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Die
Erfindung betrifft die Entphytinisierung von Produkten auf Pflanzenbasis
in Mischungen mit hochfeuchten tierischen, pflanzlichen oder mikrobiellen
Nebenprodukten, um ein qualitativ hochwertiges Nahrungsmittelprodukt
für monogastrische
Tiere herzustellen.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Phosphor
ist ein notwendiger Nährstoff
für Tiere.
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Die
Hauptnahrungsmittelquellen, die reich an Phosphorverbindungen sind,
welche von monogastrischen Tieren verwertbar sind, sind die Proteinnahrungsmittelgruppen
Fleisch, Organfleisch und Milch.
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In
den Futterprodukten auf Pflanzenbasis für monogastrische Tiere ist
Phosphor vorhanden, jedoch findet sich der Phosphorgehalt dieser
Produkte hauptsächlich
in der Form von Phytat. Phytat (myo-Inosit-hexakisphosphat) ist
die Speicherform von Phosphor in pflanzlichen Samenkernen.
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In
den Zellen des pflanzlichen Samenkerns ist Phytat mit Mineralstoffen,
wie z.B. Magnesium (Mg), Natrium (Na) und Calcium (Ca), komplexiert und
bildet einen Komplex, der als Phytin bekannt ist. Mitunter ist auch
Phytinsäure
gegenwärtig.
Phytat, Phytinsäure
und Phytin werden durch das Verfahren dieser Erfindung alle umgewandelt.
In dieser Offenbarung und den Patentansprüchen wird der Ausdruck „Phytat" so benutzt, dass
er sich auf alle drei bezieht, sofern keine andere Bedeutung angegeben ist.
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Phytat
aus pflanzlichen Quellen wird schlecht verdaut und absorbiert und
steht daher zur Verwertung durch den Körpers eines monogastrischen
Tiers weitgehend nicht zur Verfügung.
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Infolgedessen
wird der Phosphor ausgeschieden oder tritt in den Dung ein, wo er
zu einem Umweltproblem werden kann, da überschüssiger Phosphor im Dung aus
Feldern ausgewaschen werden und Oberflächenwasser verschmutzen kann,
indem er übermäßiges Pflanzen-
und Algenwachstum fördert,
die Ökosysteme
stören.
Ein weiteres Problem hinsichtlich Phytat hängt mit der Fähigkeit
des Moleküls
zusammen, Mineralstoffe und Proteine zu binden.
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Dieses
Binden verringert die Verdaulichkeit von Mineralstoffen und Proteinen
und ist die Ursache für
antinutritive Wirkungen, die pflanzlichem Phytat zugeschrieben werden,
wenn es von monogastrischen Tieren verzehrt wird.
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Es
ist bekannt, Wasser zu Produkten auf Pflanzenbasis zu geben, die
eine wässrige
Masse bilden, und dann Phytase zuzugeben. Phytase ist ein Enzym,
das Phytat abbaut und in anorganische Phosphorsalze, die von Tieren
verwertbar sind, und Inosit umwandelt. Inosit ist selbst ein Nährstoff.
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Dieses
Verfahren ist äußerst kostspielig,
da die wässrige
Masse, die nach dem Abbau von Phytat zurückbleibt, getrocknet werden
muss, bevor das Produkt als Futtermittel benutzt werden kann.
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WO-A-9
939 589 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten
von Krill-Hydrolysaten. US-A-5 891 708 offenbart eine Nährstoffzusammensetzung,
die sich aus dem Einweichen von Mais ergibt.
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Auch
ist ein Verfahren bekannt, bei dem Phytase mit Futtermittel gemischt
wird, sodass die Phytase Phytat in dem Magen eines Tieres abbaut.
Aufgrund der Bedingungen in dem Magen ist dieses Verfahren jedoch
nur teilweise effektiv und ein wesentlicher Anteil (im Allgemeinen
45 %) des Phytats wird nicht hydrolysiert, selbst wenn Phytase im Überschuss
benutzt wird.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung stellt die Entphytinisierung von Produkten auf Pflanzbasis
bereit, die Phytat enthalten, um ein qualitativ hochwertiges Nahrungsmittelprodukt
für monogastrische
Tiere herzustellen.
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Erfindungsgemäß werden
solche Produkte auf Pflanzenbasis mit hochfeuchten, nährstoffhaltigen
Nebenprodukten tierischen, pflanzlichen oder mikrobiellen Ursprungs
und Phytase vermischt. Die Mischung wird reagieren lassen, wodurch
Phytat abgebaut und in anorganische Phosphate und Inosit umgewandelt
wird. Das Endprodukt, das einen erhöhten Nährwert aufweist, kann somit
getrocknet und/oder an monogastrische Tiere, einschließlich Fische,
Geflügel,
Schweine, Hunde und Katzen, verfüttert
werden.
