NO143366B - Fremgangsmaate for biologisk ensilering av vegetabilske og/eller animalske materialer - Google Patents

Description

Foreliggende o<p>pfinnelse vedrører en fremgangsmåte for bio-

logisk ensilering av vegetabilske og/eller animalske materialer ved anvendelse av melkesyredannende bakterier, hvor karbohydratmaterialer, som kan omdannes til melkesyre og melkesyredannende bakterier, tilsettes til utgangsmaterialene som skal ensileres, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at det til de nevnte utgangsmaterialer tilsettes

A) melkesyredannende, syretolerante bakterier, selektivt

isolert fra naturlig forekommende bakterier av arten Streptococcus faecalis ved gjentatt dyrking i et medium med

en pH-verdi på 4-4,7, foretrukket 4,5, og minst et av de følgende materialer:

B) 1-12 vektprosent, beregnet på utgangsmaterialet av forgjærbare karbohydrater; eller C) 1-12 vekt<p>rosent, beregnet på utgangsmaterialet av stivelsesholdige materialer,

og dersom. C) tilsettes, tilsetter ytterligere enten

D) materialer som nedbryter stivelse til forgjærbare karbohydrater, eller

E) melkesyredannende, stivelsesnedbrytende bakterier, selektivt isolert fra natulig forekommende bakterier av slektene Streptococcus og Leuconostoc, spesielt Streptococcus lactis og Leuconostoc mesenteroides, ved gjentatt dyrking i et medium som inneholder stivelse som eneste vesentlige karbonkilde,

og eventuelt, hvis det ensilerte produkt skal oppbevares i noe lengre tid, F) stavformede bakterier av arten Lactobacillus plantarum for i denne tid å opprettholde et høyt innhold av melkesyre.

Det er kjent å oppbevare forskjellige typer av vegetabilske og animalske produkter, hovedsakelig bestemt for anvendelse som næringsmidler, ved hjelp av biologisk ensilering. Dette betyr en gjæring til melkesyre av karbohydrater inkludert i eller tilsatt til materialene ved hjelp av melkesyredannende bakterier. Ved dannelsen av melkesyren oppnås en ned-settelse av pH og dette har en konserverende virkning. Et lavt redoks-potensial oppnås også, som forhindrer oksyderende nedbrytningsprosesser som f.eks. harskning. Den biologiske ensilering er blitt mer og mer anvendt for utnyttelse av matvarer og forstoffer, som ellers ville ha vært ansett som avfall og uegnet for utnyttelse. Dette er selvfølgelig av stor betydning på bakgrunn av faren for global matmangel.

Ved den biologiske ensilering kreves et passende vekstmiljø for de mikroorganismer som danner melkesyren. Ved tidligere kjente prosesser har det vært nødvendig å ha en tilstrekkelig mengde karbohydrater (sukkerarter) tilstede, som kan forgjæres ved hjelp av mikroorganismene, eller det har vært nødvendig å tilsette stivelsesnedbrytende enzymer eller materialer,

som f.eks. malt, for å omdanne tilstedeværende stivelse til forgjærbare karbohydrater. Slike tilsetningsmidler har vært nødvendige i forholdsvis store menger, normalt, mer enn 20% av det stivelsesholdige material.

Ved ensilering er det meget ønskelig at et tilstrekkelig høyt melkesyreinnhold oppnås hurtig i ensileringsproduktet slik at konkurerende forråtnelses-reaksjoner ikke kan gå for langt.

Dette krever at bakterier er tilgjengelige i ensileringsproduktet av en type som kan vokse hurtig ved de lave pH-verdier som oppstår i ensileringsproduktet. I tidligere kjente ensilerings-prosesser som ovenfor nevnt, har imidlertid bare slike bakterier vært anvendt, som har vært tilstede fra begynnelsen i utgangsmaterialet eller tilsetningsmidlet. Ved variasjoner i typen av utgangsmaterial og tilsetningsmiddel og også ved hjelp av geografiske og årstids-messige: variasjoner av ett og det samme material, har det imidlertid opptrått variasjoner i løpet av gjæringen slik at ensileringsprodukter med varierende kvalitet er blitt oppnådd. For å oppnå en optimal og reproduserbar ensileringsprosess ville det derfor være meget ønskelig å ha tilgang til bakterier med egenskaper bestemt for ensilering.

