ES2179978T5 - Procedimiento para la preparación de un aditivo de alimentos para animales a base de caldo de fermentación - Google Patents
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCION DE UN SUPLEMENTO ALIMENTICIO PARA ANIMALES BASADO EN UN CALDO DE FERMENTACION, CONTENIENDO EL SUPLEMENTO, EN SU TOTALIDAD O EN SU MAYOR PARTE, UN PRODUCTO DE FERMENTACION Y LOS DEMAS MATERIALES DE CONTENIDO DEL CALDO DE FERMENTACION. LA INVENCION SE CARACTERIZA PORQUE EL CALDO DE FERMENTACION ES, EN UNA SOLA FASE, GRANULADO, COMPACTADO Y SECADO EN UN LECHO FLUIDIZADO, INTRODUCIENDOSE MIENTRAS TANTO POR VIA MECANICA EN EL LECHO FLUIDIZADO, ADEMAS DE LA ENERGIA NECESARIA PARA PRODUCIR EL LECHO FLUIDIZADO, UNA CANTIDAD DE ENERGIA SUFICIENTE PARA AJUSTAR EL DIAMETRO DE GRANO DESEADO Y LA DENSIDAD DE AGITACION DESEADA. DE ESTE MODO, SE CONSIGUE ENTRE OTRAS COSAS, PRODUCIR CONTINUAMENTE EN UNA UNICA FASE GRANULADOS SEGUN LA ESPECIFICACION DE ADITIVOS TALES COMO LISINA, TIONINA O TRIPTOFANO, UTILIZANDO COMO SUSTANCIAS DE PARTIDA, EN PARTICULAR CALDOS DE FERMENTACION CRUDOS.
Description
Procedimiento para la preparación de un aditivo de alimentos para animales a base de caldo de fermentación
La invención se refiere a un procedimiento para la preparación de un aditivo de alimentos para animales a base de caldo de fermentación, conteniendo el aditivo, totalmente o en su mayor parte, un producto de fermentación y las demás sustancias constitutivas del caldo de fermentación.
Los alimentos para animales se complementan con diferentes aminoácidos según la necesidad de los animales. Para complementar los alimentos para animales, p. ej. con L-lisina, se ha utilizando hasta ahora principalmente el monohidrocloruro de L-lisina con un contenido en L-lisina de 78 %. Puesto que la L-lisina se obtiene por fermentación, para la fabricación del monohidrocloruro se deben primeramente separar de todos los restantes componentes del caldo de fermentación en bruto en etapas costosas de procedimiento, a continuación se transforma en el monohidrocloruro y éste último se lleva a cristalización. En este caso resulta un gran número de productos secundarios y los reactivos necesarios para el procesado como residuo. Puesto que no siempre es necesaria una elevada pureza del complemento de alimentos para animales, y que además en los productos secundarios de la fermentación hay a menudo sustancias valiosas nutritivas, no han faltado por ello intentos en el pasado, que evitan la preparación costosa de aminoácidos de alimentos, en particular de monohidrocloruro de Llisina puro y transformar de forma más económica los caldos de fermentación en bruto en un alimento sólido para animales. Pero todos estos intentos no han llevado a ningún resultado económicamente aceptable.
Como una desventaja agravante se ha manifestado la composición compleja de tales medios, puesto que éstos generalmente se secan mal, además son higroscópicos, prácticamente no son capaces de fluir, tienen el peligro de apelmazarse, y no son apropiados para el procesado técnicamente muy exigente en las fábricas de alimentos complejos. Sobre todo, los productos de fermentación de la lisina son en este caso especialmente desventajosos. La deshidratación sencilla de los caldos de fermentación en bruto mediante secado por pulverización formaba un concentrado pulverulento, muy higroscópico y que se apelmazaba después de un corto tiempo de almacenamiento, concentrado que no se puede utilizar en esta forma como alimento para animales.
Para conseguir un producto que sea capaz de fluir y sea estable al almacenamiento, se debe mezclar una gran cantidad de los diferentes tipos de aditivos en el concentrado. Pero de esta manera, el ya relativamente bajo contenido en aminoácidos en muchos casos, se reduce aún más. Se describe un producto de este tipo, p. ej., en el documento de patente alemana DE-OS 23 57 119, según el cual a partir del caldo de fermentación, eventualmente después de la retirada de la biomasa, se prepara un concentrado y éste, a continuación, se combina con sustancias auxiliares. De manera alternativa, también se puede liberar la lisina del concentrado mediante precipitación con metanol. También describen los documentos DD 139 205, Upr. Mirkoben. Sint., 111 – 118 (1973), CA 105 (19): 170542g, DE 30 32 618, US 4.327.118 y CS 250 851 tales aditivos de alimentos preparados mediante fermentación a los cuales se han mezclado aditivos.
Por los documentos EP 0 122 163 y US 5.113.976 se conoce un procedimiento, según el cual mediante el mantenimiento de condiciones muy especiales de fermentación, se puede obtener un caldo de fermentación en bruto, que se puede secar dando un producto sólido y estable. Pero también aquí el contenido en L-lisina es de solamente 35 – 48 % en peso. Por este documento también se sabe que una deshidratación por destilación azeótropa con aceite de parafina forma productos aceptables. Pero este procedimiento es también complejo y costoso. De manera análoga se utilizó el tetraclorometano toxicológicamente problemático (documento CS 164 706).
La utilización de un secador de pulverización con lecho fluidizado integrado proporciona un grano secado por pulverización fino y poroso, pero capaz de fluir, que tiene una densidad aparente muy baja y todavía una higroscopicidad elevada. Al manipular este producto se forma una considerable cantidad de polvo.
Se vio que una granulación en capas en el lecho fluidizado era también poco apropiada, puesto que también aquí son necesarias grandes cantidades de aditivos (por norma general más de 100 % en peso), añadiéndose éstos de manera continua en el documento DD 268 856. Por ello, es en este caso en particular esencial su utilización, para unir el agua procedente del caldo de fermentación, para evitar un apelmazamiento del granulado, lo que resulta desventajoso en particular para la granulación en capas.
