DE3340662C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.

Ein Verfahren dieser Art ist u. a. aus der DE-A 30 24 994 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt der Auf­ schluß des Ausgangsmaterials ausschließlich in der Form, daß die Hefe in offene Zellen des Ausgangsmaterials ein­ dringt und sich auf der Grundlage der dabei zugänglichen Nährstoffe vermehrt. Durch die starke Vermehrung der Hefe werden die hiervon befallenen Zellen erweitert und aufge­ sprengt, wobei auch der Ligninpanzer der benachbarten Zellen gesprengt wird, so daß die hierin eingeschlossenen Nährstoffe freigelegt werden. Die Hefe wird jedoch nach einer gewissen Anzahl von Vermehrungsvorgängen inaktiv. Die Praxis hat gezeigt, daß in diesem Stadium bei vielen Ausgangsstoffen noch ein großer Vorrat an unaufgeschlos­ senen Zellen vorhanden ist, deren Ligninpanzer die hierin eingeschlossenen Nährstoffe unzugänglich macht, was sich ungünstig auf die erzielbare Verdaulichkeit der im Aus­ gangsmaterial an sich vorhandenen Nährstoffe auswirkt.

Aus der DE-A 25 43 939 ist zwar der Einsatz von Cellulase abbauenden Mikroorganismen bei der Fermentation von Stroh bekannt. Auch hierbei findet jedoch kein weiterer Auf­ schluß statt, so daß auch hier von einem noch verbleiben­ den, großen Vorrat von nicht aufgeschlossenen Zellen auszugehen ist.

Dasselbe gilt auch für das aus der USA 39 37 845 bekann­ te Verfahren, bei dem Stroh unter Verwendung von als Cel­ lulasequelle fungierenden Trichetherma Virides fermen­ tiert wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren so zu verbessern, daß das Aus­ gangsmaterial über den durch die Hefe bewirkten Aufschluß hinaus noch weiter aufgeschlossen und damit ein noch hö­ herer Gehalt an zugänglichem Rohprotein erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Maßnahmen der Ansprüche 1 oder 2 gelöst.

Der mehrfache Aufschluß ergibt durch gegenseitige Beein­ flussung in vorteilhafter Weise nicht nur eine Addition der Einzelwirkungen, sondern deren Vervielfachung. Die vorteilhafte Folge davon sind ein sehr hoher Gesamtauf­ schluß und damit ein sehr hoher Gehalt an verdaulichem Rohprotein. Der beim thermischen Aufschluß innerhalb der bis dahin noch nicht aufgeschlossen Zellen entstehende Dampfdruck sprengt diese Zellen auf. Da der Ligninpanzer infolge der vorangegangenen Hefetätigkeit jedoch bereits geschwächt ist, wird hierbei in vorteilhafter Weise ein sehr hoher Gesamtaufschluß erreicht. Die Wärmebehandlung kann unter normalem Druck erfolgen, so daß dem inneren Dampfdruck in vorteilhafter Weise kein Gegendruck entge­ genwirkt. Ein weiterer Vorteil der Wärmebehandlung ist darin zu sehen, daß diese gleichzeitig zur Trocknung des aufgeschlossenen Materials Verwendung finden kann, was eine hohe Lagerfähigkeit ergibt.

Der zusätzliche Einsatz von Cellulasen und/oder Hemi­ cellulasen bewirkt, daß die Wärmebehandlung weniger in­ tensiv sein kann. Dies erweist sich vor allem da als zweckmäßig, wo das aufgeschlossene Material im Anschluß an die Fermentation direkt verfüttert wird. Die Cellula­ sen bzw. Hemicellulasen bilden dabei praktisch ein weite­ res Aufschließungsmittel, das Cellulose in Monosaccharide aufspaltet, die teilweise der Hefe als Nahrung zur Verfü­ gung stehen, wodurch die Hefetätigkeit verstärkt wird, und die in Form des von der Hefe nicht verbrauchten Rest im Endfutter enthalten sind.