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Die
Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum Mischen von trockenen
Produkten auf Pflanzenbasis mit hochfeuchten Nebenprodukten, um
einen Feuchtigkeitsgehalt zu erzeugen, welcher der Anforderung für die Entphytinisierung
von aus Pflanzen deriviertem Phytat nahe kommt, bereit. Die hochfeuchten pflanzlichen,
tierischen oder mikrobiellen Nebenprodukte sollten mindestens 60
% Feuchtigkeit aufweisen; vorzugsweise sollten solche Nebenprodukte
60 % bis 80 % Feuchtigkeit aufweisen. Es ist möglich, Produkte mit höherem Feuchtigkeitsgehalt
zu benutzen, wie z.B. Brennereidünnschlempe,
die bis zu etwa 97 % Feuchtigkeit aufweist.
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Dies
ist jedoch nicht bevorzugt, da im Vergleich zu dem Nährwert des
hochfeuchten Nebenprodukts eine übermäßige Menge
an Feuchtigkeit vorhanden ist, und diese Feuchtigkeit muss dann
entfernt werden, um trockenes Futtermittel herzustellen. Der Gehalt
an verdaulichem Protein und/oder verdaulicher Energie des hochfeuchten
Nebenprodukts ist so, dass auf einer Trockensubstanzbasis die Kombination
aus dem trockenen Produkt auf Pflanzenbasis und dem hochfeuchten
Nebenprodukt mit verdaulichem Protein und/oder Energie angereichert
ist, wenn sie mit dem Gehalt an verdaulichem Protein und/oder Energie
des trockenen Produkts auf Pflanzenbasis allein verglichen wird.
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Das
Verfahren der Erfindung spart im Vergleich zu bekannten Verfahren
der separaten Entphytinisierung von trockenen Produkten auf Pflanzenbasis
und dem Trocknen von hochfeuchten Nebenproduktströmen Geld.
Beim Kombinieren des trockenen pflanzlichen Produkts mit dem hochfeuchten Nebenprodukt
wird kein zusätzliches
Wasser benötigt,
um geeignete Feuchtigkeitsbedingungen für die Entphytinisierung des
trockenen Produkts auf Pflanzenbasis zu erzeugen. Die Energiekosten,
die zum Austreiben von Wasser aus dem hochfeuchten Nebenprodukt
erforderlich sind, werden nun für
die Mischung aus dem trockenen Produkt auf Pflanzenbasis und dem
hochfeuchten Nebenprodukt eingesetzt. Die Zugabe des Produkts auf
Pflanzenbasis zu dem hochfeuchten Nebenprodukt kann auch den Wert
der hochfeuchten Nebenprodukte erhöhen, indem sie deren Menge
vergrößert. Beispielsweise
besteht eine große
Nachfrage nach Fischnebenprodukten, und die Zugabe von Produkten
auf Pflanzenbasis zu den Fischnebenprodukten erzeugt dadurch ein
Produkt mit höherem
Trockengewicht, das aber weiterhin den Nährstoffvorteil der Fischnebenprodukte
bewahrt.
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Erfindungsgemäß ist ein
Verfahren zur Behandlung von hochfeuchten tierischen, pflanzlichen oder
mikrobiellen Nebenprodukten und trockenen Produkten auf Pflanzenbasis
durch Mischen mit einer Phytasequelle unter regulierten Temperatur-, pH-Wert-
und Zeitbedingungen bereitgestellt.
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Vor
dem Mischen wird der Feuchtigkeitsgehalt des Produkts auf Pflanzenbasis
und des hochfeuchten Nebenprodukts bestimmt, und ein gewünschter
Feuchtigkeitsgehalt wird für
die Mischung gewählt.
Der gewünschte
Feuchtigkeitsgehalt wird in dem Bereich von 60 % bis 85 % liegen,
wobei ein bevorzugter Bereich 65 % bis 75 % ist. Nachdem der gewünschte Feuchtigkeitsgehalt
gewählt
ist, wird eine Berechnung angestellt, wie viel jeweils von dem Produkt
auf Pflanzenbasis und dem hochfeuchten Nebenprodukt abgemischt werden
muss, um diesen Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen.
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Wenn
zwei oder mehr trockene Produkte auf Pflanzenbasis und/oder zwei
oder mehr hochfeuchte Nebenprodukte benutzt werden, dann sollte
die Berechnung den Feuchtigkeitsgehalt eines jeden berücksichtigen.
Die Berechnung von Feuchtigkeitsgehalten in einer resultierenden
Mischung aus verschiedenen Ausgangsprodukten von bekanntem Feuchtigkeitsgehalt
ist eine Standardberechnung, die in dem Fachgebiet der Futtermittelherstellung
gut bekannt ist. Die Produkte auf Pflanzenbasis werden den hochfeuchten
Nebenprodukten vorzugsweise unter Rühren der Mischung zugegeben,
wobei die anderen Formen der Zugabe, die in dem Fachgebiet bekannt
sind, benutzt werden können.
Vorzugsweise wird auch behutsam gerührt, während die Phytase auf die Mischung
einwirkt.
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Im
Allgemeinen ist ein Chargenverfahren bevorzugt, jedoch befindet
sich ein kontinuierliches Verfahren innerhalb des Umfangs der Erfindung.
