AT392798B - Verfahren zur herstellung eines silierzusatzes - Google Patents

Description

AT 392 798 B

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silierzusatzes auf der Basis von Milchsäurebakterien, wie Lactobacillus-Arten, Streptococcus faecium, Pediococcus sp. sowie gegebenenfalls Leuconostoc mesenteroides.

Die Silierung von Pflanzenprodukten gewinnt auch in Österreich immer größere Verbreitung, da sie u. a. die S für die Ernte notwendige Schönwetterperiode von beispielsweise bisher 3 bis 5 Tagen bei der Heuwerbung auf 1/2 bis maximal 1 Tag reduziert. Während die Herstellung stabiler Silagen aus kohlenhydrat(zucker)-reichen Materialien (z. B. Maiskörner, Rüben, aber auch - bedingt - Grünmais) meist problemlos und daher ohne Zusätze zum Ausgangsmaterial zu bewerkstelligen ist, treten beim Silieren von eiweißreichen und/oder zuckerarmen Materialien, wie es die meisten 10 Gräser sind, öfter Probleme auf.

Die Silagegärung ist ein mikrobiologischer Prozeß, bei welchem Milchsäurebakterien (MSB) die vorhandenen Zucker zu Milchsäure vergären. Zu diesem Vorgang ist kein Sauerstoff nötig.

Die entstandene Milchsäure bewirkt eine Absenkung des pH-Werts der Silage und unterbindet dadurch das Wachstum fast aller anderen Mikroorganismen, mit Ausnahme von Hefen und anderen Pilzen, die ihrerseits zu 15 ihrem Wachstum allerdings Sauerstoff benötigen.

Diese Ansäuerung, verbunden mit der Verwertung aller leicht vergärbaren Zucker und dem Ausschluß von Sauerstoff, ergibt eine stabile Silage, die über mehr als ein Jahr haltbar ist, von den Haustieren gerne und in großer Menge aufgenommen wird und bei der im Verhältnis zum Ausgangsmaterial nur ein geringer Trockenmasseverlust eintritL 20 Zur Verbesserung der Gärung gibt es zwei Gruppen von Zusätzen: - Säuren (anorganische und organische, z. B. Propionsäure) - Mikroorganismen, meist MSB.

Da da- Umgang mit aggressiven, ätzenden und korrosiven Säuren gefährlich und unangenehm ist, verlagerte sich das Interesse auf die Zugabe von MSB. 25 An die MSB zur Silagebereitung werden folgende Anforderungen gestellt: - schnelles Wachstum unter nicht sterilen Bedingungen, - breites Vergärungsspektrum (viele unterschiedliche Zucker) - weite pH- und Osmosetoleranz - fakultativ anaerob (nicht sauerstoffempfindlich). 30 Es sind verschiedene Silierzusätze auf der Basis von MSB bekannt, die meist Lactobacillus plantarum und/oder Streptococcus faecium enthalten. Sie sind als gefriergetrocknete Masse zu einem relativ hohen Preis im Handel, so daß ihre Verwendung verhältnismäßig teuer und außerdem eine langwierige Reaktivierung vor ihrem Einsatz erforderlich ist.

In der DE-AS 1 245 271 ist ein Silierzusatz beschrieben, der die MSB Lactobacillus, Pediococcus, 35 Leuconostoc und/oder Streptococcus gemeinsam mit Antibiotika und Wachstumsförderem für MSB enthält und zur Beschleunigung des Siliervorgangs eingesetzt werden soll. Über Herstellung und mengenmäßige Zusammensetzung des Silierzusatzes ist in dieser Literaturstelle nichts ausgesagt.