Infolge des nach der Fermentation vorhandenen Feuchtig­ keitsgehalts kann die Wärmebehandlung mit einer hohen Temperatur von ca. 800° einsetzen, was einen schnellen, wirksamen thermischen Aufschluß ergibt, ohne daß Selbst­ entzündungsgefahr entsteht. Gleichzeitig lassen sich hierbei unerwünschte Keime, welche die Fermentation noch überstanden haben, eliminieren. Im Anschluß an die Hoch­ temperaturbehaftung kann die Temperatur in Anpassung an den abnehmenden Wassergehalt des behandelten Guts nach und nach zurückgenommen werden. Die zur Wärmebehandlung benötigte Energie kann in vorteilhafter Weise durch Ver­ brennung nicht aufschließbarer Abfälle, im Falle der Ver­ arbeitung von Abfällen der Speiseölherstellung durch Ver­ brennung von Olivenkernschalen, ganz oder teilweise ge­ wonnen werden. Diese Maßnahme wirkt sich günstig auf die Energiekosten aus.

Die zur Bewirkung eines wirksamen weiteren Aufschlusses erforderliche Menge des durch Cellulasen bzw. Hemicuellu­ lasen gebildeten weiteren Aufschließungsmittels liegt in der Größenordnung von 0,1% bis 1% bezogen auf die Trockenmasse des Ausgangsmaterials. Je höher der Rauhfa­ sergehalt des Ausgangsmaterials ist, umso höher kann zweckmäßig die Menge des verwendeten weiteren Auf­ schließungsmittels sein.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend wird ein Ausführungbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Funktionsschema einer Vorrichtung zur Herstellung eines Futtermittels in Form von Pellets aus pflanzlichen Abfällen.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht aus mehreren nebeneinander angeordneten, luftdicht ver­ schließbaren Silos 1, in denen die Ausgangsstoffe unter anaeroben Bedingungen fermentiert werden. Als Ausgangs­ stoffe sollen hier in vorteilhafter Weise Abfälle der Speiseölherstellung in Form von sogenanntem Oliventrester Verwendung finden. Hinzu kommen können weitere Abfall­ stoffe der Konservierungsindustrie, etwa in Form von Boh­ nen- und Erbsenschalen. Als Ausgleichsstoff kommt Stroh hinzu. Reisstroh ist dabei wegen seiner günstigen Struk­ tur zu bevorzugen. Ein Mengenverhältnis von 1/3 Stroh und 2/3 Oliventrester hat sich als gut brauchbar erwiesen. Das Stroh wird zur Bewerkstelligung eines ersten mechanischen Aufschlusses, d. h. zur Erzielung vieler offener Zellen, gehäckselt. Hierzu ist ein Häcksler 2 vorgesehen, dem durch eine Dosiereinrichtung 3 die gewünschte Menge Stroh zugeführt wird. Das gehäckselte Gut wird auf pneumatischem Wege mittels einer an den Auswurf des Häckslers 2 angeschlossenen Rohrleitung 4 zu den Silos 1 transportiert. Die hier verwendeten weiteren Materialien in Form von Oliventrester und evtl. Bohnen- und Erbsenschalen bedürfen keiner weiteren Zerkleinerung. Dieses Material kann daher einfach vom Transportfahrzeug 5 in eine zugeordnete Dosiereinrichtung 6 abgekippt werden. Das von den Dosiereinrichtungen 6 abgegebene Gut wird mittels eines Bands 7 einer pneumatischen Förderanlage 8 zugeführt, die über eine Leitung 9 mit den Silos 1 verbunden ist. Die Leitungen 4 bzw. 9 sind mit Absperrorganen 10 bzw. 11 versehen, so daß jeweils ein Silo 1 gefüllt werden kann. Infolge gleichzeitiger Beaufschlagung der Leitungen 4 bzw. 9 ergibt sich eine gute Mischung des in die Silos eingebrachten Ausgangsmaterials.

