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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Konservierung/Silierung eines Futtermaterials,
bei dem flüssiges
Kohlendioxid als Silierungsmedium verwendet wird. Genauer betrifft
die Erfindung die Silierung von Grünfutter, bei der flüssiges Kohlendioxid
zu dem Futtermaterial gegeben wird, wodurch unter anderem der Sauerstoff
verdrängt
wird, um so ein vorteilhaftes Milieu für den Silierungsvorgang zu erzeugen.
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Die Silierung – Sauerfutter-Fermentation – wird in
großem
Umfang angewendet, um Pflanzenmaterialien zu konservieren, wobei
als Endprodukt dieses Verfahrens Silofutter oder Sauerfutter erhalten
wird.
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Die Silierung – Sauerfutter-Fermentation
umfaßt
die folgenden Phasen:
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- 1) Unmittelbar nach dem Einbringen eines Pflanzenmaterials
(in den Silo oder in Rundballen) unterhält ein Teil des Sauerstoffs
in dem Pflanzenmaterial die Atmung in den Pflanzenzeilen, durch die
Kohlendioxid und Wärme
erzeugt werden. Durch die Atmung werden leicht verdaubare Kohlenhydrate
verbraucht. Neben den Pflanzenzellen sind auch fakultativ anaerobe
und aerobe Mikroorganismen an diesem Prozeß beteiligt.
- 2) In der zweiten Phase erzeugen coliforme Bakterien und andere
Bakterien kleine Mengen an Essigsäure. Diese Phase ist von kurzer
Dauer.
- 3) In der dritten Phase wandeln Milchsäurebakterien leicht verdaubare
Kohlenhydrate in Milchsäure
um.
- 4) In der vierten Phase wird in der Masse des Sauerfutters ein
stabiler Gleichgewichtszustand erreicht mit einem praktisch konstanten
Milchsäuregehalt
und einem konstanten pH-Wert.
Die ersten drei Phasen dauern
3–5 Tage,
und die vierte Phase dauert 2–3
Wochen.
- 5) Wenn zu wenig Milchsäure
gebildet wird, um ein stabiles Sauerfutter zu erhalten, kann es
zu einer fünften
Phase kommen, in der saures Futter von geringer Qualität entsteht.
Buttersäurebakterien
wandeln Milchsäure
in Buttersäure
um, außerdem
werden Proteine zersetzt, unter anderem unter Bildung von Ammoniak.
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Die oben angegebenen fünf Phasen
können in
zwei Hauptphasen unterteilt werden, nämlich eine erste aerobe Phase,
in der die Atmung stattfindet, und daran anschließend eine
anaerobe Phase, die auch als "Hauptfermentation" bezeichnet wird,
die die Phasen 2–5
umfaßt.
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Bei der sauren Fermentation von Futter
gibt es vier Gruppen von Mikroorganismen, die das Ergebnis im wesentlichen
beeinflussen: Milchsäurebakterien,
coli-aerogenes Bakterien, Buttersäurebakterien und Schimmelpilze.
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Bei der Silierung ist es wünschenswert,
dass so viele Milchsäurebakterien
und Milchsäure
wie möglich
gebildet werden, auf Kosten der anderen Bakterien.
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Milchsäurebakterien sind, wie bereits
weiter oben erwähnt
wurde, anaerobe Bakterien und benötigen keinen Sauerstoff, um
zu wachsen und ihre Funktionen ausüben zu können. Sie gedeihen am besten
bei 10–35°C. Ideal
sind eine Temperatur von 20°C
und ein pH-Wert im Bereich von 3,5–4.
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Coli-aerogenes Bakterien erzeugen
Essigsäure.
Sie vertragen einen pH-Wert im Bereich von 4,5–5,5, und sind imstande, bei
27–35°C zu überleben.
Coli-aerogenes-Bakterien sind fakultativ anaerob.
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Buttersäure-Bakterien sind in einem
Temperaturbereich von 35–40°C funktionsfähig und
vertragen einen pH-Wert im Bereich von 4,2–4,5. Sie brauchen keinen Sauerstoff
für ihr
Wachstum.
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Schimmelpilz benötigt die Zufuhr von sehr viel
Sauerstoff, um wachsen zu können.
Eine hohe Schimmelpilzaktivität
führt zu
einer starken Erwärmung
des Silofutters, durch die das Futter zerstört wird.