Soweit in der Fachwelt bekannt, werden die als Silierzusatz verwendeten MSB bisher auf Medien auf Molke-Basis oder auf synthetischen Medien gezüchtet Die Molke enthält vorwiegend Lactose, ein Kohlenhydrat, das in 40 pflanzlichen Medien nicht vorkommt; den synthetischen Medien wird als Kohlenhydratquelle meist nur Glucose zugesetzt

Daher haben die bisher auf dem Markt befindlichen Silierzusätze neben ihrem hohen Preis noch folgende weitere Nachteile: - häufig enthalten sie nur Bakterien, die bevorzugt Lactose vergären, nicht jedoch die anderen, in 45 Pflanzenprodukten vorkommenden Kohlenhydrate; - sie enthalten in der Regel nur eine Bakterienart; - durch die Gefriertrocknung ist vor dem Gebrauch eine langwierige Reaktivierung von etwa 12 h erforderlich, was auf jeden Fall nachteilig ist, da zusätzlich zur Wetterabhängigkeit bei der Futtereinbringung auch die Vorbereitung des Silierzusatzes geplant und berücksichtigt werden muß; 50 - es hat sich herausgestellt, daß die im Handel befindlichen Präparate zwar unter Sterilbedingungen eine gute Säuerungsaktivität und gutes Wachstum zeigen, daß sie sich unter Praxisbedingungen jedoch nicht oder nur langsam gegen die epiphytischen MSB durchsetzen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung eines preiswerten Silierzusatzes zur Verfügung zu stellen, der rasch einsetzbar ist, den pH-Wert im Siliergut möglichst 55 schnell absenkt, rasch die anaeroben Verhältnisse schafft und einen möglichst tiefen pH-Endwert erreicht. Außerdem sollen die Trockenmasseverluste so gering als möglich gehalten werden.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Bakterienmischung, die vorzugsweise die Bakterienarten Lb. plantarum, Str. faecium und Pediococcus sp. in einer Menge von jeweils 10 bis 50 %, bezogen auf die Gesamtbakterienzahl, enthält, auf einem ausschließlich pflanzlichen Nährmedium, vorzugsweise 60 auf sterilisiertem Preßsaft von Gräsern und/oder Leguminosen, selektiert und anschließend auf einem Bierwürze enthaltenden Medium gezüchtet wird.

Die Bakterienarten L. mesenteroides, Lb. bulgaricus, Lb. brevis und Lb. fermentum sind dabei bevorzugt in -2-

AT 392 798 B einer Menge von jeweils 1 bis 10 %, bezogen auf die Gesamtbakterienzahl, enthalten.

Um die Gestehungskosten des erfindungsgemäß hergestellten Präparates so gering als möglich zu halten und eine rasche Wirkung desselben zu gewährleisten, wird es bevorzugt als gekühlte Aufschlämmung auf wässeriger Basis in einer Konzentration von 5 bis 25 Vol.-% angeboten. In gewissen Fällen kann selbstverständlich auch eine Trocknung der Bakterien vorgenommen werden, wenn es aus marktwirtschaftlichen Gründen erforderlich sein sollte.

Das zur Selektierung der Bakterien verwendete pflanzliche Nährmedium wird vor allem aus jungen, eiweißreichen Gräsern und/oder Leguminosen gewonnen, wodurch dieses Medium eine Vielzahl von Kohlehydraten, wie Hexosen, Pentosen und auch andere seltene Kohlehydrate enthält, die den Verhältnissen im frischen Grashaufen möglichst nahekommen. Die Vermehrung der selektierten Bakterien erfolgt dann auf einem Bierwürze enthaltenden Medium, das als Brauerei-Nebenprodukt ebenfalls pflanzlichen Ursprungs und außerordentlich preiswert ist. Als Kohlehydrat ist in der Würze hauptsächlich Maltose, in geringeren Mengen auch Glucose und Fructose enthalten.