Se conocen otros procedimientos para la preparación de aditivos de alimentos para animales a base de caldo de fermentación por el documento de US 4.777.051, por el documento EP 0 533 039, así como por el documento EP 0 615 693.
El documento US 4.777.051 da a conocer un procedimiento de secado por pulverización con posterior etapa adicional de secado. Soluciones de triptófano o treonina con un contenido de 5 – 95 % en peso, con relación al contenido total de sólidos, se pulverizan en una primera etapa para dar un granulado semiseco con una humedad
residual de aproximadamente 10 %. A continuación, el granulado húmedo se extiende sobre un secador de banda transportadora con un fondo perforado, y se seca totalmente con aire caliente, obteniéndose un producto de aproximadamente 4 % en peso de humedad residual.
Por tanto, el secado se lleva a cabo en dos etapas, en dos aparatos diferentes, por lo que en su conjunto es caro.
El documento EP 0 533 039 también se ocupa de procedimientos para la preparación de un complemento de alimentos para animales de aminoácidos a base de caldo de fermentación, pudiéndose recuperar directamente el complemento del caldo de fermentación mediante secado por pulverización. Para ello, en una variante, se separa una parte de la biomasa antes del secado por pulverización. Mediante una realización muy pura de la fermentación, es decir mediante la obtención de un caldo de fermentación pobre en sustancias orgánicas residuales, se puede secar el caldo incluso sin la biomasa y sin coadyuvante adicional de soporte para dar un granulado manipulable.
La desventaja del proceso del documento EP 0 533 039 es, por un lado, la etapa de separación de la biomasa, y por el otro la fuerte dependencia del procedimiento de secado por pulverización del anterior proceso de fermentación. Es decir, el espectro de caldos que se pueden realmente procesar, es comparativamente limitado. Otra desventaja es que se consigue un producto con una densidad aparente relativamente baja de < 530 kg/m3 y con una higroscopicidad relativamente elevada.
El documento EP 0 615 693 resuelve este problema de nuevo mediante un procedimiento de secado en dos etapas.
Dicho documento da a conocer un procedimiento para la preparación de un aditivo de alimentos para animales a base de caldo de fermentación, en el cual el caldo de fermentación, eventualmente después de eliminar una parte de las sustancias constitutivas, se seca por pulverización para obtener un grano fino, que tiene al menos 70 % en peso un tamaño máximo de partícula de 100 μm, y porque este grano fino forma un granulado en una segunda etapa, que contiene al menos 30 % en peso el grano fino.
Además de que el procedimiento de granulación por secado es en dos etapas, la desventaja particular en este proceso, en el que la granulación mecánica es mediante herramienta de mezcladura fuertemente cizalladora, con la cual el grano fino se transforma preferiblemente en un granulado, es que solamente se puede llevar a cabo en cargas intermitentes, es decir de forma no continua. Se ha visto en la práctica que el proceso de granulación en el mezclador intenso de Eirich, que es el que preferentemente se utiliza, forma agregados sólidos. Esto causa frecuentes interrupciones (varias veces en un día) de la etapa de granulación, durante las cuales se tienen que limpiar manualmente los mezcladores de Eirich. Debido al funcionamiento en cargas intermitentes, aparecen de manera natural variaciones no deseadas del producto. El procedimiento de secado-granulación en dos etapas significa elevados costos de inversión, mantenimiento y energía, y por ello es caro. Al mismo tiempo, el procedimiento en dos etapas necesita mucho personal y es por ello desventajoso.
En vista del estado de la técnica que se ha indicado y discutido aquí, era por ello misión de la invención, desarrollar un procedimiento del tipo citado al principio, que pueda funcionar de manera continua y estacionaria, debiendo el procedimiento hacer de la manera más sencilla y económica posible la preparación de un producto lo menos higroscópico o pegajoso posible. Al mismo tiempo, el secado y la granulación se deben realizar en lo posible en una etapa, incluso con caldos de fermentación relativamente poco “limpios”. Además de ello, el procedimiento de la invención debe permitir la normalización de forma sencilla de las propiedades del aditivo de alimento para animales.
Se resuelven estas misiones y otras no indicadas con detalle mediante el objeto de la reivindicación 1. Son objeto de las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1 modificaciones ventajosas del procedimiento.
Puesto que el caldo de fermentación se granula, compacta y seca en un lecho fluidizado en una etapa, mientras que se introduce una cantidad suficiente de energía en el lecho fluidizado por medios mecánicos para la fijación de un diámetro de partícula deseado y una densidad aparente deseada, además de la energía necesaria para producir el lecho fluidizado, se consigue, entre otras cosas, preparar de manera continua como material de partida, en una única etapa de procedimiento, granulados, que cumplen las especificaciones, de aditivos de alimentos para animales, mediante la utilización, en particular, de concentrados de caldos de fermentación, tal como los que se forman en el procesado de caldos de fermentación. Es decir, para conseguir un producto que cumpla con las especificaciones no son necesarios aditivos. Sin embargo, su adición no está excluida. Así, se pueden utilizar otros aditivos habituales, como, p. ej., perlita, siempre que se conserven las características según la invención. Preferiblemente, estos aditivos adicionales se limitan por debajo de 10 % en peso en el producto final, en particular su contenido máximo es de 5 % en peso. Según la invención, se pueden utilizar también tales aditivos por debajo de 1 %. Sin embargo, es especialmente aconsejable, y se tiende en el ámbito de la invención, omitir totalmente aditivos.
Hay que indicar en particular, al utilizar el procedimiento según la invención, que la granulación-secado en lecho fluidizado se puede llevar a cabo de forma continua. De forma extremadamente sorprendente, se consigue evitar las dos etapas del procedimiento de secado-granulación según el estado de la técnica, lo que hace en particular superflua la limpieza a mano del mezclador intenso de Eirich, que se utiliza normalmente para la segunda etapa del procedimiento en dos etapas (etapa de granulación).
Además, el procedimiento según la invención también permite, de manera particularmente ventajosa, la obtención de productos con elevadas densidades aparentes, pudiéndose llevar a cabo la descarga de partículas de forma continua en una descarga clasificada, y que permanezca constante la distribución de partículas en el funcionamiento estacionario.