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Für
die Regulierung des Silierungsvorgangs werden Silierungsmittel verwendet,
von denen Ameisensäure
das am häufigsten
verwendete Mittel ist. Ameisensäure
senkt den pH-Wert des Futters, und die Pflanzenstruktur wird bis
zu einem gewissen Grad zerstört,
so dass das Futter besser gepackt werden kann. Ameisensäure führt zu einer
größeren Menge
an Preßsaft,
womit ein Verlust an Nährstoffen verbunden
ist.
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Auch der Silosaft wird saurer und
kann, wenn er unkontrolliert abgelassen wird, zu einer Übersäuerung von
Wasserläufen
führen.
Außerdem
ist mit der Verwendung von Ameisensäure das Problem der Korrosion
von Teilen der Anlage bzw. Apparatur verbunden, zudem besteht eine
gewisse Gefahr für
die Gesundheit durch seine korrodierenden Eigenschaften.
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Bislang ist es bekannt, Kohlendioxid
in unterschiedlichen Formen (als Gas, fest, flüssig) für die Silierung von Futtermaterialien
zu verwenden. Einige dieser Anwendungen werden beispielsweise in
JP 57016660 , JP 57016661
und US-5744189 beschrieben. Die Veröffentlichungen beschreiben
die Verwendung von Kohlendioxid in verschiedenen Silos.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das für Futtermaterialien verwendet
werden kann, die nicht in herkömmlichen
Silos gelagert werden sollen, die aber zu sogenannten Rundballen
gepreßt
werden können.
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Der Erfinder der vorliegenden Erfindung
hat gezeigt (die Versuchsergebnisse werden im folgenden, die Experimente
betreffenden Abschnitt angegeben), dass die Technologie, die für Silos
entwickelt wurde, für
derartige Rundballen nicht verwendbar ist. Aus Beispiel 1 geht hervor,
dass Kohlendioxid in fester Form (Trockeneis) nicht brauchbar ist,
und aus den Beispielen 2 und 3 kann gefolgert werden, dass die Zugabe
von Kohlendioxid erfolgen muß,
bevor die Rundballen mit einem Kunststoffmaterial umhüllt werden.
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Mit der Silierung von vorgetrocknetem
Grünfutter
können
bestimmte Vorteile verbunden sein. Beim Vortrocknen nimmt die Konzentration
löslicher Substanzen
zu, und damit steigt auch der osmotische Druck. Verglichen mit anderen
Mikroorganismen in der sauren Futtermasse sind Milchsäurebakterien
widerstandsfähig
gegenüber
einem erhöhten
osmotischen Druck, während
Buttersäurebakterien
durch einen Trockensubstanzgehalt im Bereich von 45–50 vollkommen
gehemmt werden. Ein gutes Sauerfutter mit einem pH-Wert oberhalb
von fünf
kann erhalten werden. Durch das Vortrocknen werden Buttersäure- und
Milchsäure-Bakterien ebenfalls
gehemmt, weil Wasser fehlt. Bakteriologisch gibt es beim Silieren keine
Grenzen hinsichtlich eines optimalen Trockensubstanzgehalts des
Grünfutters.
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Das Problem besteht jedoch in dem
erhöhten Sauerstoffgehalt
des Grünfutters,
und damit in der Entwicklung von Schimmelpilz und Fäulnisbakterien, die
zu einer erhöhten
Temperatur und der Zerstörung des
Silofutters führen.
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Ameisensäure wirkt sich nicht positiv
als Silierungsmittel aus, wenn der prozentuale Trockensubstanzgehalt
mehr als 30% beträgt.
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Wie sich aus der folgenden Beschreibung
ergibt, kann das erfindungsgemäße Verfahren
jedoch auch mit vorgetrocknetem Grünfutter durchgeführt werden.
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Die Entwicklung geht gegen das Ernten
und Vortrocknen von Gras in zwei Stufen. Das Problem besteht dann
in einer erhöhten
Temperatur und der Bildung von Schimmel in dem Futter durch das
Vorhandensein von beträchtlichen
Mengen an Sauerstoff/Luft in dem Gras. Wegen des Vortrocknens wird der
Sauerstoff nicht durch die natürliche
Atmung verbraucht, weil das Gras vorgetrocknet ist, und der vorhandene
Sauerstoff sorgt für
günstige
Wachstumsbedingungen für
Schimmelpilze.
