DE2602535B2

DE2602535B2 - Koagulieren und Konservieren der Proteine, die in aus den Stengeln und Blättern von grünen Pflanzen ausgepreßten Säften enthalten sind

Info

Publication number: DE2602535B2
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: 1978-05-18
Also published as: NL7600746A; US4062276A; JPS51102991A; IE43682B1; AU1049176A; DK25376A; FR2330328A1; IE43682L; JPS5527782B2; FR2330328B1; DE2602535A1; DE2602535C3; US3975546A; CA1068974A; AU502235B2; GB1494716A; BE837842A; 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 verarbeitenden Saftcharge zugesetzt werden.

Nachdem das Protein in dem Fermentationsbehälter 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 erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 3 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Aufbewahrungseinrichtung und einen Walzenpressen-Extraktor mit schematisch dargestellten Einzelteilen und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen kleinen anaeroben Fermentationsbehälter und einen großen anaeroben Konservierungsbehälter, wobei zwischen den Behältern mit Ventilen versehene Verbindungsleitungen vorgesehen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung beziehen sich auf die Koagulation von Proteinen, die aus dem grünen Saft gewonnen werden, der aus Luzernepflanzen 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 geladen, 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 jedoch nicht zur Grundlage für die Trennung des Proteins von dem Wasser in dem Saft 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

IU 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 1, leben, in den Saft eingeschleppt und beginnen sich zu 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 pH-Wert und in Abwesenheit von Sauerstoff 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 Fermentations- und 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

jo 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 die Neigung hat, in die Vorrichtung einzuströmen, statt dessen in den Beutel 10 und dehnt ihn innerhalb des Behälters 8 aus. Umgekehrt führt ein Ansteigen der Temperatur zu einer Erhöhung des Innendruckes, wodurch der Beutel 10 zusammengedrückt wird, und die Luft in dem Beutel wird durch das Rohr 11 herausgepreßt. Es kann auch ein Zwei-Wege-Ventil 12 als Auslaßventil für den Durchgang von Luft nach innen oder für den Durchgang von Gasen aus der Vorrichtung heraus vorgesehen sein, wenn ungewöhnliche Druckunterschiede auftreten.

Der Fermentationsbehälter 4 ist gegen Eintritt von Luft abgedichtet und kann zu Beginn oder während des Füllens mit Inertgasen, 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 eeeen

den Eintritt von Luft kann mittels eines schwimmenden Deckels (nicht dargestellt), beispielsweise eines solchen, wie er in Kohlenwasserstoffvorratsbehältern verwendet wird, erzielt werden oder er kann mit einem Entlüftungssystem versehen sein, wie es beispielsweise in dem Viehfuttervorratsbehälter 8 angewendet wird. Dieses besteht im allgemeinen aus dem durch den Deckel des Behälters 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 Temperaturänderungen 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 Viehfutterernte 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 Inokulum 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 dcnaturicrl und das Protein wird unlöslich. Durch (lic Fermentation wird nicht das gesamte Protein denaturiert, da das Protein aus dem anaeroben Fermentationsprozeß bessere funktionell Eigenschaften hat als das durch Hitzekoagulation hergestellte Protein. Das durch anaerobe Fermentation ■3 hergestellte Proteinkoagulum hat auch einen besseren Geschmack als der nichtkoagulierte grüne Saft oder das durch Erhitzen des Saftes erhaltene Koagulum. 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 Bodenabschnitt des Behälters 4 führende Leitung 3 erstreckt sich durch die reversible Pumpe 16, die durch geeignete Ventitstellung 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 dem Fermentationsbehälter 4 kontrollieren.