Wesentlich bei der Züchtung der Bakterien ist die Einhaltung eines genauen pH-Programms, da sich bei jedem pH-Wert eine etwas andere Zusammensetzung des Artenspektrums zeigt (Streptococcus bis pH 4,8; dann vor allem Lactobacillus, ab 4,0 Lactobacillus plantarum). Die Regulierung des pH-Werts erfolgt durch Zugabe von Calciumcarbonat, Kalkmilch, Natronlaugelösung (z. B. 30 %ig), Soda oder Natriumbicarbonat. Dadurch wird die gebildete Milchsäure teilweise neutralisiert und das Bakterienwachstum aufrecht erhalten. Außerdem kann die gebildete Milchsäure schon während des Verfahrens durch Ionenaustausch, Umkehrosmose oder Elektrodialyse aus dem Medium entfernt werden.

Der Anfangs-pH-Wert des Mediums hängt von dessen Zusammensetzung ab und liegt meist bei 6,5 bis 7,4. Dann folgt eine stufenweise Absenkung des pH-Werts etwa gemäß folgendem Programm:

Stufe 1: Dauer 6 bis 8 Stunden, Absenkung des pH-Werts auf etwa 5,5

Stufe 2: Dauer 9 bis 11 Stunden, Absenkung des pH-Werts auf etwa 5,0

Stufe 3: Dauer 6 bis 8 Stunden, Absenkung des pH-Werts auf etwa 4,7

Stufe 4: Dauer 6 bis 8 Stunden, Absenkung des pH-Werts auf etwa 4,4

Stufe 5: Dauer 3 bis 15 Stunden, Absenkung des pH-Werts auf etwa 4,0.

Die in der Praxis bei Silierungen erreichten pH-Werte liegen stets unter 4,5, wobei Maissilagen eine Absenkung bis auf 3,8 bis 4,0, Grassilagen eher auf einen Wert von etwa 4,2 erzielen. Die maximale Absenkung des pH-Werts in einem derartigen Vorgang wird bei Sauerteig erreicht, wo Werte bis zu 3,1 gemessen wurden. Während der pH-Absenkung soll auch die Temperatur abgesenkt werden, wobei ein Temperaturverlauf von etwa 50 °C bis zu etwa 30 °C zu empfehlen ist. Am Ende des Züchtungsvorgangs kann die Masse eine durchschnittliche Temperatur von 35 bis 45 °C aufweisen.

Der osmotische Druck fällt während des Züchtungsvorgangs durch den Verbrauch der Kohlenhydrate automatisch ab. Diese Bedingungen von Medienzusammensetzung, Temperatur, pH-Wert und osmotischem Druck entsprechen weitgehend den natürlichen Bedingungen der Silierung und liefern daher Bakterienmischungen, die den eingangs an Silierzusätze gestellten Forderungen optimal genügen.

Der Vorteil einer Bakterienmischung im Verhältnis zur Anwendung von Einzelstämmen liegt in der vielseitigeren Verwendbarkeit und Anpassungsfähigkeit an die unterschiedlichen zu silierenden Produkte. Diese Mischungen sind synbiotische Stämme, die bei verschiedenen pH-Optima wirksam werden.

Nach beendeter Züchtung liegt die Bakterienaufschlämmung in einer Konzentration von 1,5 bis 8.10^/ml vor und wird nun auf eine Konzentration von 4.10^ bis 4.10^/ml eingeengt, was vorzugsweise durch Mikrofiltration, Ultrafiltration, Zentrifugieren oder durch Arbeiten in Kammerfilterpressen erfolgt. Die Ultrafiltration besitzt gegenüber der Mikrofiltration den Vorteil des geringeren "foulings". Zentrifugation in selbstentleerenden Separatoren ist ebenfalls möglich, jedoch nicht so effizient

Gegebenenfalls wird vor dem Aufkonzentrieren der Milchsäurebakterien eine Vorfiltration vorgenommen.

Vorteilhaft ist es, wenn schon während des Fermentationsprozesses die gebildete Milchsäure durch Ionenaustausch, Umkehrosmose oder Elektrodialyse aus dem Medium entfernt wird.

