DD291688A5 - Verfahren zur anwendung eines spezifischen enzymkomplexes zur silierung von gruenfutter - Google Patents

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DD291688A5 DD90337597A DD33759790A DD291688A5 DD 291688 A5 DD291688 A5 DD 291688A5 DD 90337597 A DD90337597 A DD 90337597A DD 33759790 A DD33759790 A DD 33759790A DD 291688 A5 DD291688 A5 DD 291688A5
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Michael Dipl-Chem Dr Tischler
Klaus-Werner Dipl-C Echtermann
Klaus-Dieter Dr Rer N Robowsky
Otto Prof Dipl-Landw Dr Knabe
Guenter Dr Sc Nat Dipl- Schulz
Wilhelm Prof Dipl-Chem Flamme
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Ifz Biotechnologische Forsch U
Inst Futterproduktion Paulinen
Univ Berlin Humboldt
Inst Pflanzenzuechtung Guelzow
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anwendung eines spezifischen Enzymkomplexes zur Silierung von Gruenfutterstoffen. Es bestand die Aufgabe, mit Hilfe eines einzigen Enzymkomplexes eine Beschleunigung der Angaerung und p H-Absenkung durch Bereitstellung der fuer die anaerobe milchsaure Fermentation notwendigen Saccharide bei zeitlich und quantatativ limitierter Verzuckerung der Strukturkohlenhydrate des Siliergutes zu erreichen. Erfindungsgemaesz wird ein spezifischer Enzymkomplex angewandet, der in seiner Zusammensetzung auf die zu silierenden Futtermittel abgestimmt ist und ueber Cellulase, Hemicellulase, Amylase, Pectinase, * Cellobiase und Protease verfuegt und aus Mikroorganisamen-Kulturen, vorzugsweise Fungi der Gattung Aspergillus, Trichoderma, Penicillium, insbesondere Penicillium janthinellum oder Pflanzen wie Enzymtriticale gewonnen wird. Das Verfahren wird in der Landwirtschaft und Futtermittelindustrie angewendet.{Verfahren; Silierung; Gruenfutter; Enzymkomplex; Angaerung; p H-Wert, Verzuckerung; Landwirtschaft; Futtermittelindustrie}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Dieses Verfahren wird bei der Silierung von Grünfutter und anderem Siliergut in der Landwirtschaft angewandt.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Die Konservierung von pflanzlichem Material durch biologische Säuerung ist seit langem bekannt. Das Prinzip besteht darin, daß das organische Material durch anaerobe Milchsäuregärung und/oder durch Ansäuerung mit entsprechenden Chemikalien eine rasche pH-Absenkung erfährt und dadurch die Entwicklung Fäulnis oder Fremdgärungen (z. B. Buttersäurefermentationen) erregender Mikroorganismen unterdrückt wird. Die erwünschte Milclisäurefermentation wird von einer Vielzahl von Parametern beeinflußt, wie z. B. von der Art und dem Titer der natürlichen Milchsäurebakterien, der Art, der chemischen Zusammensetzung - insbesondere dem Kohlenhydratgehalt und der Beschaffenheit (TS-Gehalt) des Siliergutes, Siliertechnologie, Gärbedingungen. Entscheidend für den Erfolg dieses Konservierungsverfahrens ist die Geschwindigkeit der Säuerung, um schädliche Mikroorganismen zu unterdrücken. Zum Erreichen dieser Ziele werden in der Literatur zahlreiche Verfahren genannt, die wie folgt systematisiert werden können (Vgl. auch DD-WP 221068):
1. Förderung bzw. Stimulierung der Milchsäurefermentation durch Zusatz von (homofermentativen) Milchsäurebakterien-Kulturen mit 10s—107 CFU (Colony forming units)/g Siliergut und/oder von Zuckern oder zuckerhaltigen Futterstoffen. Das Siliergut besitzt jedoch eine umfangreiche mikrobielle epiphytische Wildflora, die vor dem Silieren nicht beseitigt werden kann und daher den Effekt der zugesetzten (homofermentativen) Bakterienkulturen wechselhaft beeinflußt. Von den zuzusetzenden Kulturen sind Säure-, Thermo- und Osmotoleranz sowie genetische Stabilität zu fordern.
2. Direkte Ansäuerung durch organische und/oder anorganische Säuren bzw. deren Salze und Ester (vgl. DD-WP 114343, DD-WP 118521, DD-WP 122372). Hierzu rechnet auch derZusatz von chemischen Siliermitteln zur Verhinderung unerwünschter mikrobieller Umsetzungen. Probleme des Arbeits- und Umweltschutzes sowie der Korrosion, insbesondere bei Anwendung konzentrierter Säuren sind zu beuchten.