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Beispiel 1
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Es wurde ein Test mit Kohlendioxid
als Silierungsmittel in stark vorgetrockneten Rundballen (luftgetrocknet über mindestens
48 h) durchgeführt,
die einen Trockensubstanzgehalt von mehr als 60% aufweisen. Kohlendioxideis
(Trockeneis) wurde während
des Pressens der Rundballen zu dem Gras gegeben. Anschließend wurden
die Rundballen in einer Kunststofffolie verpackt. Das erhaltene
Ergebnis war nicht zufriedenstellend, wahrscheinlich weil das vorgetrocknete
Gras den Effekt hatte, wärmeisolierend zu
wirken, so dass das Trockeneis zu langsam sublimierte, als dass
es den Sauerstoff in der ersten kritischen Phase hätte austreiben
können.
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Beispiel 2
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Das Futtermaterial (mit einem prozentualen Trockensubstanzgehalt
von mehr als 60 %) wurde zuerst zu Rundballen gepreßt und danach
in einem Kunststoff verpackt. Gasförmiges Kohlendioxid (mit einem
Druck von etwa 1 bar) wurde durch ein Loch in der Kunststofffolie
in den Grasballen eingeleitet. Es wurden hierbei 2–3 kg Kohlendioxid
pro Rundballen verwendet. Im Vergleich zu Rundballen, denen kein Kohlendioxid
zugeführt
wurde, die als Kontrolle dienten, wurde keine oder nur eine geringe
Verbesserung festgestellt. Dies läßt sich wahrscheinlich dadurch
erklären,
dass beim Injizieren nicht die gesamte Luft durch Kohlendioxid ersetzt
wurde, und/oder dass die Rundballen nach dem Injizieren nicht ausreichend abgedichtet
wurden. Es wurde gefolgert, dass das Ergebnis nicht zufriedenstellend
war und das Verfahren nicht geeignet war.
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Beispiel 3
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Flüssiges Kohlendioxid, das einen
Druck von etwa 160 psi aufwies, wurde verwendet. Das Kohlendioxid
wurde mit einer Injektionsspitze injiziert, und die Injektion fand
statt, bevor der Grasballen mit der Kunststofffolie umhüllt wurde.
Es wurden etwa 2,5 kg CO2 pro Rundballen
verwendet, und diese Menge wurde während eines Zeitraums von etwa
10 s injiziert. Das flüssige
Kohlendioxid machte eine Phasenumwandlung durch und verwandelte
sich in einen Schnee, der anschließend während eines Zeitraums von einigen
Minuten zu gasförmigem
Kohlendioxid sublimierte.
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Das zentrale Konzept, das in der
vorliegenden Erfindung Anwendung findet, besteht demnach darin,
dass das Kohlendioxid den Rundballen zugeführt wird, bevor diese mit dem
Kunststoff umhüllt werden.
Auf diese Weise wird vermieden, die Kunststofffolie zu perforieren,
um das Kohlendioxid zu injizieren. Außerdem wird der Sauerstoff,
der in den Rundballen enthalten ist, während der Injektion vollständig durch
das Kohlendioxid ausgetrieben.
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Die Kunststoffmaterialien, die verwendet werden,
sind partiell gasdurchlässig,
d. h. sie fassen Gase durch, z. B. aus dem Rundballen heraus, wenn es
einen ausreichenden Überdruck
in den Rundballen gibt. Wenn Kohlendioxid zugeführt wird, nachdem der Rundballen
mit dem Kunststoff verschlossen wurde, sind restliche Mengen an
Sauerstoff in dem Rundballen vorhanden, die ausreichend sind für die unerwünschte Aktivität aerober
Mikroorganismen. Daher kann die Technologie, die in herkömmlichen Silos
eingesetzt wird, nicht für
die Silierung/Konservierung von Gras in Rundballen verwendet werden.
