DE3540179A1 - Verfahren zur herstellung eiweisshaltiger futtermittel aus rapsmehl - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her­ stellung eiweißhaltiger Futtermittel aus Rapsmehl, bei dem das Rapsmehl zunächst mit einer Hefe in einer wässrigen Nährlösung unter Zufuhr von Luft bei 20 bis 40°C fermentiert, anschließend der Feststoff von der flüssigen Phase abgetrennt und schließlich der Fest­ stoff zum Futtermittel verarbeitet wird.

Raps und Rübsen, die zu den Brassica-Arten gehören und im Handel mit dem Sammelbegriff "Raps" bezeichnet werden, zählen zu den wichtigsten Ölpflanzen der Welt und werden in fast allen Ländern Europas angebaut. Die aus der Raps­ saat gewonnenen primären Rapsprodukte sind das Rapsöl und das Rapsmehl, wobei das Rapsöl wegen seiner Zusammen­ setzung und Eigenschaften nur zu billigen Speisefetten­ und -ölen sowie zu Industrieöl verarbeitet und das Raps­ mehl trotz seines hohen Proteingehalts nur in sehr geringem Umfang als Futtermittel verwendet wird. Das Rapsmehl wird aus dem Preßkuchen oder dem Extraktions­ rückstand hergestellt, die bei der Pressung und/oder Lösungsmittelextraktion von Rapssaat anfallen. Rapsmehl enthält neben geringen Ölmengen nahezu alle übrigen Bestandteile der Rapssaat und besteht aus 35 bis 43% Protein, 2 bis 2,5% Lipiden, 10 bis 12% Rohfaser, 7 bis 8% Asche, 31 bis 38% stickstofffreiem Extrakt und 3 bis 6% Glucosinolaten. Wegen des Gehalts an Glucosinolaten ist das Rapsmehl als Futtermittel nur wenig geeignet, denn die Abbauprodukte der Glucosinolate wirken auf viele Nutztiere toxisch. Die Glucosinolate gehören zur Verbindungsklasse der Thioglucoside, die nach der Zerkleinerung der Rapssaat in den Wirkungs­ bereich des ebenfalls in der Saat vorhandenen Enzyms Myrosinase gelangen und hydrolytisch gespalten werden, wobei unter anderem Senföle, Goitrine, Thiocyanate und Nitrile entstehen, die auf den tierischen Organis­ mus toxisch wirken und/oder dem Rapsmehl einen unan­ genehmen Geschmack verleihen.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Glucosinolate und deren Hydrolyseprodukte aus dem Rapsmehl zu ent­ fernen. So ist aus der Veröffentlichung von Mukherjee, 33. Diskussionstagung Forschungskreis der Ernährungs­ industrie, 6. bis 7. November 1974, München, ein Ver­ fahren zur Entfernung von Glucosinolaten aus Rapsmehl bekannt, bei dem das Mehl in einem Fermentationsprozeß mit der Hefe Geotrichum candidum behandelt wird. Hierbei werden die Glucosinolate hydrolysiert, und es wird in hoher Ausbeute ein wasserlösliches Eiweißprodukt er­ zeugt, das nicht toxisch ist. Dieses Verfahren kann aber im technischen Maßstab nur mit unzureichendem Erfolg durchgeführt werden, da es während des Fermen­ tationsprozesses zu einer unerwartet großen Schaumbil­ dung und zu einem ungenügenden Sauerstoffeintrag kommt, wodurch eine kontinuierliche Verfahrensführung und eine reproduzierbar gute Produktqualität nicht erreicht werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Fer­ mentationsverfahren so weiterzubilden, daß es im tech­ nischen Maßstab kontinuierlich und betriebssicher durch­ geführt werden kann, wobei der Eiweißgehalt des durch Fermentation aus dem Rapsmehl erzeugten Feststoffs höher sein soll als der Eiweißgehalt des Rapsmehls. Außerdem sollen die Störungen vermieden werden, die durch Schaum bildung und ungenügendem Sauerstoffeintrag verursacht werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird da­ durch gelöst, daß der Nährlösung 100 bis 200 kg Melasse/t trockenem Rapsmehl zugegeben werden und daß das Rapsmehl mit einer Hefe der Gattung Saccharomyces fermentiert wird. In überraschender Weise hat sich gezeigt, daß die Hefen der Gattung Saccharomyces die im Rapsmehl enthaltenen Glucosinolate dann nahezu quantitativ zu nichttoxischen Verbindungen abbauen, wenn der Nährlösung eine bestimmte Melassemenge zu­ gegeben wird, wobei die Melasse einen Zuckergehalt von 43 bis 50% hat. Außerdem wird die mikrobielle Hydrolyse der Glucosinolate durch den gleichzeitig stattfindenden Abbau des in der Melasse enthaltenen Zuckers so beschleunigt, daß die Verweilzeit des Raps­ mehls auf 3 bis 6 Stunden verkürzt werden kann und daß eine kontinuierliche Verfahrensführung möglich wird. Schließlich wird der Proteingehalt des bei der Fermen­ tation erzeugten Feststoffs durch den Abbau der Melasse und den dadurch hervorgerufenen Zuwachs an Biomasse (Hefezellen, die im fermentierten Rapsmehl verbleiben) auf ca. 48 bis 52% erhöht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann besonders erfolg­ reich durchgeführt werden, wenn das Rapsmehl mit der Hefe Saccharomyces cerevisiae fermentiert wird, da diese Hefe besonders leistungsfähig ist und die Glucosinolate nahezu quantitativ abbaut, ohne daß toxische Abbaupro­ dukte im fermentierten Rapsmehl zurückbleiben.

Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die zu fermentierende Mischung aus Rapsmehl, Nährlösung, Melasse und Hefe mindestens einmal von einer Homogenisierungs­ maschine umgewälzt wird, die aus einem Gehäuse mit darin umlaufendem kegelstumpfförmigem Rotor besteht, dessen Mantelfläche mit koaxialen Loch- und/oder Zahnringen gestaffelten Durchmessers ausgestattet ist, die je­ weils mit gleichartigen Ringen auf Lücke stehen, welche an der dem Rotor gegenüberliegenden Gehäusewand ange­ ordnet sind, und daß die Luft sowie das aus Rapsmehl, Nährlösung und Melasse bestehende Substrat über in der Gehäusewand angeordnete Bohrungen in das Turbulenzfeld der Homogenisierungsmaschine eingebracht werden. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß die Leistungs­ fähigkeit der Hefen durch das ständige Umwälzen der im Fermenter befindlichen Mischung angeregt und eine Schaum­ bildung unterdrückt wird. Ferner wird durch das Einbrin­ gen der Luft und des Substrats in das Turbulenzfeld der Homogenisierungsmaschine eine innige Mischung sowie ein außerordentlich hoher Sauerstofftransfer bei geringem Energieeintrag erreicht, wodurch sich die Leistung des Fermentationsprozesses erheblich erhöht. Beim erfindungs­ gemäßen Verfahren wurde ein spezifischer Sauerstofftrans­ fer (OTR) von 25 bis 31 kg O₂/m³/h sowie ein spezifischer Energieeintrag (E_{O 2} ) von 10,9 bis 13,7 kg O₂/kWh er­ reicht.

Obwohl aus der DE-OS 31 50 749 ein Verfahren zum Aktivieren des Stoffwechsels von Mikroorganismen bei deren aerober und anaerober Submerszüchtung bekannt ist, bei dem man die im Fermenter befindliche, die Mikroorganismen ent­ haltende Nährlösung mindestens einmal über eine Homogeni­ sierungsmaschine umwälzt, die auch beim erfindungs­ gemäßen Verfahren eingesetzt werden soll, und obwohl die DE-OS 31 50 750 ein Verfahren zur beschleunigten enzymatischen Reaktion vorschlägt, bei dem das pflanz­ liche und/oder tierische Substrat durch das Turbulenz­ feld einer Homogenisierungsmaschine zusammen mit einer kleinen in das Turbulenzfeld eindosierten Menge Enzym mindestens einmal unter innigem Vermischen hindurchge­ führt wird, konnte nicht erwartet werden, daß durch das Einbringen von Luft und Substrat in das Turbulenzfeld der Homogenisierungsmaschine ein hoher Sauerstoff­ eintrag erreicht und die Schaumbildung unterdrückt wird. Beide Vorteile tragen entscheidend dazu bei, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei hoher Leistung kontinuierlich und betriebssicher betrieben werden kann.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei in der Zeichnung das Verfahrensfließ­ bild dargestellt ist.