Las partículas producidas tienen, además, una excelente resistencia y, debido a su forma esencialmente redondeada, muestran excelentes propiedades de vertido y flujo.
Los productos obtenibles según el procedimiento de la invención tienen una humedad extremadamente baja y no son higroscópicos.
Mediante la utilización del dispositivo descrito más adelante, se posibilita un funcionamiento en continuo, no presentándose apelmazamientos ni en las paredes ni en otras partes del equipo, como boquilla, fondo cribado o compactador mecánico, de una instalación de secado-granulación en lecho fluidizado.
El secado-granulación en lecho fluidizado que se utiliza preferiblemente para llevar a cabo el procedimiento de la invención, es un método para solidificar líquidos. Para ello se produce un lecho fluidizado, lo que significa que las partículas sólidas se mantienen en suspensión en una corriente de aire o gas inerte dirigida hacia arriba. En este estado las partículas sólidas están separadas unas de otras, y son por ello accesibles para las gotas de pulverización al pulverizar otro líquido en el lecho. Además, en este estado el intercambio de calor y materia es intenso entre las partículas sólidas y la corriente de gas. El lecho fluidizado o el lecho de partículas, que debe estar presente al comienzo del secado-granulación en lecho fluidizado, se compone favorablemente de una carga de una serie anterior. Sin embargo, es igualmente posible utilizar como lecho fluidizado una sustancia que se deriva del concentrado de caldo de fermentación que se va a pulverizar. Si una partícula en suspensión del lecho de fluidización o del lecho es alcanzada por una gota de pulverización del concentrado del caldo de fermentación, se dispersa el producto líquido de la gota de pulverización sobre el sustrato sólido por dispersión. A causa del intenso intercambio de calor y materia con la corriente gaseosa circundante, se alcanza rápidamente una solidificación de la lámina de líquido por secado, cuando el producto inicial es una solución o suspensión, o por enfriamiento, cuando el producto pulverizado se funde. La partícula crece por pulverización, dispersión y solidificación múltiple. Es compacta y también casi redonda.
Se entiende, que para formar el lecho fluidizado es necesaria una cierta cantidad de energía. Esto se consigue, como ya anteriormente se ha citado, por norma general mediante una corriente de aire o de gas inerte dirigida hacia arriba, que mantiene en suspensión el lecho fluidizado o el lecho. Es entonces importante en el contexto de la invención que, además de la energía necesaria para la formación del lecho fluidizado, se introduzca en el lecho fluidizado otra energía de manera mecánica. Mediante este aporte se llega evidentemente a un proceso, que se opone al crecimiento del granulado. En el lecho fluidizado estacionario, es decir cuando se opera de manera continua un lecho fluidizado constante de material de entrada seco y granulado, pulverizándose el caldo de alimentación, y se retira de manera continua una corriente de granulado, una fina inyección hace que se forme un crecimiento de granulado compacto en capas sobre los granos del lecho fluidizado. Mediante la aportación adicional de energía mecánica en el lecho fluidizado, se consigue un crecimiento menos fuerte de granulado o una nivelación de los diámetros de las partículas. En este caso, se trata de procesos deseados que neutralizan el proceso normal de crecimiento, que no se basan en una destrucción de partículas o en un crecimiento defectuoso de partículas. En este caso fue particularmente sorprendente que, al contrario de la destrucción por desgaste, que puede aparecer en todo tipo de tamaño de partículas, no se forme ningún polvo adicional, que por aglomeración pueda dar origen a un nuevo germen. Además, la aportación de energía mecánica adicional no tiene el mismo efecto, como la rotura de partículas que aparece en condiciones normales, que puede ocurrir por ejemplo durante la colisión de partículas y/o por choque térmico cuando se pulverizan las partículas. Aunque tanto el desgaste como también la rotura de partículas pueden aparecer en la aportación adicional de energía mecánica, el efecto no parece ser desventajoso en el caso según la invención, lo que era incluso menos predecible.
En una modificación preferida del procedimiento según la invención, se observa que la energía mecánica adicional causa una elevación de la densidad aparente y una disminución del diámetro medio de grano, en comparación con un secado-granulación en lecho fluidizado, en el que no se haya introducido ninguna energía mecánica adicional. En este caso, como ya se ha indicado anteriormente, se ha de partir tanto de un desgaste como de una rotura de partículas, sin embargo se prefiere, en particular, que la energía mecánica adicional introducida actúe sobre el grano en crecimiento en el sentido de un tratamiento superficial y de compactación. Dentro del contexto de acuerdo
con la invención, por tratamiento superficial se entiende, esencialmente, la variación del tamaño de las partículas por desgaste.
El procedimiento para la preparación de un aditivo de alimentos para animales a base de caldo de fermentación se lleva a cabo de modo que la energía adicional se introduzca en el lecho fluidizado por medio de estructuras de forma plana, movibles. Puede tratarse de cuchillas, paletas, álabes, pletinas o compactadores rotatorios, que se utilizan en la cámara del lecho fluidizado. En este caso, es posible manipular de manera mecánica las cuchillas, hojas, pletinas, compactadores rotatorios o similares, y de esta manera conseguir un desmenuzado constante de los granos del granulado, de modo que las partículas del lecho fluidizado permanezcan bajo un determinado tamaño de grano. Sin embargo, son también posibles todas las demás herramientas conocidas por el experto, las cuales, por ejemplo, se pueden sumergir directamente en el lecho fluidizado. Así, es concebible el uso de tornillos rotatorios o herramientas de mezclado fuertemente cizalladoras, actuando también estas herramientas sobre el grano o granulado en el lecho fluidizado e interactuando con las partículas.
