DE2602535C3

DE2602535C3 - Koagulieren und Konservieren der Proteine, die in aus den Stengeln und Blättern von grünen Pflanzen ausgepreßten Säften enthalten sind

Info

Publication number: DE2602535C3
Application number: DE2602535A
Authority: DE
Inventors: Mark Arnold Madison Wis. Stahmann (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-23
Filing date: 1976-01-23
Publication date: 1979-01-11
Also published as: BE837842A; US4062276A; CA1068974A; JPS51102991A; DE2602535A1; AU1049176A; JPS5527782B2; IE43682B1; DE2602535B2; US3975546A; FR2330328A1; DK25376A; IE43682L; AU502235B2; GB1494716A; FR2330328B1; NL7600746A; SE7600500L

Description

zerstört. Unter den anaeroben Bedingungen tritt auch eine geringere Oxydation der ungesättigten Fette und Phenole auf als dann, wenn die Säfte erhitzt werden. Diese Oxydationen ergeben einen unangenehmen, ranzigen Geschmack und verringern den Nährwert der Proteine. Während der anaeroben Fermentation werden auch einige der löslichen Kohlehydrate und ein Teil des Nicht-Proteinstickstoffes in dem Saft in bakterielles Protein umgewandelt. Dieses bakterielle Protein weist einen hohen Gehalt an Cystin und Methion auf. Außerdem wird die oxydative Zerstörung dieser Aminosäuren, die auftritt, wenn der Saft in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt wird, vermieden und dadurch wird der Wert des Proteinkonzentrats als Futtermittel oder Nahrungsmittel gesteigert.

Zur Erhöhung der Fermentationsgeschwindigkeit kann selbstverständlich ein Teil der am Vortage bei der Fermentation erhaltenen Fermentationsmischung zurückbehalten und einer neu zu behandelnden Saftcharge zugesetzt werden. Statt dessen kann natürlich auch ein entsprechendes säurebildendes anaerobe Bakterien enthaltendes inokulum der zu verarbeitender Saftcharge zugesetzt werden.

Nachdem das Protein in dem Fermentatiorisbehälter koaguliert worden ist, kann es in Form einer flüssigen Aufschlämmung oder einer Silage daraus entfernt und in einen Vorrats- oder Konservierungsbehälter überführt werden, der ebenfalls gegen Eintritt von Luft abgedichtet ist. Das koagulierte Protein setzt sich an dem Boden des Behälters ab und kann daraus entfernt und als tierisches Beifuttermittel verwendet werden. Die überstehende oder vom Protein befreite Flüssigkeit, die sich in dem oberen Abschnitt des Vorratsbehälters sammelt, wird abgezogen und kann als Düngemittel verwendet werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemä ien Verfahrens ist im Patentanspruch 3 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Ze chnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieber Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Aufbewahrungseinrichtung und einen Walzenpressen-Extraktor mit schematisch dargestellten Einzelteilen und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen kleinen anaeroben Fermentationsbehälter und einen großen anaerober Konservierungsbehälte:, wobei zwischen den Behältern mit Ventilen versehene Verbindungsleitungen vorgesehen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung be ziehen sich auf die Koagulation von Proteinen, die aus dem grünen Saft gewonnen werden. d?r a is l.uzernepflanzen ausgepreßt wird. Die Proteine können aber auch aus dem Saft von anderen grünen Pflanzen, wie z. B. solchen, wie sie in der weiter unten folgenden Tabelle I angegeben sind, gewonnen werden.

Die Luzerne 1. aus der die Proteine hergestellt werden sollen, wird normalerweise auf dem Feld zerkleinert und auf einen Wagen geladt.n, dann wird sie in den Extraktor 2 eingefüllt, der, wie dargestellt, einen Satz Walzen aufweist, um die Zellen zu zerbrechen und den Saft und den faserigen Rückstand auszupressen. Es kann auch eine andere Einrichtung, wie z, B. eine Schneckenpresse, verwendet werden, die zu dem gleichen Ergebnis führt.

Es wurde früher bereits festgestellt, daß dann, wenn man den frischen grünen Saft stehenläßt, eine gewisse Koagulation des Proteins auftritt. Dies wurde bisher

ίο

jedoch nicht zur Grundlage für die Trennung des Proteins von dem Wasser in dem Spft gemacht, weil dann, wenn der Saft im Kontakt mit dem Sauerstoff an der Luft gelassen wird, schnell aerobe Bakterien und Schimmelpilze wachsen. Die Schimmelpilze erzeugen häufig toxische Mykotoxine. Außerdem führen die aeroben Bakterien, die in Gegenwart von Luft in dem Saft wachsen, zu unerwünschten fäulnisbildenden Veränderungen in dem Saft. Wenn er im Kontakt mit der Luft stehengelassen wird, beginnt der pH-Wert des Pflanzensaftes zu steigen, da Ammoniak und Amine gebildet werden. Der Saft verdirbt bald und wird als Futtermittel und Nahrungsmittel ungeeignet

Wenn jedoch der frische Saft unter anaeroben Bedingungen aufbewahrt und Sauerstoff ausgeschlossen wird, werden anaerobe Bakterien, die auf der Blattoberfläche der grünen Pflanzen, wie Luzerne I. leben, in den Saft eingeschleppt und beginnen sich im vermehren. Diese bilden organische Säuren und der pH-Wert fällt von einem Wert von etwa 6 auf einen Wert zwischen 4 und 5. Bei diesem niedrigen , Η-Wert und in Abwesenheit von Sauerstoü wachsen Schimmelpilze nicht. Infolgedessen wird der Saft, nachdem er von der Luzerne 1 abgetrennt worden ist, aus dem Extraktor 2 durch die Leitung 3 in den sauerstofffreien Fermentationsjnd Konservierungsbehälter 4 mittels einer Pumpe oder unter Zuhilfenahme der Schwerkraft transportiert. Gleichzeitig wird das gepreßte Grünzeug, von dem der Saft abgetrennt worden ist, mittels der Fördereinrichtung 5 zu einem Gebläse 6 transportiert, welches das Grünzeug durch die Rohrleitung 7 in den oberen Abschnitt der Aufbewahrungseinrichtung 8 transportiert, aus dem es an das Vieh verfüttert werden kann. Obgleich einige der Proteine zusammen mit dem aus der Luzerne extrahierten grünen Saft entfernt worden sind, bleiben noch genügend in dem in dem Behälter 8 gelagerten gepreßten Futtermittel zurück, so daß es die für Wiederkäuerfutter erforderlichen Nährstoffe enthält.