På denne måte ville det være mulig å styre ensileringsprosessen

i eh ønsket retning og også tilpasse den for forskjellige typer av utgangsmaterialer.

Da imidlertid forgjærbare sukkerarter såvel som enzymer og

malt er relativt dyre, er det også ofte ønskelig å komme frem til en biologisk ensileringsprosess som kan gjennomføres uten tilsetning av disse dyre materialer. Dette ville være mulig hvis det kunne finnes bakterier som danner melkesyre og som var i stand til å omdanne de billige typer av stivelse til melkesyre. I henhold til tidligere kjent litteratur er der imidlertid ikke funnet bakterier med slike egenskaper.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på den erkjennelse at

det ved selektiv dyrking er blitt mulig å fremstille en bakteriestamme som er i stand til å forgjære sukkerarter til melkesyre"^ ved en lav pH, såvel som en bakteriestamme som er i stand til å nedbryte stivelse til forgjærbare sukkerarter. Den førstnevnte av disse stammer eller begge tilsettes til utgangsmaterialet som skal ensileres.

I de tilfeller hvor forgjærbare sukkerarter i utgangsmaterialet eller tilsetningsmidlet er tilstede i en tilstrekkelig mengde,

er det tilstrekkelig å tilsette bare den bakteriestamme som er aktiv ved en lav pH. En omdannelse til melkesyre oppnås da,

idet denne er hurtigere og går lenger enn ved tidligere kjente prosesser.

I de tilfeller hvor forajærbare sukkerarter ikke er tilstede overhodet eller bare i en utilstrekkelig mengde i utgangsmaterialet eller tilsetningsmidlet, er det nødvendig også å tilsette bakterier av den stivelsesnedbrytende stamme, da en tilsetning bare av stammen som er aktiv ved en lav pH ville resultere i en forgjæring som går for sakte. Det er selvsagt at stivelsesholdige karbohydratmaterialer må være tilstede i dette tilfelle.

Ved utvelgelsen av de to typer av bakterier, tas to prøver

fra en foregående biologisk ensilering, og en av dem dyrkes gjentatte ganger i et substrat med en pH som nedsettes til 4-4,7, foretrukket 4,5, og den andre dyrkes gjentatte ganger i et substrat inneholdende stivelse som eneste karbonkilde. Stammene utvalgt på denne måte kan så dyrkes i større målestokk

på et tilsvarende substrat og utvinnes, f.eks. ved hjelp av frysetørking, for å blandes med en bærersubstans, f.eks. korn i form av klumper, til eti konsentrat, som etter ytterligere fortynning tilsettes til utgangsmaterialet for ensileringsprosessen.

I henhold til det foregående tilsettes karbohydrater til utgangsmaterialet for ensileringsprosessen, idet karbohydratene kan metaboliseres til melkesyre ved hj"elp av de tilsatte bakterier. Disse karbohydrater kan bestå av forskjellige fitivelsesholdige materialer, foretrukket kornprodukter, f.eks. korn i form av klumper, som fordelaktig kan til settes i form av et fortynningsmiddel for bakteriekonsentratet. Som antydet ovenfor kreves ingen tilsetning av for<q>jærbare sukkerarter eller stivelsesnedbrytende faktorer i tilfellet når begge typer bakterier anvendes, men det kan være fordelaktig å tilsette slike materialer i mindre mengder, da dette vil igangsette forgjæringen til melkesyre hurtigere. Dette gjelder spesielt når man ensilerer animalske materialer, mens det ikke er nødvendig for visse vegetabilske materialer, som ogsa fra begynnelsen inneholder forqjærbare sukkerarter. Det kan også være fordelaktig å

tilsette små mengder malt, da dette inneholder begge de biofaktorer som fremmer utviklingen av bakteriene, og stivelsesnedbrytende enzymer. Maltprodukter som spalter stivelse kan også tilsettes, som f.eks. diastase, og videre kan også andre stivelsesnedbrytende materialer anvendes,

som f.eks. stivelsesnedbrytende gjær eller andre sopparter.

