwendet, wobei
die Durchmischung mit einem luftgetriebenen Faßmischer
ausgerüstet mit einem Satz von drei 5 cm Flügeln erfolgte. Das Mischgefäß wurde in eine 57-Liter-Wanne gestellt,
die zum schnellen Kühlen der gemischten Einsatzproduktbestandteile mit Wasser gefüllt wurde. Die zur Formung
des Leckblockes verwendete Form war ein 11,4-Liter-Plastikbottich
(15,25 χ 28 χ 35,6 cm). Die Verwendung des Plastikbottichs
erlaubte eine leichte Entfernung des fertigen Blocks, da die Innenwände sehr glatt waren und sich
an der offenen Seite etwas verjüngten.
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Die CaCl2 . 2H O-Fraktion (2,72 kg) wurde langsam in die
kräftig gemischte FACW-Fraktion (10,9 kg) gegossen. Die Mischung wurde ungefähr 5 Minuten lang gerührt,
um eine vollständige Lösung des zugesetzten Salzes sicherzustellen. Nach dem Mischen war die Temperatur der FACW-Mischung
um 33 C von Raumtemperatur auf ungefähr 56 C erhöht. Nach dem anfänglichen 5-minütigen Mischen wurde
kaltes Leitungswasser durch das Kühlgefäß geleitet und die Flüssigkeit kühlte sich mit einer ungefähren Geschwindigkeit
von 1,5-0,50C je Minute ab. Die flüssige Mischung begann sich zu verdicken, wenn eine Temperatur von ungefähr
31 C erreicht wurde, und wurde zur Verfestigung sofort in eine Form gegossen. Die Mischung härtete in
etwa 10 Minuten und wurde nach einer Stunde aus der Form entfernt. Der Block erreichte eine maximale Härte
nach 2- bis 3-tägiger Härtung.
Der fertige Block wurde chemisch analysiert und ergab die folgende Zusammensetzung:
Bestandteile Prozent (M/M)
CPE (Rohproteinäquivalente) 36,9
CPE aus nichtproteinhaltigen
Stickstoffverbindungen (NPN-Verbindungen) 31,6
Milchsäure 29,8
geschätzte Feststoffe 68,0
Calcium 5,85
130021/086 1
Dieser Block wurde einer Herde von Färsen und trockenen Kühen unter normalen Weidebedingungen als Futtermittel
ad lib. angeboten. Es wurde eine gute Verträglichkeit und Bewitterungsfähigkeit beobachtet.
Beispiel 2
Ein 13,6 kg Block vom Lecktyp ähnlich dem gemäß Beispiel 1 wurde unter Einschluß von Zuckerrohrmelasse (black
strap molasses) aus der folgenden Formulierung hergestellt:
Bestandteile Prozent
FACW (60 % Feststoffe) 70
CaCl2 . 2H2O 20
Zuckerrohrmelasse 10
100
Die für die Herstellung dieses Block verwendete Verfahrensweise war ähnlich wie die in Beispiel 1 verwendete.
Die FACW und die Melasse wurden vorgemischt und dann wurde das Calciumsalz, wie zuvor beschrieben, zugegeben.
Dieses Material erforderte ungefähr sechs Stunden, um sich zu verfestigen, und mehrere Tage, um eine maximale
Härte zu erreichen.
Der fertige Block wurde chemisch analysiert und ergab folgende Zusammensetzung:
130021/0861
Bestandteile Prozent
CPE 33,3
CPE aus NPN-Verbindungen 28,4
Milchsäure 27,9
geschätzte Feststoffe 69,5
Calcium 5,78
Dieser Block erwies sich bei Verwendung als Leckfutter auf den Weide als verträglich und zeigte gute Bewitterungseigenschaften.
Beispiel 3
Die folgende Formulierung wurde zur Herstellung eines 13,6 kg FACW-Blocks (range block) unter Verwendung von
Calciumcarbonat und Säuren für die Verfestigung hergestellt:
Bestandteile Prozent FACW (60 % Feststoffe) 68
CaCO 15
85 % H3PO4 15
95 % H2SO4 2
100
Zusätzlich zu der Neutralisierung des Carbonats dienten die Säuren als eine wertvolle Phosphor- und Schwefelquelle
.