El resultado particularmente ventajoso del modo de proceder según la invención es un producto compactado, que permanece bajo un determinado tamaño de grano mediante el desmenuzado constante y el desgaste de los granos del granulado. En este caso, el límite superior del grano es una función de la incorporación de energía, relacionada con el paso de sólidos, por ejemplo mediante los compactadores, las cuchillas rotatorias o los tornillos rotatorios. Preferiblemente, el procedimiento de la invención se opera de tal manera, que el tamaño medio de las partículas del aditivo de alimentos para animales se fija en valores entre 0,1 y 1,5 mm, preferiblemente 95 % de las partículas se encuentran en el intervalo entre 0,1 y 1,5 mm de tamaño. Además, es particularmente conveniente que el tamaño de las partículas del aditivo de alimentos para animales se fije de tal manera, que 95 % de las partículas estén en el intervalo entre 0,3 y 1,5 mm. En otra variante preferida del procedimiento según la invención, el 95 % de las partículas se encuentran preferiblemente en el intervalo entre 0,3 y 1,2 mm.
Como ya se ha indicado, el resultado del procedimiento según la invención en una etapa en un único dispositivo, a partir de un caldo de fermentación que se compacta, se libera total o parcialmente de la biomasa o que puede estar en su estado original, es un producto con una excelente densidad aparente. La densidad aparente del aditivo de alimento para animales se fija preferiblemente en > 600 kg/m3. En otra modificación ventajosa del procedimiento, se puede llevar a cabo la invención de tal manera que en una única etapa se fije la densidad aparente del aditivo de alimento para animales en > 700 kg/m3.
Además, según el procedimiento de acuerdo con la invención se obtienen aditivos de alimentos para animales con excelente resistencia al desgaste del granulado. Así, es fácilmente posible, llevando a cabo el proceso de manera apropiada, fijar la resistencia al desgaste del aditivo de alimentos para animales en valores de desgaste en el intervalo de < 1,0 % en peso. De modo particularmente preferido, el procedimiento de la invención se realiza de tal forma, que la resistencia al desgaste del aditivo de alimentos para animales se ajusta a un desgaste entre 0 y 0,3 % en peso.
La obtención de tales granulados ventajosos de aditivos de alimentos para animales a base de caldo de fermentación se consigue preferiblemente con una aportación de energía mecánica adicional por tonelada de granulado en el intervalo de 8 a 20 kWh/t. De manera particularmente preferida, la aportación adicional de energía mecánica, determinada como aportación específica de energía por tonelada de granulado, está en el intervalo entre 12 y 16 kWh/t.
Como ya se ha mencionado anteriormente, se pueden obtener los aditivos de alimentos para animales según el procedimiento de la invención por pulverización de caldos de fermentación en instalaciones de secado-granulación en lechos fluidizados, pudiendo estar el caldo de fermentación, que se debe pulverizar, compactado, parcial o totalmente libre de la biomasa o en su estado original, es decir sin tratar. El caldo de fermentación o el concentrado que también se va a pulverizar según la invención, se obtienen según procedimientos conocidos. Para el aditivo de alimentos para animales según la invención se utilizan caldos de fermentación como base, que contengan lisina como producto de fermentación.
Los aditivos de alimentos para animales obtenibles según la invención a base de caldo de fermentación tienen, en el caso de un aditivo de aminoácido, por ejemplo la siguiente composición de la masa seca:
Aminoácido complementario libre 40 - 90 % en peso Proteínas máximo 0,5 – 20 % en peso Ácido carboxílico con menos de 8 átomos de C máximo 13 % en peso Azúcar total máximo 10 % en peso Grasas y aceites máximo 6 % en peso Sustancias minerales máximo 3 -30 % en peso
Este producto contiene preferiblemente todas las sustancias constitutivas del caldo de fermentación.
Preferiblemente, según la invención se obtienen aditivos de alimentos para animales, en los cuales los componentes se encuentran dentro de los siguientes intervalos indicados a continuación:
Proteínas 10 – 16 % en peso Ácido carboxílico con menos de 8 átomos de C máximo 8 % en peso Azúcar total 2 - 10 % en peso Sustancias minerales 5 - 25 % en peso
Los productos accesibles según la invención contienen generalmente un contenido en agua residual de aproximadamente 0,1 % en peso. Para evitar el apelmazamiento, no se debería sobrepasar el contenido en agua de 5 % en peso, pero como máximo un 10 % en peso.
Se calcula el contenido en proteínas a partir del contenido en nitrógeno total menos el contenido en nitrógeno inorgánico menos el contenido en aminoácidos libres y multiplicación del valor obtenido por 6,25 ((N total % - N inorgánico % -N de AA %) x 6,25). Se determina el contenido en nitrógeno total mediante digestión según Keldal (procedimiento normalizado), se determina el contenido en nitrógeno inorgánico (amonio menos contenido), p. ej. por colorimetría, titulación o potenciometría, se determina el contenido en nitrógeno de los aminoácidos libres mediante determinación cuantitativa de los aminoácidos libres (analizador de aminoácidos (ASA, por sus siglas en alemán)) con cálculo posterior del contenido en N. Como sustancias minerales se designa el total de todos los cationes y aniones inorgánicos.
El contenido en proteínas en los granulados accesibles según la invención se encuentra generalmente entre 0,5 y 20 % en peso, utilizándose las proteínas según la invención también para elevar la estabilidad del granulado. Por ello, es deseable un límite inferior de 0,5 % en peso, se obtienen granulados particularmente favorables con contenidos elevados en proteínas entre 8 y 18 % en peso y, en particular, a partir de por encima de 10 % en peso.
Los aditivos accesibles según la invención contienen generalmente hasta 20 % en peso de biomasa de fermentación.
En la preparación de lisina con derivados de Corynebacterium glutamicum o Escherichia coli K12 , el contenido en aminoácidos se halla, por norma general, algo más bajo.
Preferiblemente, el aditivo que se obtiene según la invención contiene predominantemente sólo un componente, el aminoácido lisina, como principio activo. Tal aditivo se puede administrar de forma dosificada universalmente a cualquier alimento o mezclas iniciales, de acuerdo con su contenido en principio activo. Sin embargo, en el caso de mezclas definidas de alimentos, puede ser también conveniente, que varios componentes, en particular aminoácidos, estén presentes en el aditivo en una relación determinada entre ellos, de tal manera que sólo con un aditivo se alcance el enriquecimiento deseado. La relación de estos principios activos se puede obtener, por ejemplo, mediante la mezcla de varios caldos de fermentación o aditivos, así como también mediante dosificación ventajosa de pequeñas cantidades de principios activos puros, p. ej., aminoácidos. Además de un único principio activo, o varios principios activos definidos o contenidos en cantidades controladas en el aditivo, debería de haber los menos posibles de otros principios activos no definidos o principios activos no apropiados como complemento.
