DE3742318A1 - Process for the isolation of high-grade feed protein from whey - Google Patents
Process for the isolation of high-grade feed protein from wheyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein biotechnologisches Verfahren zur Kultivierung von Hefen durch aerobe kontinuierliche Fermentation von Molkeninhaltsstoffen unter gezielten technologischen Bedingungen und die Gewinnung von hochwertigem Futtereiweiß.The invention relates to a biotechnological method for the cultivation of yeast by aerobic continuous Fermentation of whey ingredients under targeted technological conditions and the extraction of high quality Food protein.
Die Erfindung kann in der milchverarbeitenden Industrie genutzt werden, um durch höhere Veredelung der Molkeninhaltsstoffe ein qualitativ hochwertiges Eiweißfuttermittel für die Mast von Monogastriden zu erzeugen. Die Erfindung ist in die IPK A 23 K 1/08 und C 12 N 1/16 einzuordnen.The invention can be found in the milk processing industry can be used to improve the whey ingredients a high quality protein feed to generate for the mast of monogastrids. The invention is in the IPK A 23 K 1/08 and C 12 N 1/16 to classify.
Die Fermentation von Molke, mit dem Ziel, die utilisierbaren Inhaltsstoffe, insbesondere Laktose und Milchsäure, zu Rohprotein umzuwandeln und dadurch die Wertigkeit des Abproduktes Molke zu erhöhen, wird umfangreich in der Fach- und Patentliteratur beschrieben. In dem Übersichtsartikel MICROBIAL BIOMASS von I. Meyroth und K. Bayer (veröffentlicht 1979 im ACADEMIC PRESS-Verlag, London, New York, Toronto, Sydney, San Francisco, S. 208-269) wird eine umfangreiche Zusammenstellung über die durchgeführten Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Fermentation von Molke und die erreichten Ergebnisse vorgelegt. Fazit dieser Zusammenstellung ist, daß die Verhefung flüssiger kohlenhydrathaltiger Abfallstoffe ein logischer Veredelungsschritt ist, daß aber nur in einigen Fällen die großtechnische Fermentation von Molke durchgeführt wurde, da das gewonnene Eiweißfuttermittel aus Molke mit den anderen Eiweißfuttermitteln preislich konkurrieren muß. Die in der Patentliteratur beschriebenen Erfindungen sind durch nachfolgende Verfahrensstufen gekennzeichnet:The fermentation of whey, with the aim of being usable Ingredients, especially lactose and lactic acid, convert to raw protein and thereby the value Increasing the whey waste product becomes extensive described in the technical and patent literature. By doing Review article MICROBIAL BIOMASS by I. Meyroth and K. Bayer (published in 1979 by the ACADEMIC PRESS publishing house, London, New York, Toronto, Sydney, San Francisco, S. 208-269) is an extensive compilation about the research carried out in the field fermentation of whey and the results achieved submitted. The conclusion of this compilation is that the Liquid liquid carbohydrate waste a logical refinement step is that only in industrial fermentation of whey in some cases was carried out because the protein feed obtained from whey with the other protein feeds priced must compete. Those described in the patent literature Inventions are through subsequent process stages marked:
- -Molkelagerung und Kühlung bei Temperaturen um 10°C-Molk storage and cooling at temperatures around 10 ° C
- - Eiweißabtrennung aus der Molke- Protein separation from the whey
- - Fermentation- fermentation
- - Aufarbeitung des Fermentorablaufes stufenweise zu einem Trockenprodukt- Processing of the fermenter drain gradually a dry product
- - Konfektionierung des Produktes.- Packaging of the product.
Diese einzelnen Verfahrensstufen erfordern einen umfangreichen apparativen, meßtechnischen sowie regelungstechnischen Aufwand.These individual process steps require extensive apparatus, measurement technology and control technology Expenditure.