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Die
Temperatur, bei der das Verfahren durchgeführt wird, beträgt 20 °C bis 60 °C, vorzugsweise 35 °C bis 55 °C. Der pH-Wert
liegt in dem Bereich von 1,5 bis 7,0, insbesondere von 2,0 bis 6,5.
Ein besonders bevorzugter pH-Wert beträgt 3,5 bis 5,5. Die Dauer variiert
mit der Konzentration der Phytase, der Temperatur, bei der das Verfahren
durchgeführt
wird, und dem pH-Wert. Im Allgemeinen wird das Verfahren vorzugsweise
bis zu dem Zeitpunkt fortgesetzt, in dem das gesamte Phytat in der
Mischung in anorganische Phosphate und Inosit umgewandelt worden ist.
Wenn die Temperatur der Mischung in dem optimalen Bereich von 35 °C bis 50 °C liegt,
wird dies im allgemeinen etwa 1 bis 3 Stunden dauern. Es ist jedoch
nicht notwendig, das Verfahren fortzusetzen, bis das gesamte Phytat
umgewandelt worden ist, da das meiste des Phytats während der
ersten Stunde dieses Verfahrens umgewandelt wird. Das Verfahren kann
beendet werden, nachdem eine gewünschte Menge
an Phytat in anorganische Phosphate und Inosit umgewandelt worden
ist.
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Nachdem
das Phytat vollständig
umgewandelt worden ist, wird das Futter vorzugsweise für einen
Zeitraum von mindestens 2 Minuten auf über 65 °C erhitzt. Dadurch wird das
Enzym Phytase denaturiert, derart, dass es in dem Futtermittel nicht
vorhanden ist, wenn dieses schließlich an Tiere verfüttert wird.
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Die
Erfindung stellt ein Produkt auf Pflanzenbasis bereit, das reich
an verfügbarem
Protein und/oder verdaulicher Energie ist, arm an Phytat ist und
gegenüber
dem ursprünglichen
Produkt auf Pflanzenbasis eine erhöhte Verfügbarkeit von Phosphor, Spurenmineralien,
Aminosäuren
und Inosit aufweist. Die Erfindung beseitigt ferner die antinutritive Wirkung
von Phytat und macht das Produkt zum Verfüttern an einen weiten Bereich
von Tieren geeignet. Da der Phosphor leicht verfügbar ist, kann er gemessen
und benutzt werden, um Nahrung zu formulieren, die den Phosphorbedarf
eines Tieres genau wiedergibt. Dies verringert die Auswirkungen
von überschüssigem Phosphor
in tierischen Ausscheidungen auf die Umwelt.
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren zum Benutzen des hohen Feuchtigkeitsgehaltes
von Nebenprodukten bereit, um in der Kombination aus trockenen Produkten
auf Pflanzenbasis und hochfeuchten Nebenprodukten den erforderlichen
Feuchtigkeitsgehalt bereitzustellen, damit eine effektive Entphytinisierung
erfolgt. Die Energie, die erforderlich ist, um die Mischung zu trocknen,
wird mit der Energie vergleichbar sein, die erforderlich ist, um
das hochfeuchte Nebenprodukt allein zu trocknen. Die Entphytinisierung
wird ohne Zugeben von zusätzlichem
Wasser zu der Kombination aus dem trockenen Produkt auf Pflanzenbasis
und dem hochfeuchten Nebenprodukt erreicht. Dies führt im Vergleich
zu den Gesamtkosten bekannter herkömmlicher Verfahren zu einer wesentlichen
Einsparung bei den Trocknungskosten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
offensichtlich, in der auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird, wobei
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die 1 das
zeitabhängige
Verfahren der Phytathydrolyse in einer Mischung aus Fisch-Hydrolysat,
Rapssamenmehl-Feinanteilen
und Phytase zusammenfasst,
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die 2 das
zeitabhängige
Verfahren der Phytathydrolyse in einer Mischung aus Brennereidünnschlempe,
Rapssamenmehl-Feinanteilen
und Phytase zusammenfasst.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Erfindung betrifft die Entphytinisierung von Produkten auf Pflanzenbasis,
die Phytin enthalten, um ein qualitativ hochwertiges Nahrungsmittelprodukt
für monogastrische
Tiere herzustellen. Erfindungsgemäß werden die Produkte auf Pflanzenbasis mit
hochfeuchten, proteinreichen Nebenprodukten tierischen, pflanzlichen
oder mikrobiellen Ursprungs und Phytase vermischt, um eine Reaktion
herbeizuführen,
durch die das Phytat abgebaut und in anorganisches Phosphat und
Inosit umgewandelt wird. Wahlweise können ein Chelatbildner, andere
Enzyme oder Enzym-Co-Faktoren zugesetzt werden. Falls notwendig,
kann Wasser zugegeben werden, um der Mischung eine gewünschte Konsistenz
zu geben, und Säure
oder Base kann zugegeben werden, falls notwendig, um den pH-Wert
einzustellen.