Das den Silos 1 zugeführte Ausgangsmaterial, hier in Form von Stroh und Oliventrester und dergleichen, wird mit einem Aufschließungsmittel benetzt. Hierzu sind im Bereich der Einwurfseite der Silos 1 Sprühdüsen 12 vorgesehen. Als Aufschließungsmittel findet ein Ferment Verwendung, das in erster Linie aus einer obergärigen Hefe der Art Saccharomyces Cerevisiae und Wasser besteht. Das Ferment wird in einem Fermenttank 13 bereitgehalten, dem die benötigten Stoffe in der gewünschten Dosierung zugeführt werden können. Der Fermenttank 13 ist über eine mit einer Pumpe versehene Leitung 14 und hiervon abzweigende, durch Ventile 15 absperrbare Stichleitungen mit den Sprühdüsen 12 verbunden. Die Hefe wird in einem Hefebehälter 16 bereitgehalten, der über eine Dosiereinrichtung 17 mit dem Fermenttank 13 verbunden ist. Das benötigte Wasser wird einer in den Fermenttank 13 mündenden, absperrbaren Netzleitung 18 entnommen.

Der Hefelösung werden zur Bewerkstelligung eines schnellen Anfangswachstums Monosaccharide in Form von Melasse oder Zucker beigegeben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel soll die bei der Zuckerherstellung als Abfall anfallende Melasse als Hefenahrung Verwendung finden. Die Melasse wird in einem Melassetank 19 bereitgehalten, der über eine Dosiereinrichtung 20 mit dem Fermenttank 13 verbunden ist. Bei Verarbeitung von schwierigem Material, wie beispielsweise Stroh, erweist sich die Anreicherung der Hefelösung mit Biofaktoren, welche die Hefe selbst nicht synthetisieren kann und welche die Aktivität der Hefe jedoch eine lange Zeit aufrechterhalten, als vorteilhaft. Derartige Biofaktoren in Form von Biotin bzw. Glutaminsäure können in manchen Melassen, z. B. in Zuckerrohrmelasse, bereits vorhanden sein. Im vorliegenden Fall soll Rübenmelasse Verwendung finden. In diesem Fall wird der Melasse Biotin und/oder Glutamin zugesetzt, wie durch den Pfeil 21 angedeutet ist. Es wäre aber auch denkbar, derartige Biofaktoren der Hefe evtl. bereits bei der Herstellung zuzusetzen.

Die Dosierung des den Silos 1 zugeführten Ferments erfolgt so, daß der Hefeanteil ungefähr 3% und der Melasseanteil ungefähr 1% des hiermit benetzten Guts ausmacht, jeweils bezogen auf die Trockenmasse. Hieraus ergibt sich eine erforderliche Beaufschlagung des Fermenttanks 13 mit Hefe und Melasse im Verhältnis 3 : 1.

Bei anderen Ausgangsstoffen kann die Menge der zur Fermentierung eingebrachten Hefe höher oder niedriger sein. Mit einer Hefemenge zwischen 2 und 5%, bezogen auf die Trockenmasse des Ausgangsmaterials, läßt sich jedoch eine große Bandbreite abdecken. Der Anteil der beigegebenen Biofaktoren liegt in der Größenordnung von 0,02%, bezogen auf die Trockenmasse des Ausgangsmaterials. Die zur Bildung einer sprühfähigen Lösung verwendete Wassermenge richtet sich nach dem Trockengrad des Ausgangsmaterials und nach der Art der späteren Verwendung des fermentierten Materials. Bei der Herstellung von Silagefutter ist der Wasseranteil höher als bei der Herstellung von Trockenfutter. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Wasseranteil etwa 50 bis 60% betragen.