Die F i g. 1 erläutert den Behälter 8 für Viehfutter 9. Der Behälter 8 ist gegen Eintritt von Luft dicht verschlossen und kann mit einem Entlüftungsbeutel 10. z. B. einem solchen, wie er in der US-Patentschrift 31 93 058 dargestellt ist. versehen sein. Der Beutel 10 liegt auf der Abdeckung des Behälters 8 auf und weist ein Rohr 11 auf, das mit dem Beutel verbunden ist und sich durch die Abdeckung des Behälters 8 erstreckt. Bei einer plötzlichen Temperaturänderung strömt die Luft, die als Folge der Abnahme des Innendruckes bis auf einen Wert unterhalb Atmosphärendruck di'S Neigung hat, in die Vorrichtung einzuströmen, statt dessen in den Beutel 10 und dehnt ihn innerhalb des Behälters 8 ivis. Umgekehrt führt ein Ansteigen der Temperatur zu einer f-.rhi.nung des Innendruckes, wodurch der Beutel 10 zusammengedrückt wird, und die Luft in dem Beutel wird durch das Ronr 11 herausgepreßt. Fs kann auch ein Zwei-Wege-Ventil 12 als Auslaßventil Für den Durchgang von Luft nach innen oder fü,' den Durchgang von Gasen aus der Vorrichtung heraus vorgesehen scm. wenn ungewöhnliche Druckunterschiede auftreten.

Der FernientationsbehäUer 4 ist gegen tintntt von Luft abgedichtet und kann zu Beginn oder während des Füllens mit Inerlgasen, wie Kohlendioxid und Stickstoff, gespült werden, so daß in dem Behälter 4 eine anaerobe Atmosphäre aufrechterhalten wird, wenn die grünen Pflanzensäfte für die anaerobe Fermentation in dem

Behälter aufbewahrt werden.
Das Abdichten (Verschließen) des Behälters 4 gegen

den Eintritt von Luft kann mittels eines schwimmenden Deckels (nicht dargestellt), beispielsweise eines solchen, wie er in Kohlenwasscrsloffvorratsbchäliern verwendet wird, erzielt werden oder er kann mit einem Enilüftungssystem verschen sein, wie es beispielsweise in dem Viehfuttervorratsbehälter 8 angewendet wird. Dieses besteht im allgemeinen aus dem durch den Deckel des Behällers 4 mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Beutel 13, so daß Luft in den Beutel 13 eindringen und diesen ausdehnen kann, wenn als Folge von Tcmpcralurändcrungcn Änderungen des Druckunterschiedes zwischen der äußeren Luft und den Gasen im Innern des Behälters 4 auftreten. Es kann auch ein Ventil 14 mit dem Behälter 4 verbunden sein, so daß im Falle von unüblichen Druckänderungen der Beutel 13 gegen übermäßige Ausdehnung geschützt ist.

Es wurde nun gefunden, daß es zweckmäßig ist, daß der Behälter 4 eine solche Größe hat, daß er die grünen Säfte einer Tagesernte aufnehmen kann, oder eine solche Größe hat, daß er den grünen Saft eines einzigen Schnittes einer Viehfuttercrnte aufnehmen kann. Die anaerobe Fermentation der Säfte erfolgt am besten innerhalb eines Zeitraumes von etwa 24 Stunden.

Zur Einleitung und Durchführung des anaeroben Fermentationsprozesses ist es zweckmäßig, daß ein inokulum in dem Fermentationsbehälters 4 enthalten ist. Als Quelle für das Inokulum für die Fermentation der Pflanzensäfte in dem Behälter 4 können die Mikroorganismen verwendet werden, die in der Natur auf den Blättern und Stengeln der grünen Pflanzen leben. In der Regel sind in dem aus den frischen grünen Pflanzen ausgepreßten Saft genügend Bakterien und Hefepilze vorhanden, um eine anaerobe Fermentation des Saftes zu bewirken, vorausgesetzt, daß der Saft unter geeigneten Bedingungen gehalten wird, so daß ein Wachstum der säurebildenden Bakterien auftritt, wodurch der pH-Wert des aufbewahrten Saftes herabgesetzt und das Protein innerhalb von 2 oder 3 Tagen koaguliert. Da jedoch das natürliche Inokulum in der Blattoberfläche begrenzt ist und je nach der verwendeten Pflanze und den Witterungsbedingungen variiert, werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn der frische Saft mit etwa 10 bis etwa 30% des Volumens eines Saftes inokuliert wird, der bereits einer 1- oder 2tägigen anaeroben Fermentation unterworfen worden ist und einen pH-Wert zwischen 4.5 und 5,0 aufweist. Eine kleine Portion dieses Inokulums 15 kann in dem Behälter 4, am besten an dem Boden des Behälters 4, wie in den Zeichnungen dargestellt zurückgehalten oder von einer anderen Quelle her zugeführt werden. Das zurückgehaltene In-ükulum 15 ist reich an anaeroben, säurebildenden Bakterien, die eine schnellere anaerobe Fermentation bewirken, so daß innerhalb von 24 Stunden der pH-Wert abfällt und die Proteinkoagulation normalerweise innerhalb dieses Zeitraumes beendet werden kann. Es ist auch möglich, aus einer Behälterkultur oder einem künstlichen Medium, das entsprechende Zellen oder Sporen von säurebildenden anaeroben Bakterien enthält, ein Inokulum zuzusetzen.