3. Zusatz von vor allem mlkroblollon Enzymen oder Enzymgemischen aus Alpha-Amytase, Glucoamylaso, Cellulase, Homlcellulasen In Kombination mit stärkehaltigen Trägern. Hiermit werden hochpolymere biologische Substanzen des Trägers bzw. des Siliergutes In z.T. vergärbare Kohlenhydrate umgewandelt (vgl. F-PS 2039908, F-PS 3005020, DD-WP 132102, DD-WP 149015undKNABE,O., ROBOWSKY1K1-D11MUELLE^Th11WEISE1Q., SEYFARTH, W.: „Anwendung biologischer Siliermittel für Grobfutter", Tierzucht 41 [1987], 467-169). Die Anwendung von'Einzelenzymen in Form von Mischungen konnte bisher noch keine umfassende Wirkung erbringen.
4. Zusatz von vermälztem und unvormälztem Getreide, mit dom vergärbare Kohlenhydrate gebildet werden sollen (DR-PS 1492903, DE-OS 2700644, US-PS 3968259). Die Bildung vergärbarer Zucker ist dabei von der diastatischen Kraft des Malzes bzw. vom Enzympotential des Getreides abhängig. Bei Zusatz von Getreide wird eine schnelle Bildung vergärbarer Saccharide nicht Irrimer erreicht.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die Anwendung von chemischen Siliermitteln (Ameisensäure, Mineralsäuren u.a.) teilweise eine optimale Konservierung des Siliergutes bewirkt, jedoch bei deren Anwendung Probleme des Arbeits- und Umweltschutzes sowie der Korrosion bestehen. Biologische Siliermittel und Impfkulturen überwinden diese Probleme. Die bisher bekannten Einzelenzyme bzw. Enzymgemische garantieren derzeitig noch keine reproduzierbare Stabilisierung der Milchsäuregärung durch Beschleunigung der Anfangsgärphase und damit verbundene pH-Absenkung da eine Adaptation an die spezifischen Eigenschaften des Siliergutes nicht vorgenommen wurde. Ein Enzymkomplex, der die o.g. Anforderungen erfüllt, wurde noch nicht beschrieben.
Ziel der Erfindung
Dos Ziel der Erfindung besteht darin, eine reproduzierbare Stabilisierung der Milchsäurefermentation durch beschleunigte Angärung und damit verbundene pH-Absenkung zu erreichen, woraus eine Verringerung der Ver'-iste, eine Erhöhung der Silagequalität und -Verdaulichkeit sowie der Tiergesundheit und Rohmilchqualität resultiert.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgab zugrunde, ein Verfahren zur raschen Bildung für Milchsäurebakterien vergärbarer Kohlenhydrate zur Sicherung einer schnellen Angärung und damit verbundenen pH-Absenkung des Siliergutes vorzulegen. Eine Limitierung der Hydrolyse von Strukturkohlenhydraten des Siliergutes ist erforderlich, um die Sickersaftbildung zu begrenzen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anwendung eines spezifischen Enzymkomplexes zur Silierung von Grünfutter mit auf das Siliergut abgestimmten Eigenschaften bei Temperaturen von 293...318 K und pH-Werten von 6,0...3,0 bei zeitlich und quantitativ limitierter Verzuckerung der Strukturkohlenhydrate durch pH-Inhibition erreicht. Der spezifische Enzymkomplex enthält Cellulasen mit hohem Cellobiase-bzw. ß-Glucanase-Anteil, Hemicellulasen mit Wirkung auf verzweigte und unverzweigte Pentosane, Amylasen mit hohem Glucoamylase-Anteil zur Hydrolyse von Oligo- und Disacchariden, Pectinasen, ß-1,3-Glucanase und Protease. Der spezifische Enzymkomplex wird in festem (pulvrigem oder granuliertem) odei flüssigem (Kulturfiltrat, -konzentrat, Ultrafiltrat) Zustand bei natürlichem pH-Wert des Siliergutes bei Siliertemperatur durch Einsprühen, Einstreuen, Berieseln appliziert. Der