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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Formulierung von Enzymen, vorzugsweise
Futterenzymen, zu stärkehaltigen
Granulaten und Verfahren zur Herstellung derartiger enzymhaltiger
Granulate. Diese (genießbaren)
Granulate können
dann in Tierfutter verwendet werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
ist fast schon allgemein üblich
geworden, in Tierfutter, z.B. für
Vieh, verschiedene Enzyme zu verwenden. Die Herstellung dieser Enzyme
erfolgt in der Regel durch Kultivierung von Mikroorganismen in großtechnischen
Fermentern, die von industriellen Enzymherstellern betrieben werden.
Am Ende der Fermentation wird die erhaltene „Brühe" in der Regel zur Trennung der Biomasse
(der Mikroorganismen) von dem gewünschten Enzym (in Lösung) einer
Reihe von Filtrationsschritten unterworfen. Danach wird die Enzymlösung als
Flüssigkeit
verkauft (oft nach Zusatz verschiedener Stabilisatoren) oder zu
einer Trockenformulierung verarbeitet.
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Von
Flüssig-
und Trockenenzymformulierungen wird in der Futtermittelindustrie
in technischem Maßstab
Gebrauch gemacht. Flüssigformulierungen
können
dem Futter nach dem Pelletieren zugesetzt werden, damit eine Wärmeinaktivierung
des Enzyms bzw. der Enzyme, die beim Pelletierungsprozeß auftreten
würde, vermieden
wird. Die Enzymmengen in den fertigen Futterzubereitungen sind jedoch
in der Regel sehr klein, was eine homogene Dispergierung des Enzyms
im Futter erschwert, und Flüssigkeiten
sind bekanntlich schwieriger gleichmäßig in das Futter einzumischen
als trockene Bestandteile. Darüber
hinaus benötigt
man für
die Zugabe von Flüssigkeiten
zu dem Futter nach dem Pelletieren spezielle (teure) Apparaturen,
die gegenwärtig
in den meisten Futtermühlen
nicht zur Verfügung
stehen (wegen der zusätzlichen
Kosten).
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Trockenenzymformulierungen
sind dagegen mit dem Nachteil der Wärmeinaktivierung der Enzyme beim
Pelletieren behaftet. Bei bevorzugten Herstellungsvorschriften in
der Futtermittelindustrie wird mit Dampf pelletiert, wobei in das
Futter vor dem Pelletieren ein- oder mehrmals Dampf eingeblasen
wird. Beim anschließenden
Pelletieren wird das Futter durch eine Matrize oder Düse gepreßt, wonach
die erhaltenen Stränge
in geeignete Pellets variabler Länge
geschnitten werden. Der Feuchtigkeitsgehalt unmittelbar vor dem
Pelletieren liegt im allgemeinen zwischen 18 und 19%. Bei diesem
Verfahren kann die Temperatur auf 60–95°C ansteigen. Der kombinierte
Effekt von hohem Feuchtigkeitsgehalt und hoher Temperatur ist für die meisten
Enzyme schädlich.
Diese Nachteile sind auch bei anderen Arten thermomechanischer Behandlungen,
wie Extrusion und Expansion, anzutreffen.
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Zur Überwindung
dieser Probleme wird in der EP-A-0,257,996
vorgeschlagen, daß die
Stabilität
von Enzymen bei der Futterverarbeitung durch Herstellung einer Enzym-„Vormischung", wobei eine enzymhaltige Lösung auf
einem aus Mehl bestehenden getreidebasierten Träger absorbiert und die Vormischung
danach pelletiert und getrocknet wird, verbessert werden könnte. Diese
auf Mehl basierenden Vormischungen eignen sich jedoch aufgrund ihrer
Klebrigkeit nicht für
schonendere Methoden der Verarbeitung (der teigartigen Vormischung)
zu Granulaten, wie Extrudieren bei Niederdruck oder Granulieren
unter stark scherenden Bedingungen.
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Verschiedene
Enzymhersteller haben alternative Formulierungsmethoden entwickelt,
um die Stabilität von Trockenenzymprodukten
bei der Pelletierung und Lagerung zu verbessern.
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Die
EP-A-0,569,468 (Novo Nordisk) betrifft eine Formulierung aus einem
enzymhaltigen „T-Granulat", das mit einem hochschmelzenden
Wachs oder Fett, das die Beständigkeit
gegenüber
den Pelletierbedingungen verbessern soll, überzogen ist. Zur Herstellung
des Granulats wird ein trockener anorganischer Füllstoff (z.B. Natriumsulfat)
in einem stark scherenden Granulator mit der Enzymlösung vermischt.
Die EP-A-0,569,468
lehrt, daß jeglicher
vorteilhafte Effekt des Überzugs
hinsichtlich der Pelletierungsstabilität für den beschichteten Granulattyp,
der in diesem Fall auf einem Natriumsulfatfüllstoff basiert, spezifisch
ist. Das Absorptionsvermögen
dieser (Natriumsulfat-)Füllstoffe
ist jedoch viel geringer als dasjenige von Trägern wie Mehl, was unerwünscht ist,
wenn man konzentriertere enzymhaltige Granulate herstellen will.
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Darüber hinaus
haben die Granulate eine breite Teilchengrößenverteilung, was die Erzielung
einer durchweg homogenen Enzymkonzentration erschwert. Außerdem wird
die Bioverfügbarkeit
des Enzyms für das
Tier durch den Wachs- oder Fettüberzug
herabgesetzt.
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Die
EP 758 018 betrifft salzstabilisierte
sprühgetrocknete
feste Enzymzubereitungen, die anorganische Salze und getreidebasierte
Träger,
wie Weizengrießkleie
oder Reishülsen,
enthalten.
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Auch
die WO-A-97/16076 (Novo Nordisk) betrifft die Verwendung von Wachsen
und anderen wasserunlöslichen
Substanzen in teilchenförmigen
Materialien, aber hier werden sie als Matrixmaterial eingesetzt.