Als Hefe ist jede obergärige Hefe verwendbar. Zweckmäßig findet eine Hefe der Art Saccharomyces Cerevisiae, z. B. Bäckerhefe, Verwendung. Da normale Bäckerhefe nur wenig Reservestoffe besitzt und daher sehr schnell inaktiv werden kann, findet im vorliegenden Fall Hefe Verwendung, deren Reservestoffe so verstärkt sind, daß eine hohe Lebensdauer und damit eine hohe Population erreicht wird. Eine Verstärkung der Art, daß ohne Nahrung eine Lebensdauer von 48 Stunden erreicht wird, hat sich als zweckmäßig erwiesen.

Das mit dem Ferment benetzte, in die Silos 1 eingelagerte Gut unterliegt einer Fermentation. Während dieser Fermentation wird das in die Silos 1 eingelagerte Gut unter Luftabschluß gehalten. Während der Fermentation wird durch die Tätigkeit der Hefe Zucker in Alkohol und Kohlensäure umgesetzt, was eine sterile Atmosphäre ergibt und einen Schutz gegen endogene Gärung darstellt.

Die Zugabe einer Hefenahrung, hier in Form von Melasse aus dem Melassetank 19, führt zu einer sehr schnellen Alkohol- und Kohlensäurebildung, so daß sich unerwünschte Keime nicht entwickeln können und unter Luftabschluß praktisch eine unbegrenzte Lagerfähigkeit gewährleistet ist. Normalerweise ist der Fermentationsprozeß nach 2 bis 3 Tagen beendet. Aufgrund der unter Luftabschluß vorhandenen Lagerfähigkeit kann die Lagerzeit in den Silos 1 vorteilhaft an die sonstigen Produktionsbedingungen angepaßt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sollen 6 Silos 1 vorgesehen sein, von denen in der Zeichnung 2 dargestellt sind. Das Fassungsvermögen dieser Silos und die Kapazität der den Silos 1 vor- und nachgeordneten Aggregate soll so bemessen sein, daß jeden Tag ein Silo gefüllt und ein Silo entleert werden kann, so daß sich eine Lagerzeit von 120 Stunden ergibt.

Die Fermentation führt abgesehen von der durch das Ferment zugeführten Stickstoffmenge zu einer Steigerung des Rohproteingehalts des Ausgangsmaterials 200 bis 500%. Dies ist auf einen durch die Hefe bewirkten Aufschluß zurückzuführen. Auf der Suche nach spaltbarem Material dringt die Hefe in die infolge der mechanischen Zerkleinerung des Ausgangsmaterials offenen Zellen ein, wobei eine Vermehrung der Hefe stattfindet, solange Nahrung vorhanden ist. Dabei wird zum Teil der mineralisch gebundene Stickstoff und der in- und außerhalb der Ausgangsstoffe vorhandene Stickstoff für den Gerüstbau verwendet. Durch die anfänglich starke Vermehrung der Hefe werden die hiervon befallenen Zellen erweitert und anschließend aufgesprengt, wobei auch die benachbarten Zellen aufgesprengt und so erschlossen werden. Nach dem Verbrauch der Reservestoffe mit einsetzender Autolysation stehen diese Stoffe der nun einsetzenden Population von Mikroorganismen, die innerhalb von 72 Stunden eine Größenordnung von 10¹¹ erreichen, als Bausubstanz zur Verfügung. Hierbei wird der noch vorhandene Reststickstoff verbraucht. Außerdem sind verschiedene Mikroorganismen in der Lage, in Anwesenheit bestimmter Spurenelemente, z. B. Mg und Mn, aus Vorstufen von schwefelhaltigem Kohlenwasserstoff und ähnlichen Substanzen Stickstoff zu synthetisieren. Diese Mikroorganismen sind für den größten Teil der Rohproteinerhöhung verantwortlich und stehen als hochwertiges SC-Protein im Futter zur Verfügung. Dies läßt sich aus Aminosäuren-Analysen einwandfrei ableiten. Der bei der Fermentation entstehende Alkohol ermöglicht auch die Bildung von Ester, was einen angenehmen Fruchtgeschmack ergibt, durch den ein Eigengeschmack des Ausgangsmaterials, wie er beispielsweise bei Oliventrester vorhanden ist, abgeschwächt bzw. beseitigt werden kann.