Los caldos de fermentación utilizados tienen generalmente un contenido en sólidos de 7,5 a 26 % en peso y, en el caso de aminoácidos como principio activo, contienen a éstos en 1 a 20 % en peso. En el caso de aminoácidos, los procesos de fermentación en los cuales el aminoácido está presente en una cantidad de al menos 40 % en peso en la masa seca después de que la fermentación ha terminado son particularmente ventajosos. Es también ventajoso, cuando la fermentación se realiza con límite en azúcares, al menos al final, pero ventajosamente después de al menos el 30 % de la duración de la fermentación, es decir, que la concentración en azúcar utilizable en el medio de fermentación se mantenga o se disminuya hasta un máximo de 0,3 % en peso.
Los caldos de fermentación para complementos de aminoácidos se preparan ventajosamente de tal manera que se cultiva un microorganismo que produce al menos un aminoácido en un medio de fermentación, que contiene al menos una fuente de carbono, al menos una fuente de nitrógeno, sales minerales y elementos traza, llevándose a cabo la fermentación de tal forma que, al final, se obtiene un caldo de fermentación en bruto con un contenido en azúcar utilizable de máximo 4 g/l y, en particular, con un contenido en sólidos de 7,5 a 26 % en peso, un contenido en aminoácidos de 1 a 20 % en peso, ventajosamente de 4 a 10,5 % en peso, y un contenido en azúcar de máximo 2,6 % en peso.
Utilizando microorganismos apropiados se cultiva ventajosamente la fermentación de tal manera, que la masa seca del caldo de fermentación contiene un máximo de 15 % en peso de proteínas y, en particular, al menos 40 %
en peso de aminoácidos, un máximo de 8 % en peso en ácidos carboxílicos con menos de 8 átomos de C, un máximo de 10 % en peso en azúcar total, un máximo de 5 % en peso de grasas y aceites y un máximo de 5 a 39 % en peso de sustancias minerales. Hacia el final de la fermentación se fija el contenido en azúcar utilizable en un máximo de 1 g/l, es decir no se añade más azúcar, y se interrumpe la fermentación cuando se alcanza o sobrepasa este valor.
Para elevar el contenido en aminoácidos en la masa seca, o para normalizar la masa seca en un determinado contenido en aminoácidos o para disminuir el contenido en proteínas de la masa seca, se puede retirar la biomasa y eventualmente otras sustancias por técnicas de separación mecánicas y dejando las proporciones predominantes de los componentes restantes del caldo de fermentación, preferiblemente después de terminar la fermentación.
Si no hay que separar biomasa, la fermentación se debe realizar, ventajosamente, de tal manera que se produzca la menor biomasa posible, debiéndose consumir las sustancias extra añadidas todo lo más que se pueda al final. Se describe una fermentación de este tipo, p. ej., en el documento DE-A 41 30 867, Ejemplo 3. De manera ventajosa la fermentación se realiza de tal manera, que al menos 30 %, preferiblemente por encima de 70 %, del tiempo de fermentación la concentración en azúcar utilizable en el caldo de fermentación sea a lo sumo 0,3 % en peso.
Como microorganismos productores de aminoácidos se utilizaron para lisina, preferiblemente, mutantes apropiados de la especie Corynebacterium o Brevibacterium, p. ej., de la cepa depositada con el número DSM 5715 y que se puede obtener de la Colección Alemana de Microorganismos.
Como fuente de carbono se utilizan preferiblemente hidrolizados de almidón (glucosa) o sacarosa. También una pequeña proporción puede proceder de remolacha azucarera o de melaza de caña de azúcar.
Esta proporción no debería sobrepasar el 5 % de la fuente del carbono total ( = 10 % en peso de melaza con respecto al total de fuente de carbono).
Como fuente de nitrógeno sirven, además de amoníaco o sulfato amónico, hidrolizados de sustancias que contienen proteínas, como gluten de maíz, harina de soja o la biomasa de una tanda anterior o, por ejemplo, líquido de fermentación de maíz o peptona de pescado.
La temperatura de fermentación se sitúa convenientemente entre 30 y 40ºC, el valor del pH del medio de fermentación entre 6,0 y 8,0. La duración de la fermentación es, por lo general, como máximo de 100 h.
Después del final de la fermentación, los microorganismos se pueden exterminar térmicamente o por otros procedimientos, p. ej. mediante la adición de un ácido mineral, tal como ácido sulfúrico.
Seguidamente, se separa eventualmente la biomasa (parcialmente) según procedimientos conocidos, tales como separación, decantación, una combinación de separación y decantación, ultrafiltración o microfiltración.
A continuación, el caldo de fermentación se concentra por procedimientos conocidos, p. ej. en un evaporador de capa fina o de película descendente, para dar un concentrado inicial con contenido en sólidos de 30 a 60 % en peso. Seguidamente, este concentrado inicial se puede también someter directamente, como el caldo de fermentación, al procedimiento según la invención de secado-granulación en lecho fluidizado.
En tanto se desee una normalización del alimento para animales según la invención con respecto al contenido en aminoácidos, esto se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante una elección correspondiente de la cantidad de biomasa residual y/o mezclado apropiado de los concentrados iniciales y/o de los caldos de fermentación. De acuerdo con esto, los caldos sin biomasa o con biomasa reducida se pueden mezclar también con caldos originales para la normalización. Otra posibilidad es la adición de pequeñas cantidades de aditivos inocuos que cumplen las leyes de alimentación, como salvado de trigo, harina integral de maíz o perlita.