Die konzentrierte MSB-Aufschlämmung wird rasch auf einen pH-Wert von knapp unter 7, vorzugsweise 6 bis 6,5 gebracht und anschließend entweder auf 4 °C abgekühlt, abgefüllt und kühl gelagert oder nach Zusatz von Stabilisatoren, insbesondere Citronensäureestern, durch Vakuumtrocknung (Lyophilisierung), Wirbelschichttrocknung oder Sprühtrocknung getrocknet

Gewünschtenfalls können die bakterienfreien Abwässer, die relativ große Mengen Milchsäure (etwa 7 % D-und L-Lactat) enthalten, durch Zugabe von CaO oder Kalkmilch neutralisiert werden, worauf das entstandene Calciumlactat durch Dekanter oder durch Filtration abgetrennt und ohne weitere Reinigung als Futtermittelzusatz verwendet werden kann.

Mehrere Stunden vor der geplanten Verwendung der erfindungsgemäßen Silierzusätze können diese vom Anwender mit etwa 40 °C warmem Wasser wieder auf etwa Ausgangskonzentration verdünnt und mit Zuckern, wie insbesondere Melasse oder Silierzucker, versetzt werden, sodaß sie in hochaktiver Form eingesetzt werden -3-

Claims (9)

1. AT 392 798 B können. In der Praxis können für die Züchtung der MSB und ihre Anwendung als Silierzusatz folgende Bedingungen gewählt werden: Beispiel: Ansatzgröße: 20001 Vorderwürze, 112 Gew.-% Zucker, bes. Maltose, Glukose, Fruktose pH 6,7 Temperatur beim Start: 503 °C Inokulum: 4 % (= 801) einer Starteikultur mit pH 4,8 und ca. 10^ Milchsäure-Bakterien pro ml Rührweikschaltung: diskontinuierlich, 10 sec. ein, 50 sec. aus Zeit: pH: pH-Kontrolle Programmänderung Chen 3 Std. 5,5 beginnt nein 7 Std. 5,5 endet pH-Absenkung bis 5,0 8 Std. 5,0 beginnt nein 17 Std. 5,0 endet pH-Absenkung bis 4,7 17,5 Std. 4,7 beginnt nein 24 Std. 4,7 endet pH-Absenkung bis 4,4 24,5 Std. 4,4 beginnt nein 31 Std. 4,4 endet pH-Absenkung bis 4,0 31,5 Std. 4,0 beginnt nein 37 Std. 4,0 Zellemte beginnt pH-Kontrolle durch Chemostat: Zugabe einer 30%-igen Natronlaugelösung Verbrauch in 37 Std.: 53 1 Temp. nach 37 Std.: 42,3 °C Zellzahl vor Beginn der Konzentrierung (nach 37 Std.): 8,7 x lofyml Konzentrieren der 20001 auf 401 durch Mikrofiltration: 4 x 10^/ml Restzuckergehalt: 3,7 Gew.-%, meist Maltose, keine Glukose oder Fruktose Milchsäuregehalt: 7,0 Gew.-% (D- und L-Lactat) Um die Verwendbarkeit des so erhaltenen Produktes zu überprüfen, wurden zwei Versuche mit je ca. 1000 kg fein gehächselten Silomaispflanzen mit und ohne Silierzusatz jeweils in einem Kunststoffbehälter angesetzt, das Material gut verdichtet und die Behälter luftdicht verschlossen. Die pH-Überwachung erfolgte durch Messung mittels Elektrode in einer Tiefe von etwa 30 cm. Die Erreichung des anaeroben Zustands wurde durch Methylenblau sichtbar gemacht, wobei dieser Zustand beim Kontrollversuch ohne Silierzusatz nach 23 Stunden, beim Versuch mit Silierzusatz nach 16 Stunden, erreicht wurde. Die Verfolgung der pH-Werte wurde in der Zeichnung graphisch festgehalten. In der dort abgebildeten Kurve ist der pH-Wert auf der Ordinate, die Zeit auf der Abszisse aufgetragen. Die Versuchsführung »folgte in kleinen Silos von je 1 m^ Inhalt. Die ausgezogene Kurve entspricht dem Versuch mit Silierzusatz (Zugabe von 20 ml Milchsäurebakterienkonzentrat [flüssig] auf 1 angewelktes Gras vor dem Verdichten), die gestrichelte Kurve zeigt den Verlauf des Kontrollversuchs ohne Zugabe von Milchsäurebakterien. Man sieht deutlich, daß durch Zugabe des Silierzusatzes der pH-Wert rascher und tiefer abgesenkt wird als beim Kontrollversuch. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Silierzusatzes auf der Basis von Milchsäurebakterien, wie Lactobacillus-Arten, Streptococcus faecium, Pediococcus sp. sowie gegebenenfalls Leuconostoc mesenteroides, dadurch gekennzeichnet, daß die Bakterienmischung, die vorzugsweise die Bakterienarten Lb. plantarum, Str. faecium -4- AT 392 798 B und Pediococcus sp. in einer Menge von jeweils 10 bis 50 %, bezogen auf die Gesamtbakterienzahl, enthält, auf einem ausschließlich pflanzlichen Nährmedium, vorzugsweise auf sterilisiertem Preßsaft von Gräsern und/oder Leguminosen, selektiert und anschließend auf einem Bierwürze enthaltenden Medium gezüchtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bakterienmischung eingesetzt wird, die die Bakterienarten L. mesenteroides, Lb. bulgaricus, Lb. brevis und Lb. fermentum in einer Menge von jeweils 1 bis 10 %, bezogen auf die Gesamtbakterienzahl, enthält.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Züchtung bei absinkendem pH-Wert bis zu einem Wert von etwa 4,0 in einem Temperaturbereich zwischen 50 und 30 °C erfolgt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung des pH-Wertes während der Züchtung gemäß folgendem Stufenschema erfolgt: Stufe 1: Dauer 6 bis 8 Stunden, Absenkung des pH-Wertes auf etwa 5,5 Stufe 2: Dauer 9 bis 11 Stunden, Absenkung des pH-Wertes auf etwa 5,0 Stufe 3: Dauer 6 bis 8 Stunden, Absenkung des pH-Wertes auf etwa 4,7 Stufe 4: Dauer 6 bis 8 Stunden, Absenkung des pH-Wertes auf etwa 4,4 Stufe 5: Dauer 3 bis 15 Stunden, Absenkung des pH-Wertes auf etwa 4,0.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß schon während des Fermentationsprozesses die gebildete Milchsäure durch Ionenaustausch, Umkehrosmose oder Elektrodialyse aus dem Medium entfernt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abschluß der Fermentation die Milchsäurebakterien durch Ultrafiltration, Mikrofiltration, Zentrifugieren oder in Kammerfilterpressen, vorzugsweise auf eine Konzentration von 5 bis 25 Vol.-%, aufkonzentriert werden, wobei gegebenenfalls die bakterienfreien Abwässer durch Zugabe von Calciumoxid oder Calciumhydroxid neutralisiert werden, das entstehende Calciumlactat durch Dekanter oder Filtration abgetrennt wird und ohne weitere Reinigung als Futtermittelzusatz verwendbar ist.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufkonzentrieren eine Vorfiltration erfolgt.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufkonzentrierte Milchsäurebakterienaufschlämmung auf einen pH-Wert von 6 bis 6,5 gebracht und anschließend rasch auf etwa 4 °C abgekühlt, abgefüllt und kühl gelagert wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aufkonzentrierte Milchsäurebakterienaufschlämmung auf einen pH-Wert von 6 bis 6,5 gebracht und nach Zusatz von Stabilisatoren, insbesondere von Citronensäureestern, vorzugsweise durch Vakuumtrocknung, Wirbelschichttrocknung oder Sprühtrocknung, getrocknet wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-