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Daher
besteht Bedarf an stabilen Enzymformulierungen, die auf einem Träger basieren,
welcher für andere
Granulationsverfahren als die Pelletierung geeignet ist und ein
hohes Absorptionsvermögen
aufweisen kann.
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Beschreibung
der Erfindung
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Phosphatase enthaltenden Granulats, das zur Verwendung
in einem Tierfutter geeignet ist, bereitgestellt, bei dem man eine
Phosphatase, einen festen Träger,
der mindestens 30 Gew.-% Stärke
enthält,
und Wasser in entsprechenden relativen Mengen zu Phosphatase enthaltenden
Granulatkörnern
mit einem Wassergehalt von 30 bis 40% verarbeitet und die Granulatkörner trocknet.
Mit dem nach diesem Verfahren (welches den zweiten Aspekt der Erfindung
bildet, die auch ein Granulat, enthaltend getrocknete Granulatkörner aus
einem Enzym und einem festen Träger,
der mindestens 30 Gew.-% Stärke
enthält,
abdeckt) erhältlichen
Phosphatase enthaltenden Granulat sollen die im Stand der Technik
angetroffenen Probleme gelöst
oder zumindest abgeschwächt
werden.
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Die
Erfindung kann somit Verfahren zur Herstellung von Enzymformulierungen
in Form von Granulaten mit Kohlenhydrat als Träger bereitstellen. Der Träger kann
teilchen- oder pulverförmig
sein. Das Enzym und das Wasser werden vorzugsweise als enzymhaltige
(vorzugsweise wäßrige) Flüssigkeit,
wie eine Lösung oder
eine Aufschlämmung,
bereitgestellt, die mit dem festen Träger vermischt und auf dem Träger absorbieren gelassen
werden kann. Bei oder nach dem Mischen werden die enzymhaltige Flüssigkeit
und der Träger
zu einem Granulat verarbeitet, welches danach getrocknet werden
kann. Durch Verwendung des Kohlenhydratträgers können möglicherweise große Mengen
der enzymhaltigen Flüssig keit
(und damit des Enzyms) absorbiert werden. Die Mischung kann in Form
einer plastischen Paste oder einer nichtelastischen Masse, die leicht zu
Granulatkörnern
verarbeitet werden kann und beispielsweise extrudierbar ist, verwendet
werden. Der Träger
ist zweckmäßigerweise
nicht faserförmig,
damit die Granulation sich einfacher gestaltet: faserförmige Materialien
können
eine Granulation durch Extrusion verhindern.
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Eine
Reihe von Druckschriften des Standes der Technik betreffen verschiedene
Enzyme enthaltende Pellets, die aber als Detergentien, oft in Waschmittelzusammensetzungen,
Anwendung finden. Im Gegensatz dazu findet die vorliegende Anmeldung
in Tierfutter Anwendung, und aus diesem Grund sind die erfindungsgemäßen Granulate
genießbar
(für Tiere)
und vorzugsweise auch verdaubar. Es kommt daher nicht überraschend,
daß die
erfindungsgemäßen Granulate,
Granulatkörner
und Zusammensetzungen frei von Seifen, Detergentien, Bleichmitteln
oder bleichend wirkenden Verbindungen, Zeolithen, Bindemitteln,
Füllstoffen
(TiO2, Kaolin, Silicaten, Talk usw.) usw.
sind.
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Das
genießbare
Kohlenhydratpolymer sollte so gewählt werden, daß es für das Tier,
für welches
das Futter vorgesehen ist, genießbar und vorzugsweise auch
verdaubar ist. Das Polymer enthält
Glucoseeinheiten (z. B. ein Glucose enthaltendes Polymer) oder (C6H10O5)n-Einheiten.
Das Kohlenhydratpolymer enthält α-D-Glucopyranoseeinheiten,
Amylose (ein lineares (1 → 4)-α-D-Glucanpolymer)
und/oder Amylopektin (ein verzweigtes D-Glucan mit α-D-(1 → 4)- und α-D-(1 → 6)-Bindungen).
Das gewählte
Kohlenhydratpolymer ist Stärke.
Andere geeignete glucosehaltige Polymere, die neben Stärke verwendet
werden können,
sind u.a. α-Glucane, β-Glucane, Pektin (wie
z.B. Protopektin) und Glykogen. In Betracht kommen auch Derivate
dieser Kohlenhydratpolymere, wie Ether und/oder Ester davon, wenngleich
verkleisterte Stärke
häufig
vermieden wird und daher nicht vorliegen darf. Zweckmäßigerweise
ist das Kohlenhydratpolymer wasserunlöslich.
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In
den hier beschriebenen Beispielen wird Mais-, Kartoffel- und Reisstärke verwendet.
Stärke
aus anderen Quellen (z.B. Pflanzen, wie Gemüse oder Getreide), wie Tapioka,
Maniok, Weizen, Mais, Sago, Roggen, Hafer, Gerste, Yamswurzel, Sorghum
oder Pfeilwurz ist jedoch ebenso gut anwendbar. Ganz analog können im
Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl native als auch modifizierte
Stärketypen
(z.B. Dextrin) verwendet werden. Das Kohlenhydrat (z.B. Stärke) enthält vorzugsweise
wenig oder gar kein Protein, z.B. weniger als 5 Gew.-%, wie weniger
als 2 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%.
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Unabhängig von
der Art der Stärke
(oder des anderen Kohlenhydratpolymers) sollte sie in einer Form vorliegen,
in der sie in einem Tierfutter verwendet werden kann, mit anderen
Worten einer genießbaren
oder verdaubaren Form.