Los aditivos de alimentos para animales obtenibles según el procedimiento de la invención, es decir, productos del procedimiento, se utilizan para complementar o preparar un alimento para animales o mezclas iniciales para alimentos para animales.
A continuación se describirá un dispositivo, que está especialmente adaptado al procedimiento según la invención. Se trata en este caso de un dispositivo para la preparación de un aditivo de alimentos para animales a base de caldos de fermentación, que tiene un secador de granulación en lecho fluidizado con una cámara de secado, que es atravesada de abajo hacia arriba por una corriente de aire caliente, colocándose en la cámara de secado un fondo distribuidor de gas, sobre el cual se encuentra en funcionamiento producto seco en estado fluidizado, caracterizándose el dispositivo porque se dispone en la zona de lecho fluidizado un grupo regulable separado para
introducir energía mecánica adicional en el lecho fluidizado.
En el caso del grupo regulable se trata, en una forma de realización preferida, de compactadores operados mecánica o electricamente, que llevan superficies, paletas o cuchillas rotatorias. El grupo regulable se debe disponer en esta caso de manera que pueda interactuar con la superficie de las partículas que forman el lecho fluidizado. Es suficiente que durante la operación del lecho fluidizado (con corriente entrante de aire) sea posible un contacto de las partículas con el grupo regulable. Sin embargo, es preferible que las superficies, paletas o cuchillas del grupo regulable se sumerjan totalmente en el lecho fluidizado. En este estado, se obtiene una entrada de energía particularmente favorable mediante el grupo regulable.
A continuación, se discutirá con más detalle la invención con referencia a las figuras anexas, así como a los ejemplos de realización que sirven como aclaración:
En las figuras se muestra
Fig. 1 una representación esquemática de una instalación de secado-granulación en lecho fluidizado en sección transversal;
Fig. 2 una representación ampliada en sección transversal del detalle “A” de la Figura 1; y
Fig. 3: un corte de la Figura 2 a lo largo de la línea B-B.
En la Fig. 1 el número de referencia 1 indica el dispositivo de secado-granulación en lecho fluidizado. Éste tiene una cámara de lecho fluidizado 2, que es apropiada para la recogida de partículas 3 en el lecho fluidizado 3. En el ejemplo mostrado, en el caso de la cámara 2 de lecho fluidizado se trata de una cámara cilíndrica de secado, que es atravesada de abajo hacia arriba a través del fondo cribado 6 por aire caliente. Por encima del fondo redondo 6 del distribuidor de gas se encuentra el producto seco 3 en estado fluidizado en la zona del lecho fluidizado, que se indica en el presente ejemplo mediante las partículas. Con el número 7 se designa una boquilla de dos componentes, que está incorporada lateralmente en la pared del secador. A partir de aquí se realiza la pulverización de los materiales de partida (caldos de fermentación) directamente en el lecho fluidizado. Con el número 4 se designa un grupo regulable de compactación, que tiene un accionamiento M, así como grupos representados con detalle en las Figs. 2 ó 3. En la Fig. 1 se reconoce la cabeza de paletas 5, que se sumerge totalmente en el lecho fluidizado 3. Por debajo del fondo cribado 6 hay un tubo clasificador 8 unido a la cámara 2 de lecho fluidizado y sirve para alimentar aire clasificador, así como para la salida del producto a través de la esclusa de salida 9. Finalmente se prevé también una salida de polvo en la instalación de secado-granulación de lecho fluidizado 1, para que salga el polvo fino que se forma, junto con el aire, fuera del secador 1, se separa en un ciclón externo y se recicla al lecho fluidizado mediante el conducto de reciclado de polvo.
Lo que mejor se reconoce en la Figura 2 es el detalle A de la Figura 1, es decir la cabeza de paletas 5. Ésta se compone de cuatro pletinas colocadas en cruz entre sí, que están colocadas en un eje rotatorio, uniéndose el eje con el accionamiento motriz M de forma regulable.
El dispositivo mostrado funciona de la siguiente manera: el caldo de fermentación espesado, o en bruto no espesado, se introduce mediante la boquilla de dos componentes en el lecho fluidizado, utilizándose aire u otro gas
o mezcla gaseosa como propelente. El lecho fluidizado es hecho funcionar de manera estacionaria, llenándose el lecho fluidizado con un material apropiado para la primera vez del granulador. Después de la fluidización de este material con aire caliente y del calentamiento de la cámara de secado aislada, ya se puede introducir el caldo de fermentación que se quiera o el concentrado obtenido por espesamiento de éste. La capa de fluidización funciona de manera estacionaria, siendo en particular éste el caso, cuando se hace funcionar, en un lecho fluidizado aproximadamente constante a partir de material de entrada seco y granulado, introduciéndose de manera continua el caldo de alimentación y retirándose o expulsándose de forma continua una corriente de granulado por el tubo clasificador y la esclusa de salida. La alimentación fina conduce a un crecimiento de granulado compacto con forma de capas sobre los granos en el lecho fluidizado.
En el lecho fluidizado se consigue una compactación constante de los granos del granulado mediante el compactador, de tal manera que las partículas permanecen en una densidad de partículas predeterminada. El límite superior del grano es también aquí una función de la entrada de energía del compactador en relación con el paso de sólidos. Un proceso de clasificación por medio de una corriente separada de aire clasificador consigue que solamente salgan partículas del tamaño deseado de grano de aproximadamente 500 μm. Por tanto, la combinación de compactador y clasificador da un espectro de grano muy limitado y una elevada densidad aparente del producto final. Se enfría un poco el producto final a la salida y seguidamente se puede empaquetar en sacos directamente después de una criba de control.
Preparación del caldo de fermentación y del concentrado de fermentación Se disponen en un recipiente de fermentación de 50 m3 con agitador y sistema de aireación 16.760 kg de solución estéril con la siguiente composición:
- Agua
- 15.600 kg
- Melaza
- 100 kg
- Sacarosa
- 220 kg
- Líquido de fermentación de maíz
- 250 kg
- Sulfato amónico
- 570 kg
- Sales minerales y elementos traza
- 20 kg
y se fija con una solución de amoníaco un valor de pH de 6,9.