130021/0861
Dieser Block wurde unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung hergestellt. Die Säuren wurden
zuerst zu der FACW gegeben und es wurde gemischt. Im Anschluß an die Zugabe der Säure stieg die Temperatur
der Mischung von 23°C auf 48 C. Als nächstes wurde das CaCO^ langsam über einen Zeitraum von 15 bis 20 Minuten
zu der warmen FACW-Säure-Mischung gegeben. Während und im Anschluß an die Zugabe von CaC0„ wurde aufgrund der
Entwicklung von Kohlendioxid ein starkes Schäumen beobachtet. Die Zugabe erfolgte langsam, um die Neutralisation
zu kontrollieren und ein übermäßiges Schäumen zu verhindern. Nachdem die Carbonatzugabe vollständig war, entwickelte
die Mischung weiterhin über einen Zeitraum von mehr als einer Stunde langsam Gas.
Nach einer Stunde wurde mit dem Kühlen begonnen. Die Flüssigkeit begann sich zu verfestigen, wenn eine Temperatur
von etwa 27 C erreicht wurde, und wurde dann sofort in einer Form gegossen.
Die Kohlendioxidentwicklung setzte sich nach der Überführung der verdickten Flüssigkeit in die Formen fort und
das sich verfestigende Produkt expandierte, da die entwickelten Gase eingeschlossen wurden. Das Volumen des
getrockneten Blocks war etwa 50 % größer als das Volumen des frisch gegossenen Produkts. Das Produkt verfestigte
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sich in etwa 6 Stunden und erreichte eine maximale Härte nach mehreren Tagen der Härtung.
Der fertige Block wurde chemisch analysiert und ergab folgende Zusammensetzung:
Proze nt
CPE 31,9
CPE aus NPN-Verbindungen 27,5
Milchsäure 26,2
geschätzte Feststoffe 70,5
pH 5,70
Calcium 6.42
Phosphor 4,85
Schwefel 0,52
Beispiel 4
Ein 13,6 kg Block (range block) ähnlich dem in Beispiel 3 beschriebenen wurde hergestellt unter Einschluß von
geschältem Mais (shelled corn) mit geringer Feuchtigkeit
unter Verwendung der folgenden Zusammensetzung:
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Bestandteile Prozent
FACW (60 % Feststoffe) 52,2
CaCC3 12,0
85 % H3PO4 12,0
95 % H2SO4 1,6
gemahlener Mais, LMS 20,0
100
Das durchgeführte Verfahren war ähnlich dem in Beispiel 3
beschriebenen. Die Maisfraktion wurde direkt vor Beginn der Kühlung zu den anderen vorgemischten Bestandteilen
gegeben. Während der Herstellung der Vormischung wurde ein Temperaturanstieg von 22°C beobachtet. Die Verfestigung
begann nach Abkühlung auf ungefähr 32 C. Das sich verdickende Produkt wurde nicht gegossen, bis es eine
Konsistenz erreicht hatte, die eine Suspendierung der Maisteilchen erlaubte. Die Verfestigung war nach etwa
6 Stunden vollständig und eine maximale Härte wurde nach mehreren Tagen der Härtung erreicht. Das Blockmaterial
war physisch ähnlich dem gemäß Beispiel 3 und die Maisteilchen waren gleichförmig in dem Produkt verteilt.
Das fertige Produkt besaß folgende Zusammensetzung:
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Bestandteile Prozent
CPE 28,5
CPE aus NPN-Verbindungen 22,6
Milchsäure 22,3
geschätzte Feststoffe 74,0
pH 5,51
Calcium 4,50
Phosphor ■ 4,43
Schwefel 0,26
Beispiel 5
Ein 200 g Würfel (range cube) mit hohem Sojagehalt wurde mit FACW und Calcium als Bindemittel unter Verwendung
folgender Zusammensetzung hergestellt:
Bestandteile
Sojabohnenmehl
FACW (60 % Feststoffe)
CaCl2 . 2H2O
100
Die FACW- und CaCl^-Bestandteile wurden unter kräftigem
mechanischen Rühren etwa 5 Minuten lang vorgemischt. Diese Vormischung wurde dann in einem 500 ml Becher
aus rostfreiem Stahl unter Verwendung eines großen Metall-
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spatels mit dem Sojabohnenmehl gemischt. Das Mischen
dauerte 3 bis 5 Minuten (gerade ausreichend lange, um eine gleichförmige Mischung zu erhalten). Die Mischung
wurde dann sofort in einen 400 ml Plastikbecher überführt, der als Verfestigungsform diente. Die Mischung wurde
mittels Handdruck fest gepackt, mit einer Plastikfolie abgedeckt und mehrere Stunden ungestört stehen gelassen,
bevor die Form entfernt wurde. Das Misch- und Packverfahren in diesem Beispiel war ausreichend schnell, um
eine vorzeitige Verfestigung zu vermeiden. Zum Zeitpunkt des Packens war das Produkt ausreichend feucht und klebrig,
um eine gute Bindung zu erreichen.