Während des Fermentationsprozesses haben die Proteine in dem Saft in dem Behälter 4 die Neigung, zu koagulieren oder in einen gerinnselartigen Zustand überzugehen. Das durch anaerobe Fermentation hergestellte Proteinkoagulum ist besser löslich, wenn der pH-Wert erhöht wird, als das durch Hitzekoagulation hergestellte Koagulum. Durch die Hitzekoagulation wird das Protein denaturiert und das Protein wird unlöslich. Durch die Fermentation wird nicht das

gesamte Protein denaturiert, da das Protein aus dem anaeroben Fermentationsprozeß bessere funktionelle Eigenschaften hat als das durch Hilzeköagulalioh hergestellte Protein. Das durch anaerobe Fermentation hergestellte Proteinkoagulum hat auch einen besseren Geschmack als der nichtkoagulierte grüne Saft oder das durch Erhitzen des Saftes erhaltene Koaguium. Es wird von Nicht-Widerkäuern (Tieren mit nur einem Magen), wie z. B. Schweinen und Hühnern, leichter aufgenommen.

Die von dem Extraktor 2 zu dem Bodenabschnitl des Behällers 4 führende Leitung 3 erstreckt sich durch die reversible Pumpe 16, die durch geeignete Ventilstetking innerhalb der Pumpe arbeitet und eingeschaltet wird, um die grünen Säfte in der Leitung 3 in den Fermentationsbehälter 4 zu pumpen. Die Leitung 3 ist mit Ventilen 17, 18 und 19 versehen, die dann, wenn sie offen sind, den Strom der Säfte durch die Leitung 3 zu uci'il FeiTHcfiiauüfiäuchüiicf 4 kontrollieren.

Nach Beendigung des anaeroben Fermenlaiionsprozesscs in dem Behälter 4. der wie vorstehend beschrieben abläuft, wird das in Form einer flüssigen Silage gebildete Proteinkoagulum in den verschlossenen Konservierungsbehälter 20 transportiert. Ein Sammelrohr 21 steht in verschiedenen Höhen über kurze Leitungen 22, 23, 24 bzw. 25, von denen jede ein Ventil 26 aufweist, mit dem Fermentationsbehältcr 4 in Verbindu!^. Das Sammelrohr 21 ist mit der Leitung 3 verbunden an einer Verbindungsstelle, die unmittelbar vor der Stelle angeordnet ist, an der die Leitung 3 die grünen Säfte durch die Pumpe 16 transportiert, und ein Ventil 27 ist benachbart zu der Verbindungsstelle zwischen dem Sammelrohr 21 und der Leitung 3 angeordnet. Wenn das Proteinkoagulum aus dem Fermentationsbehälter 4 in den verschlossenen Konservierungsbehälter 20 ausgetragen werden soll, sind die Ventile in der Leitung 3 geschlossen. Das Ventil 27 und beispielsweise das Ventil 26 in der Leitung 24 werden geöffnet und die Pumpe 16 wird eingeschaltet. Das Proteinkoagulum strömt dann durch die Leitung 24 und das Sammelrohr 21 in die Leitung 3 und durch die Pumpe 16. Eine Leitung 28 steht mit der Austragsseite der Leitung 3 in Verbindung und führt zu dem Bodenabschnitt des Vorratsbehälters 20, wodurch das Proteinkoagulum dahin gelangt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ventile 29 und 30 in der Leitung 28 offen und das Ventil 31 in der mit der Leitung 3 in Verbindung stehenden Leitung32 ist geschlossen.

Wenn die Leitung 3 zum Füllen des Fermentationsbehälters 4 mit grünem Saft oder zum Transport des Proteinkoagulums zu der Leitung 28 und dann zu uem Konservierungsbehälter 20 verwendet wird, wird die mit der Leitung 3 in Verbindung stehende Austragsleitung, die von der Pumpe 16 ausgeht, durch das Ventil 34 geschlossen. Gleiches gilt für das Ventil 35 in der Leitung 36, die von dem Sammelrohr 37 ausgeht, das mittels Leitungsverbindern 38,39, 40, 41,42 und 43, die in verschiedenen Höhen an dem Behälter 20 befestigt sind, mit dem Lagerbehälter 20 in Verbindung steht Jeder Leitungsverbinder weist ein Ventil 44 zur Regulierung des Durchflusses durch die jeweiligen Rohre auf.

Der Konservierungsbehälter ist auch so konstruiert, daß er gegen den Eintritt von Sauerstoff verschlossen werden kann wie die Aufbewahrungseinrichtung 8, so daß darin eine anaerobe Atmosphäre aufrechterhalten werden kann. Infolgedessen ist der Konservierungsbehälter 20 gegen den Eintritt von Luft als Folge einer

Änderung des Druckunterschiedes zwischen der äußeren Atmosphäre und den Gasen in der Einrichtung, beispielsweise mittels eines Entlüftungsbeutels 45, geschützt, der innerhalb des oberen Abschnittes des Behälters 20 aufgehängt ist und durch die Rohrleitung 46, die sich durch die Abdeckung der Einheit hindurch erstreck«, mit der Atmosphäre in Verbindung steht. In dem Benälter 20 wird auch ein Entlüftungsventil 47 verwendet, um eine übermäßige Ausdehnung des Entlüftungsbeutels 45 bei ungewöhnlichen Änderungen des Druckunterschiedes zwischen der Innenatmosphäre und der Außenatmosphäre, denen der Behälter 20 ausgesetzt ist, zu verhindern.

In dem Behälter 20 setzt sich das Protcinkoagulat 48. wie in den Zeichnungen dargestellt, an dem Boden des Behälters 20 in Form eines Schlammes ab und die überstehende oder von Prolein befreite Flüssigkeit 49 sammelt sich in dem oberen Abschnitt des Behälters. Die Flüssigkeit 49 wird aus dem oberen Abschnitt des Behälters 20 durch eines der Rohre 38, 39 oder 40 abgezogen. Wenn beispielsweise die Ventile 44, 35 und 34 geöffnet und die Pumpe 16 gestartet werden; fließt die Flüssigkeil 49 zu dem Sammelrohr 37, von da durch die Leitung 36, die Leitung 3 und durch die Pumpe 16 und wird durch die Leitung 33 beispielsweise in einen Tankwagen oder in ein Futtersilo (nicht dargestellt) abgelassen. Die Flüssigkeit 49 enthält Mineralien und etwas Prolein, und wenn sie abgezogen und in einen Tankwagen abgefüllt wird, kann sie als Düngemittel verwendet werden.