In mehreren Patentanmeldungen (DE-OS 24 03 306.5, DE-OS 24 10 349.9, DE-OS 25 00 323.0, DE-OS 26 56 663.2, DE-OS 27 52 485.2) wurde ein Verfahren beansprucht, in dem Molke und bei der Milchverarbeitung anfallende laktosehaltige Abwässer fermentiert werden, die jedoch alle insgesamt den Nachteil haben, daß entweder nur ein definierter Hefestamm zum Einsatz kommt, oder Kombinationen von Hefestämmen und Bakterien verwendet werden, die zunächst die Laktose in Milchsäure umwandeln und dann selektiv Milchsäure assimilieren und Eiweiß erzeugen. In der französischen Patentschrift Nr. 80 22 401 wird der Einsatz einer Mischpopulation beschrieben, die das Ziel hat, in einer Gemeinschaft von verschiedenen Hefestämmen die unterschiedlichen Bestandteile des Mediums zu utilisieren und dadurch die Ausbeute zu steigern. Dabei wird das Kulturmedium Molke durch die HefestämmeIn several patent applications (DE-OS 24 03 306.5, DE-OS 24 10 349.9, DE-OS 25 00 323.0, DE-OS 26 56 663.2, DE-OS 27 52 485.2) a process was claimed in which whey and lactose-containing milk products Wastewater is fermented, but all in total have the disadvantage that either only one defined Yeast strain is used, or combinations of Yeast strains and bacteria are used initially convert the lactose to lactic acid and then selectively Assimilate lactic acid and produce protein. In French Patent No. 80 22 401 described the use of a mixed population that the The aim is in a community of different strains of yeast the different components of the medium to utilize and thereby increase the yield. The culture medium becomes whey through the yeast strains
Kluyveromyces fragilis
Kluyveromyces laktis
Turolopsis horinaKluyveromyces fragilis
Kluyveromyces lactis
Turolopsis horina
fermentiert. Die Bedingungen für den Fermentationsprozeß liegen bei 30-40°C, einem pH-Wert von 3-4 und der Zugabe bestimmter Spurensalze. Dabei ist jeder Hefestamm für den Umsatz eines bestimmten Inhaltsstoffes zuständig. In der Reihenfolge Laktose, Milchsäure, Alkohol sind die aufgeführten Hefestämme für den fermentativen Abbau zuständig. Dabei ist es als ein Nachteil anzusehen, daß der aerobe Fermentationsprozeß die Entstehung von Alkohol zuläßt. Dieser Nachteil läßt sich auch aus der französischen Patentschrift Nr. 78 30 229 ableiten, wo die Erzeugung von Biomasse und Alkohol und dessen anschließende Utilisation zu Eiweiß beschrieben ist. Außerdem ist für die einwandfreie Funktion des Prozesses in den genannten Erfindungen die Abtrennung des in der Molke enthaltenen Eiweißes erforderlich. Dies wird entweder durch Hitzefällung oder eine zusätzliche Trennstufe, in der eine Ultrafiltration mit geeigneten Membranen zur selektiven Abtrennung der Molkenproteine angewandt wird, realisiert.fermented. The conditions for the fermentation process are at 30-40 ° C, a pH of 3-4 and the Addition of certain trace salts. Every yeast strain is there responsible for the turnover of a certain ingredient. In the order of lactose, lactic acid, alcohol are the listed yeast strains for the fermentative Dismantling responsible. It is a disadvantage, that the aerobic fermentation process causes the emergence of Allows alcohol. This disadvantage can also be seen in the derive French Patent No. 78 30 229 where the production of biomass and alcohol and its subsequent Utilization to protein is described. Furthermore is for the perfect functioning of the process in the inventions mentioned the separation of the in the Protein contained in whey is required. This will either by heat precipitation or an additional separation stage, in which an ultrafiltration with suitable membranes applied for the selective separation of the whey proteins is realized.