Aus dem Vorratsbunker 1 wird das Rapsmehl über die Leitung 4 in den Mischbehälter 8 gefördert. Gleich­ zeitig gelangt die Nährlösung aus dem Tank 2 über die Leitung 5 in den Mischbehälter 8. Die Nährlösung besteht aus Wasser, Ammoniak und Phosphorsäure. Aus dem Tank 3 gelangt Melasse über die Leitung 6 in den Mischbehälter 8. Im Mischbehälter 8 wird aus dem Raps­ mehl, der Nährlösung und der Melasse durch intensives Vermischen mit dem Rührer 9 das Substrat hergestellt, dessen Zusammensetzung laufend dadurch analysiert wird, daß ein Teilstrom aus dem Mischbehälter 8 über die Leitungen 10 und 11 in die Vorrichtung 12 geführt wird, wo die Bestimmung der wichtigen Inhaltstoffe des Substrats erfolgt (Zuckergehalt, Proteingehalt, Fettgehalt, Glucos­ inolatgehalt, Feststoffgehalt, pH-Wert). Über die er­ mittelten Analysenwerte wird die zugegebene Menge an Rapsmehl, Nährlösung und Melasse in den Mischbehälter 8 gesteuert.

Das Substrat wird dem Mischbehälter 8 über die Lei­ tung 13 kontinuierlich entnommen und gelangt in die Homogenisierungsmaschine 16, der gleichzeitig aus dem Vorratsbehälter 14 staubfreie sterile Luft über die Leitung 15 zugeführt wird. Außerdem wird der Homo­ genisierungsmaschine 16 über die Leitungen 17 und 18 ein Teilstrom der Mischung zugeführt, die sich im Fermenter 19 befindet, so daß durch die Homo­ genisierungsmaschine 16 ein ständiges Umwälzen der im Fermenter 19 befindlichen Mischung erfolgt. Als Homogenisierungsmaschine wird die von der Krupp In­ dustrietechnik GmbH, Werk Buckau Wolf, Grevenbroich, hergestellte SUPRATON-Maschine verwendet, die aus einem Gehäuse mit darin umlaufendem kegelstumpfförmigem Rotor besteht, dessen Mantelfläche mit koaxialen Loch­ und/oder Zahnringen gestaffelten Durchmessers ausge­ stattet ist, die jeweils mit gleichartigen Ringen auf Lücke stehen, welche an der dem Rotor gegenüberliegen­ den Gehäusewand angeordnet sind. Die Luft und das Substrat werden über Bohrungen in das Turbulenzfeld der Homogenisierungsmaschine eingebracht, die in der Gehäusewand der Maschine angeordnet sind. Der Teilstrom der im Fermenter 19 befindlichen Mischung aus Substrat und Hefe wird der Homogenisierungsmaschine 16 über ihren Einlaufstutzen aus der Leitung 17 zugegeben.

Die mit Sauerstoff beladene Mischung wird über die Leitung 18 in den Fermenter 19 eingebracht, wo sie eine Aufenthaltszeit von 3 bis 6 Stunden hat.

Dem Fermenter 19 wird aus dem Anzuchtgefäß 38 über die Leitung 37 ständig frische Hefe zugeführt. Die Fermentationstemperatur wird im Fermenter 19 über das Kühlsystem 20 geregelt. Der pH-Wert der im Fermenter 19 befindlichen Mischung wird ständig überwacht, und bei einer Abweichung vom Sollwert wird aus der Dosier­ vorrichtung 35 entweder eine Säure oder eine Base über die Leitung 36 in den Fermenter 19 gefördert, so daß der Sollwert des pH-Werts eingehalten werden kann. Die an Sauerstoff verarmte Abluft des Fermenters 19 wird über die Leitung 32 in den Luftfilter 33 gefördert und von dort über die Leitung 34 in die Atmosphäre entlassen.