Der Proteinschlamm 48 seinerseits kann auf ähnlichem Wege durch Öffnen des Ventils 44 entweder in der

Tabelle I

Leitung 42 oder in der Leitung 43 abgezogen werden. Auch durch Öffnen der Ventile 30,31 und 34 und durch Starten der Pumpe 16 kann der Schlamm aus dem kegelförmigen Bodenabschnitt des Behälters 20 durch die Leitungen 28 und von da durch die Leitung 3 und die Pumpe 16 ausgetragen werden und durch die Leitung 33 das System verlassen. Bei dem Proleinschlärrim handelt es sich um eine schlarhmarlige Substanz, die als Beifuttermittel zusammen mit Maissilage, geschältem Mais oder wiederangerührtem Trockenkorn oder irgendwelchen Futtermitteln, die einen Proleinmangcl aufweisen, verwendet werden. Es kann auch eine andere Art des Abzuges angewendet werden, beispielsweise das direkte Fließen der Flüssigkeit 49 durch eine Leitung direkt zu einer Düngerverteilungseinrichtung od. dgl* wobei mittels einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) oder unter dem Einfluß der Schwerkraft die Flüssigkeit aus der Einrichtung abgezogen werden kann.

Die zur Entwicklung der Erfindung durchgeführten Versuche, wie sie in den weiter unten folgenden Tabellen und in den folgenden Beispielen angegeben sind, zeigen, daß das erfindungsgemäß zur Ausfällung und Konservierung des bei dem anaeroben Fermentationsprozeß gebildeten Proteins angewendete Fermentationsverfahren viele Vorteile gegenüber einem Verfahren zur Koagulation der Proteine durch Wärme hat.

Die nachfolgend angegebene Tabelle dient der Stützung der pH-Wertangabe in den weiter unten beschriebenen Beispielen, wobei aus der folgenden Tabelle Daten in bezug auf die pH-Wertänderung bei der Fermentation von Säften aus verschiedenen Pflanzen zu entnehmen sind.

Pflanze pH-Wert des pH-Wert nach
frischen 24stündigcr

Saftes Fermentation

Luzerne	5,8-6,0	4,2-4,5
Mais	5,5	3,4
Hafer	5,6	3,7
Erbsenkletterpflanzen	5,6	3,8
Rasengras	5,5	4,2
Pangolagras	5,7	4,2
Raygras	6,0	4,0
Elefantengras	5,7	4,2
Sudangras	5,5	3,6

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Einer der ersten Versuche wurde in der Weise durchgeführt, daß grüner Saft aus frischen grünen Blatt- und Stengelgeweben von Luzerne (Medicago sativa) mittels einer kleinen Schneckenpresse aus rostfreiem Stahl herausgepreßt wurde. Der pH-Wert dieser frischen Luzerne-Säfte lag nahe bei pH 6. Eine bestimmte Menge des frischen grünen Saftes (von nur 100 ml bis 2000 ml) wurde in Erlenmeyer-Kolben oder Flaschen eingefüllt. Der Sauerstoff oberhalb des Saftes wurde durch Stickstoff verdrängt und der Kolben oder die Flasche wurde geschlossen und mit einem Gummistopfen mit einem Wasser- oder Bunsenventil abgedichtet, so daß es möglich war, die während der anaeroben Fermentation gebildeten Gase entweichen zu Ipssen, ohne daß Luft in das Gefäß eintreten konnte. In einigen Fällen wurde eine geringe Menge von gemahlenen Weizen oder Mehl dem Luzerne-Saft zugesetzt, um seinen Kohlehydratgehalt zu erhöhen.

Wie in der Tabelle I angegeben, fiel der pH-Wert des frischen (grünen) Saftes innerhalb von 1 bis 3 Tagen von einem Wert von 6 bis auf einen Wert zwischen 4,2 und 4,5 und am Boden setzte sich ein olivgrünes Proteinsediment ab. Die Flüssigkeit oberhalb des Sedimentes war infolge der darin suspendierten Bakterienzellen trübe. Das Proteinsediment wurde durch Zentrifugieren der Fermentationsmischung oder durch Absaugen der überstehenden Flüssigkeit gesammelt Diese Trennung wurde im allgemeinen nach einer Fermentationsdauer

_e5 von 12 bis 72 Stunden durchgeführt Bei einigen Versuchen wurde die Fermentationsdauer jedoch auf längere Zeiträume ausgedehnt, um zu sehen, wie lang sich die Mischung halten würde. Während der

Fermentation wurde etwas Gas gebildet. Nach Beendigung der Gasbildung wurde das Bunsen- oder Wasserventil für eine längere Aufbewahrung bei Raumtemperatur durch einen dichten Gummistopfen ersetzt. Die grüne Farbe der überstehenden Flüssigkeit änderte sich während der längeren Fermentation und Aufbewahrung von Hellbraun nach Dunkelbraun. Diese Aufbewahrungsdauer wurde auf mehr als ein Jahr ausgedehnt und d&r Inhalt der Flaschen wies stets einen niedrigen pH-Wert auf und es traten keine Anzeichen von einer Fäulniszersetzung auf. Demgegenüber unterlagen die frischen Luzernesaft-Proben, die Luft ausgesetzt waren, einer aeroben Fermentation, ihr pH-Wert stieg innerhalb von 2 Tagen an und ein Unangenehmer fauliger Gruch zeigte eine Zersetzung an. innerhalb von wenigen Tagen wurde der faulige Geruch so übel, daß die frischen Saftproben, die der Luft ausgesetzt waren, ausgeschüttet werden mußten.