Samlet skal således den syre-tålende bakterie alltid vare

tilstede for å garantere at en gjæring til melkesyre hurtig igangsettes og fortsetter til en lav pH-verdi i ensilerings^ produktet. For å tilveiebringe det material som skal forgjæres av den syretolerante bakterie foreligger det imidlertid forskjellige muligheter. Således kan det material som skal ensileres i seg selv inneholde en tilstrekkelig mengde forgjærbare sukkerarter, eller slike sukkerarter kan tilsettes til materialet. Videre kan materialet inneholde stivelse eller kan blandes med stivelse. I dette tilfelle må det tilveiebringes midler for å bryte ned stivelsen til forgjærbare sukkerarter, og disse kan bestå av malt, som inneholder stivelsesnedbrytende enzymer, som f.eks. diastase, eller av disse eller andre stivelsesnedbrytende enzymer i en renset form. Videre kan andre stivelsesnedbrytende materialer tilsettes, som f.eks. stivelsesnedbrytende gjærarter eller andre sopptyper. Endelig kan den stivelsesnedbrytende bakterie valgt i samsvar med den foreliggende oppfinnelse anvendes. Det er selvsagt at ett eller flere av disse materialer kan anvendes sammen med andre materialer. Den viktige betingelse er at en gjæring til melkesyre og en lav pH-verdi i ensileringsproduktet må etableres hurtig, slik at konkurerende gjærings-prosesser og andre reaksjoner undertrykkes.

Hvis det er hensikten at ensileringsproduktet skal konserveres i lang tid, bør stavformede bakterier av stammen

Lactobacillus plantarum også tilsettes til utgangs-

materialet eller tilsetningsmidlet. Disse bakterier vokser mer sakte i ensileringsproduktet enn de ovennevnte bakteriestammer, men er tolerante for en lav pH, og har derfor en gunstig innvirkning på

opprettholdelsen av et høyt Innhold av melkesyre under lange konserveringstider.

Materialet som ensileres i samsvar med oppfinnelsen kan bestå av et animalsk material, som f.eks. forskjellige typer av kjøtt og fisk og avfallsprodukter derav, som f.eks. blod, kjøtt-avskjaer, fiske^avfall, etc. eller av vegetabilsk material, som f.eks. forskjellige grønnfor som gress, kløver, alfalfa og topper av sukker-roer, eller industriavfall som f.eks^ bryggeriavfall.

Det er også mulig å anvende fremgangsmåten 1 henhold til oppfinnelsen for ensilering av gjødsel fra forskjellige dyr,

som f.eks. kveg og fjærkre.

For å oppnå en hurtig og sikker ensileringsprosess bør de forskjellige bakterier tilsettes utgangsmaterialet eller tilsetningsmidlet i en mengde som tilveiebringer i det minste

10 3 organismer av hver type bakterier pr. gram blanding av utgangsmaterial og tilsetningsmiddel. Dette oppnås foretrukket på en slik måte at et konsentrat tilveiebringes som inneholder hver av de ønskede typer av bakterier i en konsentrasjon på 10 7 til 10<8 >organismer pr. gram, hvoretter brukeren fortynner konsentratet med kornprodukter, f.eks. korn i form av klumper i en slik mengde av når denne blanding tilsettes til utgangsmaterialet for ensileringen oppnås den ønskede bakteriekonsentrasjon. Konsentratet er i sin tur en bærersubstans med tilblanding av den frysetørkede bakterie fra kulturene, hvori bakteriekonsentrasjonene vanlig

12

er omtrent 10 bakterie/gram.