Ziel der Erfindung ist es, eine Erhöhung der Ausbeute an erzeugter Biomasse bei der Verhefung von Molkeninhaltsstoffen zu erreichen. Dabei soll die Qualität der erzeugten Biomasse, gemessen an der Verdaulichkeit und den Mastergebnissen, den vergleichbaren Produkten gleich bzw. überlegen sein. Durch einen hohen Eiweiß- und Vitamingehalt des Produktes soll eine Erhöhung der Futterausnutzung erreicht werden.The aim of the invention is to increase the yield of biomass produced when fermenting whey ingredients to reach. The quality of the generated biomass, measured by digestibility and the master results, the comparable products be the same or superior. Due to a high protein and vitamin content of the product is said to increase the Feed utilization can be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches Verfahren zu entwickeln, welches einen störungsfreien Produktionsprozeß der Gewinnung von Futtereiweiß aus Molke bei schwankenden Zulaufkonzentrationen an Laktose, Milchsäure und Molkeproteinen sowie Stoffwechselprodukten der in der Molke enthaltenen Kulturen aus der Käseproduktion mit einer maximalen Ausbeute der Molkeinhaltsstoffe zu hochwertigem Futtermittel gewährleistet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine definierte Mischpopulation von Hefen der Gattungen Debaryomyces, Kluyveromyces, Pichia, Aciculoconidium und Hansenula in einem Hochleistungsfermentor bei speziellen Fermentationsbedingungen auf dem Substrat Molke fermentiert wird. Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine Mischpopulation der HefestämmeThe invention has for its object a continuous To develop a process that is trouble-free Production process of the production of feed protein from whey with fluctuating feed concentrations on lactose, lactic acid and whey proteins as well as metabolic products of the cultures contained in the whey from cheese production with a maximum yield of Whey ingredients to ensure high-quality feed. According to the invention, the object is achieved by that a defined mixed population of yeasts Genera Debaryomyces, Kluyveromyces, Pichia, Aciculoconidium and Hansenula in a high-performance fermentor with special fermentation conditions on the Substrate whey is fermented. Surprisingly it was found that a mixed population of the yeast strains
Debaryomyces hansenii LH 306 (ZIMET 43 788)
Kluyveromyces marxianus LH 35 (ZIMET 43 786)
Pichia norvegensis H 73 (ZIMET 43 787)
Aciculoconidium aculeatum H 308 (ZIMET 43 790) und
Hensenula jadinii H 307 (ZIMET 43 789),Debaryomyces hansenii LH 306 (ZIMET 43 788)
Kluyveromyces marxianus LH 35 (ZIMET 43 786)
Pichia norvegensis H 73 (ZIMET 43 787)
Aciculoconidium aculeatum H 308 (ZIMET 43 790) and
Hensenula jadinii H 307 (ZIMET 43 789),
die in der genannten Reihenfolge zu einem Anteil zwischenwhich in the order mentioned to a proportion between
75 und 82%,vorzugsweise 78% 12 und 18%,vorzugsweise 15% 3 und 5%,vorzugsweise 4% 1 und 3%,vorzugsweise 2% sowie 0,5 und 2%,vorzugsweise 1%75 and 82%, preferably 78% 12 and 18%, preferably 15% 3 and 5%, preferably 4% 1 and 3%, preferably 2% as well 0.5 and 2%, preferably 1%
in dem Gemisch vorliegen, die kohlenstoffhaltigen Inhaltsstoffe zu einem hochwertigen Eiweißfuttermittel mit hohem Vitaminanteil utilisiert.present in the mixture, the carbonaceous ingredients to a high-quality protein feed used with a high vitamin content.