DE2823123A1 - Verfahren zur herstellung von eiweissfuttermittel aus papiersammelabfaellen und anderen fasrigen, cullulosehaltigen, natuerlichen materialien - Google Patents

Description

• Beschreibung:
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von fasrigen cellulosehaltigen Naturmaterialien zu einem voluminösen, ein verdauliches Protein mikrobieller Herkunft enthaltenden Futtergemisch. Mit Hilfe geeigneter Mikroorganismen vorbereitete Cellulase hydrolysiert Polysaccharide, insbesondere die in dem zu verarbeitenden fasrigen Material enthaltene Cellulose, und spaltet sie zu Monosaccharide.
• Der Prozeß der Fermentspaltung von Cellulose soll dabei in der Weise vorgenommen werden, daß die Faserstruktur der zu verarbeitenden Materialien aufrechterhalten wird. Nach Zusatz von stickstoffhaltigen und anderen mineralischen Nährstoffen dienen die so gewonnenen Monosaccharide zu mikrobieller Synthese mit Hilfe von laufend zum Herstellen von Futterhefe aus Zuckerlösungen verwendeten Mikroorganismen. Nach dem Verbrauch der gelösten Monosaccharide wird die vermehrte Zellen des verwendeten Mikroorganismus und Reste von fasrigem Ausgangsmaterial enthaltende Suspension in einer kontinuierlichen Filteranlage abfiltriert; dabei bilden die Fasern eine Filterschicht, auf der die vermehrten, den verdaulichen Eiweißstoff enthaltenden Mikroorganismen haften bleiben. Die so entstandene Faserbahn wird durch Trocknen entwässert und das gewonnene etwa 20 z Elweißstoff und etwa 70 8 Faserstoff enthaltende Material mit 90 bis 93 % Trockengehalt wird als voluminöses Futtermittel zur Mast von Wirtschaftstieren, insbesondere Rindvieh, verwendet.
• Bekanntlich nimmt die Menge an Altpapier und -pappe sowie von daraus hergestellten Produkten in gleichem Maße zu, wie der Verbrauch ansteigt. Es wurde festgestellt, daß der sogenannte unwiederbringliche Verbrauch (d.h. beispielsweise in elektrotechnischer Industrie verbrauchtes Papier, Toilettenpapier) am Gesamtverbrauch nur mit etwa 10 % teilnimmt, während der Rest als Abfall anfällt.
• Gesammelte Altpapierabfälle sind als sekundäre Rohstoffe in der Papierindustrie verwertbar, wobei jedoch ihre Verwendung durch die Kapazität und Struktur der Papierindustrie beschränkt bleibt.
• Eine beträchtliche Menge von Altpapierabfällen bleibt unausgenützt und stellt ein schwieriges Problem unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes dar. Altpapier besteht im wesentlichen aus Zellstoffasern oder einem Gemisch aus Zell- und Holzstoffasern mit geringer Beimischung von Falle stoffen, Leimstoffen u.a. lngredienzen, die mit Hilfe allgemein bekannter Verfahren vom Fasermaterial abtrennbar sind.
• Die derart isolierten Fasern werden erfindungsgemäß als geeignetes Rohmaterial zu ainer andwstrse',en Herstellung von Zellstoff-Eiweifuttermittel eingesetzt.
• Für die Herstellung der @@@@@@@ @@@@@ Zellstoff-Eiweibfuttermittel sind ferner verschiedene Faserabfälle aus Zellstoff- und @@@@@@@@@@@ @@@@ @@@@@@@@@@ Zellstoff-@@@@@@ @@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@fall u.a.) verschiedene Naturfaserabfälle (Baumwolle, Flachs, Hanf, Jute, Schäbe) sowie Textilfaserabfälle auf Zellwollbasis und schließlich alle Arten von cellulosehaltigen Naturmaterialien verwendbar.
• Zum Aufbereiten des erfindungsgemäßen Zellstoff-Eiweißfuttermittels eignen sich alle Sorten von Papierabfällen, d.h. nicht nur der Industrie- und Haushaltsabfall, den man allgemein als sekundäres Rohmaterial zur Herstellung von Papier verwendet, sondern auch das aus Kommunalabfall und -kehrricht aussortierte, in der Papierindustrie nicht verwendbare Altpapier.
• Das Altpapier wird zuerst in warmem Wasser zu einer wäßrigen Suspension zerfasert, worauf aus der Suspension alle fremdartigen Beimischungen anorganischen und organischen Charakters in einem Sortierprozeß ausgeschieden werden.
• Zerfaserung und Sortierung bzw. Reinigunq werden größtenteils in den in der Papierindustrie laufend zur Verfügung stehenden Anlagen vorgenommen.
• Die von festen Verunreinigungen befreite Fasersuspension wird dann in einer Papierentwässerungsanlage bis zu einem 20 bis 50 %igen Trockengehalt eingedickt, wobei die Faserschicht während des Prozesses mit reinem Warmwasser durchwaschen wird. Im Falle eines besonders verunreinigten Papierabfalls (z.B. städtische MUllabfuhr) wird der verdickte Faserstoff noch einmal mit Waschwasser verdünnt, die Suspension einer zweiten Reinigungsstufe (Sortierung) unterworfen und die gesäuberte Suspension wiederum zu einem 20 bis 50 zeigen Trockengehalt eingedickt.