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Die
Stärke
macht mindestens 30 Gew.-% des festen Trägers aus, im Optimalfall mindestens
40 Gew.-%. Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Hauptkomponente
des festen Trägers
um das Kohlenhydrat (z.B. Stärke),
beispielsweise mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-%,
zweckmäßigerweise mindestens
70 Gew.-% und im Optimalfall mindestens 80 Gew.-%. Diese Gewichtsprozentangaben
beziehen sich auf das Gesamtgewicht der nichtenzymatischen Komponenten
im fertigen trockenen Granulat.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
das Enzym und das Wasser vor dem Inberührungbringen mit dem festen
Träger
in der gleichen Zusammensetzung vorliegen. Hierbei kann man eine
enzymhaltige wäßrige Flüssigkeit
bereitstellen. Bei dieser Flüssigkeit
kann es sich um eine Lösung
oder eine Aufschlämmung
handeln, die aus einem Fermentationsverfahren kommt oder sich davon
ableitet. Bei diesem Fermentationsverfahren handelt es sich im allgemeinen
um ein Verfahren, bei dem das Enzym produziert wird. Das Fermentationsverfahren
kann eine Brühe
ergeben, die die Mikroorganismen (die das gewünschte Enzym produzieren) und
eine wäßrige Lösung enthält. Diese
wäßrige Lösung kann
nach Trennung von den Mikroorganismen (beispielsweise durch Filtration)
die enzymhaltige wäßrige Flüssigkeit
sein, die im Rahmen der Erfindung verwendet wird. Somit handelt
es sich nach bevorzugten Ausführungsformen
bei der enzymhaltigen wäßrigen Flüssigkeit
um ein Filtrat.
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Die
Menge der enzymhaltigen Flüssigkeit
(und somit des Enzyms), die auf dem Träger absorbiert werden kann,
ist in der Regel durch die absorbierbare Wassermenge begrenzt. Für natürliche körnige Stärke kann diese
ohne Anwendung erhöhter
Temperaturen (die die Stärke
zum Quellen bringen) zwischen 25–30 Gew.-% variieren. In der
Praxis wird der dem Kohlenhydrat zuzusetzende Prozentanteil an Enzymflüssigkeit
häufig
viel größer sein
als dies, da die enzymhaltige Flüssigkeit
in der Regel eine beträchtliche
Menge an Feststoffen enthalten wird. Die Enzymlösung kann etwa 25 Gew.-% Feststoffe
enthalten, so daß das
Kohlenhydrat (Stärke) und
die Enzymlösung
in einem Verhältnis
von Kohlenhydrat zu Enzymlösung
von 0,5:1 bis 2:1, z.B. 1,2:1 bis 1,6:1, wie in einem Verhältnis von
etwa 60 Gew.-%:40 Gew.-%, vermischt werden können. Vorzugsweise ist die
zu dem festen Träger
gegebene Flüssigkeitsmenge
so groß,
daß (weitgehend)
das gesamte Wasser in der (wäßrigen)
Flüssigkeit
von dem in dem festen Träger
vorliegenden Kohlenhydrat absorbiert wird.
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Bei
erhöhten
Temperaturen können
Stärke
und andere Kohlenhydratpolymere unter Quellung viel größere Wassermengen
absorbieren. Daher ist das Kohlenhydratpolymer wünschenswerterweise zur Absorption von
Wasser (oder enzymhaltigen wäßrigen Flüssigkeiten)
in der Lage. So kann beispielsweise Maisstärke Wasser bei 60°C bis zum
Dreifachen ihres Gewichts und bei 70°C bis zum Zehnfachen ihres Gewichts
absorbieren. Somit ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung die
Anwendung höherer
Temperaturen zwecks Absorption einer größeren Menge enzymhaltiger Flüssigkeit
vorgesehen und in der Tat bevorzugt, insbesondere beim Arbeiten
mit thermostabilen Enzymen. Für
diese Enzyme wird daher das Mischen des festen Trägers und der
Flüssigkeit
(oder des Enzyms und des Wassers) bei einer erhöhten Temperatur (z.B. oberhalb
von Raumtemperatur), wie über
30°C, vorzugsweise über 40°C und im
Optimalfall über
50°C, durchgeführt. Alternativ oder
zusätzlich
dazu kann die Flüssigkeit
bei dieser Temperatur bereitgestellt werden.
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Im
allgemeinen sind jedoch nichtquellende Bedingungen bei niedrigeren
Temperaturen (z.B. Umgebungstemperaturen) bevorzugt, damit durch
Instabilität
von (wärmeempfindlichen)
Enzymen bei höheren
Temperaturen bedingte Aktivitätsverluste
auf ein Minimum reduziert werden können. Die Temperatur beim Mischen des
Enzyms und des Wassers beträgt
zweckmäßigerweise
20 bis 25°C.
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Für die im
Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Herstellung der Mischung aus
dem Enyzm, dem Wasser (z.B. einer enzymhaltigen Flüssigkeit)
und dem festen Träger
zu Granulatkörnern
verwendete mechanische Verarbeitung (mit anderen Worten Granulation)
kommen bekannte Techniken in Betracht, die bei Nahrungsmittel-,
Futter- und Enzymformulierungsverfahren häufig zur Anwendung kommen.
Dies umfaßt
beispielsweise Expandieren, Extrudieren, Sphäronisieren, Pelletieren, Granulieren
unter hochscherenden Bedingungen, Trommelgranulieren, Wirbelschichtagglomerieren
oder eine Kombination davon. Diese Verfahren sind in der Regel durch
einen Eintrag von mechanischer Energie, wie dem Antrieb einer Schnecke
oder der Drehung eines Mischmechanismus, dem Druck eines Rollmechanismus
einer Pelletiervorrichtung, der Bewegung von Teilchen durch eine
sich drehende Bodenplatte eines Wirbelschichtagglomerators oder
der Bewegung von Teilchen durch einen Gasstrom oder einer Kombination
davon, gekennzeichnet. Mit diesen Verfahren kann der feste Träger (z.B.
in Form eines Pulvers) mit dem Enzym und dem Wasser, beispielsweise
einer enzymhaltigen Flüssigkeit
(einer wäßrigen Lösung oder
Aufschlämmung)
vermischt und danach granuliert werden.