Se añaden a esta solución 3200 kg de un inóculo de Corynebacterium glutamicum cultivado por separado en un recipiente de fermentación.
10 En el espacio de 48 h se añaden dosificadamente a 33 hasta 35ºC soluciones estériles de sacarosa y sulfato amónico.
Durante todo el periodo de fermentación se mantiene el valor del pH mediante solución de amoníaco entre 6,5 y 15 7,0. La tasa de aireación se fija en 0,5 a 0,7 vvm.
Las cantidades totales de medios utilizados para esta fermentación en un fermentador de 50 m3 tienen la siguiente composición media:
- Agua
- 20.400 kg
- Melaza
- 400 kg
- Sacarosa
- 8.900 kg
- Líquido de fermentación de maíz
- 290 kg
- Sulfato amónico
- 1.220 kg
- Amoníaco al 25 %
- 2.220 kg
- Sales minerales y elementos traza
- 65 kg
20 Al final del periodo de fermentación se obtienen aproximadamente 33,5 t de un caldo de fermentación en bruto con un contenido en sólidos de aproximadamente 6000 kg y un contenido en base de L-lisina de aproximadamente 2900 kg a 3200 kg.
25 El caldo de fermentación se espesa en un evaporador de lámina descendente a presión reducida hasta un contenido en sólidos de aproximadamente 50 % en peso.
Se describe la granulación de estos concentrados en los Ejemplos 1 a 4.
30 Por supuesto que para el procedimiento de la invención se puede utilizar cualquier otro caldo de fermentación o su concentrado. A modo de ejemplo se citan los caldos de fermentación que se describen en la memoria de patente europea EP 0 533 039 o en las solicitudes de patente europea EP 0 532 867 y EP 0615 693.
Ejemplo 1:
35 Como sustancia de partida se utiliza un concentrado de fermentación procedente de la producción actual según la anterior receta normalizada para la preparación de Biolys 60. El concentrado posee un contenido en agua de aproximadamente 53 %, un contenido en base de L-lisina de aproximadamente 24 %, un contenido en azúcar de aproximadamente 1 %, un contenido en biomasa de aproximadamente 10 % y el resto son otros productos
40 secundarios de la fermentación y sustancias minerales.
En una instalación de secado-granulación de lecho fluidizado, provista de un fondo distribuidor de aproximadamente 400 mm de diámetro y un compactador de dos aletas integrado en el lecho fluidizado de 150 mm de diámetro, se dispusieron 30 kg de granulado de Biolys 60 como carga inicial. El compactador se hizo
45 funcionar con una velocidad circular de 20 m/s. El lecho fluidizado se activó con aire caliente a aproximadamente 210ºC como agente de desecación y fluidización y se pulverizaron de forma continua, mediante una boquilla de dos componentes, aproximadamente 60 kg/h de concentrado de fermentación de lisina con la composición anterior. Después de aproximadamente 4 – 5 horas se alcanzó en estado estacionario de funcionamiento, pudiéndose extraer de manera continua un granulado con los siguientes parámetros del producto.
Parámetros del producto de un granulado de Biolys obtenido de manera estacionaria
Humedad: aproximadamente 3 %
Densidad aparente: 690 kg/m3
Densidad en estado apisonado: 710 kg/m3
5 Distribución del tamaño de partículas: 10 % < 900 μm
50 % < 1200 μm
90 % < 1550 μm
Desgaste*: 0,2 %
Resistencia a la rotura de las partículas: 2,5 – 7 N
*Friabilizador Erweka, 50 g, 20 min, 20 r. p. m. , 400 μm de poro
Ejemplo 2:
15 El material de partida de la granulación es un concentrado de fermentación procedente de la producción actual según la anterior fórmula para la preparación de Biolys 60. El concentrado posee un contenido en agua de aproximadamente 51 %, un contenido en base de L-lisina de aproximadamente 26 %, un contenido en azúcar de aproximadamente 1 %, un contenido en biomasa de aproximadamente 10 % y el resto de otros productos secundarios de la fermentación y sustancias minerales.
20 En una instalación de secado-granulación en lecho fluidizado, provista de fondo distribuidor de 400 mm de diámetro y un espesador con un accionamiento de 5,5 kW integrado en el lecho fluidizado, se colocaron 40 kg de granulado de Biolys 60 como carga inicial. El compactador de cuatro paletas se hizo funcionar con una velocidad circular de 31 m/s. La potencia de entrada del compactador en el lecho fluidizado era de 490 W. El lecho fluidizado
25 se activó con aire caliente a aproximadamente 220ºC como agente de desecación y fluidización y se pulverizó de forma continua, mediante una boquilla de dos componentes, el concentrado de la fermentación de lisina con la composición anterior. En estado estacionario de funcionamiento, se formaron y extrajeron aproximadamente 37 kg/h de granulado de manera continua con los siguientes parámetros del producto.
30 Parámetros del producto de un granulado de Biolys obtenido de manera estacionaria:
Humedad: 1,0 %
Densidad aparente: 737 kg/m3
Densidad en estado apisonado: 756 kg/m3
35 Distribución del tamaño de partículas: 10 % < 390 μm 50 % < 600 μm 90 % < 980 μm 95 % < 1120 μm Desgaste*: 0,04 %
*Friabilizador Erweka, 50 g, 20 min, 20 r. p. m. , 45 μm de poro
Ejemplo 3:
45 El material de partida de la granulación es un concentrado de fermentación procedente de la producción de Biolys 60 según la anterior fórmula. El concentrado posee un contenido en agua de aproximadamente 54 %, un contenido en base de L-lisina de aproximadamente 24 %, un contenido en azúcar de aproximadamente 1 %, un contenido en biomasa de aproximadamente 10 % y el resto de otros productos secundarios de la fermentación y sustancias minerales.
50 La instalación de secado-granulación en lecho fluidizado con fondo distribuidor de 400 mm de diámetro y un compactador de cuatro paletas integrado con una velocidad circular de 31 m/s y una potencia de entrada de 490 W se activó con aire caliente a aproximadamente 250ºC como agente de desecación y fluidización. Se pulverizó, mediante una boquilla de dos componentes, el concentrado de la fermentación de lisina con la composición
55 anterior. En estado estacionario de funcionamiento, se formaron y extrajeron aproximadamente 47 kg/h de granulado de manera continua con los siguientes parámetros del producto.