Zur Verbesserung des Gesamtaufschlusses kann dem Ferment neben der Hefe noch ein weiteres Aufschließungsmittel zugesetzt werden. Hierfür kommen Cellulasen bzw. Hemicellulasen, etwa in Form von Trichetherma Virides, in Frage. Hierbei handelt es sich praktisch um einen Pilz, der in der Lage ist, Cellulose aufzuschließen und zu verzuckern, d. h. in Monosaccharide umzusetzen, was für die Tätigkeit der Hefe sehr förderlich ist, da diese hieraus Nahrung entziehen kann. Dieser zusätzliche Aufschluß ist vor allem da zweckmäßig, wo viel Material mit hohem Rohfaseranteil anfällt. Dieses zusätzliche Aufschließungsmittel wird in einem Behälter 22 bereitgehalten, der über eine Dosiereinrichtung 23 mit dem Fermenttank 13 verbunden ist. Die Dosierung erfolgt so, daß je nach Rohfaseranteil eine Menge von 0,1 bis 1%, bezogen auf die Trockenmasse des Ausgangsmaterials, zur Anwendung kommt.

Nach dem Öffnen eines Silos 1 kann das fermentierte Material direkt verfüttert oder durch Trocknung haltbar gemacht werden. Insbesondere im Falle einer direkten Verwendung des fermentierten Materials erweist es sich zur Erzielung eines hohen Gesamtaufschlusses als sehr zweckmäßig, neben der Hefe ein weiteres Aufschließungsmittel in Form der genannten Cellulasen bzw. Hemicellulasen zu verwenden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das fermentierte Gut, das pelletiert werden soll, soweit getrocknet, daß ein Restwassergehalt von höchstens 12% erreicht wird. Hierzu ist den Silos 1 ein Trockner 24 nachgeordnet, der mittels eines Brenners 25 beheizbar ist. Hierbei kann es sich um einen Öl- oder Gasbrenner handeln. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Mischbrenner, der ganz oder teilweise mit für die Fermentation nicht verwendbaren Abfällen befeuert werden kann. Bei der Verarbeitung von Abfällen der Speiseölherstellung können hierbei zweckmäßig Olivenkernschalen verfeuert werden. Hierzu ist dem Brenner 25 eine Zuführ- und Dosiereinrichtung 26 zugeordnet. Der Trockner 24 kann als Trommeltrockner ausgebildet sein, der eine rotierende Trommel aufweist, die mit Changiereinsätzen zur Führung der Rauchgase versehen ist. Die Wärmebehandlung im Brenner erfolgt unter Normaldruck, d. h. hier unter dem durch die Rauchgasatmosphäre erzeugten Druck.

Die zur Trocknung erforderliche Wärmebehandlung läßt sich gleichzeitig zur Erzielung eines thermischen Aufschlusses des Trocknungsguts verwenden. Hierzu erfolgt die Temperaturführung während des Trocknungsprozesses so, daß das interzellare Wasser so stark verdampft, daß die bis dahin noch nicht aufgesprengten Zellen aufgesprengt und damit aufgeschlossen werden, womit die sonst von den Magenbakterien nicht erreichbaren Substanzen freigelegt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel setzt die Wärmebehandlung bei hoher Temperatur ein, die nach und nach abnimmt, und zwar so, daß keine Selbstentzündung des Trocknungsguts zu befürchten ist. Die Eingangstemperatur kann in der Größenordnung von 800°C liegen. Infolge der Feuchtigkeit des fermentierten Materials besteht trotz dieser hohen Temperatur keine Selbstentzündungsgefahr. Die hier zur Anwendung kommenden hohen Temperaturen gewährleisten neben der Trocknung und dem thermischen Aufschluß auch eine Elimination unerwünschter Keime, was vor allem bei der Verarbeitung von Oliventrester vorteilhaft ist, da Oliven bekanntlich nach bestimmter Zeit toxisch werden können.