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung der Mischpopulation wird im Fermentor vorgelegt und entsprechend dem Anfahrregime unbehandelte Molke, Lab- oder Sauermolke, zugesetzt. Diese Mischung wird unter Zugabe des für die Fermentation notwendigen Stickstoffbedarfs im Fermentor aerob fermentiert. Bei einer Verweilzeit von 4 Stunden wird entsprechend der Fermentorgröße die notwendige Molkenmenge zugefahren. Die Fermentortemperatur wird auf 30 bis 40°C, vorzugsweise 35 bis 37°C, eingeregelt. Der Gelöstsauerstoffspiegel liegt bei ca. 20%. Entsprechend dem Stickstoffverbrauch der Hefen wird als Stickstoffquelle nur eine Ammoniumsulfatlösung zugefahren, wobei die Stickstoffzufuhr entsprechend einer Reststickstoffkonzentration von 250 mg/l eingestellt wird. Der Prozeß wird bei einem pH-Wert von 1,8-2,3 und einer Dichte von 400 bis 550 kg/m³ betrieben. Diese technologischen Parameter gewährleisten einen stabilen Prozeßverlauf. Im Versuchsbetrieb wurde der Fermentor 17 Monate durchgängig betrieben. Die monatlich durchgeführten taxonomischen Kontrollen ergaben nur geringfügige Schwankungen vom angegebenen Mittelwert der Konzentration der einzelnen Stämme. Es war eine Ausbeutesteigerung bei erzeugter Biomasse gegenüber anderen Verfahren um mehr als 20% zu verzeichnen.The composition of the mixed population according to the invention is placed in the fermentor and according to the Start-up regime for untreated whey, rennet or sour whey, added. This mixture is added with the for the fermentation necessary nitrogen requirement in the fermentor fermented aerobically. With a dwell time of 4 Hours will be necessary depending on the size of the fermenter Whey quantity supplied. The fermenter temperature is adjusted to 30 to 40 ° C, preferably 35 to 37 ° C. The dissolved oxygen level is approx. 20%. According to the nitrogen consumption of the yeast only an ammonium sulfate solution is added as a nitrogen source, the nitrogen supply corresponding to a residual nitrogen concentration of 250 mg / l is set. The Process is at a pH of 1.8-2.3 and a density operated from 400 to 550 kg / m³. These technological parameters ensure a stable process flow. In trial operation the fermentor was operated continuously for 17 months. The monthly taxonomic controls showed only slight fluctuations from the specified mean of the Concentration of the individual strains. It was an increase in yield with biomass produced compared to other processes record more than 20%.
Der Fermentorablauf wird unmittelbar oder nach Aufkonzentrierung durch thermische oder Membrantrennstufen in einem modifizierten Plattenwärmeübertrager bei Temperatur von 80 bis 95°C, vorzugsweise bei 84 bis 87°C, und einer Verweilzeit von 40 bis 80 s, vorzugsweise 45 bis 60 s, salmonellenfrei thermolysiert. Bei einem vorzugsweisen Einsatz in der Mast von Monogastriden stellt sich durch den hohen Eiweiß- und Vitamingehalt und die diätetische Wirkung des Produktes eine Erhöhung der Futterausnutzung um mindestens 20% ein.The fermenter drain is immediate or after concentration through thermal or membrane separation stages in a modified Plate heat exchangers at temperature from 80 to 95 ° C, preferably at 84 to 87 ° C, and a residence time from 40 to 80 s, preferably 45 to 60 s, salmonella-free thermolyzed. With a preferred use in the mast of monogastrides arises from the high protein and Vitamin content and the dietary effect of the product Increase in feed utilization by at least 20%.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde ein Produkt erhalten, das wie folgt charakterisiert werden kann:With the method according to the invention, a product was obtained which can be characterized as follows:
Trockensubstanzgehalt43-45 g/l
Gehalt Rohprotein20-22 g/l
Restlaktosegehaltmax. 1 g/l
Gehalt Lysin35 g/kg TS
Gehalt Methionin/Zystin15 g/kg TS
Gehalt Vitamin
- B₂60 mg/kg TS
- B₁₂5 mg/kg TS
- E15 mg/kg TS
Gehalt Phosphor15 g/kg TSDry matter content 43-45 g / l crude protein content 20-22 g / l residual lactose content max. 1 g / l content lysine 35 g / kg DM content methionine / cystine 15 g / kg DM content vitamin
- B₂60 mg / kg TS - B₁₂5 mg / kg TS - E15 mg / kg TS phosphorus content15 g / kg TS
Die in einer Käserei täglich anfallende Molke gelangt in einen jeweils frisch gereinigten Tank und wird von hier aus über eine Dosierpumpe dem CLG-Strahlfermentor zugeführt.The whey that accumulates daily in a cheese dairy arrives in a freshly cleaned tank and is cleaned by here from a dosing pump the CLG jet fermenter fed.