Ensileringsprosessen i henhold til oppfinnelsen er primært

ment for konservering og fremstilling av forstoffer for f.eks.

dyr innen landbruket, f.eks. kveg og fjærkre, og husdyr. Ved utvelgelse av egnede ensileringsbetingelser og utgangsmaterial, f.eks. fiskefileteller rå fiskemasse, er det imidlertid mulig også å fremstille næringsmidler for bruk for mennesker,

Det stivelsesholdige material og/eller de forgjærbare sukkerarter tilsettes sammen med bakteriene til utgangsmaterialet som skal ensileres i en mengde på 1 til 12 og foretrukket 3 til 10 vektprosent regnet på utgangsmaterialet. Ved ensilering av f. eks.

animalsk material er omtrent 9 vektprosent en passende-

verdi. Denne mengde er betraktelig mindre enn mengdene av stivelsesholdig material og malt som kreves ved ensilerings-prosesser av tidligere kjente typer, hvor minst omtrent 20 vektprosent kreves for å oppnå gode resultater. Dette er således en stor fordel ved den foreliggende oppfinnelse.

Ved ensilering av vegetabilske materialer foretrekkes det vanligvis å tilsette 1 til 6 vektprosent karbohydrater (med tilblandede bakterier), spesielt omtrent 3 vektprosent.

Utvelgelsen av de bakterier som anvendes ved oppfinnelsen gjennomføres på følgende måte: Det gås ut fra en prøve som foretrukket tas fra en tidligere biologisk ensilering, men som også kan tas fra forskjellige kornarter, grønnfor og gjødsel av forskjellig opprinnelse.

Denne pr.øve dyrkes på et substrat for melkesyrebakterier, f .eks. tomatagar, ved omtrent 28°C.

For dyrking av den syretolerante bakterie blir et passende

antall av bakteriekolonier som er dannet, tatt ut og overført til et svakt bufret væskemedium med f .eks._ den sammensetning som er angitt i det følgende. Til og begynne med er pH i blandingen omtrent 6-6,2, men vil synke hurtig under dyrkingen ( i løpet av omtrent 1 dag) til under 4,5. Dyrkingen etterlates med denne lave pH i lang tid (omtrent 3 uker) ved 28°C for å utvelge de stammer som best motstår de sure omgivelser.

Etter denne tid overføres de levedyktige bakterier til et nytt medium av den samme sammensetning og kulturen etterlates ig£n i omtrent 3 uker. Det oppnås også her en hurtig senking av pH

til under 4,5. Bakteriene overføres videre omtrent hver tredje uke åtte ganger, hvoretter den utvalgte stamme ikke undergår noen ytterligere vesentlige endringer. Deretter kan denne bakterie dyrkes i stor målestokk og frysetørkes for anvendelse som utgangsmaterial for bakteriekonsentratet.

Blandingen har følgende sammensetning:

"Tween 80" ér en handelsbeteynelse for polyoksyetylen-(20)-sorbitan-r-monooleat..Blandin<g>en^.har en pH-verdi på 6,0.

Hvis det skal anvendes,malt som additiv under ensileringen, er det passende å tilsette til blandingen også 0,1 % maltekstrakt ' for å stimulere bakteriene til å vokse bedre i. et mil jø som inneholder malt.

Den bakterie som er utvalgt på denne måte er blitt funnet å

være av arten Streptococcus faecalis og har følgende karakteristiske egenskaper:

1 deres karakteristiske egenskaper tilfredsstiller disse bakterier beskrivelsen "Bergey's Manual of Determinative Bacteriology" utgave 1957, side 522, med den tilføyelse

at de godt motstår pH under 4,5 og vokser hurtig under disse betingelser.