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Der
Ausdruck „trockenes
Produkt auf Pflanzenbasis" bezeichnet
Nahrungsmittelbestandteile, die aus Pflanzen gewonnen werden, welche
Protein und einen Teil des gesamten Phosphors in Form von Phytat
enthalten. Dazu gehören:
1) fettextrahierte Mehle durch Verarbeiten von Sojabohnen, Rapssamen
(Canola), Sonnenblumenkernen, Baumwollsamen, Erdnuss- und anderen Samenkernen;
2) ganze Samenkerne, wie z.B. Erbsen, Bohnen und Getreidekörner; 3)
Nebenprodukte auf Pflanzenbasis, wie z.B. Reiskleie, Weizenkleie,
Maisglutenmehl; und 4) alle anderen Produkte auf Pflanzenbasis,
die in Nahrungsformulierungen benutzt werden, wobei die Phytat-Phosphor-Gehalte
mehr als 25 % des gesamten Phosphors in dem Produkt betragen.
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Die
Rapssamenmehl-Feinanteile können leicht
aus dem vom Lösemittel
befreiten und gerösteten
Rapssamenmehl durch Sieben des Mehls nach dem Lösemittelentziehen/Rösten und
vor dem Mahlen in der Hammermühle
hergestellt werden. Bei der gewerblichen Verarbeitung wird gewonnenes
Rapssamenmehl in der bekannten Weise gereinigt, getrocknet, vorkonditioniert,
zerkleinert, konditioniert und der Lösemittelextraktion unterworfen.
Das Öl
in dem Rapssamen wandert in das Lösemittel, das typischerweise
n-Hexan ist. Die flüssige
Phase in dem Verfahren besteht im Wesentlichen aus n-Hexan und Rapssamenöl und ist
leicht von der festen Phase abtrennbar, die aus dem zurückbleibenden,
in n-Hexan unlöslichen
Material besteht. Die feste Phase wird in der bekannten Weise vom
Lösemittel
befreit und geröstet,
um ein mit Protein angereichertes Mehl zu erzeugen, das typischerweise
etwa 11 % Feuchtigkeit enthält.
An dieser Stelle wird das Mehl in der Hammermühle gemahlen, um ein Produkt
zu erzeugen, das typischerweise als ein Futtermittelbestandteil
benutzt wird. Das Mehl besteht vor der Stufe des Mahlens in der
Hammermühle
aus großen
Klumpen. Aus diesem Material wurden durch Sieben durch ein Maschendrahtsieb
Feinanteile hergestellt. Größere Teilchen
werden auf dem Sieb zurückgehalten.
Die Feinanteile, die durch das Sieb hindurchgehen, weisen einen
niedrigeren Gehalt an Schalen auf und sind daher im Verhältnis zu
herkömmlichem
Rapssamenmehl mit Protein angereichert. Die Ergebnisse einer typischen
Analyse von Rapssamenmehl-Feinanteilen sind 11 Teile Feuchtigkeit,
41,6 Teile Protein, 2,4 Teile Phytat und 45,6 Teile Nicht-Protein-,
Nicht-Phytat-Trockensubstanz.
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Der
Ausdruck „hochfeuchtes
Nebenprodukt" bezieht
hochfeuchte tierische Nebenprodukte, hochfeuchte pflanzliche Nebenprodukte
und hochfeuchte mikrobielle Nebenprodukte, wie hierin definiert,
ein.
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Der
Ausdruck „hochfeuchtes
tierisches Nebenprodukt" bezeichnet
Nahrungsmittelbestandteile von tierischen Rohprodukten oder einsilierten
tierischen Produkten, die einen Feuchtigkeitsgehalt von über 50 %
aufweisen. Dazu gehören
mazerierte Teile oder ganze Kadaver von Tieren, wie z.B. Fischen, Geflügel, Schweinen
oder Vieh, und Nebenprodukte der Molkereiindustrie, wie z.B. Molke.
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Fisch-Hydrolysat
besteht aus Teilauszügen von
ganzen Fischen oder Nebenprodukten aus der Verarbeitung von Meeresfrüchten. Der
ganze Fisch oder das Meeresfrucht-Nebenprodukt wird typischerweise
unter hochfeuchten Bedingungen (im allgemeinen 80 % Feuchtigkeit)
unter regulierten Bedingungen von Temperatur und Dauer mit oder
ohne Benutzung von ergänzenden
proteolytischen Enzymen gehalten. Die Bedingungen zur Erzeugung
von handelsüblichem
Nebenprodukt variieren mit dem Prozessor. Während dieser Inkubationsphase
wird Protein in den Nebenprodukten entweder durch Enzyme, die in
dem Nebenprodukt natürlich
vorkommen, oder durch zugegebene proteolytische Enzyme teilweise hydrolysiert.
Nach der Hydrolyse wird das Nebenprodukt angesäuert (der pH-Wert wird typischerweise unter
4 gehalten), um das Verderben zu vermeiden, und teilweise getrocknet,
um den Versand per Schiff zu erleichtern.
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Der
Ausdruck „hochfeuchtes
pflanzliches Nebenprodukt" bezeichnet
Nahrungsbestandteile aus wässrigem
Verarbeitungsprodukt auf Pflanzenbasis, die einen Feuchtigkeitsgehalt
von über
50 % aufweisen. Dazu gehören
Produkte, die aus dem Nassverarbeiten von pflanzlichem Material
deriviert sind. Beispiele sind Maisglutenmehl und Maisglutenfutter.