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Alternativ
dazu kann man den festen Träger
mit dem Enzym (z.B. in Pulverform) vermischen und dann Wasser, wie
eine Flüssigkeit
(oder Aufschlämmung),
zusetzen (die als Granulierflüssigkeit
dienen kann).
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Nach
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird das Granulat (z.B. ein Agglomerat) durch Aufsprühen oder
Auftragen der enzymhaltigen Flüssigkeit
auf den Träger
hergestellt, wie in einem Wirbelschichtagglomerator. Hier können die
erhaltenen Granulatkörner
ein Agglomerat enthalten, wie es in einem Wirbelschichtagglomerator
hergestellt werden kann.
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Vorzugsweise
umfaßt
das Mischen der enzymhaltigen Flüssigkeit
mit dem festen Träger
auch das Kneten der Mischung. Dadurch kann die Plastizität der Mischung
zwecks leichterer Granulation (z.B. Extrusion) verbessert werden.
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Wird
das Granulat durch Extrudieren hergestellt, so führt man die Extrusion vorzugsweise
bei niedrigem Druck durch. Dies kann den Vorteil bieten, daß die Temperatur
der extrudierten Mischung nicht oder nur leicht ansteigt. Zur Extrusion
bei Niederdruck gehört
beispielsweise die Extrusion in einem Fuji-Paudal-Korbextruder oder
einer Fuji-Paudal-Kuppelstrangpresse. Vorzugsweise führt die
Extrusion nicht zu einem Anstieg der Temperatur des extrudierten
Materials auf über
40°C. Bei
der Extrusion können
an sich schon Granulatkörner
anfallen (die Granulatkörner
können
nach Durchgang durch eine Düse
abbrechen), oder man kann eine Schneidvorrichtung einsetzen.
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Die
Granulatkörner
weisen einen Wassergehalt von 30 bis 40%, wie von 33 bis 37%, auf.
Der Enzymgehalt liegt zweckmäßigerweise
bei 3 bis 15%, wie 5 bis 12% (z.B. mindestens 50.000 ppm).
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Die
erhaltenen Granulatkörner
können
abgerundet (z.B. sphäronisiert),
wie in einem Sphäronisator, z.B.
einer MARUMERISERTM-Maschine, und/oder verdichtet
werden. Die Granulatkörner
können
vor dem Trocknen sphäronisiert
werden, da dadurch die Staubbildung im fertigen Granulat verringert
und/oder eine Beschichtung des Granulats erleichtert werden kann.
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Die
Granulatkörner
können
dann getrocknet werden, wie in einem Wirbelschichttrockner, oder
im Fall der Wirbelschichtagglomeration sofort zu (festen trockenen)
Granulaten getrocknet werden (im Agglomerator). Der Fachmann kann
sich auch anderer bekannter Verfahren zur Trocknung von Granulatkörnern in
der Nahrungsmittel-, Futtermittel- oder Enzymindustrie bedienen.
Zweckmäßigerweise
ist das Granulat fließfähig.
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Die
Trocknung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 25 bis 60°C, wie 30
bis 50°C.
Hierbei kann das Trocknen 10 Minuten bis einige Stunden, wie 15
bis 30 Minuten, dauern. Die erforderliche Zeitspanne hängt natürlich von
der Menge zu trocknender Granulatkörner ab, beträgt aber
als Faustregel 1 bis 2 Sekunden pro kg Granulatkörner.
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Nach
dem Trocknen der Granulatkörner
enthält
das erhaltene Granulat vorzugsweise 3 bis 10%, wie 5 bis 9%, Wasser.
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Das
Granulat kann auch mit einem Überzug
versehen werden, um für
zusätzliche
(z.B. bevorzugte) Eigenschaften zu sorgen, wie geringen Staubgehalt,
Farbe, Schutz des Enzyms gegenüber
der Umgebung, verschiedene Enzymaktivitäten in einem Granulat oder
eine Kombination davon. Die Granulatkörner können ferner mit einem Fett,
einem Wachs, einem Polymer, einem Salz und/oder einer Salbe oder
einem Überzug (z.B.
einer Flüssigkeit)
mit einem (zweiten) Enzym oder einer Kombination davon beschichtet
werden. Es versteht sich, daß gewünschtenfalls
einige Schichten (verschiedener) Überzüge aufgebracht werden können. Zum
Aufbringen des Überzugs
bzw. der Überzüge auf die
Granulate steht eine Reihe von bekannten Verfahren zur Verfügung, u.a.
die Verwendung einer Wirbelschicht, eines hochscherenden Granulators,
eines Mischgranulators oder eines Nauta-Mischers.
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Nach
anderen Ausführungsformen
kann man in das Granulat zusätzliche
Bestandteile einarbeiten, z.B. als Verarbeitungshilfsmittel und/oder
zur weiteren Verbesserung der Pelletierungsstabilität und/oder
der Lagerstabilität
des Granulats. Eine Reihe derartiger bevorzugter Zusatzstoffe wird
im folgenden besprochen.
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In
das Granulat können
Salze eingearbeitet werden (z.B. mit dem festen Träger oder
dem Wasser). Vorzugsweise kann man ein oder mehrere anorganische
Salze zusetzen (wie in der EP-A-0,758,018 vorgeschlagen), was die
Verarbeitungs- und Lagerstabilität
der trockenen Enzymzubereitung verbessern kann. Bevorzugte anorganische
Salze sind wasserlöslich.
Sie können
ein zweiwertiges Kation, wie Zink (insbesondere), Magnesium und
Calcium, enthalten. Als Anion ist Sulfat ganz besonders bevorzugt,
obwohl auch andere Anionen, die zu Wasserlöslichkeit führen, in Betracht kommen. Die
Salze können
in fester Form zugegeben werden (z.B. zu der Mischung). Alternativ
dazu kann man das Salz bzw. die Salze vor dem Mischen mit dem festen Träger in dem
Wasser oder der enzymhaltigen Flüssigkeit
lösen.