Dem Fermenter 19 wird kontinuierlich ein Teilstrom entnommen, der über die Leitung 21 in die Zentrifuge 22 gelangt, wo die verbrauchte Nährlösung vom Fest­ stoff getrennt wird. Die verbrauchte Nährlösung ge­ langt über die Leitung 23 in eine Abwasserreinigungs- Anlage, bevor sie in den Abwasserkanal abgegeben wird.

Der in der Zentrifuge 22 abgetrennte Feststoff wird über die Leitung 24 in den Trockner 25 gefördert, wo dem Feststoff die Restfeuchtigkeit entzogen wird. Der getrocknete Feststoff wird nach einer eingehenden Analyse (Proteingehalt, Glucosinolatgehalt, Gehalt an Abbau­ produkten der Glucosinolate) über die Leigung 26 in die Mischvorrichtung 27 gefördert, der aus dem Vorrats- Tank 28 über die Leitung 29 weitere Futtermittelkompo­ nenten zugeführt werden. Das fertige Futtermittel gelangt über die Leitung 30 in den Vorratsbunker 31.

Ausführungsbeispiel

In einer Rapsolfabrikationsanlage fallen täglich 248 t Rapsmehl an. Der Proteingehalt des Rapsmehls beträgt 42%, bezogen auf Rapsmehltrockensubstanz. Dieses Raps­ mehl wird kontinuierlich mit der Hefe Saccharomyces cerevisiae fermentiert, wobei sich eine kontinuierliche Verfahrensperiode über den Zeitraum von 24 Tagen erstreckt. Nach dieser Verfahrensperiode erfolgt eine Reinigung der Anlage. Pro t Rapsmehltrockensubstanz werden zur Durchführung des Fermentationsprozesses 170 kg Melasse und 787 kg Sauerstoff benötigt. Pro Stunde werden dem Mischbehälter 8428 kg 25%iges Ammoniak und 66,7 kg Phosphorsäure zugeführt, wobei der Wasserbedarf bei 820 t/Stunde liegt. Der Fermentationprozeß läuft bei einem pH-Wert von 4,5, einer Temperatur von 30°C, und einer Verweilzeit von 5,5 Stunden ab. Die im Fer­ menter 19 befindliche Mischung aus Hefe und Substrat hat einen Trockensubstanzgehalt von 270 g/l. Der beim Fermentationsprozeß erzeugte Feststoff hat einen Protein­ gehalt von 50%, bezogen auf Trockensubstanz, und ent­ hält weder Glucosinolate noch toxische bzw. unangenehm schmeckende Abbauprodukte der Glucosinolate.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eiweißhaltiger Futter­ mittel aus Rapsmehl, bei dem das Rapsmehl zunächst mit einer Hefe in einer wässrigen Nährlösung unter Zufuhr von Luft bei 20 bis 40°C fermentiert, an­ schließend der Feststoff von der flüssigen Phase abgetrennt und schließlich der Feststoff zum Futter­ mittel verarbeitet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Nährlösung 100 bis 200 kg Melasse/t trockenem Rapsmehl zugegeben werden und das Rapsmehl mit einer Hefe der Gattung Saccharomyces fermentiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rapsmehl mit der Hefe Saccharomyces cerevisiae fermentiert wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu fermentierende Mischung aus Rapsmehl, Nährlösung, Melasse und Hefe mindestens einmal von einer Homogenisierungsmaschine umgewälzt wird, die aus einem Gehäuse mit darin umlaufendem kegelstumpfförmigem Rotor besteht, dessen Mantel­ fläche mit koaxialen Loch- und/oder Zahnringen ge­ staffelten Durchmessers ausgestattet ist, die je­ weils mit gleichartigen Ringen auf Lücke stehen, welche an der dem Rotor gegenüberliegenden Gehäuse­ wand angeordnet sind, und daß die Luft sowie das aus Rapsmehl, Nährlösung und Melasse bestehende Substrat über in der Gehäusewand angeordnete Bohrungen in das Turbulenzfeld der Homogenisierungsmaschine eingebracht werden.