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Der
Ausdruck „hochfeuchtes
mikrobielles Nebenprodukt" bezeichnet
Nahrungsmittelbestandteile, die aus dem mikrobiellen Fermentieren
deriviert sind, die einen Feuchtigkeitsgehalt von über 50 % aufweisen.
Diese umfassen Produkte aus der Brau- und Brennereiindustrie.
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Brennereidünnschlempe
oder Dünnschlempe
ist ein Nebenprodukt der industriellen Fermentierung von Kohlenhydraten.
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Die
Begleitumstände
bei der Erzeugung von Brennereischlempen werden bei gegebenem Ausgangsmaterial,
das bei dem Fermentierungsverfahren benutzt wird, beträchtlich
variieren. Typischerweise wird als das Ausgangsmaterial für das Fermentierungsverfahren
ein Getreide, wie z.B. Mais, Weizen oder Gerste, benutzt. Dieses
Material wird bis zu einer Getreidemehlkonsistenz gemahlen, und
Wasser wird zugegeben, um eine wässrige
Masse zu erzeugen. Dann werden Enzyme benutzt, um die Getreidestärke in der
wässrigen
Masse in der bekannten Weise zu fermentierbaren Kohlenhydraten,
wie z.B. Glucose, zu hydrolysieren, und diese Kohlenhydrate werden
dann durch Hefe fermentiert, um Ethanol und Kohlendioxid zu erzeugen.
Das Kohlendioxidgas wird aus dem Ansatz abgelassen, und Ethanol
wird durch Destillation entfernt.
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Das
Material, das nach dem Entfernen des Ethanols zurückbleibt,
wird Schlempe genannt und besteht aus Proteinen, Mineralstoffen,
nichtfermentierbaren Kohlenhydraten und Lipiden. Die Feststoffe (Schlempenfeststoffe)
werden durch Sieben entfernt, und bei diesem Verfahren bleibt ein
flüssiger
Nebenproduktstrom zurück,
der Brennereidünnschlempe genannt
wird. Der Proteingehalt von Brennereidünnschlempen wird in Abhängigkeit
von dem Ausgangsgetreide, das in dem Fermentierungsverfahren benutzt
wird, typischerweise zwischen 15 % und 50 % der gesamten Trockensubstanz
variieren.
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Der
Feuchtigkeitsgehalt von trockenen Produkten auf Pflanzenbasis liegt
im Allgemeinen im Bereich von 8 % bis 15 %.
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Im
Gegensatz dazu sind hochfeuchte tierische, pflanzliche oder mikrobielle
Nebenprodukte durch einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 50 %
gekennzeichnet. Besonders der Feuchtigkeitsgehalt der tierischen
Nebenprodukte wird hoch sein, bei einem normalen Bereich von 65
% bis 90 % Feuchtigkeit.
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Die
hochfeuchten Nebenprodukte der Erfindung weisen auf einer Trockengewichtsbasis
typischerweise 40 % bis 90 % Protein auf. Ihr Feuchtigkeitsgehalt
beträgt
vorzugsweise 60 % bis 80 %, obwohl Nebenprodukte, die einen höheren Feuchtigkeitsgehalt
aufweisen, wie z.B. Brennereidünnschlempe
mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 97 %, benutzt werden können. Die
Nebenprodukte mit sehr hohem Feuchtigkeitsgehalt sind jedoch aufgrund
der geringeren Dichte an Nährstoffen,
die der Mischung der Produkte auf Pflanzenbasis bei den bevorzugten Feuchtigkeitsbedingungen
zugegeben werden, damit die Entphytinisierung erfolgt, nicht bevorzugt.
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Erfindungsgemäß kann Phytase
als eine Flüssigkeit
oder ein Pulver zugesetzt werden. Es gibt mehrere gewerbliche Lieferanten
für Phytase,
wie z.B. die BASF Corporation, Deutschland, die sie unter der Handelsmarke
Natuphos® vertreibt,
und Novo Nordisk, Dänemark,
die BioFeed-Phytase vertreibt, und Alltech Inc., USA, die Alltech
Allzyme Phytase vertreibt, die hochangereichert an Phytase sind.
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Die
Aktivität
von Phytase wird herkömmlich in
Aktivitätseinheiten
dargestellt. Eine (1) Einheit der Phytaseaktivität (FTU) ist als die Menge an
mit Enzym angereichertem Produkt definiert, die aus einer Überschusskonzentration von
Natriumphytat in wässriger
Lösung
bei 37 °C
und einem pH-Wert von 5,5 ein (1) Mikromol anorganisches Phosphat
pro Minute freisetzt. Erfindungsgemäß können Phytasekonzentrationen
von 10 Einheiten bis 100.000 Einheiten pro Kilogramm trockener Produkte
auf Pflanzenbasis in der Mischung aus trockenen Produkten auf Pflanzenbasis
und hochfeuchten Nebenprodukten benutzt werden. Die bevorzugten
Konzentrationen an Phytase sind von 100 bis 5.000 Einheiten pro Kilogramm
trockener Produkte auf Pflanzenbasis in der Mischung.