Zweckmäßigerweise
wird das Salz in einer Menge von mindestens 15 Gew.-% (bezogen auf
das Enzym), wie mindestens 30%, bereitgestellt. Sie kann jedoch
bis zu mindestens 60 Gew.-% oder sogar 70 Gew.-% (wiederum bezogen
auf das Enzym) betragen. Diese Mengen können entweder für die Granulatkörner oder
für das
Granulat gelten. Das Granulat kann daher weniger als 12 Gew.-% des
Salzes enthalten, beispielsweise 2,5 bis 7,5%, z.B. 4 bis 6%.
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Wenn
das Salz in dem Wasser bereitgestellt wird, dann kann es in einer
Menge von 5 bis 30 Gew.-%, wie 15 bis 25%, vorliegen.
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Eine
weitere Verbesserung der Pelletierungsstabilität ergibt sich möglicherweise
durch Einarbeitung von hydrophoben, gelbildenden oder sich (z.B.
in Wasser) langsam auflösenden
Verbindungen. Diese können in
einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, wie 2 bis 8 Gew.-% und vorzugsweise
4 bis 6 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht an Wasser und festen Trägerbestandteilen)
bereitgestellt werden. Beispiele für geeignete Substanzen sind derivatisierte
Cellulosen, wie HPMC (Hydroxypropylmethylcellulose), CMC (Carboxymethylcellulose), HEC
(Hydroxyethylcellulose), Polyvinylakohole (PVA) und/oder genießbare Öle. Genießbare Öle, wie
Sojaöl oder
Canolaöl,
können
als Verarbeitungshilfsmittel zugegeben werden (z.B. zu der zu granulierenden
Mischung), wenngleich es häufig
bevorzugt sein wird, daß das
Granulat keine hydrophoben Substanzen (z.B. Palmöl) enthält.
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Vorzugsweise
haben die Granulatkörner
eine verhältnismäßig enge
Größenverteilung
(d.h. sie sind monodispers). Hierdurch kann eine homogene Verteilung
des Enzyms in den Granulatkörnern
und/oder des Enzymgranulats in dem Tierfutter erleichert werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
fallen im allgemeinen Granulate mit enger Größenverteilung an. Gegebenenfalls
kann man jedoch einen zusätzlichen
Schritt zur weiteren Verengung der Größenverteilung der Granulatkörner, wie
Sieben, in das Verfahren aufnehmen. Die Größenverteilung des Granulats
liegt zweckmäßigerweise
zwischen 100 μm
und 2000 μm,
vorzugsweise zwischen 200 um und 1800 μm und im Optimalfall zwischen
300 μm und
1600 μm.
Die Granulatkörner
können unregelmäßig (aber
vorzugsweise regelmäßig) geformt
sein, beispielsweise ungefähr
kugelförmig.
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Das
Wasser oder die enzymhaltige Flüssigkeit
kann ein oder mehrere Enzyme enthalten, die in der Regel mikrobiellen
Ursprungs sind, z.B. aus einer mikrobiellen Fermentation erhalten
werden. In der Regel liegt das Enzym in aktiver Form vor (es kann
beispielsweise katalytisch oder physiologisch aktiv sein). Vorzugsweise
liegt die Flüssigkeit
in konzentierter Form, wie ein Ultrafiltrat (UF), vor, was möglicherweise
die Herstellung eines Granulats mit einem gewünschten Aktivitätsniveau
gestattet.
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Geeignete
Enzyme sind in Tierfutter, das Haustierfutter einschließt, einzuarbeitende
Futterenzyme. Das erfindungsgemäße Granulat
enthält
eine Phosphatase. Diese Enzyme dienen oft zur Verbesserung der Futterverwertung,
z.B. durch Verringerung der Viskosität oder durch Verringerung des
antinutritiven Effekts bestimmter Futterverbindungen. Futterenzyme
(wie Phytase) verringern die Menge umweltschädlicher Verbindungen im Dung.
Enzyme für
diese Zwecke sind: Phosphatasen wie Phytasen (sowohl 3-Phytasen
als auch 6-Phytasen) und/oder saure Phosphatasen; Carbohydrasen,
wie amylolytische Enzyme und/oder pflanzenzellwandabbauende Enzyme
einschließlich
Cellulasen wie β-Glucanasen, Hemicellulosen
wie Xylanasen oder Galactanasen; Peptidasen; Galactosidasen, Pektinasen,
Esterasen; Proteasen, vorzugsweise mit neutralem und/oder saurem
pH-Optimum; und Lipasen, vorzugsweise Phospholipasen wie die Säugetierpankreas-Phospholipasen
A2.
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Vorzugsweise
schließt
das Enzym keine stärkeabbauenden
Enzyme (beispielsweise Amylasen) ein. Bei einigen Ausführungsformen
können
Proteasen ausgeschlossen sein, da sie bei Einnahme schädlich sein können.
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Mit
einer Phosphatase, wie einer Phytase, weist das fertige Granulat
vorzugsweise eine Aktivität
von 5.000 bis 10.000 FTU/g, wie 6.000 bis 8.000 FTU/g auf. Wenn
es sich bei dem Enzym um ein pfanzenzellwandabbauendes Enzym, beispielsweise
eine Cellulase und insbesondere eine Hemicellulase wie Xylanase, handelt,
kann das fertige Granulat eine Enzymaktivität im Bereich von 3.000 bis
100.000 EXU/g, vorzugsweise 5.000 bis 80.000 EXU/g und im Optimalfall
8.000 bis 70.000 EXU/g aufweisen. Wenn es sich bei dem Enzym um
eine Cellulase, wie β-Gluconase,
handelt, kann das fertige Granulat eine Enzymaktivität im Bereich
von 500 bis 15.000 BGU/g, vorzugsweise 1.000 bis 10.000 BGU/g und
im Optimalfall 1.500 bis 7.000 BGU/g aufweisen.
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Die
Granulatkörner
können
5 bis 20%, z.B. 7 bis 15%, des Enzyms bzw. der Enzyme enthalten.