Das fertige Produkt war trocken, besaß eine gewünschte Härte und zeigte gute Bewitterungseigenschaften. Das
fertige Produkt besaß folgende geschätzte Zusammensetzung:
Bestandte ile Prozent
CPE 42,5
CPE aus NPN-Verbindungen 9,9
Milchsäure 10,1
geschätzte Feststoffe 80,1
Calcium 1,90
Beispiel 6
Ein 200 g Würfel (range cube) ähnlich dem in Beispiel 5 wurde unter Einschluß von Zuckerrohrmelasse unter Verwendung
folgender Formulierung hergestellt:
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Bestandteile
Sojabohnenmehl FACW (60 % Feststoffe) Zuckerrohrmelasse
CaCl2 . 2H2O
Prozent
59,1
25,3
10,0
5,6
100
Die Herstellung dieses WUrfels erfolgte ähnlich wie in Beispiel 5. Die Melasse wurde vor der Zugabe des
Calciumsalzes mit der FACW vorgemischt. Dieses Produkt
war ebenfalls trocken, zeigte die erwünschte Härte und besaß gute Bewitterungseigenschaften. Das fertige Produkt
besaß folgende Zusammensetzung:
Bestandteile
CPE
CPE aus NPN-Verbindungen Milchsäure geschätzte Feststoffe Calcium
Prozent 38,5 8,91 9,11 81 ,8 1 ,80
Beispiel 7
Blöcke (range blocks) mit ähnlicher Zusammensetzung wie kommerziell hergestellte Proteinblöcke wurden unter
Verwendung von FACW und CaCl als Bindemittel in den folgenden drei Formulierungen hergestellt:
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|
Block 1 |
Prozent |
Block 3 |
Bestandteile |
47,9 |
Block 2 |
30,3 |
Sojabohnenölmehl |
26,7 |
40,4 |
41,1 |
FACW |
9,20 |
32,8 |
9,20 |
dehydratisierte Luzerne
(alfalfa) |
1 ,83 |
9,20 |
1 ,83 |
Leinsamenmehl |
5,85 |
1 ,83 |
9,00 |
Calciumchloriddihydrat |
3,11 |
7,20 |
3,11 |
Ammoniumpolyphosphat |
0,548 |
3,11 |
0,548 |
Ammoniumsulfat |
4,57 |
0, 548 |
4,57 |
Natriumchlorid |
0,124 |
4,57 |
0,124 |
Zinksulfat, Heptahydrat |
0,0496 |
0,124 |
0,0496 |
Mangansulfat, Monohydrat |
0,0578 |
0,0496 |
0,0578 |
EisendlDsulfat |
0,122 |
0,0578 |
0,122 |
Magnesiumsulfat, Dihydrat |
0,0952 |
0,122 |
0,0952 |
KupferdDsulfat |
0,00194 |
0,0952 |
0,00194 |
Kobaltsulfat |
0,00066 |
0,00194 |
0,00066 |
Natriumjodid |
* |
0,00066 |
* |
Vitamine |
100 |
* |
400 |
Gesamt |
100 |
|
|
*50.000 bzw. 12.500 USP-Einheiten an Vitamin A und Vitamin D„ je 0,454 kg Block.
Die FACW- und CaCl„-Komponenten wurden vorgemischt und
zusammen zu den verbleibenden trockenen Bestandteilen gegeben, die ebenfalls vorgemischt wurden. Die FACW-CaCl Vormischungen
wurden in einem 7,6 Liter Plastikkübel hergestellt. Jede FACW-Fraktion wurde kräftig mit einem
Grohav-Luftmischer ausgestattet mit einem Satz 5 cm Flügel
bei langsamer Zugabe der entsprechenden CaCl„-Fraktion gemischt. Durch schnelles Mischen und langsame Zugabe
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wurde eine Agglomerat- und Klumpenbildung des CaCl vermieden.
Jede FACW-Calcium-Vormischung wurde nach erfolgter Zugabe weitere 5 Minuten gemischt, um sicherzustellen,
daß sich das CaCl? vollständig gelöst hatte. Die Temperatur
jeder FACW-Fraktion erhöhte sich während des Vormischens,
bei dem CaCl„ zugesetzt wurde. Die Temperatur der Vormischungen erhöhte sich um etwa 20 C bei einer
Zugabe von 22 % CaCl . 2H„O.