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In
einer besonders bevorzugten Form der Erfindung kann der Mischung
ein Chelatbildner zugegeben werden. Ein Chelatbildner wirkt, indem
er Mineralstoffe bindet und Mineralstoffgleichgewichte verschiebt,
derart, dass Mineralstoffe aus Phytat-Mineralstoff-Komplexen freigesetzt
werden. Das Verringern des Bindens von Mineralstoff an Phytat erhöht die Empfänglichkeit
des Moleküls
für die
Entphytinisierung durch Phytase.
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Ein
bevorzugter Chelatbildner ist Zitronensäure, da diese auch ein Nährstoff
ist. Die Menge an zugesetzter Zitronensäure hängt von der Menge an Phytat
ab. Im Allgemeinen sind Mengen an Zitronensäure von 1 Gew.% bis 3 Gew.%
des Endprodukts geeignet. Andere Chelatbildner können ebenfalls in geeigneten
Mengen benutzt werden, um das anorganische Material zu chelatieren,
das in dem Phytat vorhanden ist.
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Ein
anderer besonders bevorzugter Chelatbildner ist Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA). EDTR
kann in Mengen von 1 Gew.% bis 3 Gew.% des Endprodukts benutzt werden.
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Andere
Enzyme oder Enzym-Co-Faktoren, die in dem Fachgebiet bekannt sind,
können
ebenfalls in die Mischung eingebunden werden.
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Die
Zusammensetzung aus den oben angegebenen Produkten wird unter regulierten
Bedingungen der Temperatur, des pH-Wertes und anderen Umgebungsbedingungen
für einen
geeigneten Zeitraum gemischt, um die Umwandlung von Phytat in anorganischen
Phosphor und Inosit zu optimieren.
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Die
Temperatur, bei der die Entphytinisierung durchgeführt wird,
kann von etwa 5 °C
bis 65 °C
betragen. Oberhalb von 65 °C
wird die Phytase denaturiert, sodass die Entphytinisierung nicht
durchgeführt werden
kann. Unterhalb von 20 °C
wird die Geschwindigkeit der Entphytinisierung hinreichend langsam,
derart, dass verlängerte
Inkubationszeiten notwendig sind. Bei derartigen verlängerten
Inkubationsphasen kann bakterielle Kontamination ein Problem werden.
Die Entphytinisierung wird daher vorzugsweise in dem Temperaturbereich
von 20 °C
bis 60 °C,
vorzugsweise von 40 °C
bis 55 °C
durchgeführt.
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Die
Regulierung des pH-Wertes während
der Entphytinisierung ist wichtig. Der pH-Wert kann durch die Zugabe
von kleinen Mengen einer Säure
(z.B. Salzsäure)
oder einer Base (z.B. Natriumhydroxid) in Abhängigkeit davon, ob der pH-Wert
gesenkt oder erhöht
werden muss, reguliert werden.
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Der
bevorzugte pH-Wert-Bereich ist von 4 bis 5,5, obwohl ein pH-Wert
von 1,5 bis 7 benutzt werden kann. Die Phytase ist gewöhnlich bei
einem pH-Wert von 5,0 oder 2,5 am aktivsten, da es zwei verschiedene
Formen von Phytase gibt, die auf diesen Stufen Spitzenaktivitäten aufweisen.
Vorzugsweise wird so optimiert, dass die Aktivitätsstufe bei einem pH-Wert von
5,0 genutzt wird. Wenn die Entphytinisierung bei einem sehr niedrigen
pH-Wert, wie z.B. 2, durchgeführt
wird, wird das Futtermittel vorzugsweise neutrali siert, bevor es
an Tiere verfüttert wird.
Ein pH-Wert in dem Bereich von 5 bis 7 ist für Tierfutter recht akzeptabel.
Tatsächlich
weisen Rapssamen-Feinanteile einen natürlichen pH-Wert von etwa 5,5
auf.
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In
dem besonders bevorzugten Bereich mit einem Feuchtigkeitsgehalt
von 65 % bis 75 %, Phytasekonzentrationen in dem bevorzugten Bereich
von 500 bis 1.000 Einheiten, einer Temperatur von 40 °C bis 55 °C und Produkten
auf Pflanzenbasis, die etwa 2 % (z.B. Rapssamen) Phytat enthalten,
benötigt
die Entphytinisierung gewöhnlich
etwa 2 Stunden.
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Wenn
die Entphytinisierung bei Raumtemperatur durchgeführt wird,
ist die Zeitspanne viel größer, z.B.
8 bis 10 Stunden. In einigen Fällen
kann es jedoch bevorzugt sein, das Risiko bakteriellen Wachstums
während
dieser Zeitspanne einzugehen, um Kosten für die Anwendung von Wärme auf
die Mischung zu sparen.