Das den Trockner 24 verlassende getrocknete Material wird über eine Mischschnecke 27 einer Pelletiereinrichtung 28 zugeführt. Der Aufbau und die Wirkungsweise einer Pelletiereinrichtung sind an sich bekannt. Das die Pelletiereinrichtung verlassende pelletierte Material wird in einem der Pelletiereinrichtung 28 nachgeordneten Kühler 29 gekühlt und anschließend einer am Ende der Produktionsstraße angeordneten Absackeinrichtung 30 zugeführt. Dem getrockneten Gut können im Bereich der Mischschnecke 27 Vitamine und Mineralstoffe beigemischt werden. Hierzu ist die Mischschnecke 27 mit Dosiereingängen 31, 32 versehen. Durch die Beimischung von Vitaminen und Mineralstoffen lassen sich im Ausgangsmaterial auftretende Schwankungen ausgleichen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem getrockneten Material im Bereich der Mischschnecke 27 gleichzeitig noch etwa 5% Melasse beigemischt. Hierzu ist ein weiterer Dosiereingang 33 der Mischschnecke 27 über eine Dosiereinrichtung 34 mit dem Melassetank 19 verbunden. Der Trocknungsgrad des fermentierten Materials ist dabei so zu wählen, daß auch nach Beimischung der Melasse der Gesamtwassergehalt nicht über 12% kommt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines proteinreichen Fut­ termittels aus pflanzlichen Ausgangsstoffen, insbe­ sondere aus pflanzlichen Abfällen, bei dem diese mit einem eine Hefelösung enthaltenden Aufschließungs­ mittel benetzt und anschließend unter Luftabschluß mindestens bis zum Auftreten von Alkohol fermentiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen der pflanzlichen Ausgangsstoffe über den durch die Hefe bewirkten Aufschluß hinaus weiter aufgeschlossen werden, indem diese im Anschluß an die Fermentation der pflanzlichen Ausgangsstoffe einer Wärmebehand­ lung unterzogen werden, die zu einer Verdampfung der interzellaren Flüssigkeit führt.

2. Verfahren zur Herstellung eines proteinreichen Fut­ termittels aus pflanzlichen Ausgangsstoffen, insbe­ sondere aus pflanzlichen Abfällen, bei dem diese mit einem eine Hefelösung enthaltenden Aufschließungs­ mittel benetzt und anschließend unter Luftabschluß mindestens bis zum Auftreten von Alkohol fermentiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen der pflanzlichen Ausgangsstoffe über den durch die Hefe bewirkten Aufschluß hinaus weiter aufgeschlossen werden, indem der Hefelösung Cellulasen und/oder He­ micellulasen zugesetzt werden, insbesondere in Form von Trichetherma Virides und im Anschluß an die Fer­ mentation der pflanzlichen Ausgangsstoffe diese einer Wärmebehandlung unterzogen werden, die zu einer Verdampfung der interzellaren Flüssigkeit führt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zugesetzten Cellulalsen und/oder Hemicellulasen 0,1% bis 1% der Trockenmasse der Aus­ gangsstoffe beträgt, wobei im Falle eines hohen Roh­ fasergehalts der Ausgangsstoffe eine größere Menge verwendet wird als bei kleinerem Rohfasergehalt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wärmebehandlung unter normalem Druck erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zunächst bei hoher Temperatur einsetzt und daß die Temperatur im weiteren Verlauf der Wärmebehandlung mit abnehmendem Wassergehalt des behandelten Guts abnimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung zunächst mit einer Tempera­ tur von etwa 800°C erfolgt und daß die Temperatur im weiteren Verlauf der Wärmebehandlung im selben Maße wie die Selbstentzündungstemperatur des behandelten Guts abnimmt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wärmebe­ handlung benötigte Energie durch Verbrennung nicht aufschließbarer Abfälle, insbesondere Olivenkern­ schalen, gewonnen wird.