For å fremstille den stivelseomdannende bakterie tas et passende antall bakteriekolonier fra den første preparat-kultur og inokuleres i et medium som inneholder stivelse som eneste vesentlige karbonkilde og dyrkes véd omtrent 28°C i 2 uker slik' at bakteriene stimuleres til å fremstille stivelsesnedbrytende enzymer. pH i blandingene er omtrént]6'-*6',2* Bakteriene oppnådd på dette måté overføres ytterligere til et nytt substrat med stivelse som eneste karbonkilde, og denne prosess gjentas inntil det oppnås en stamme som viser seg å være sterkt stivelsesnedbrytende ved forsøk med blåfarget stivelse. Deretter dyrkes bakteriene i stor målestokk mikro-aerofilt under karbondioksyd og frysetørkes for anvendelse som utgangsmaterial for bakteriekonsentratet.

I de tilfeller når malt inkluderes i tilsetningsmidlet til ensileringsproduktet, kan maltekstrakt tildettes til dyrkings-miljøet også for disse bakterier for å stimulere de» til å

vokse bedre i et miljø hvori malt er inkludert. Dyrkingsmediet anvendt her har følgende sammensetning:

Denne blanding har en pH-verdi på 6,2.

Bakterien utvalgt på denne måte er funnet å være av slektene Streptococcus og Leuconostoc, spesielt S.lactis og L.mesenteroides.

De har følgende karakteristiske egenskaper:

Egenskapene av disse bakterier til svar ende,.det som er antydet

i "Bergey's Manual of Determinative Bacteriology1*, utgave 1957, sidene 525 og 531, med den tilføyelse at de er i stand til å nedbryte stivelse og forgjære dem til melkesyre.

Ensileringsprosessen i henhold til oppfinnelsen illustreres ytterligere i de følgende eksempler, hvori ensilering av animalsk og vegetabilsk material i henhold til oppfinnelsen gjennomføres i sammenligning med tidligere anvendte ensilarings-prosesser.

EKSEMPEL 1.

I dette eksempel ble fire ensileringsporsjoner fremstilt hver inneholdende 10 kg østersjø-sild (Baltic herring) sammen med tilsetningsmidler som angitt i det følgende. Etter blanding ble de forskjellige porsjoner satt bort ved 24 °C i 1 måned hvoretter de oppnådde ensileringsprodukter ble analysert. De oppnådde analyseresultater er gitt i den følgende tabell I. De fire ensileringsporsjoner hadde følgende sammensetning:

Porsjon A: 10 kg østersjø-sild -+ 1,5 kg klumper.

Porsjon B: 10 kg østersjø-sild + 1,5 kg klumper hvortil 10 4 bakterie pr. gram ensileringsprodukt av den

stivelsesnedbrytende bakterie valgt i henholdltil det foregående var blitt tilsatt.

Porsjon C: 10 kg østersjø-sild + 0,9 kg av en blanding av

5 vektdeler klumper og 1 vektdel «alt. Porsjon D: 10 kg østersjø-sild + 0,9 kg av en blanding av 5 vektdeler klumper og 1 vektdel malt og inneholdende 4 10 bakterie pr. gram av hver av de syretolerante og stivelsesnedbrytende bakterier valgt som angitt tidligere.

I tabellen er konsentrasjonsverdiene angitt i vektprosent.

Som et mål på kvaliteten av et ensileringsprodukt angis

vanligvis konsentrasjonen av melkesyre, som bør være høy,

såvel som innholdet av smørsyre og forholdet mellom ammoniak-nitrogen og totalt nitrogen, idet disse verdier bør være så lave som mulig. Hvis forholdet mellom ammoniak-nitrogen til tofelt nitrogen i et ensileringsprodukt overstiger 20%

kan produktet betraktes som ødelagt eller nær ved å bli ødelagt. Innholdet av smørsyre bør ikke overstige noen tiendedels prosent.

Det er fra tabellen klart at ensileringsproduktet D fremstilt

i henhold til oppfinnelsen har betraktelig bedre kvalitet enn de andre og har et høyt innhold av melkesyre, mens derimot verdiene for smørsyreinnhold og forholdet mellom ammoniak-

nitrogen til totalt nitrogen er lave.