spezifische Enzymkomplex kann sowohl als Produkt der Kultivierung von Mikroorganismen als auch aus Pflanzen in Form von oder extrahiert aus Enzymtriticale oder an gemahlenem, geschrotetem Enzymtriticalo, Getreide, Malz natürlich oder synthetisch chemisch und/oder physikalisch gebunden eingesetzt werden. Dabei werden maximal 40%mas (bezogen auf den Gesamteinsatz des Siliergutes), vorzugsweise 1 bis 20%mas Enzym-Triticale eingesetzt mit einer Fallzahl < 140sec, einer amylolytischen Aktivität von > 55 SKB-Einheiten und einer Alpha-Amylaseaktivitst von > 15ICC-Einheiten. Die Korngrößo des Schrotes beträgt mit 50% < 1 mm. Der spezifische Enzymkomplex kann als Produkt der Kultivierung von Mikroorganismen der Gattungen Aspergillus, Trichoderma oder Penicillium, vorzugsweise Penicillium janthinellum, insbesondere der Stämme IMET 43733, IMET 43903, IMET 43904, IMET 43905 eingesetzt werden. Beide Applikationsformen, d. h. der Einsatz eines mikrobiellen Verzuckerungsmittels für die Bildung vergärbarer Mono- und Disaccharide und der Einsatz von enzymreichen Getreideprodukten können kombiniert we,'deη und führen so zu besonders hohen Anfangsgärleistungen. Der spezifische Enzymkomplex kann mit Starterkulturen von Milchsäurebakterien (z. B. Lactobacillus) kombiniert werden. Der spezifische Enzymkomplex kann mit Glucoseoxydase zur Entfernung des Sauerstoffes aus dem Siliergut und damit verbundenen Gewährleistung anaerober Fermentationsbedingungen kombiniert v/erden.
Ausfuhrungsbeispiele
Beispiel 1
Bei der Herstellung von Silage wird das Siliergut, bestehend aus Luzerne, Rotklee, Futtergräsern, Grüngetreide und/oder Mais (150 bis 400g/kg Trockensubstanz) mit 2 bis 8I einer Lösung oder Suspension des spezifischen Enzymkomplexes in Wasser je t frischem oder gewölktem Siliergut während des Häckselns besprüht. Die Enzymdosierung beträgt so 103 bis 503 FPU/t Siliergut, (Filterpapiersaccharifizierende Enzymaktivität nach MANDELS et al. [1969]). Die Enzymaktivitäten des eingesetzten spezifischen Komplexes sind bezogen auf Protein:
g 316
FPS-Aktivitat U/g 316
CMCL gNaCMC/g 1,39
Celloblase U/g 963
Xylanase U/g 15439
Xylobiase U/g 215
Glucoamylase E/g 8500
Mannanase U/g 409
Protease TEc„/g 200
Lichenase U/g 3,1·
Laminarinase U/g 4540
104
Nach Beginn der Milchsäurefermentation erfolgt durch den Enzymzusatz ein pH-Abfall von 5,9 auf 4,2 in 7 Tagen (Kontrolle ohne Enzym: pH 5,0) und eine Milchsäurebildung von 70g/kg TS (Kontrolle: 39g/kg TS). Am Ende des Silierprozesses Ist eine Mllchsäurekonzentration von 140 bis 170g/kg TS Silage erreicht (Kontrollo: 5,2 g/kg TS Silage). Die Buttersäuregehalte betragen bei der enzymbehandelten Silage: Og/kg TS und in der Kontrolle 20-40g/kg TS Silage.
Durch den Zusatz des spezifischen Enzymkomploxes wurde die Milchsäuregärung gefördert, die Buttersäurebildung verhindert und der Proteinabbau zu Ammoniak gehemmt.
Beispiel 2
1000kg Siliergut aus Luzerne mmit 230g/kg TS wird mit 20%masTriticaleschrot (Korngröße 88% < 1 mm, Fallzahl 110 Sekunden, amylolytische Aktivität 49SKB-Einheiten, Alpha-Amylaseaktivität 16ICC-Einheiten) versetzt. Dabei wird das Triticaleschrot schichtweise eingestreut. Nach 3 Tagen ist im Siliergut ein pH-Abfall festzustellen. Nach Ende der Silierung ist ein Milchsäuregehalt von & 120 g/kg Silage vorhanden. Die Silage Ist buttersäurefrei und besitzt einen fruchtig-aromatischen Geruch.