Nach Beendigung des anaeroben Fermentationsprozesses 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 Fermentationsbehälter 4 in Verbindung. 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 unc das Ventil 31 in der mit der Leitung 3 in Verbindung stehenden Leitung 32 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 derr Konservierungsbehälter 20 verwendet wird, wird die mit der Leitung 3 in Verbindung stehende Austragslet tung, die von der Pumpe 16 ausgeht, durch das Ventil 3' geschlossen. Gleiches gilt für das Ventil 35 in dei Leitung 36, die von dem Sammelrohr 37 ausgeht, da: mittels Leitungsverbindern 38, 39, 40, 41,42 und 43, di< in verschiedenen Höhen an dem Behälter 20 befestig sind, mit dem Lagerbehälter 20 in Verbindung steht

ho leder Leitungsverbinder weist ein Ventil 44 zu Regulierung des Durchflusses durch die jeweiligei Rohre auf.

Der Konservierungsbehälter ist auch so konstruier! daß er gegen den Eintritt von Sauerstoff vcrschlossci

hi werden kann wie die Aufbewahrungseinrichtung 8, si daß darin eine anaerobe Atmosphäre aufrechterhalte] werden kann. Infolgedessen ist der Konservicrungsbe halter 20 gegen den Eintritt von Luft als Folge eine

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 erstreckt, mit der Atmosphäre in Verbindung steht. In dem Behälter 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 Proteinkoagulat 48, wie in den Zeichnungen dargestellt, an dem Boden des Behälters 20 in Form eines Schlammes ab und die überstehende oder von Protein 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 Flüssigkeit 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 Protein, 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 worden. 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

ι 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 Proteinschlamm handelt es sich um eine schlammartige Substanz, die als Beifuttermittel zusammen mit Maissilage, geschältem

ίο Mais oder wiederangerührtem Trockenkorn oder irgendwelchen Futtermitteln, die einen Proteinmangel aufweisen, verwendet werden. Es kann auch eine andere Art des Abzuges angewendet werden, beispielsweise das direkte Fließen der Flüssigkeit 49 durch eine

is 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 jo 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	24stündiger
	Saltcs	Fermentation
Luzerne	5,8-6,0	4,2-4,5
Mais	5,5	3,4
Hafer	5,6	3,7
Erbsenkletterpflanzcn	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 Sah 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-Kolbcn 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 Bunscnventil abgedichtet, so daß es möglich war, die während eier anaeroben Fermentation gebildeten Cinse entweichen zu lassen, 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 Proteinsedinienl ab. Die Flüssigkeit oberhalb des Sedimentes war

_hn infolge der darin suspendierten Bakterienzellen trübe. Das Proteinsediment wurde durch Zentrifugieren der Fermentationsmischung oder durch Absaugen der überstehenden Flüssigkeil gesammelt. Diese Trennung wurde im allgemeinen nach einer Fermeniationsdaucr 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. Wahrend 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 der 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 durrh 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 cngegebene 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 5 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 Grünpflanzcnsaftes die Proteinrnenge, die aus dem Saft des grünen Pflanzengewebcs gewonnen werden kann, erhöht werden.

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

■i 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

κι 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.

Beispiel 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 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 Fermentationsf'asche 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.

_ju 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

M) 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 Luzernesattes 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

bo 6 auf einen Wert zwischen 4,2 und 4,5 und es bildete sich ein Proleinkoagulum. Die gesamte Fermentationsmischung wurde dann in einer Hochgeschwindigkeitszentrifuge zentrifugiert, um das Proteinkoagulum zu sammeln. Etwa 5% des Gewichtes der fermentierten

t,5 Mischung wurden als dickes Proteinkoagulum gesammelt. Diese Paste enthielt 31% Gesamtfeststoffe. Die Aminosäureamide zeigte, daß sie 41% Protein, bezogen auf die Trockcnfcststoffc, enthielt.