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Nachdem
die Phytase vollständig
in Phosphate und Inosit umgewandelt worden ist, wird die Entphytinisierung
wünschenswerterweise
so schnell wie sachgerecht möglich
beendet. Der Grund dafür ist,
dass durch weiteres Erwärmen
Energie verschwendet wird und zu unnötigen Kosten führt sowie eine
Umgebung schafft, in der Bakterien gedeihen können. Es ist jedoch nicht notwendig,
das Erwärmen genau
zu dem Zeitpunkt zu beenden, wenn das gesamte Phytat umgewandelt
worden ist. Etwas zusätzliches
Erwärmen
kann toleriert werden. Oftmals wird das Erwärmen vorzugsweise für eine kurze
Zeitspanne, wie z.B. 15 Minuten bis eine halbe Stunde, nachdem erwartet
wird, dass die Entphytinisierung abgeschlossen und das gesamte Phytat
umgewandelt worden ist, fortzusetzen, nur um sicherzustellen, dass
die gesamte Umwandlung tatsächlich
erfolgt ist.
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Der
Endpunkt der Entphytinisierung ist erreicht, wenn kein Phytat mehr
gemessen werden kann, da das gesamte Phytat durch die Phytase umgewandelt
worden ist. Es ist jedoch nicht einfach, den Phytasegehalt einer
derartigen Mischung zu messen. Die bevorzugte Weise dafür ist durch
Hochdruckflüssigkeitschromatographie,
die jedoch eine zeitaufwändige
Probenvorbereitung und Laborarbeit erfordert. Ein gröberes Verfahren
ist es, den Gehalt an anorganischem Phosphat zu messen und zu beobachten, wenn
er aufhört
zuzunehmen. Dies erfordert immer noch Laborarbeit, obwohl weniger
Probenvorbereitung. Praktisch ist es daher bevorzugt, Prüfungen an einer
Probe der Mischungen durchzuführen
und zu bestimmen, wann bei der benutzten Phytasekonzentration und
Temperatur die Entphytinisierung endet. Das Verfahren kann dann
mit größeren Mengen
der Mischung unter Benutzung derselben Konzentration an Phytase
und derselben Temperatur für
eine Zeitspanne durchgeführt
werden, die etwas größer ist
als die Zeitspanne, die durch das Prüfen der Probe vorgegeben ist,
um die Umwandlung des Phytats zu vervollständigen. Gelegentliches Prüfen kann
erfolgen, um sicherzustellen, dass das gesamte Phytat umgewandelt
wird, es ist jedoch nicht erforderlich, ein Prüfen jedes einzelnen Ansatzes
vorzunehmen, da der Phytatgehalt von Futter aus ähnlichen Quellen gewöhnlich ziemlich
konstant bleibt.
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Das
erfindungsgemäße Endprodukt
ist als Trockenfutter benutzbar. Im Allgemeinen kann ein solches
Produkt nicht mehr als 15 % Feuchtigkeit aufweisen, sodass es ohne
bakterielle Einwirkung gelagert werden kann und als ein fließfähiger Feststoff
ohne Zusammenbacken transportierbar ist.
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Das
Endprodukt sollte vorzugsweise etwa 10 % bis 12 % Feuchtigkeit aufweisen.
Dies wird durch Trocknen des Produkts, nachdem das Verfahren der Erfindung
durchgeführt worden
ist oder als ein abschließender
Schritt des Verfahrens erreicht.
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Die
Erfindung ist zum Zwecke der Darstellung nur mit trockenen Produkten
auf Pflanzenbasis, vermischt mit hochfeuchten tierischen, pflanzlichen oder
mikrobiellen Nebenprodukten, beschrieben. Es versteht sich jedoch,
dass der Nutzen der Erfindung innerhalb ihres Umfangs das Anwenden
des veranschaulichenden Verfahrens auf alle Produkte auf Pflanzenbasis,
die in Nahrungsformulierungen benutzt werden, die Phytat enthalten,
umfasst.
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Hierin
werden Beispiele gegeben, die besondere Ausführungsformen der Erfindung
beschreiben.
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Beispiel 1 – Hydrolyse
von Phytat in einer Mischung aus Rapssamenmehl-Feinanteilen (trockenes
Produkt auf Pflanzenbasis) und Fisch-Hydrolysat (Strom von hochfeuchtem
tierischem Nebenprodukt)
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Von
Lösemittel
befreites und geröstetes Rapssamenmehl
vor dem Mahlvorgang in der Hammermühle wurde von einem gewerblichen
Lieferanten (CanAmera Foods, Nipawin, Saskatchewan) erhalten. Dieses
Material wurde durch ein 60-60-Maschendrahtsieb (0,01905 cm (0,0075
Inch) Drahtdurchmesser und 0,02337 cm (0,0092 Inch) Öffnungsweite)
gesiebt. Die Laboranalyse der Rapssamenmehl-Feinanteile, die durch
das Sieben hergestellt wurden, ist wie folgt: 11 Teile Feuchtigkeit,
41,6 Teile Protein, 2,4 Teile Phytat und 45,6 Teile Nicht-Protein-, Nicht-Phytat-Trockensubstanz.