Beim Anfahren des Prozesses wird der vorgelegten erfindungsgemäßen Mischpopulation die unbehandelte Rohmolke zugesetzt und der Fermentor solange im Batchprozeß betrieben, bis der Lactosegehalt auf <1 g/kg utilisiert ist. Dem Ansatz wird noch Ammoniumsulfatlösung für das den Inhaltsstoffen adäquate Hefewachstum zugesetzt. Ist die Lactose fast vollständig abgebaut, wird mit der Dosierung von Molke begonnen. Die Dosierung wird stufenweise von 200 kg auf 1 t/h gesteigert. Bedingt durch das Wirkprinzip des CLG-Strahlfermentors und die emulgierende Eigenschaft der Molke stellt sich eine Dichte im Fermentor von 400-550 kg/m³ ein. Die daraus resultierende Verweilzeitschwankung hat praktisch keinen Einfluß auf die Hefeausbeute im Fermentor. Im Versuchszeitraum des über mehrere Monate durchgehenden Versuchsbetriebes wurde eine Biomasseproduktion von 28,2 ± 2,4 g/kg Molke ermittelt.When starting the process, the presented invention Mixed population of untreated raw whey added and the fermentor in the batch process operated until the lactose content is used to <1 g / kg is. The approach is still ammonium sulfate solution for the adequate yeast growth added to the ingredients. When the lactose is almost completely broken down, started dosing whey. The dosage is gradually increased from 200 kg to 1 t / h. Conditionally through the operating principle of the CLG beam fermenter and the emulsifying property of the whey arises a density in the fermentor of 400-550 kg / m³. The resulting dwell time fluctuation has been practical no influence on the yeast yield in the fermentor. in the Trial period of the continuous over several months Experimental operation was a biomass production from 28.2 ± 2.4 g / kg whey determined.
Die Zugabe von Ammoniumsulfatlösung erfolgt entsprechend dem Hefewachstum und dem Durchsatz der Anlage über eine Dosierpumpe, gesteuert vom Gehalt an assimilierbarem Reststickstoff im Substrat.The ammonium sulfate solution is added accordingly the yeast growth and the throughput of the plant via a Dosing pump, controlled by the content of assimilable Residual nitrogen in the substrate.
Abhängig von jahreszeitlichen Schwankungen der Molkezusammensetzung werden noch geringfügige Mengen verschiedener Spurensalze zugegeben. Der Prozeß wird bei einem pH-Wert von 1,8-2,3 betrieben. Es wird also nicht wie bei den in der Literatur und den genannten Erfindungen der pH-Wert auf ein vermeintliches Optimum von 3,8-4,2 reguliert, sondern durch das Zusammenwirken der verschiedenen Hefearten bei diesem pH-Wert ebenfalls eine optimale Ausbeute erzielt. Außerdem werden durch den pH-Wert von 1,8-2,3 andere Organismen, insbesondere Bakterien, wie auch Salmonellen, aus dem Prozeß ferngehalten.Depending on seasonal fluctuations in the whey composition even minor amounts are different Trace salts added. The process is at one pH of 1.8-2.3 operated. So it won't be like in the literature and the inventions mentioned the pH to an alleged optimum of 3.8-4.2 regulated, but through the interaction of the different Yeast types are also optimal at this pH Yield achieved. Also, by the pH from 1.8-2.3 other organisms, especially bacteria, like Salmonella, kept out of the process.