Il

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 lnokulum enthielt, das aus Luzernesaft hergestellt worden war, der einer vorherigen 24stündigen 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 Flüssigkeitsschicht, die abgesaugt wurde, betrug 34 cm. Das 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 II

und 5610 ppm Kalium enthielten. Die überstehende Flüssigkeit stellt somit ein wertvolles flüssiges Düngemittel dar. Da Methionin und Cystin bekanntlich die Grenzaminosäurcn in Luzerr.eproiein darstellen wurde ) eine sorgfältige Analyse im Hinblick auf die Aminosäuren Methionin und Cystin in frischem nichtfermentiertem 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 anstieg. Während der anaeroben Fermentation wurde ein großer Teil der löslichen Kohlehydrate und des Nicht-Proteinstickstoffes in bakterielles Protein umgewandelt. Dieses bakterielle Protein wies einen hohen Methionengehalt auf und somi; war der Methioningehalt in der Mischung aus Luzerne und bakteriellem Protein höher als derjenige in dem frischen Luzerne-Vollsaft.

Eine ähnliche Aminosäureanalyse und ein ähnlicher Vergleich wurden 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-I-Behältern durchgeführt wurde, gesammelt wurden.

Proteingehalt GMS-Aminosäure/100g Gesamtaminosäuren

in%(be-

zogen auf das

Trockengewicht)

41,3	6,65	1,33	2,27	8,86
29,7	5,38	1,83	2,55	9,46
46,6	6,48	1,96	2,75	9,63

Erhitztes Luzerne-Konzentrat (sprühgetrocknet)
Fermentierter Luzerneschlamm (sprühgetrocknet)
Fermentierte Luzerne (zentrifugiert, gewaschen
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, sprühgetrockneten Proteinkonzentrat von Luzerne und dem fermentierten, ofengetrockneten Schlamm von Luzerne nach dem Digerieren mit Pepsin und anschließend mit Pankreatin.

Tabelle III

Probe

freigesetzte GMS-Aminosiiuren/lOOg Gesamtaminosiiuren
insgesamt LYS CYS MET MET-O

LEU

Erhitzt
Fermentiert

17,9
20,9

1,77
1,51

Die obige Untersuchung der Hydrolyse des fermentierten und erhitzten Luzerne-Proteinkoagiilums durch die Verdauungsenzyme Pepsin und anschließend Pakreatin zeigt, daß das Cystin 1% der aus dem fermentierten Koagulum freigesetzten Gesamtamino- m) säure 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. Methioninsulf- b5 oxid wurde zwar aus dem erhitzten Koagulum, nicht jedoch aus dem fermentierten Koagulum freigesetzt. Die in der obigen Tabelle III angegebenen Daten lassen

,06 0,24
0,48

6,79

2,51
2,87

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 Protcinschlamm von Luzerne mit 10% Protein angeben.

Tabelle IV

Probe

Casein

Erhitztes Proteinkonzentrat

Fermentierter Schlamm

Proteinwirkungsgrad (P. E. R.)

Aufgenommenes	Gewichtszunahme	Korrigierter
Protein		P. E. R.
; g/2 Wochen)	(g/2 Wochen)
14,910,3	64,41 1,8	2,5
9,4 I 0,4	19,81 1,4	1,1
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 Ratten 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, y, R. E. M ο 11 e r 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 Gehalt 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 Karotingehalt betrug 565,613 und 680 mg pro 0,454 kg Trockenmaterial nach 1-, 2- und ₄-, 4tägiger anaerober Fermentation. Die Analysen zeigen somit, daß das Xanthophyll und das Karotin während der anaeroben Fermentation nicht zerstört wurden.

Ein weiterer Versuch zeigte, daß der Xanthophyll- und Karotin-Gehalt des durch anaerobe Fermentation. r,₀ von Luzernesaft hergestellten Proteinkonzentrats höher waren als in dem gleichen Proteinkonzentrat, das nach dem üblichen Verfahren durch Wärmekoagulation des Proteins aus dem gleichen Saft hergestellt worder war.