Das Vormischen der trockenen Bestandteile wurde in einem horizontalen Davis-Bandchargenmischer (Davis batch
horizontal ribbon-type mixer) (Model Nr. S-1) mit einer
Mäschkapazität von 0,142 m durchgeführt. Die flüssige
Vormischung wurde langsam und gleichmäßig auf die gemischten trockenen Bestandteile gegossen, um eine gleichförmige
Mischung sicherzustellen. Nach vollständiger Zugabe der flüssigen Vormischung wurde das Mischen weitere
5 Minuten lang fortgesetzt. Alles Einsatzprodukt, das an den Mischbändern klebte oder in den unteren Ecken
des Mischers stagnierte, wurde dann mit einem Metallspatel entfernt und das Mischen wurde weitere 5 Minuten
lang fortgesetzt.
Jede der Mischungen der Einsatzproduktbestandteile ließ sich leicht und frei in dem horizontalen Bandmischer
mischen. Die Mischungen zur Herstellung der Blöcke 1
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und 2 ((27 bzw. 33 % FACW) waren feucht und etwas klebrig.
Die Mischung für Block 3 (41 % FACW) war merklich feuchter und klebriger. Vor der Verfestigung war die Mischung
für Block 3 naß und nahezu pastenförmig. Wenngleich die drei Mischungen ohne Klumpenbildung gleichförmige
Mischungen ergaben, wurde darauf geachtet, daß sie sich fest verdichteten, wenn sie in der Hand zusammengepreßt
wu rden.
Übermäßige Mischzeiten waren zu vermeiden, da die Verfestigung der Einsatzproduktnischungen innerhalb von 15 Minuten
oder weniger begann. Wenn sie nicht schnell aus dem Mischer entfernt wurden, wurde beobachtet, daß die Mischungen
eine harte, verhältnismäßig trockene Kruste auf der Rückseite der Mischbänder und den Mischerwänden
in Bereichen stagnierender Mischung bildeten. Auch bei übermäßigem Mischen wurde beobachtet, daß die Einsatzproduktmischungen
in einem Maße trockneten, daß keine angemessene Verdichtung erlaubte, das heißt, die Einsatzproduktteilchen
verloren ihre Klebrigkeit.
Die feuchten, frisch hergestellten Einsatzproduktmischungen
wurden leicht mit guter Gleichförmigkeit in die Blockformen gepackt. Eine gewisse Ungleichförmigkeit
wurde hinsichtlich der Dichte der Packung aufgrund der schichtenfÖrmigen Zugabe der Einsatzproduktmischung
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beobachtet, das heißt es wurde beobachtet, daß der obere
Bereich jeaer Füllung etwas dichter als derjenige Teil am Boden war. Die feuchten Einsatzprodu.ktmaterial ien
für die Blöcke 1 und 2 verdichteten sich zu einer sehr festen Feststoffmasse, die nicht leicht zerkrümelt werden
konnte- Die Mischung für Block 3 blieb direkt nach dem Packen etwas weich und pastenförmig.
Die Einsatzproduktmischungen wurden sofort aus dem Mischer entfernt und in eine Blockverfestigungsform gepackt.
Die Form war ein rechteckiger Holzkasten, der so konstruiert war, daß er annähernd der Form und Größe der
meisten kommerziellen Blöcke (range blocks) entsprach. Die Seiten der Form wurden durch Schrauben zusammengehalten,
so daß zur leichten Entfernung des fertigen Blocks der Kasten auseinandergenommen werden konnte.
Das offene Ende, durch das die Form gefüllt wurde, wurde mit einem beweglichen Deckel abgedeckt, der in den Kasten
hineinpaßte. Nach dem Füllen wurde ein 11,3 kg-Gewicht auf den Deckel gestellt, um einen konstanten Druck auf
die sich verfestigende Einsatzproduktmischung auszuüben.
Jede Einsatzproduktmischung wurde per Hand mit dem dicken Ende eines 1,2 m langen 10x10 cm Brettes, das ungefähr
4,54 kg wog, in die Verfestigungsform gepackt. Das nasse
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Einsatzprodukt wurde in 0,45 bis 0,9 kg wiegenden Fraktionen in den Kasten gegeben, wobei jede Fraktion gründlich
gestopft wurde, bevor die nächste Fraktion zugesetzt wurde. Wenn die Form gefüllt war, wurde der Deckel auf
die freie Oberfläche des Einsatzproduktes gelegt und belastet.