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Fisch-Hydrolysat
wurde aus einer gewerblichen Quelle (Ocean Biosource Specialty Marine
Product, West Vancouver, British Columbia) erhalten. Dieses Material
wurde mit einem gleichen Volumen Wasser verdünnt, um das Wasser zu ersetzen,
das aus dem ursprünglichen
Hydrolysat während
des Verarbeitens entfernt wurde. Die Ergebnisse der Laboranalyse
des verdünnten
handelsüblichen Fisch-Hydrolysats
sind: 80 Teile Feuchtigkeit, 16,8 Teile Protein, 0,0 Teile Phytat
und 3,2 Teile Nicht-Protein-, Nicht-Phytat-Trockensubstanz.
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19,8
g Rapssamenmehl-Feinanteile wurden mit 116,2 g Fisch-Hydrolysat kombiniert.
Die entstandene Mischung enthielt 70 Teile Wasser und 30 Teile Gesamttrockensubstanz.
65 % der Gesamttrockensubstanz in der Mischung bestanden aus Protein, und
1,32 % der Gesamttrockensubstanz in der Mischung bestanden aus Phytat.
22 Einheiten Phytase (Natuphos®, eine Phytase, die von
der BASF Corporation, Deutschland erhalten wurde) wurden dann der Mischung
zugesetzt. Die Mischung wurde dann in einem Plexiglasbehälter versiegelt
und durch Inkubation in einem Wasserbad bei 50 °C gehalten und kontinuierlich
mit einem Knethaken-Mischsystem gemischt. 30 Minuten, 60 Minuten,
120 Minuten und 180 Minuten nach dem Zeitpunkt der Phytasezugabe wurden
von der Mischung Proben genommen. Der Phytatgehalt der Proben wurde
gemäß dem Verfahren
von Tangkongchitr et al., Cereal Chem. 58, 226 bis 228 bestimmt.
Der Phytatgehalt der nach 30 Minuten genommenen Probe betrug 0,51
% der Gesamttrockensubstanz in der Mischung. Der Phytatgehalt der
nach 60 Minuten genommenen Probe betrug 0,22 % der Gesamttrockensubstanz
in der Mischung. Der Phytatgehalt der nach 120 Minuten genommenen
Probe betrug 0,02 % der Gesamttrockensubstanz in der Mischung. Der
Phytatgehalt der nach 180 Minuten genommenen Probe betrug 0,00 %
der Gesamttrockensubstanz in der Mischung. Die 1 fasst
das zeitabhängige
Verfahren der Phytathydrolyse in der Mischung zusammen.
-
Beispiel 2 – Hydrolyse
von Phytat in einer Mischung aus Rapssamenmehl-Feinanteilen (trockenes
Produkt auf Pflanzenbasis) und Brennereidünnschlempe (Strom von hochfeuchtem
mikrobiellem Nebenprodukt)
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Die
Rapssamenmehl-Feinanteile wurden erhalten, wie in dem vorhergehenden
Beispiel beschrieben, und die Brennereidünnschlempe wurde von einer
ortansässigen
Fermentierungsanlage (Poundmaker AgVentures, Lanigan Saskatchewan) erhalten.
Die Laboranalyse der Brennereidünnschlempe
zeigte, dass das Material aus 96,3 Teilen Wasser, 0 Teilen Phytat,
2,6 Teilen Protein und 1,1 Teilen Nicht-Protein-, Nicht-Phytat-Materialien
bestand.
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37,6
g Rapssamenmehl-Feinanteile wurden mit 58,1 g Brennereidünnschlempe
kombiniert. Die entstandene Mischung enthielt 62,6 Teile Wasser und
37,4 Teile Gesamttrockensubstanz. 48,2 % der Gesamttrockensubstanz
in der Mischung bestanden aus Protein, und 2,5 % der Gesamttrockensubstanz in
der Mischung bestanden aus Phytat. 25 Einheiten Phytase (Natuphos®,
eine Phytase, die von der BASF Corporation, Deutschland erhalten
wurde) wurden dann der Mischung zugesetzt. Die Mischung wurde dann
in einem Plexiglasbehälter
versiegelt und durch Inkubation in einem Wasserbad bei 50 °C gehalten und
kontinuierlich mit einem Knethaken-Mischsystem gemischt. 30 Minuten, 60
Minuten, 120 Minuten und 180 Minuten nach dem Zeitpunkt der Phytasezugabe
wurden von der Mischung Proben genommen. Der Phytatgehalt der Proben
wurde gemäß dem Verfahren
von Tangkongchitr et al., Cereal Chem. 58, 226 bis 228 bestimmt.
Der Phytatgehalt der nach 30 Minuten genommenen Probe betrug 1,07
% der Gesamttrockensubstanz in der Mischung. Der Phytatgehalt der
nach 60 Minuten genommenen Probe betrug 0,38 % der Gesamttrockensubstanz
in der Mischung. Der Phytatgehalt der nach 120 Minuten genommenen
Probe betrug 0,10 % der Gesamttrockensubstanz in der Mischung. Der
Phytatgehalt der nach 180 Minuten genommenen Probe betrug 0,00 %
der Gesamttrocken substanz in der Mischung. Die 2 fasst
das zeitabhängige
Verfahren der Phytathydrolyse in der Mischung zusammen.