Dadurch, daß man den Saft von blättrigen grünet Pflanzen, wie z. B. solchen, wie sie in der obigen Tabelh I angegeben sind, einer säurebildenden anaerober Fermentation durch die auf den Blättern und Siengelr der Pflanzen, aus denen der Saft extrahiert wird, in dei Natur lebenden Bakterien unterwirft, ist es erfindungs gemäß möglich, innerhalb eines kurzen Zeitraumes vor beispielsweise 24 Siunaen eine Proteinkoagulation zi erzielen. Durch dieses Verfahren werden die Koster und die Energie, die für die Ausfällung des Proteins ir dem Saft von grünen Pflanzen zur Überführung desselben in einen koagulierten Zustand erforderlich sind, und zur Abtrennung des größten Teils des Wasser: von dem Saft und zur Umwandlung eines Teils de: Kohlehydrats und Nicht-Protein-Stickstoffs in dem Saf in bakterielles Protein, welches den Cystin- unc Methioninproteingehalt des Saftes erhöht, herabge setzt. Das erfindungsgemäß erhaltene Proteinkonzen trat weist einen besseren Geschmack auf als die unte Anwendung von Wärme oder unter Verwendung eine Säure oder von organischen Lösungsmitteln hergestell ten Konzentrate, so daß das Konzentrat leichter voi Tieren aufgenommen wird.

Der koagulierte Saft von grünen Pflanzen al Beifuttermittel enthält nicht nur Proteine aus dem Safi die bei einem pH-Wert von 3,4 bis 4,5 unlöslich sine sondern außerdem auch Zellen und Proteine voi säurebildenden anaeroben Bakterien, die aus den Fermentationsprozeß stammen. Dies führt zu eine Erhöhung des Methionin- und Cystin-Gehaltes de Beifuttermittels und des Nährwertes desselben. Test haben gezeigt, daß der Methioningehalt des durcl anaerobe Fermentation des Saftes von grünen Vieh futterpflanzen um mehr als 2% höher ist als de Methioningehalt eines durch Erhitzen oder durc! Zugabe einer Säure zu dem Saft koagulierte Beifuttermittels.

Hierzu 1 Blalt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Koagulieren und Konservieren von Proteinen aus den aus den Stengeln und Blättern von grünen Pflanzen ausgepreßten Säften, d a durch 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 und 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 Aufbewahrungseinrichtung (8) verbindende Fördereinrichtung (5), einen praktisch sauerstofffreien Fermentationsbehälter (4), der 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 Fermentationsbehälters (4) aufrechterhaltende Entlüftungseinrichtung (13), eine zweite Leitung (33), mit der mit dem Bodenabschnitt des Fermentationsbehälters (4) zur Austragung des Koagulats eine Verbindung herstellbar ist, eine dritte Leitung (21), mit der mit 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 Pumpeinrichtung (16), die mit allen Leitungen verbindbar ist, einen in Nähe des Fermentationsbehälters (4) angeordneten, praktisch sauerstofffreien Konservierungsbehälter (20), eine fünfte Leitung (32), mi«, der der Konservierungsbehälter (20) mit dem Fermentationsbehälter (4) verbindbar ist, ein Ventil (31) in der fünften Leitung (32) zur Steuerung des hindurchfließenden Materialstroms, eine Vielzahl von Leitungsverbindungen (38, 39, 40, 41, 42 und 43), die am Konservierungsbehälter (20) befestigt sind und mit Ventilen versehene Leitungen (28, 36), die mit den Leitungsverbindungen (38, 39, 40, 41, 42 und 43) des Konservierungsbehälters (20) und der ersten Leitung (3) verbindbar sind.

Die Erlindung 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 ■j 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 Proteinkoaguluin 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 dps 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

jo 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 Erfindung 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 6,1 oder denjenigen von kurz zuvor geerntetern Viehfuttergras mit einem pH-Wert von 5,4 bis 6,1 verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit auf dem Leitgedanken, daß man den aus frischen grünen Pflanzen ausgepreßten Saft einer kurzen anaeroben Fermentation unterwirft, bei welcher aus den Kohlehy-

bo draten 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

b5 des Saftes herab und bewirkt, daß das Protein koaguliert. Gleichzeitig wird ein Teil des unerwünschten Chlorophylls und der unerwünschten Saponinglycoside oder der anderen toxischen Substanzen in dem Saft