Beispiel 2

Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt, wobei diesmal das frische Luzernegewebe durch ein grünes Blatt- und Stengelgewebe von Mais (Zea mays), der abgeschnitten wurde, als sich gerade die Ähren zu bilden begannen, ersetzt. Der pH-Wert des Saftes des Maises nahm von 5,5 auf 3,4 ab, wie die oben angegebene Tabelle I zeigt, und es bildete sich auch ein Proteinkoagulum.

Beispiel 3

In diesem Beispiel wurde das Luzernegewebe des Beispiels 1 durch grünes Stengel- und Blattgewebe von Hafer (Avena sativa) ersetzt, der abgeschnitten worden war, als sich die Köpfe zu formen begannen, und die dabei erhaltenen pH-Werte sind in der weiter oben angegebenen Tabelle I angegeben.

Beispiel 4

Das Luzernegewebe des Beispiels 1 wurde durch frische Rasengrashalme ersetzt. Diese Grashalme bestanden aus einer Mischung von Gräsern, die von einem fertigen Rasen mittels eines Rotationsrasenmähers abgeschnitten worden waren. Der Saft wurde mittels einer Schneckenpresse aus den Grashalmen herausgepreßt

Es wurden Proben der Feststoffe und der überstehenden Flüssigkeit aus dem Rasengrassaft entnommen, der einer 26stündigen, 50stündigen und 74stündigen anaeroben Fermentation unterworfen worden war. Diese Proben und eine Probe des nichtfermentierten frischen Saftes wurden hydrolysiert und auf ihre Aminosäurezusammensetzung hin analysiert. Diese Aminosäureanalysen zeigten, daß der Rasengrassaft, der 26 Stunden lang fermentiert worden war, 15% mehr Protein, errechnet aus dem Aminosäuregehalt als der nichtfermentierte frische Saft enthielt Nach 50 und 74 Stunden betrug diese Zunahme 17% bzw. 21%. Dieser Versuch zeigt, daß ein Teil der Kohlehydrate und des Nicht-Proteinstickstoffes in dem Rasengrassaft während der anaeroben Fermentation in bakterielles Protein umgewandelt worden war. Daher kann durch eine kurze anaerobe Fermentation des Grünpfianzensaftes die Proteinrnenge, die aus dem Saft des grünen Pflanzengtvvebes gewonnen werden kann, erhöht werden.

Beispiel 5

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei diesmal das Luzernegewebe dyrch frisches Blatt- und Stengelgewe-

^ri be des unter der Bezeichnung Pangolagras (Digitaria decumbems) bekannten tropischen Grases ersetzt wurde. Dieses tropische Gras wurde in einem Gewächshaus gezüchtet und war, als es geschnitten wurde, etwa 45,7 cm hoch und die dabei erhaltenen Ergebnisse lagen in der gleichen Größenordnung wie diejenigen des Beispiels 1 und der pH-Wert des frischen Saftes nahm, wie aus der obigen Tabelle I hervorgeht, nach 24stündiger Fermentation von 5,7 bis auf 4,2 ab.

!5 Beispi el 6

Das Luzernegewebe des Beispiels 1 wurde durch das unter der Bezeichnung Elefantengras (Dennisetum purpureum) bekannte tropische Gras ersetzt. Dieses Gras wurde von einer lokalen Feldanpflanzung

2ö erhalten. Das Gras war etwa 1,20 m hoch, als es geschnitten wurde. Der Saft, der leicht aus dem Blatt- und Stengelgewebe herausgepreßt werden konnte, wies eine gute anaerobe Fermentation auf und auf dem Boden der Fermentationsflasche setzte sich ein Proteinschlamm ab. Die in der obigen Tabelle I angegebenen Daten zeigen, daß der pH-Wert des frischen Saftes nach 24stündiger Fermentation von 5,7 auf 4,2 abnahm.

Beispiel 7

Um festzustellen, ob die anaerobe Fermentation von frischem Grünpflanzensaft in einem größeren Maßstabe, wie er für Farmbetriebe erforderlich wäre, durchgeführt werden könnte, wurden Fermentationen in einem zylindrischen 379-l-Behälter mit einem Durchmesser von 73,5 cm und einer Tiefe von 100 cm durchgeführt. Der grüne Saft in diesem Behälter wurde mit einem schwimmenden kreisförmigen Deckel mit einem Durchmesser von etwa 72,5 cm bedeckt, der aus einer 1,9 cm dicken Preßspanplatte geschnitten worden war. Dieser Deckel schwamm oben auf dem Saft, um eine Sauerstoffdiffusion in die Flüssigkeit zu verhindern und dadurch anaerobe Bedingungen aufrechtzuerhalten. Außerdem wurde oben auf diesen Deckel ein loser passender Metalldeckel gelegt, um die Fermentationsgase in dem oberen Teil des Behälters zu halten.

Frische Luzerne, die mit einer Erntemaschine abgeschnitten und zerhackt worden war, wurde durch eine große Schneckenpresse geführt, die den grünen Luzernesaft herauspreßte. 214,5 kg dieses frischen Saftes wurden in den Behälter eingefüllt und 56 kg Inokolum, das hergestellt worden war durch anaerobe Fermentation des am Tage zuvor ausgepreßten Luzernesaftes in mit einem Bunsenventil verschlossenen Milchkannen, wurden zugegeben. Das Inokulum wurde mit dem frischen Saft gemischt, der dann mit dem schwimmenden Deckel abgedeckt wurde, und einer 20stündigen anaeroben Fermentation unterworfen.