• Das eingedickte, von fremdartigen Beimischungen befreite Fasergemisch wird in einen Fermentreaktor eingegossen, in dem es unter intensiver Rührung mit wäßriger Cellulose-Lösung zu einer Suspension von etwa 10 Zigem Trockengehalt vermischt wird.
• Cellulase wird gleichlaufend in eine Fermentationsvorrichtung durch submerse Züchtung von Mikroorganismen kultiviert; diese produzieren als Metabolite ein Cellulosesystem (z.B.
• TRICHODERMA VIRIDE). In dem Fermentationsgefäß wird - je nach dem betreffenden physiologischen Bedarf des Mikroorganismus - eine ständige Temperatur von z.B. 20 bis 60° C, die für die Fermentspaltung von Polyiacchariden zu Monosacchariden, insbesondere von Cellulose zu Glukose, optimal ist, aufrecht erhalten.
• Der fermentative Spaltungsprozeß wird durch die Dauer der Hydrolyse, Temperatur und Enzymkonzentration im Reaktor so geregelt, daß eine vollständige Zerstörung der Faserstruktur von Suspension vermieden wird.
• Nach dem Abschluß der Fermentspaltung werden die teilweise zerstörten Zellstoffasern in der Lösung von Glukose und unverbrauchter Cellulose enthaltende Suspension in einer drehbaren Filteranlage eingedickt und das gewonnene, das unverbrauchte Enzym enthaltende Filtrat zum Sortieren der Fasersuspension in den Fermentreaktor zurückgeführt Das fasrige Material, das ausser den teilweise zerstörten Zellstoffasern eine Glukoselösung enthält, wird anschliessend einer Vorfermentierbehandlung unterworfen, die aus dem Verdünnen mit Wasser auf eine für den Prozeß der biologischen Proteinsynthese optimale Glukosekonzentration in der Lösung besteht. Die Glukosekonzentration hängt von der Art des zur biologischen Proteinsynthese verwendeten Mikroorganismus ab. Ferner sollen der Suspension gewisse, zur Proteinsynthese nötige Nährstoffe (Sticktr'ff, Phosphorsäureanhydrid, Kalium usw.) zugesetzt werden und der pH-Wert ist mit Hilfe von Ammoniak und Phosphorsäure auf einen für die Fermentation geeigneten Wert einzustellen.
• Zur Fermentation der enzymatisch hydrolysierbaren Fasersubstrate läßt sich ein beliebiger, Eiweiß produzierender Stamm wie klassi¢Whe Kulturen von CANDIDA UTILIS, CANDIDA ARBOREA oder vorzugsweise myceliumartige Typen wie OIDIUM LACTIS verwenden. Ein technologisch vorteilhafterer Prozeß ist erzielbar, wenn man Kulturen mit verhältnismässig grossen Zellen wie z.B. CRYPTOCOCCUS DIFFLUENS, oder Mycelium produzierende Mikroorganismen wie vorerwähnte OIDIUM LAC-TIS, PAECILOMYCES VARIOTI usw., einsetzt.
• Der eigentliche Fermentationsprozeß wird in Fermentvorrichtungen beliebiger Art durchgeführt, wobei sich die die Sauerstoffübertragung gewährleistende BelEftungsintensität nach dem Gehalt an Monosacchariden, d.h. insbesondere Glukose, in der zu fermentierenden Suspension richtet. Ausbeute von Biomasse-Trockengehalt mit etwa 50 % groben Proteins schwankt um 50 %, bezogen auf die verbrauchte Glukose. Biosynthese von 1 kg Biomasse erfordert 1 kg 02. Dementsprechend ist auch das Belüftungssystem in Abhängigkeit von der angewandten Glukosekonzentration der zu verarbeitenden Suspension zu wählen. Die Fermentation kann auf diskontinuierliche, halbkontinuierliche oder kontinuierliche Weise vorgenommen werden.
• Der Fermentationsprozeß von biologischer Synthese schließt mit dem Verbrauch von Glukose und anderen niedrigmolekularen organischen, durch die angewandte Kultur von Mikroorganismen assimilierbaren Substanzen ab.
• Die die teilweise zerstörten Fasern aus Altpapier und die vermehrten Zellen des angewandten Mikroorganismus enthaltende Suspension wird dann aus dem Fermentationsgefäß in eine EntwSsserungs- und Trockenanlage umgepumpt.
• Wahlweise läßt sich als Entwässerungs- und Trockenanlage eines der der in Zellstoffabriken zum Entwässern und Trocknen von Zellstoff gebräuchlichen Systeme wie z.B. eine Entwässerungsanlage mit flachem oder zylindrischem Sieb mit 2 bis 3 Walzenpressen, aus denen eine Bahn von verfilzten Fasern mit 45 - 50 %igem Trockengehalt geliefert wird, einsetzen.