Das Enzym bzw. die Enzyme kann bzw. können natürlich vorkommen oder rekombinant
sein.
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Die
vorliegende Erfindung kann nicht nur auf diese Enzyme angewandt
werden, sondern gleichermaßen
auch auf Polypeptide mit anderen biologischen Wirkungen, wie antigene
Determinanten, beispielsweise diejenigen, die als Impfstoffe Verwendung
finden, und/oder Polypeptide mit einem künstlich erhöhten Gehalt an essentiellen
Aminosäuren,
deren biologische Wirkung gegenüber
thermischer Inaktivierung empfindlich sein kann, und der Begriff „Enzym" ist im Rahmen der
vorliegenden Erfindung entsprechend zu verstehen.
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Bei
einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren
geht man daher so vor, daß man:
- a. das Wasser, die Phosphatase und den festen
Träger,
der mindestens 30 Gew.-% Stärke
enthält,
vermischt, beispielsweise den festen Träger mit einer wäßrigen enyzmhaltigen
Flüssigkeit
vermischt;
- b. die erhaltene Mischung gegebenenfalls knetet;
- c. die Mischung granuliert, beispielsweise durch mechanische
Verarbeitung, wobei man enzymhaltige Granulatkörner erhält, beispielsweise durch Verwendung
eines Granulators oder durch Extrusion;
- d. die Granulatkörner
gegebenenfalls sphäronisiert;
- e. die erhaltenen Granulatkörner
trocknet, wobei man ein enzymhaltiges Granulat erhält.
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Während des
gesamten Verfahrens zielt man darauf ab, die Maximaltemperatur,
der das Enzym bzw. die Enzyme ausgesetzt ist bzw. sind, unter 80°C zu halten.
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Die
erfindungsgemäßen Granulate
eignen sich zur Verwendung bei der Herstellung von Tierfutter. Bei derartigen
Verfahren wird das Granulat entweder als solches oder als Teil einer
Vormischung mit Futtersubstanzen vermischt. Aufgrund ihrer Eigenschaften
können
die erfindungsgemäßen Granulate
als Komponente einer Mischung verwendet werden, welche als Tierfutter
gut geeignet ist, insbesondere wenn die Mischung mit Dampf behandelt
und danach pelletiert wird. Die getrockneten Granulatkörner können in
derartigen Pellets sichtbar oder erkennbar sein.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft somit ein Verfahren
zur Herstellung eines Tierfutters oder einer Vormischung oder Vorstufe
für ein
Tierfutter, bei dem man ein Granulat gemäß dem zweiten Aspekt mit einer
oder mehreren Tierfuttersubstanzen (z.B. Samen) bzw. einem oder
mehreren Tierfutterbestandteilen vermischt. Diese kann dann sterilisiert
werden, z.B. durch Wärmebehandlung.
Die erhaltene Zusammensetzung wird dann zweckmäßigerweise zu Pellets verarbeitet.
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Ein
vierter Aspekt der Erfindung betrifft eine ein Granulat gemäß dem zweiten
Aspekt enthaltende Zusammensetzung, bei der es sich vorzugsweise
um eine genießbare
Futterzusammensetzung, wie ein Tierfutter, handelt. Diese Zusammensetzung
liegt vorzugsweise in Form von Pellets vor (es können 1–5 getrocknete Granulatkörner, z.B.
2–4 Granulatkörner, pro
Pellet vorliegen).
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Die
Zusammensetzung kann einen Wassergehalt von 10 bis 20%, z.B. 12–15%, aufweisen.
Die Menge an Enzym(en) beträgt
zweckmäßigerweise
0,0005 bis 0,0012%, wie mindestens 5 ppm.
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Ein
fünfter
Aspekt betrifft ein Verfahren zur Förderung des Wachstums eines
Tiers, bei dem man an das Tier eine Nahrung verfüttert, die ein Granulat gemäß dem zweiten
Aspekt oder eine Zusammensetzung gemäß dem vierten Aspekt enthält. Hierbei
kann die Tiernahrung entweder das Granulat selbst oder das in einem
Futter vorliegende Granulat enthalten.
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Die
Zusammensetzung enthält
zweckmäßigerweise
0,05 bis 2,0 FTU/g, wie 0,3 bis 1,0 FTU/g, und im Optimalfall 0,4
bis 0,6 FTU/g einer Phosphatase, z.B. einer Phytase. Eine Xylanase
kann in einer Aktivität
von 0,5 bis 50 EXU/g, z.B. 1 bis 40 EXU/G, vorliegen. Alternativ
dazu oder daneben kann eine Cellulase in einer Aktivität von 0,1
bis 1,0 BGU/g, z.B. 0,2 bis 0,4 BGU/g, vorliegen.
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Ein
sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung
des Granulats gemäß dem zweiten
Aspekt in einem Tierfutter oder als Komponente eines Tierfutters
oder zur Verwendung bei der Tierernährung.
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Geeignete
Tiere sind u.a. Nutztiere (Schweine, Geflügel, Vieh), Nicht-Wiederkäuer bzw.
monogastrische Tiere (Schweine, Geflügel, Meerestiere wie Fisch),
Wiederkäuer
(bovin oder ovin, z.B. Kühe,
Schafe, Ziegen, Rotwild, Kälber,
Lämmer).
Zu Geflügel
gehören
u.a. Hühner
und Truthähne.
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Bevorzugte
Merkmale und Kennzeichen eines Aspekts der Erfindung gelten sinngemäß gleichermaßen für einen
anderen.
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Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung lediglich erläutern und
sind in keiner Weise als Einschränkung
zu verstehen.
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BEISPIELE
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Allgemeine
Materialien und Methoden
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Extrusionstests
wurden auf einem Fuji-Paudal-Korbextruder
DG-L1 mit Sieböffnungen
von 1,0 mm, einer Siebdicke von 1,2 mm, einer Arbeitsgeschwindigkeit
von 70 U/min und einem Strom von 0,6–2,0 A durchgeführt.