Während dieser Zeit fiele der pH-Wert des Saftes von

6 auf einen Wert zwischen 4,2 und 4,5 und es bildete sich ein Proteinkoagulum. Die gesamte Fermentationsmischung wurde dann in einer Hochgeschwindigkeitszentrifuge zentrifugiert, um das Proteinkoagulum zu sammeln. Etwa 5% des Gewichtes der fermentierten Mischung wurden als dickes Proteinkoagulum gesammelt Diese Paste enthielt 31% Gesamtfeststoffe. Die Aminosäureanalyse zeigte, daß sie 41% Protein, bezogen auf die Trockenfeststoffe, enthielt

Beispiel 8

Das Beispiel 7 wurde wiederholt, wobei diesmal jedoch der Behälter bis zu einer Tiefe von 72 cm mit frischem Luzernesaft gefüllt wurde, der nur 5 I InC'kufum enthielt, das aus Luzernesaft hergestellt worden war, der einer vorherigen 24stiindigen anaeroben Fermentation unterworfen wurde. Nachdem diese Mischung 72 Stunden lang, bedeckt mit dem schwimmenden Deckel, fermentiert worden war, wurde eine braune trübe überstehende Flüssigkeit von einem dicken Proteinsediment abgetrennt, der sich auf dem Boden abgesetzt hatte. Diese Abtrennung erfolgte durch Absaugen der überstehenden Flüssigkeit. Das Absaugen wurde unter Verwendung eines Gummischlauches und eines Rohres mit einer kreisförmigen Scheibe durchgeführt, die Unmittelbar unterhalb des Einlasses angeordnet war und das mechanische Vermischen der überstehenden Flüssigkeit mit dem Sediment verringerte. Die Tiefe der überstehenden FÜissigkeitsschicht, die abgesaugt wurde, betrug 34 cm. "las Proteinsediment füllte den Bodenabschnitt des Behälters bis zu einer Tiefe von 24 cm aus. Proben der überstehenden Flüssigkeit und des Sediments wurden für die Analyse zurückbehalten. Die _/^Analyse der überstehenden Flüssigkeit zeigte, daß sie 4,4% Gesamtfeststoffe enthielt, die, bezogen auf das Trockengewicht, 0,19% Stickstoff, 245 ppm Phosphor

Tabelle Il

und 5610 ppm Kalium enthielten. Die überstehende Flüssigkeit stellt somit ein wertvolles flüssiges Düngemittel dar. Da Methionin und Cystin bekanntlich die Grenzaminosäuren in Luzerneprotein darstellen, wurde

«j eine sorgfältige Analyse im Hinblick auf die Aminosäuren Methionin und Cystin in frischem nichtiermentiertem Gesamtsaft und in der überstehenden Flüssigkeit Und in dem Sediment der oben beschriebenen anaeroben Fermentation durchgeführt. Die Analysen

ίο zeigten, daß durch die anaerobe Fermentation der Methionengehalt um 13% gegenüber demjenigen des frischen Gesamtsaftes anstiege Während der nnaeroben Fermentation wurde ein großer Teil der löslichen Kohlehydrate und des Nicht-Proteinstickstoffes in

(5 bakterielles Protein umgewandelt. Dieses bakterielle Protein wies einen hohen Methionengehalt auf und somit war der Methioningehalt in der Mischung aus Luzerne und bakteriellem Protein höher als derjenige in dem frischen Luzerne-Volisaft.

Eine ähnliche Aminosäureanalyse und ein ähnlicher Vergleich wucden mit dem durch Erhitzen und anaerobe Fermentation von Luzerne gebildeten Proteinkoagulum durchgeführt. Die nachfolgend angegebene Tabelle enthält die Daten, die bei dieser Analyse nach der anaeroben Fermentation, die in 379- bis 757-l-Behältern durchgeführt wurde, gesammelt wurden.

Probe

Proteingehalt in % (bezogen auf das Trockengewicht) GMS-Aminosiiure/IOOg Gesamtaminosäuren LYS CYS MET LEU

8,86 9,46 9,63

Erhitztes Luzerne-Konzentrat (sprühgetrocknet) 41,3 6,65 1,33 2,27

Fermentierter Luzerneschlamm (sprühgetrocknet) 29,7 5,38 1,83 2,55

Fermentierte Luzerne (zentrifugiert, gewaschen 46,6 6,48 1,96 2,75

und gefriergetrocknet)

Das durch Fermentation erhaltene Proteinkuagulum enthielt um 41% mehr Cystin und um 13% mehr Methionin als das durch Erhitzen des Saftes gebildete Proteinkoagulum.

Die folgende Tabelle erläutert die enzymatische Freisetzung von Aminosäuren aus dem erhitzten, sp'.'ihgetrockneten Proteinkonzentrat von Luzerne und dem fermentierten, ofengetrockneten Schlamm von Luzerne nach dem Digeneren mit Pepsin und anschließend mit Pankreatin.

Tabelle III

Probe

freigesetzte GMS-Aminosäuren/IOOg Gesamtaminosäuren insgesamt LYS CYS MET MET

LEU

Erhitzt
Fermentiert

17,9
20,9

1,77
1,51

,06 0,24
0,48

6,79

2,51 2,87

60

Die obige Untersuchung der Hydrolyse des fermentierten und erhitzten Luzerne-Proteinkoagulums durch die Verdauungsenzyme Pepsin und anschließend Pakreatin zeigt, daß das Cystin 1% der aus dem fermentierten Koagulum freigesetzten Gesamtaminosäure darstellte, daß jedoch kein Cystin aus dem erhitzten Koagulum freigesetzt wurde. Die enzymatische Freisetzung von Methionin aus dem fermentierten Koagulum war doppelt so hoch wie diejenige aus dem durch Erhitzen gebildeten Koagulum. Methioninsulfoxid wurde zwar aus dem erhitzten Koagulum, nicht jedoch aus dem fermentierten Koagulum freigesetzt. Die in der obigen Tabelle III angegebenen Daten lassen vermuten, daß beim Erhitzen eine oxydative Zerstörung der Schwefelaminosäuren auftritt, daß diese jedoch nicht auftritt oder vermindert ist, wenn eine anaerobe Fermentation von grünen Pflanzen, wie Luzerne, angewendet wird.

Die folgende Tabelle IV enthält Daten in bezug auf die Ergebnisse von Rattenfütterungsversuchen, die das aufgenommene Protein, die Gewichtszunahme, den Proteinwirkungsgrad (P. E. R.) von Casein, das erhitzte, sprühgetrocknete Luzerneproteinkonzentrat und den ofengetrockneten Proteinschlamm von Luzerne mit 10% Protein angeben.