• Beim Filtrieren über ein flaches oder zylindrisches Sieb entsteht unmittelbar beim Auflauf auf das Sieb eine fasrige Filtrierschicht, die ausreichend dicht ist, um auch eine überwiegende Mehrheit der vermehrten Zellen des Mikroorganismus abzufiltrieren. Eine geringe Menge von Zellen, die ins Filtrat in den ersten Augenblicken des Materialauflaufs auf das Sieb, ehe sich die Filtrierschicht gebildet hat, kommt, geht jedoch nicht verloren, da das Filtrat unter dem Sieb hervor sowie die ausgepreßte Flüssigkeit in gesamter Menge zum Verdünnen der Suspension vor der Fermentierung rückgeführt werden.
• Die abfiltrierte Faserbahn mit 40 - 50 %igem Trockengehalt wird dann auf mit Dampf erhitzten Zylindern oder in einem Heißluft-Tunneltrockner getrocknet. Wahlweise wird sie im Reißwolf zu Flocken zerkleinert; die Flocken werden mit Hilfe eines Ventilators in einen Heißluft-Zyklontrockner befördert.
• Im Falle des Trocknens auf Zylindern oder im Tunneltrockner gewinnt man eine kohärente Faserbahn mit 90 - 93 %igem Trockengehalt und einem Flächengewicht von 400 g/m2, welche nachher im Reißwolf zu Flocken der zum Einmischen in Futtermittelgemische geeigneten Größe zerkleinert wird.
• Zum Entwässern und Trocknen der Gemische von Zellstoffasern und Zellen des angewandten Mikroorganismus eignen sich die in Zellstoffabriken verwendeten Entwasserungs- und Trockenanlagen sowie auch - nach gewissen Adaptierungen - Papier-und Pappmaschinen, die in kleineren, im Rahmen der Intensifizierung und Modernisierung der Zellstoff- und Papierindustrie ausser Betrieb gesetzten, doch betriebsfähigen Zellstoff- und Papierfabriken zur Verfügung stehen.
• Die derart hergestellten Flocken von Zellstoff-Eiweißfuttermittel enthalten - je nach der Art von Altpapier und der Stufe der Fermentspaltung -20 bis 30 % Protein, 50 bis 70 % fasrigen Anteils (Cellulose, Hemicellulose, Ligninreste) und etwa 10 z Mineralstoffe.
• Es handelt sich also um Zusatz futtermittel in Futtergemische, das reich an verdaulichem Protein ist und zugleich den Charakter eines voluminösen Pflanzenfuttermittels mit einem Gehalt leicht verdaulicher Cellulose aufweist.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehen praktisch keine stickstoffhaltige Substanzen enthaltenden Abwässer, da das Fermentations- und Entwässerungssystem nach dem strikten Rezirkulationssystem arbeitet.
• Der Verunreinigungsgrad des nur in der ersten Stufe der Behandlung und Reinigung von Fasern entstehenden Abwassers hängt von der Verunreinigung des angewandten Papierabfalls ab. Abwasser aus dieser Stufe wird in biologischen Abwasserkläranlagen behandelt.
• Ausser gesammtem Altpapier kann man in diesem Prozeß auch andere vorgenannte fasrige, cellulosehaltige oder landwirtschaftliche Pflanzenmaterialien (z.B. Getreidestroh) verarbeiten. In Hinsicht auf den Charakter und die Bedingungen des Filtrierens von Fasersuspensionen, die hier erfindungsgemäß einen komplizierten und kostspieligen Prozeß der Zentrifugierung der Zellen von Mikroorganismen ersetzt, ist es empfehlenswert, vorzugsweise die natürlichen Pflanzenmaterialien dem Altpapier nur in solchen Mengen zuzusetzen, daß die Filtrierfunktion der Papierstoffasern nicht beeinträchtigt wird.
• Ferner besteht die Möglichkeit, landwirtschaftliche Materialien wie Getreidestroh auf einer getrennten Straße zu verarbeiten und nur die fermentierte Strohsuspension zur gemeinsamen Filtrierung mit der Altpapiersuspension - auf die Art des sogenannten sekundären Auflaufs - d.h. auf die entstandene aus Papierstoffasern bestehende Faserschicht zu befördern.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von Eiweißfuttermittel aus Papiersammelabfällen und anderen fasrigen, cellulosehaltigen, natürlichen Materialien Patentansprüche: 1. Verfahren zur Verwertung von Altpapier und anderen fasrigen, polysaccharidhaltigen Abfallmaterialien durch Fermentationshydrolyse, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das behandelte Material in Suspensionsform in einer Konzentration von 1 bis 30 % mit einer Enzymlösung vermischt und unter ständigem Rühren bei einer Temperatur von 20 bis 700 C während einer für den physikalischen Zustand der Suspension und den Nährwert der erhaltenen Präparate geeigneten Zeit hydrolysiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die in der aus teilweise zerstörten Fasern und aus vermehrten Zellen des angewandten Mikroorganismus bestehenden Suspension enthaltenden Fasern auf dem Sieb einer Entwässerungsanlage eine die Zellen von Mikroorganismus auffangende Filtrierschicht bilden.