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Die Tests haben gezeigt, dass es
ziemlich wichtig ist, dass das Kohlendioxid zugeführt wird,
bevor der Rundballen mit dem Kunststoff verschlossen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist demnach dadurch
gekennzeichnet, daß es
die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfaßt:
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- a) Pressen des Futtermaterials, z. B. zu Rundballen,
- b) Zugeben des flüssigen
Kohlendioxids zu dem Futtermaterial, wobei das flüssige Kohlendioxid nach
der Zugabe unter Phasenumwandlung in Kohlendioxidschnee übergeht,
- c) Einschließen
des Futtermaterials in einem in Form einer Folie vorliegenden Material
während das
Kohlendioxid in Form von Kohlendioxidschnee vorliegt, d. h. bevor
der Kohlendioxidschnee in gasförmiges
Kohlendioxid umgewandelt worden ist.
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Weitere spezielle Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Tests haben gezeigt, dass es zweckmäßig ist,
flüssiges
Kohlendioxid zu verwenden, das einen Druck von 100 bis 250 psi aufweist,
weil sich dieses beim injizieren schnell von selbst im gesamten
Rundballen verteilt (im Gegensatz zu Kohlendioxid in fester Form).
Außerdem
geht das flüssige
Kohlendioxid schnell unter Phasenumwandlung in einen Feststoff über, genauer
gesagt in Kohlendioxidschnee. Dies ist allerdings kein thermodynamischer
Gleichgewichtszustand, so dass der Kohlendioxidschnee in gasförmiges Kohlendioxid übergeht.
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Das obige Beispiel 3 zeigt jedoch,
dass das Kohlendioxid ausreichend lang als Schnee vorliegt, um die
Rundballen in dem Kunststoff verpacken zu können. Mit den Bedingungen,
die in Beispiel 3 angegeben werden, hält der Schneezustand bis zu
etwa 1 Minute an, und dies reicht aus, um die Rundballen verpacken
zu können.
Es gelingt also, das homogen zugeführte Kohlendioxid (wegen der
Verteilung) in dem Rundballen (weil es in flüssiger Form injiziert worden
ist) für
eine ausreichend lange Zeit in der Form eines Schnees zu halten
(weil er nicht direkt zu gasförmigem
Kohlendioxid verdampft), so dass der Rundballen verschlossen werden
kann.
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Die Tests liefern derartig gute Ergebnisse, dass
angenommen werden kann, dass der gesamte Sauerstoff durch Kohlendioxid
ersetzt wird, wodurch die anaerobe Aktivität gewährleistet ist. Schimmelfreies
Gras wurde erhalten, das den ganzen Winter über verwendet werden konnte.
Kontrollballen ohne zugegebenes Kohlendioxid oder mit zugegebener Ameisensäure wurden
vollständig
durch Schimmel und Wärmeeinwirkung
zerstört.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in großen Kunststoffsäcken durchgeführt werden,
die mit gemahlenem Korn gefüllt
sind. Die erzeugte sauerstofffreie Atmosphäre sorgt für eine wirksame Verhinderung
des Wachstums von Schimmelpilz.
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Außerdem wurden Tests durchgeführt, bei denen
geschmacksfördernde
Substanzen in Konzentratform zugegeben wurden, die den Geschmack
von Klee hatten ("NAT,
-HE-U/aroma"), die zu einer besseren
Futteraufnahme des Sauerfutters führten.
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Zusammenfassend kann gesagt werden, dass
mit der vorliegenden Endung eine sehr schnelle Einstellung einer
anaeroben Umgebung erreicht wird. Hierdurch wird gewährleistet,
dass das Futtermaterial nicht zerstört wird, selbst wenn es in
Form von Rundballen aufbewahrt wird, bei denen die Erhöhung der
Temperatur, hervorgerufen durch die Aktivität von Mikroorganismen und die
Erwärmung
durch einfallendes Sonnenlicht, oft ein Problem darstellt.
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Wenn das Verfahren bei Gras angewendet wird,
das nicht vorgetrocknet ist ist das Ergebnis zumindest eben so gut
wie bei der Zugabe von Ameisensäure.
Außerdem
kann das Verfahren, im Gegensatz zur Verwendung von Ameisensäure, auch
bei vorgetrocknetem Gras angewendet werden, und dies ergibt ein
Sauerfutter, das einen höheren
Nährwert aufweist
auf Grund eines höheren
Gehalts an Zucker(n) und anderen Kohlenhydraten.
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Das Verfahren ist umweltfreundlich,
weil weniger Silosaft produziert wird, und der Silosaft ist weniger
umweltverschmutzend als der Silosaft, der unter Verwendung von Ameisensäure erhalten
wird.