Tabelle IV

Probe	Aufgenommenes	Gewichtszunahme	Korrigierter
	Protein		P. E. R.
	(g/2 Wochen)	(g/2 Wochen)
Casein	14,9 I 0,3	64,411,8	2,5
Erhitztes Proteinkonzentrat	9,4.10,4	19,8 I 1,4	1,1
Fermentierter Schlamm	10,210,6	29,2 ±2,7	1,7
	Gewichtszunahme

aufgenommenes Protein

Die Daten in der vorstehenden Tabelle IV zeigen, daß die Ratten, die mit dem erhitzten koagulierten Protein gefüttert wurden, eine durchschnittliche Gewichtszunahme von nur 19,8 g und einen korrigierten Proteinwirkungsgrad von 1.1 aufwiesen. Die Ratten, die mit dem durch Fermentation koagulierten Protein gefüttert wurden, wiesen dagegen eine Gewichtszunahme von 29.2 g und einen korrigierten Proteinwirkungsgrad von 1.7 auf. Infolgedessen war das Wachstum der Ratte:, mit durch anaerobe Fermentation hergestelltem Protein besser als mit durch Erhitzen hergestelltem Protein, jedoch geringer als beim Füttern mit Casein und diese Ergebnisse wurden erzielt, obgleich Ratten den Geschmack von Luzerne nicht mögen.

Beispiel 9

Die in Beispiel 1 beschriebene anaerobe Fermentation wurde wiederholt, wobei diesmal das Proteinsediment durch Zentrifugieren nach 1-. 2- und 4tägiger Fermentation gesammelt wurde. Die Sedimente wurden unter Anwendung des von B. E. K η u c k e s, S. C. W i 11. R. E. Möller und E. M. B i c k ο f f in »Journal of the Association of Official Analytical Chemists«, Band 54. Seiten 769-772 (1972), beschriebenen Verfahrens auf ihren Gehall an Xanthophyll und Karotin hin analysiert. Die Analysen zeigten, daß das nach 1. 2 und 4 Tagen gesammelte Proteinsediment pro 0.454 kg Trockenmaterial jeweils 813, 736 bzw. 763 mg Xanthophyll enthielt. Die Nicht-Epoxid-Xanthophyll-Gehalte betrugen 774. 768 und 795 mg. Der Karotingehall betrug 565.613 und 680 mg pro 0.454 kg Trockenmaterial nach 1-, 2- und 4tägiger anaerober Fermentation. Die Analysen zeigen somit, daß das Xanthophyll und das Karotin während der anaeroben Fermentation nicht zerstört wurden.

Ein weiterer Versuch zeigte, dab der Xanthophyll- und Karotin-Gehalt des durch anaerobe Fermenlation von Luzernesaft hergestellten Proteinkonzenlrats höher waren als in dem gleichen Proteinkonzentrat, das nach dem üblichen Verfahren durch Wärmekoagulation des Proteins aus dem gleichen Saft hergestellt worden war.

Dadurch, daß man den Saft von blättrigen grünen Pflanzen, wie z. B. solchen, wie sie in der obigen Tabelle I angegeben sind, einer säurebildenden anaeroben Fermentation durch die auf den Blättern und Stengeln der Pflanzen, aus denen der Saft extrahiert wird, in der Natur lebenden Bakterien unterwirft, ist es erfindungsgemäß möglich, innerhalb eines kurzen Zeitraumes von beispielsweise 24 Stunden eine Proteinkoagulation zu erzielen. Durch dieses Verfahren werden die Kosten und die Energie, die für die Ausfällung des Proteins in dem Saf· von grünen Pflanzen zur Oberführung desselben in einen koagulierten Zustand erforderlich sind, und zur Abtrennung des größten Teils des Wassers von dem Saft und zur Umwandlung eines Teils des Kohlehydrats und Nicht-Prolein-Stickstoffs in dem Saft in bakterielles Protein, welches den Cystin- und M<-?thioninproteingehalt des Saftes erhöht, herabgesetzt. Das erfindungsgemäß erhaltene Proteinkonzentrat weist einen besseren Geschmack auf als die unter Anwendung von Wärme oder unter Verwendung einer Säure oder von organischen Lösungsmitteln hergestellten Konzentrate, so daß das Konzentrat leichter von Tieren aufgenommen wird.

Der koagulierte Saft von grünen Pflanzen als Beifuttermittel enthält nicht nur Proteine aus dem Saft, die bei einem pH-Wert von 3,4 bis 4,5 unlöslich sind, sondern außerdem auch Zellen und Proteine von säurebildenden anaeroben Bakterien, die aus dem

.(■5 Fermentationsprozeß stammen. Dies führt zu einer Erhöhung des Methionin- und Cystin-Gchaltes des Bcifuttermittels und des Nährwertes desselben. Tests haben gezeigt, daß der Methioningehalt des durch anaerobe Fermentation des Saftes von grünen Viehfutterpflanzen um mehr als 2% höher ist als der Methioningehalt eines durch Erhitzen oder durch Zugabe einer Säure zu dem Saft koagulierten Beifuttermittels.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 30 35