Wenngleich die Einsatzproduktmischungen für 4 bis 6 Stunden in der Form gelassen wurden, schien es, daß
die Blöcke 1 und 2 ihre Form beibehalten und festbleiben wurden, wenn die Form sofort nach dem Packen entfernt
worden wäre. Die Blöcke würden wahrscheinlich eine gewisse Oberflächenklebrigkeit aufweisen, würden aber gegen
Zerkrümeln und Zerbrechen beständig sein. Nach dem Zusammenpressen in die Form eines Blockes könnten sie
sofort ohne Beschädigung verpackt und gestapelt werden.
Die Form konnte von Block 1 ohne Schwierigkeit entfernt werden. Die Form konnte leicht von der Blockmasse mit
nur geringem Widerstand abgenommen werden und es blieb nur wenig Einsatzprodukt am Holz haften. Die Blockoberfläche
war trocken und fest. Die Form konnte jedoch nicht so leicht von den Blöcken 2 und 3 entfernt werden.
Es war eine erhebliche Kraft erforderlich, um die hölzerne Form von Block 2 abzuziehen. Große Teile des gehärteten
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Einsatzpnodukts hafteten am Holz und wurden aus dem Block herausgerissen. Die Blockoberfläche war noch klebrig,
blieb aber fest. Dieses Problem könnte möglicherweise verringert werden, wenn die Form von dem Füllen
mit einen Plastikfolie öden einen andenen nicht klebrigen Obenfläche ausgekleidet wunde. Block 3 haftete noch
fester an der hölzernen Form. Es mußte ein Metallspatel zwischen den Block und die Form eingeführt werden, um
ihn zu lösen. Die Blockoberfläche blieb sehr klebnig und obwohl sie fest wan, konnte mit dem Daumen ein Eindnuck
erzeugt werden.
Nach dem Verpacken in Beutel und Stehenlassen über eine einwöchige Härtungszeit waren alle Blöcke sehr hart
und trocken und zeigten keine Oberflächenklebrigkeit.
Die Blöcke als ganze konnten nicht leicht zerkrümelt werden. Es wurde jedoch eine gewisse Zerkrümelung an
den Kanten der Blockoberflächen beobachtet.
Die chemische Analyse der Blöcke ergab folgende Informationen:
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Bestandte ile |
Block 1 |
Block 2 |
Block 3 |
% Rohproteinäquivalente |
39,5 |
38,1 |
36,3 |
% CPE aus NPN-Verbindungen |
12,4 |
15,4 |
17,7 |
% Milchsäure |
10,5 |
12,8 |
17,6 |
% Trockensubstanz |
83,8 |
81 ,7 |
78,3 |
pH |
5,68 |
5,64 |
5,57 |
% Asche |
12,1 |
12,8 |
15,4 |
% Calcium |
1 ,64 |
2,13 |
2,37 |
% Phosphor |
0,91 |
0,69 |
0,71 |
% Schwefel |
0,07 |
0,10 |
0,18 |
% Natrium |
1 ,58 |
0,41 |
1 ,98 |
% Chlorid |
7,8 |
10 |
11 |
Die Blöcke wurden an Vieh verfüttert und von diesem in ungefähr der richtigen Menge entsprechend ihrer Größe
und Basisration konsumiert. Diese Blöcke besaßen gute Bewitterungseigenschaften und wurden als äquivalent
zu normalen Futterblöcken bzw. -steinen beurteilt.
Dieses Verfahren ist nicht beschränkt auf diese Beispiele oder diese Vorrichtungen sondern kann unter Verwendung
kommerzieller Nahrungs- und Futtermittelindustrieausrüstung
unter Regulierung der Temperaturen, der FACW-Gehalte und der Calciumgehalte durchgeführt werden. Die
verwendeten Formen können alle kommerziell erhältlichen Behälter sein, vorausgesetzt sie sind ausreichend fest.
Das Pressen des Materials in die Form kann mit jeder beliebigen Vorrichtung wie einer Käseblockpresse oder
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anderen derartigen herkömmlicherweise verwendeten Vorrichtungen durchgeführt werden. Futtermittelblockpressen
können ebenfalls verwendet werden, wobei aber ein hoher Druck nicht erforderlich ist.
ka: kö
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