EKSEMPEL 2.

I dette eksempel ble alfalfa-gress ensilert, som er en plante

som vanligvis er vanskelig å ensilere. Fire porsjoner ble fremstilt med sammensetning som angitt i dén følgende og ble ensilert og lagret i 1 måned ved 28°C hvoretter de oppnådde ensileringsprodukter ble analysert. Resultatene er gjengitt i den følgende tabell II. De fire ensileringsporsjoner hadde følgende sammensetning:

Porsjon E: Alfalfa + 5 vektprosent klumper

Porsjon F: Alfalfa + 5 vektprosent klumper + stivelsesnedbrytende

bakterie.

Porsjon G: Alfalfa + 5 vektprosent klumper + syretolerant

bakterie.

Porsjon H: Alfalfa + 5 vektprosent klumper ■♦■ stivelsesnedbrytende

bakterie + syretolerante bakterier.

De forskjellige bakterier ble tilsatt i hvert tilfelle i en

mengde som gav10^ organisme pr. gram utgangsmaterial for ensileringen.

I tabellen er alle konsentrasjonsverdier angitt i vektprosent.

Det er fra denne tabell klart at porsjonen F, G og H alle ga brukbare resultater, men at de beste resultater oppnås med porsjon H, hvor begge typer bakterier anvendes. At brukbare resultater er blitt oppnådd ved å anvende.-bare den syretolerante bakterie skyldes det forhold at alfalfa normalt inneholder en liten mengde sukkerarter som kan forgjæres. Dette er ofte tilfellet ved ensilering av vegetabilske materialer.

Det er fra verdiene i tabellen også klart at de to typer av bakterier sterkt forsterker virkningen av hverandre ved fermenteringsprosessen, slik at det opptrer såkalt synergisme.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for biologisk ensilering av vegetabilske og/eller animalske materialer ved anvendelse av melkesyredannende bakterier, hvor karbohydratmaterialer, som kan omdannes til melkesyre og melkesyredannende bakterier, tilsettes til utgangsmaterialene som skal ensileres, karakterisert ved at det til de nevnte utgangsmaterialer tilsettes A) melkesyredannende, syretolerante bakterier, selektivt isolert fra naturlig forekommende bakterier av arten Streptococcus faecalis ved gjentatt dyrking i et medium med en pH-verdi på 4-4,7, foretrukket 4,5, og minst et av følgende materialer: B) 1-12 vektprosent, beregnet på utgangsmaterialet, av forgjærbare karbohydrater; eller C) 1-12 vektprosent, beregnet på utgangsmaterialet av stivelsesholdige materialer, og dersom C) tilsettes, tilsettes enten D) materialer som nedbryter stivelse til forgjærbare karbohydrater, eller E) melkesyredannende, stivelsesnedbrytende bakterier, selektivt isolert fra naturlig forekommende bakterier av slektene Streptococcus og Leuconostoc, spesielt Streptococcus lactis og Leu conostoc mesenteriodes, ved gjentatt dyrking i et medium som inneholder stivelse som eneste vesentlige karbonkilde og eventuelt, hvis det ensilerte produkt skal oppbevares i noe lengre tid, F) stavformede bakterier av arten Lactobacillus plantarum for i denne tid å opprettholde et høyt innhold av melkesyren.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver av de forskjellige bakterier tilsettes til utgangsmaterialet eller til til-3 setningsmidlet i en mengde som gir i det minste 10 bakterier pr. gram totalt utaanqsmaterial og tilsetningsmiddel kombinert.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som materialer som nedbryter stivelse til forgjærbare karbonhydrater anvendes malt, stivelsesnedbrvtende enzymer fra malt eller stivelsesnedbrytende gjærsopp eller andre stivelsesnedbrytende sopparter, idet det når det anvendes malt tilsettes fortrinnsvis maltekstrakt i en mengde på omtrent 0,1 vektprosent til det næringsmodium som anvendes ved den selektive isolering av bakteriene.