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Bei
dem Sphäronisator
handelte es sich um einen Fuji-Paudal-Marumerizer
QJ-400 mit einem Chargenvolumen von 3 Litern, einer Plattenteilung
von 3 mm, einer Verweilzeit von 45–200 Sekunden und einer Rotationsgeschwindigkeit
von 750 U/min.
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Die
Hochschergranulationstests wurden auf einem Lödige-Hochschergranulator FM20 mit einer Schneidwerkgeschwindigkeit
von 1500 U/min und einer Pflugscharengeschwindigkeit von 100 U/min
durchgeführt.
Pulver wurde in den Granulator gegeben und von oben mit der enzymhaltigen
Flüssigkeit
besprüht.
Die erhaltenen Granulate wurden in einem Wirbelschichttrockner getrocknet.
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Es
wurden die folgenden Enzymlösungen
verwendet:
- – ein Ultrafiltrat einer aus
Aspergillus gewonnenen Phytase mit einer Aktivität von 16.840 FTU/g und einem Feststoffgehalt
von 22,4 Gew.-% (Beispiele 1 bis 7).
- – ein
Ultrafiltrat, enthaltend ein aus Trichoderma gewonnenes Gemisch
von Endo-Xylanase- und β-Glucanase-Aktivitäten von
12.680 EXU/g und BGU/g und einem Feststoffgehalt von 20,6 Gew.-%
(Beispiel 8).
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Die
Phytaseaktivität
wurde gemäß der Vorschrift „ISL-method 61696" (manueller Vanadatassay)
bestimmt. Die β-Glucanase-Aktivität wurde
gemäß der Vorschrift „ISL-method 62170" (manueller viskosimetrischer
Assay) bestimmt. Die Endo-Xylanase-Aktivität wurde gemäß der Vorschrift „ISL-method
62169" (manueller
viskosimetrischer Assay) bestimmt. ISL-Methoden sind auf Anfrage
von Gist-brocades, Food Specialties, Agri Ingredients Group, Wateringseweg
1, P.O. Box 1, 2600 MA, Delft, Niederlande, erhältlich.
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BEISPIEL 1
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Herstellung von maisstärkebasiertem
Enzymgranulat durch Kneten, Extrusion, Sphäronisation und Trocknen
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Durch
Mischen und Kneten einer Mischung von 60 Gew.-% Maisstärke mit
40 Gew.-% eines Phytase enthaltenden Ultrafiltrats wurde eine Enzymzubereitung
erhalten. Diese Mischung wurde auf dem Fuji-Paudal-Korbextruder
zu einem feuchten Extrudat extrudiert, welches dann in dem MARUMERISERTM eine Minute sphäronisiert wurde, was runde
Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 780 μm ergab.
Diese Teilchen wurden dann in einem Wirbelschichttrockner 20 Minuten
bei einer Schichttemperatur von 40°C und einer Einlafltemperatur
von 75°C
getrocknet. In 18 Minuten wurden ungefähr 500 kg der Granulatkörner getrocknet.
Das so erhaltene trockene Enzymgranulat besaß eine Aktivität von 6.980
FTU/g.
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BEISPIEL 2
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Herstellung eines maisstärkebasierten
Enzymgranulats durch Hochschergranulation und Trocknen
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Das
Phytase-Ultrafiltrat und die Maisstärke wurden in einem Batch-Hochschergranulator
vom Lödige-Typ
mit einer Chargengröße von 20
Liter vermischt. Der Granulator wurde mit 60 Gew.-% Maisstärke gefüllt, und
während
des Mischvorgangs wurden 40 Gew.-% Ultrafiltrat in den Mischer gesprüht. Nach
Zugabe des Ultrafiltrats (10 Minuten) wurde noch 5 Minuten im Granulator
nachgemischt, damit die Teilchen geformt und kompaktiert werden
konnten. Die so erhaltenen Granulatkörner wurden wie in Beispiel
1 in einem Wirbelschichttrockner getrocknet. Das erhaltene Granulat
besaß eine
Aktivität
von 7.420 FTU/g. Der Mediandurchmesser der Teilchen betrug 480 μm.
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BEISPIEL 3
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Herstellung eines maisstärkebasierten
Enzymgranulats durch Mischen, Pelletieren und Trocknen
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Es
wurde eine Mischung von 40 Gew.-% des Phytase-Ultrafiltrats und 60 Gew.-% Maisstärke hergestellt.
Die Mischung wurde auf einer Schlütter-Presse der Bauart PP85
pelletiert, wobei die Extrudate durch rotierende Messer am Extruderkopf
mit einer Düsenplatte
mit Löchern
mit einem Durchmesser von 1 mm abgeschnitten wurden. Die Pellets
wurden wie in Beispiel 1 getrocknet, was ein Endprodukt mit einer
Aktivität
von 7.460 FTU/g ergab. Der Mediandurchmesser der Teilchen betrug
1080 μm.
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BEISPIEL 4
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Herstellung eines kartoffelstärkebasierten
Enzymgranulats mit Sojaöl-
und MgSO4-Zusätzen durch Mischen, Kneten,
Pelletieren und Trocknen
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In
einem Mischer/Kneter wurden 30 kg Kartoffelstärke vorgelegt und 2,5 kg Sojaöl eingemischt.
Danach wurde das Phytase-Ultrafiltrat mit MgSO4·7H2O (in 14 kg Ultrafiltrat wurden 3, 5 kg
MgSO4·7H2O gelöst) zugegeben.
Das Produkt wurde im Kneter gründlich
vermischt und dann wie in Beispiel 1 extrudiert und in einem Wirbelschichttrockner
getrocknet. Dies ergab ein Produkt mit einer Aktivität von 5.870
FTU/g.