1. Verfahren zum Koagulieren und Konservieren vcn Proteinen aus den aus den Stengeln und Blättern von grünen Pflanzen ausgepreßten Säften, dadurch gekennzeichnet, daß man in den frisch ausgepreßten Säften mit den Mikroorganismen, die von den Blättern der grünen Pflanzen in die Säfte eingeschleppt werden, eine anaerobe Fermentation der Säfte und damit eine Herabsetzung des pH-Werts der Säfte durch Erhöhung des Säuregehalts der Säfte unter Koagulation der Proteine in den Säften durchführt, das Koagulat in einer anaeroben Atmosphäre aufbewahrt und die anaeroben Mikroorganismen und Sporen, die in natürlicher Weise im Koagulat vorhanden sind, zur Senkung des pH-Werts des Koagulats verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als ausgepreßten Saft von Stengeln υ"Ί Blättern von grünen Pflanzen denjenigen von kurz zuvor geernteter Luzerne mit einem pH von 5,7 bis 6,1 oder denjenigen von kurz zuvor geerntetem Viehfuttergras mit einem pH von 5,4 bis 6,1 verwendet.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Extraktor (2) für die Aufnahme der grünen Pflanzen (1) und zum Auspressen des in ihnen enthaltenen Saftes, eine im wesentlichen verschlossene Aufbewahrungseinrichtung (8) für die ausgepreßten grünen Pflanzen, die in der Nähe des Extraktors (2) angeordnet ist, eine den Extraktor (2) und die Aufbewahrangseinrichtung (£, verbindende Fördereinrichtung (5), einen praktisch sauerstofffreien Fermentationsbehälter (4), de in der Nähe des Extraktors (2) angeordnet ist, eine erste, den Extraktor (2) mit dem Fermentationsbehälter (4) verbindende und die grünen Pflanzensäfte aus dem Extraktor (2) in den Fermentationsbehälter (4) überführende Zuleitung (3), eine die Druckunterschiede zwischen den Gasen im Inneren des Fermentationsbehälters (4) und der Außenatmosphäre ausgleichende, den Eintritt von Luft in den Fermentationsbehälter (4) verhindernde und eine sauerstofffreie Atmosphäre innerhalb des Fermenta- 4 j tionsbehälters (4) aufrechterhaltende Entlüftungseinrichtung (13), eine zweite Leitung (3.3), mit der mit dem Bodenabschnilt des Fermentationsbehälters (4) zur Austragung des Koagulats eine Verbindung herstellbar ist, eine dritte Leitung (21), mit der mil -,« den Leitungsverbindungen (22, 23, 24 und 25), die in verschiedenen Höhen mit dem Fermentationsbehälter (4) verbunden sind, oder mit einer vierten Leitung (28) eine Verbindung herstellbar ist. eine Pumpein richtung (16), die mit allen Leitungen verbindbar ist. ^rr> sinen in Nähe des Fermentationsbehälters (4) angeordneten, praktisch sauerstofffreien Konservie rungsbehälter (20), eine fünfte Leitung (32), mit der der Konservierungsbehälter (20) mit dem Fermenta tionsbehälter (4) verbindbar ist, ein Ventil (31) in der wi fünften Leitung (32) zur Steuerung des hindurehfließenden Matcrialstroms, eine Vielzahl von Leitungsverbindungen (38, 39, 40, 41, 42 und 43), die am Konscrvicrungsbehälter (20) befestigt sind und mit Ventilen versehene Leitungen (28, 36), die mit den Lcittingsvcrbindungcn (38, 39, 40, 41, 42 und 43) des Konservicrungsbehällcrs (20) und der ersten Leitung (1) verbindbar sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Koagulieren und Konservieren von Proteinen aus den aus den Stengeln und Blättern von grünen Pflanzen ausgepreßten Säften sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das in frischen, grünen Pflanzengeweben enthaltene Protein wird normalerweise durch mechanische Zerstörung der Pflanzenzellwände mit Hilfe von Mühlen, Walzen, Pressen oder dergleichen und durch Auspressen des frischen Saftes von den Pflanzenfasern getrennt.

Anschließend wird bei den herkömmlichen Verfahren das im Saft enthaltene Protein von dem im Saft enthaltenen Wasser dadurch getrennt, daß der Saft auf etwa 80⁰C erhitzt wird oder Mineralsäuren oder organische Lösungsmittel zugesetzt werden, wodurch das Protein zum Koagulieren veranlaßt wird. Das Proteinkoagulum wird dann in der Regel durch Filtrieren oder Zentrifugieren gesammelt. Das herkömmliche Verfahren ist in dem Buch von N. W. P i r i e. Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1971 mit dem Titel »Leaf Protein. Its Agronomy. Preparation. Quality and Use« beschrieben.

Das herkömmliche Verfahren ist insofern nachteilig, als sowohl die Erwärmung des Pflanzensaftes als auch die Zugabe von Säuren oder organischen Lösungsmitteln zu dem Saft beachtliche Kosten verursacht und eine komplizierte Apparatur benötigt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Koagulieren und Konservieren von Proteinen aus den aus den Stengeln und Blättern von grünen Pflanzen ausgepreßten Säften zu schaffen, welches sich einfacher und kostengünstiger durchführen läßt und zu seiner Durchführung eine weniger komplizierte Vorrichtung fordert. Im Rahmen dieser Aufgabe soll auch eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das zu schaffende Verfahren dadurch gelöst, daß man in den frisch ausgepreßten Säften mit den Mikroorganismen, die von den Blättern der grünen Pflanzen in die Säfte eingeschleppt werden, eine anaerobe Fermentation der Säfte und damit eine Herabsetzung des pH-Wertes der Säfte durch Erhöhung des Säuregehaltes der Säfte unter Koagulation der Proteine in den Säften durchführt, das Koagulat in einer anaeroben Atmosphäre aufbewahrt und die anaeroben Mikroorganismen und Sporen, die in natürlicher Weise im Koagulat vorhanden sind, zur Senkung des pH-Wertes des Koagulats verwendet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der F.rfindung ist vorgesehen, daß man ausgepreßten Saft von Stengeln und Blättern von grünen Pflanzen denjenigen von kurz zuvor geernteter Luzerne mit einem pH-Wert von 5.7 bis h.l oder denjenigen von kurz zuvor geerntetem Viehfullergras mit einem pH Wert von 5,4 bisb.l verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit auf dem Leitgedanken, daß man den aus frischen grünen Pflanzen ausgepreßten Saft einer kurzen anueroben Fermentation unterwirft, bei welcher aus den Kohlehy dratcn des Saftes organische Säuren gebildet werden. Die Fermentation wird durch die Mikroorganismen hervorgerufen, die in der Natur auf den grünen blättrigen Pflanzen leben und in den Saft eingeschleppt werden. Die gebildete Säure setzt dabei den pH-Wert des Saftes herab und bewirkt, daß das Protein koaguliert. Gleichzeitig wird ein Teil des unerwünschten Chlorophylls und der unerwünschten Saponinglycosidc oder der anderen toxischen Substanzen in dem Saft