Parámetros del producto del granulado de Biolys obtenido de manera estacionaria:
60 Humedad: 1,3 % Densidad aparente: 718 kg/m3 Densidad en estado apisonado 747 kg/m3 Distribución del tamaño de partículas: 10 % < 830 μm 50 % < 1.090 μm
90 % < 1.360 μm
Desgaste*: 0,14 %
*Friabilizador Erweka, 50 g, 20 min, 20 r. p. m. , 45 μm de poro
Ejemplo 4:
El material de partida de la granulación es una mezcla de concentrado de fermentación procedente de la producción de Biolys 60 según la anterior fórmula y sacarosa como agente de normalización. Se mezcló con el
10 concentrado sacarosa cristalina y se agitó durante el tiempo necesario para que se disolviera completamente la sacarosa. Este concentrado posee un contenido en agua de 50 %, un contenido en base de L-lisina de 24 %, un contenido en azúcar más sacarosa de aproximadamente 2,7 %, un contenido en biomasa de aproximadamente 10 % y el resto de otros productos secundarios de la fermentación y sustancias minerales.
15 La instalación de secado-granulación en lecho fluidizado con fondo distribuidor de 400 mm y un espesador de cuatro aletas integrado con una velocidad circular de 31 m/s y una potencia de entrada de 490 W se activó con aire caliente a aproximadamente 220ºC como agente de desecación y fluidización. Se pulverizó mediante una boquilla de dos componentes el concentrado de la fermentación de lisina con la composición anterior. En estado estacionario de funcionamiento, se formaron y extrajeron aproximadamente 38 kg/h de granulado de manera
20 continua con los siguientes parámetros del producto.
Parámetros del producto del granulado de Biolys obtenido de manera estacionaria:
Humedad: 1,3 %
25 Densidad aparente: 725 kg/m3 Densidad en estado apisonado: 749 kg/m3 Distribución del tamaño de partículas: 10 % < 420 μm 50 % < 640 μm 90 % < 1000 μm
30 Desgaste*: 0,10 %
*Friabilizador Erweka, 50 g, 20 min, 20 r. p. m. , 45 μm de poro
Ejemplo 5:
35 El material de partida de la granulación es un caldo de fermentación concentrado según el Ejemplo 2 de la solicitud de patente europea EP 0 615 693. El concentrado posee un contenido en agua de aproximadamente 53 %. Después de la granulación se determinó la siguiente composición:
- Base de L-lisina
- 52 % en peso
- Otros α-aminoácidos
- 3 % en peso
- Proteínas
- 9 % en peso
- Ácidos carboxílicos con menos de 8 átomos de C
- 7 % en peso
- Azúcar
- 2 % en peso
- Grasas y aceites
- 3 % en peso
- Sustancias minerales
- 21 % en peso
- Agua
- 1,3 % en peso
40 En una instalación de secado-granulación en lecho fluidizado, provista de un fondo distribuidor de 400 mm de diámetro y un compactador con un accionamiento de 5,5 kW integrado en el lecho fluidizado, se dispusieron 40 kg de granulado como caraga inicial. El compactador de cuatro paletas se hizo funcionar con una velocidad circular de 31 m/s. La potencia de entrada del compactador en el lecho fluidizado era de 490 W. El lecho fluidizado se
45 activó con aire caliente a aproximadamente 220ºC como agente de desecación y fluidización y se pulverizó de forma continua, mediante una boquilla de dos componentes, el concentrado de la fermentación de lisina con la composición anterior. En estado estacionario de funcionamiento, se formaron y extrajeron aproximadamente 35 kg/h de granulado de manera continua con los siguientes parámetros del producto.
50 Parámetros del producto del granulado de Biolys obtenido de manera estacionaria:
Humedad: 1,3 %
Densidad aparente: 729 kg/m3
Densidad en estado apisonado: 756 kg/m3
55 Distribución del tamaño de partículas: 10 % < 550 μm 50 % < 740 μm
90 % < 990 μm
Desgaste*: 0,15 % *Friabilizador Erweka, 50 g, 20 min, 20 r. p. m. , 45 μm de poro
Claims (7)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la preparación de un aditivo de alimentos para animales a base de caldo de fermentación, conteniendo el aditivo como producto de fermentación lisina y las demás sustancias constitutivas5 del caldo de fermentación total o en su mayor parte, caracterizado por que el caldo de fermentación se granula, compacta y seca en un lecho fluidizado en una etapa, introduciéndose por vía mecánica en el lecho fluidizado una cantidad de energía suficiente para la regulación del diámetro de grano deseado y de una densidad aparente deseada, además de la energía necesaria para la formación del lecho fluidizado, introduciéndose la energía adicional mediante estructuras planas móviles.
-
- 2.
- Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la energía mecánica adicional provoca un aumento de la densidad aparente y una disminución del diámetro medio de grano, en comparación con un secado por granulación de lecho fluidizado, en el que no se introduce ninguna energía mecánica adicional.
-
- 3.
- Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la energía mecánica adicional introducida actúa en el sentido de un tratamiento de superficie y compactación sobre el gránulo que se forma.
20 4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se utilizan paletas, álabes o pletinas rotatorias en la cámara del lecho fluidizado. - 5. Procedimiento según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado por que el tamaño medio de partícula del aditivo de alimentos para animales se fija en valores entre 0,1 y 1,5 mm.
- 6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que el tamaño de las partículas del aditivo del alimento para animales se fija de manera que el 95 % de las partículas se encuentra en el intervalo entre 0,1 y 1,5 mm.30 7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que el 95 % de las partículas están en el intervalo entre 0,3 y 1,2 mm.
- 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la densidad aparente del aditivo de alimentos para animales se fija en > 600 kg/m3.
- 9. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que la densidad aparente del aditivo de alimentos para animales se fija en > 700 kg/m3.
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