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BEISPIEL 5
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Herstellung eines reisstärkebasierten
Enzymgranulats durch Mischen, Kneten, Extrusion, Sphäronisation
und Trocknen
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Durch
Mischen und Kneten von 62 Gew.-% Reisstärke und 38 Gew.-% des Phytase-Ultrafiltrats
wurde eine Mischung hergestellt. Diese Mischung wurde auf dem Fuji-Paudal-Korbextruder zu einem
feuchten Extrudat extrudiert, welches dann in dem MARUMERISERTM eine Minute sphäronisiert wurde, was runde
Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 785 μm ergab.
Diese Teilchen wurden dann wie in Beispiel 1 in einem Wirbelschichttrockner
getrocknet. Die Endaktivität
des Granulats betrug 7.280 FTU/g.
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BEISPIEL 6
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Herstellung eines maisstärkebasierten
Enzymgranulats mit HPMC-Zusatz durch Mischen, Kneten, Extrusion, Sphäronisation
und Trocknen
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Durch
Kneten einer Mischung von 54 Gew.-% Maisstärke, 5 Gew.-% HPMC (Hydroxypropylmethylcellulose)
und 41 Gew.% eines Phytase-Ultrafiltrats wurde eine Enzymzubereitung
erhalten. Diese Mischung wurde auf dem Fuji-Paudal-Korbextruder zu einem feuchten
Extrudat extrudiert, welches dann in dem MARUMERISERTM eine
Minute sphäronisiert
wurde, was runde Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser
von 780 μm
ergab. Diese Teilchen wurden dann in einem Wirbelschichttrockner
20 Minuten bei einer Schichttemperatur von 40°C und einer Einlaßtemperatur
von 75°C
getrocknet. Das so erhaltene trockene Enzymgranulat besaß eine Aktivität von 8.470
FTU/g.
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BEISPIEL 7
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Herstellung eines maisstärkebasierten
Enzymgranulats mit HEC-Zusatz durch Mischen, Kneten, Extrusion, Sphäronisation
und Trocknen
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Durch
Mischen und Kneten einer Mischung von 54 Gew.-% Maisstärke, 5 Gew.-%
HEC (Hydroxyethylcellulose) mit 41 Gew.-% des Phytase-Ultrafiltrats
wurde eine Enzymzubereitung erhalten. Diese Mischung wurde auf dem
Fuji-Paudal-Korbextruder zu einem feuchten Extrudat extrudiert,
welches dann in dem MARUMERISERTM eine Minute
sphäronisiert
wurde, was runde Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von
780 μm ergab.
Diese Teilchen wurden dann in einem Wirbelschichttrockner 20 Minuten
bei einer Schichttemperatur von 40°C und einer Einlaßtemperatur
von 75°C
getrocknet. Das so erhaltene trockene Enzymgranulat besaß eine Aktivität von 8.410
FTU/g.
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BEISPIEL 8 (nur zur Erläuterung)
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Herstellung
eines maisstärkebasierten
Enzymgranulats durch Hochschergranulation und Trocknen
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In
einem Batch-Hochschergranulator vom Lödige-Typ mit einer Chargengröße von 20
Liter wurden 60 Gew.-% Maisstärke
mit 40 Gew.-% des Endo-Xylanase und β-Glucanase enthaltenden Ultrafiltrats
folgendermaßen
vermischt. Der Granulator wurde mit Maisstärke gefüllt, und während des Mischvorgangs wurde
das Ultrafiltrat in den Mischer gesprüht. Nach Zugabe des Ultrafiltrats
(10 Minuten) wurde der Granulator noch weitere 5 Minuten betrieben,
damit die Teilchen geformt und kompaktiert werden konnten. Die so
erhaltenen Granulatkörner
wurden wie in Beispiel 1 in einem Wirbelschichttrockner getrocknet.
Das erhaltene Granulat besaß eine
Aktivität
von 13.100 EXU/g und 5.360 BGU/g.
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BEISPIEL 9
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Vergleich
der Pelletierungsstabilitäten
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Die
verschiedenen erfindungsgemäßen Enzymgranulate
wurden einem Pelletierungsversuch unterworfen, und ihre Pelletierungsstabilität wurde
mit denjenigen der Futterenzym-Standardformulierungen verglichen.
Bei dem Pelletierungsversuch wurde das Enzym (Granulat) bei 1000
U/min mit einer Futtervormischung vermischt. Diese Mischung wurde
durch Dampfinjektion behandelt, wobei die Temperatur auf 70°C anstieg, und
dann in einer Pelletiermaschine pelletiert, wonach die erhaltenen
Futterpellets getrocknet wurden. Diese Art von Verfahren ist in
der Futterindustrie zur Herstellung von Futterpellets üblich.
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Bei
NATUPHOSTM, einer als Standard zum Vergleich
verwendeten Phytase enthaltenden Formulierung, handelte es sich
um eine Mischung von Weizengrießkleie
mit sprühgetrocknetem
Ultrafiltrat.
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Bei
NATUGRAINTM, einer β-Glucanase und Endo-Xylanase
enthaltenden Enzymzubereitung, handelt es sich um ein in der Wirbelschicht
hergestelltes Granulat, das durch Beschichten eines Salzkerns mit
einer Enzymschicht, die durch Besprühen des Kerns mit einem Ultrafiltrat
aufgebracht wird, hergestellt wird.
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Die
Ergebnisse der Pelletierungsversuche sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Aus Tabelle 1 geht hervor, daß die
unter Verwendung eines Kohlenhydrat-Trägers hergestellten Granulate
im Vergleich mit Standardformulierungen verbesserte Pelletierungsausbeuten
ergaben.
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Tabelle
1: Ergebnisse der Pelletierungsversuche
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Aus
Tabelle 1 ist klar ersichtlich, daß die Art der Granulationsmethode,
d.h. der mechanischen Verarbeitung, für die durch die Erfindung zu
lösenden
Probleme nicht kritisch ist. Formulierungen mit dem Kohlenhydratpolymer
lieferten eine viel bessere Pelletierungsstabilität als die
bekannten NATUPHOSTM- und NATUGRAINTM-Formulierungen.