Beispiel 3
100kg Enzymtriticale werden bei 298 bis 318K mit dem 3fachen Volumen wäßrig extrahiert, der Extrakt thermisch oder mechanisch durch Membrantrennverfahren eingeengt, und das dabei entstehende Konzentrat bei der Einbringung des Siliergutes in einem Volumen von 2-8 auf 1000 kg Pflanzen gesprüht. Das zurückbleibende Getreide wird der Fütterung zugeführt oder als Kohlenhydratquelle schichtenweise dem Siliergut zugegeben. Der pH-Wert der Silage verändert sich nach 3 Tagen auf £4,0; die Silage besitzt eine Mllchsäurekonzentration von > 120g/kg.
Beispiel 4
Angewendet wird ein Kombinationspräparat, in dem der im Beispiel 1 genannte spezifische Enzymkomplex zusammen mit einer lyophilisierten Milchsäurebakterienkultur wirbelschichtgranuliert ist und das 190FPU und 4 · 109CFU (colony forming units)/g Präparat enthält. Dieses Präparat wird mit einer Dosierung von 50 bis 180, vorzugsweise 120 g/t Siliergut direkt bei der Befüllung des Silos eingestreut oder in einem Volumen von 1 bis 5l Wasser gelöst bzw. suspendiert auf das Siliergut aufgesprüht. Es erfolgt nach der Angärung eine pH-Veränderung auf ^ 4 innerhalb von 3 Tagen und der Milchsäuregehalt nach 90 Tagen Silierprozeß beträgt > 120g/kg Siliergut.

Claims (9)

1. Verfahren zur Anwendung eines spezifischen Enzymkomplexes zur Silierung von Grünfutter bei Temperaturen von 293...318K und pH-Werten vop 6,0...3,0 bei zeitlich und quantitativ limitierter Verzuckerung der Strukturkohlenhydrate durch pH-Inhibition, gekennzeichnet dadurch, daß ein einziger auf die Siliergutzusammensetzung abgestimmter spezifischer Enzymkomplex zum Einsatz kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex Cellulasen mit hohem Cellobiase- bzw. ß-vjlucanase-Anteil, Hemicellulasen mit Wirkung auf verzweigte und unverzweigte Pentosane, Amylasen mit hohem Glucoamylase-Anteil zur Hydrolyse von Oligo- und Disacchariden, Pectinasen, ß-1,3-Glucanase und Protease enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex in festem (pulvrigem oder granuliertem) oder flüssigem (Kulturfiltrat, -konzentrat, Ultrafiltrat) Zustand bei natürlichem pH-Wert des Siliergutes bei Siliertemperatur durch Einsprühen, Einstreuen, Berieseln appliziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex als Produkt der Kultivierung von Mikroorganismen oder Pflanzen in Form von oder extrahiert aus Enzymtriticale oder an gemahlenem geschrotetem Enzymtriticrie, Getreide oder Malz natürlich oder synthetisch chemisch und/oder physikalisch gebunden eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß dabei maximal 40%rnas (bezogen auf den Gesamteinsatz des Siliergutes), vorzugsweise 1 bis 20%mas Enzymtriticale eingesetzt werden mit einer Fallzahl < 140sec, einer amylolytischen Aktivität von > 55 SKB-Einheiten und einer Alpha-Amylaseaktivität von > 15 ICC-Einheiten. Die Korngröße des Schrotes beträgt mindestens 50% vorzugsweise >85% <1 mm.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex als Produkt der Kultivierung von Mikroorganismen der Gattungen Aspergillus, Trichoderma oder Penicillium, vorzugsweise Penicillium janthinellum, insbesondere der Stämme IMET 43733, IMET 43903, IMET 43904, IMET 43905 eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß beide Applikationsformen wie mikrobieiles Verzuckerungsmittel und Zusatz enzymreicher Getreideprodukte kombiniert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex mit Starterkulturen von Milchsäurebakterien (z.B. Lactobacillus) kombiniert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, gekennzeichnet dadurch, daß der spezifische Enzymkomplex mit Glucoseoxydase zur Entfernung des Sauerstoffes aus dem Siliergut kombiniert wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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NL1006478C2 (nl) * 1997-01-20 1999-03-23 Bae Hee Dong Bereiding van enzymprodukten en ruwe voedingsmaterielen onder toepassing van graanzaden
WO2010073083A3 (en) * 2008-12-22 2010-09-30 Inbicon A/S Methods of processing ensiled biomass

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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NL1006478C2 (nl) * 1997-01-20 1999-03-23 Bae Hee Dong Bereiding van enzymprodukten en ruwe voedingsmaterielen onder toepassing van graanzaden
WO2010073083A3 (en) * 2008-12-22 2010-09-30 Inbicon A/S Methods of processing ensiled biomass
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