Die mikrobiologische Kontrolle ergibt ein sauberes Zellbild, in dem die erfindungsgemäß eingesetzte Mischpopulation in der gewählten Zusammensetzung sauber vorliegt. Die Fermentationstemperatur wird bei 35-39°C eingeregelt. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung der Hefepopulation wurde über den Versuchszeitraum von 8 Monaten mehrfach kontrolliert, und es wurden praktisch keine signifikanten Abweichungen vom angegebenen Durchschnittswert festgestellt.The microbiological control results in a clean one Cell image in which the mixed population used according to the invention is present in the selected composition clean. The fermentation temperature is at 35-39 ° C adjusted. The composition of the invention Yeast population was over the experimental period of 8 Months checked several times, and it became practical no significant deviations from the stated average detected.
Das vom Fermentor kontinuierlich ablaufende verhefte Substrat wird in einem Behälter gestapelt und entgast. Die entgaste verhefte Molke wird der Thermolyseeinrichtung zugeführt. Für die Thermolyse wird ein Milcherhitzer verwendet, der für diesen Zweck nach einem speziellen Regime betrieben wird. Das so gewonnene Eiweißkonzentrat wird der Verfütterung an Mastschweine zugeführt. Das nach der vorliegenden Beschreibung erhaltene Futterkonzentrat wurde bei der Schweinemast in einem Versuch an 90 Schweinen über einen gesamten Mastabschnitt in praxisnahen Bedingungen verfüttert. Neben einer sehr guten Futteraufnahme und einer sehr guten Verträglichkeit wurden überdurchschnittliche Zumastergebnisse erreicht. Außerdem kann durch die Verkürzung der Mastzeit die Effektivität der Mastanlage beträchtlich gesteigert werden.What was said to run continuously from the fermentor Substrate is stacked in a container and degassed. The degassed cured whey is sent to the thermolysis facility fed. A milk heater is used for the thermolysis used for this purpose after a special regime is operated. The protein concentrate obtained in this way will be fed to fattening pigs fed. The one obtained according to the present description Feed concentrate was obtained from the pig fattening in an experiment on 90 pigs over an entire fattening section fed in practical conditions. Next a very good feed intake and a very good one Compatibility became above average foraging results reached. It can also be shortened the effectiveness of the fattening system considerably be increased.
Claims (4)
Kluyveromyces marxianus LH 35 (ZIMET 43 786)
Pichia norvegensis H 73 (ZIMET 43 787)
Aciculoconidium aculeatum H 308 (ZIMET 43 790) und
Hansenula jadinii H 307 (ZIMET 43 789),wobei die Hefestämme in der Mischpopulation in der aufgeführten Reihenfolge zu einem Anteil zwischen75 und 82%,vorzugsweise 78% 12 und 18%,vorzugsweise 15% 3 und 5%,vorzugsweise 4% 1 und 3%,vorzugsweise 2% sowie 0,5 und 2%,vorzugsweise 1%vorliegen, bei einer Temperatur von 30 bis 40°C, vorzugsweise 35 bis 36°C, einem pH-Wert von 1,8 bis 2,3 und einer Dichte von 400 bis 550 kg/m³ unter Zugabe des notwendigen Stickstoffbedarfs kontinuierlich aerob fermentiert wird.1. A process for obtaining high-quality feed protein from whey by combining the whey constituents with a defined yeast mixed population in a ventilated high-performance fermentor, preferably a CLG jet fermenter, characterized in that the whey with a mixed population from the yeast strains Debaryomyces hansenii LH 306 (ZIMET 43 788)
Kluyveromyces marxianus LH 35 (ZIMET 43 786)
Pichia norvegensis H 73 (ZIMET 43 787)
Aciculoconidium aculeatum H 308 (ZIMET 43 790) and
Hansenula jadinii H 307 (ZIMET 43 789), the yeast strains in the mixed population in the order listed in a proportion between 75 and 82%, preferably 78% 12 and 18%, preferably 15% 3 and 5%, preferably 4% 1 and 3 %, preferably 2% and 0.5 and 2%, preferably 1%, at a temperature of 30 to 40 ° C, preferably 35 to 36 ° C, a pH of 1.8 to 2.3 and a density from 400 to 550 kg / m³ is continuously aerobically fermented with the addition of the necessary nitrogen requirement.
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