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Moderne Landwirtschaft
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von Brabender, Deutschland
Die Versorgung der ständig wachsenden Weltbevölkerung mit Proteinen ist eine enorme globale Herausforderung. Der Verzehr von Fisch und Meeresfrüchten ist traditionell in vielen Ernährungskulturen verankert und wird als bedeutende Proteinquelle zur Verbesserung der Ernährung empfohlen.
Jedoch, angesichts der gegenwärtigen Situation mit überfischten Ozeanen rund um den Globus, es gilt Alternativen zu finden:Hier bietet die Aquakultur eine Lösung. Folglich ist der weltweite Jahresertrag aus Aquakultur, in Höhe von rund 100 Millionen Tonnen seit 2015, die "Wildfang"-Menge für den menschlichen Verzehr übertroffen hat.
Weiteres Wachstum ist selbstverständlich:Für die nächsten zwei Jahrzehnte wird eine Produktionssteigerung von 50 Prozent prognostiziert.
Boomende Aquakulturen:Welches Futter für welche Arten?
Wir sprachen mit Julian Foerster (JF) und Michael Landers (ML), die Anwendungstechniker im Extrusionslabor von Brabender, über die Verwendung maßgeschneiderter extrudierter Produkte zur Lösung der Probleme, mit denen die Aquafeed-Industrie derzeit konfrontiert ist.
Extrudiertes Aquafeed – Wo besteht Bedarf?
JF: Ob Fischzucht mit Durchflusssystemen, Netzkäfige, oder ressourcenschonende Kreislaufsysteme wie Aquaponik oder Offshore-Farmen – all diese Fische und Krustentiere brauchen Futter; fast 40 Millionen Tonnen pro Jahr weltweit.
70 Prozent werden von den führenden Aquafeed-Produzenten im asiatisch-pazifischen Raum produziert, vor allem in China, 10 Prozent kommen aus Lateinamerika, und weitere 10 Prozent aus Europa. Natürlich, man muss unterscheiden, welche Arten gefüttert werden sollen.
Derzeit werden 30 Prozent der Produktion für die Karpfenzucht verwendet, 15 Prozent sind für Krebstiere erforderlich, gefolgt von Tilapia, Wels, Lachs, und Forellenfarmen.
ML: Extrudierte Produkte bieten zukunftsweisende Möglichkeiten, die Markterfolge und Produktinnovationen versprechen, um das richtige Futter für jede Tierart praxisgerecht zu entwickeln. Kaum ein anderes Verfahren bietet so viel Potenzial, eine Aquafeed-Matrix komplett umzuformen.
Aus diesem Grund werden rein mechanische Pelletierpressen in der Produktion zunehmend durch modernste Extrusionstechnik ersetzt. Heute, Laborextruder sind daher notwendige „Werkzeuge“ für Produktentwickler in Unternehmen sowie an Universitäten und Forschungsinstituten. Mit dem TwinLab-F 20/40, Brabender hat jetzt sein aktuelles Spitzenmodell für die F&E-Laborwelt vorgestellt.
Was ist das "richtige" Futter für eine Art?
JF: Zuerst, Wir müssen die Rohstoffe und deren Anteil an Proteinen und Kohlenhydraten bestimmen, die für verschiedene Produktanwendungen geeignet sind. Zunächst muss die Neigung des Futters zum Aufschwimmen oder Absinken bestimmt werden, abhängig von den Ernährungsgewohnheiten der jeweiligen Fischart.
Allgemein gesagt, Schwimmfutter wird tendenziell von Grundfischen wie Karpfen und Welsen gefressen, was auch eine Frage der Ausbildung sein kann. Lachs und Forelle bevorzugen langsam sinkendes Futter, Garnele, im Gegensatz, wie Essen, das schnell sinkt.
ML: Entsprechend, Für die Produktion müssen unterschiedliche Prozesseinstellungen gewählt werden. Für schwimmendes Futter, auch suspendiertes oder langsam sinkendes Futter, wir arbeiten mit warmfließpressen bei Temperaturen über 100°C. Dies führt zu einer guten Pelletexpansion. Für sinkendes Futter, d.h. Herstellung von schnell sinkenden Pellets mit minimaler Expansion, Kaltextrusion ist das bevorzugte Verfahren.
Welche Herausforderungen müssen im Labor gelöst werden?
ML: Ob ein Produkt expandiert oder nicht, hängt davon ab, unter anderem, vom Feuchtigkeitsgehalt sowie allgemein von der Rezeptur, insbesondere der Proteinanteil, Kohlenhydrate, und Fett in der Anfangsmischung, was auch ichthyologisch je nach Art variiert.
Als Produktentwickler können wir dies im Labor genau ermitteln. Das TwinLab ermöglicht es uns, verschiedene Zusammensetzungen und Rezepturen auf den Prüfstand zu stellen. Der Expansionsgrad kann durch variable Prozesseinstellungen angepasst und verändert werden.
Am wichtigsten ist eine optimale Kohäsion der Bestandteile, um ein Zerfallen der Pellets zu verhindern. Dies ermöglicht uns, die Produkteigenschaften zu testen, um sicherzustellen, dass die Rezepturen richtig an die Fischart und die Haltungsmethode angepasst sind.
Zum Beispiel, einige Arten benötigen einen hohen Fettanteil im Futter, jedoch, zu viel Öl verzögert die Expansion - hier können wir mögliche Maxima mit dem TwinLab untersuchen. Und natürlich, das Gegenteil ist wahr, wenn es notwendig ist, die Mindestmengen an Zutaten zu bestimmen, z.B. zur Optimierung des Sinkverhaltens. Dies kann durch Zugabe von Wasser reguliert werden, unter anderem, wodurch die Pellets dann getrocknet werden.
JF: Für zukunftsorientierte, nachhaltiges Produktdesign – Stichwort:Nachhaltigkeit – der Trend geht weg vom Einsatz von Fischmehl oder Nebenprodukten aus der kommerziellen Fischerei. Stattdessen, Es muss untersucht werden, welche Proteinquellen mit welchen Eigenschaften und Prozentsätzen mit der Extrusion kompatibel sind.
Welche alternativen Rohstoffquellen sehen Sie in der Praxis für die Aquafeed-Extrusion?
ML: In unserem Anwendungslabor haben wir bereits viel Erfahrung in der Produktentwicklung gesammelt. Besonders bei Schrot und Grütze aus Hülsenfrüchten - nicht nur Soja, aber auch Erbsen und Lupinen, oder verstärkter Einsatz klassischer Protein- und Kohlenhydratquellen wie Mais, Weizen, und Reis.
Angesichts der weltweiten Ernährungssituation diese können als Aquafeed effizienter verwendet werden als zur Fütterung von Haustieren. Und angesichts der begrenzten Anbauflächen für pflanzliche Rohstoffe, Nebenprodukte aus Getreidekörnern sollten als Zutaten für Aquafeed untersucht werden.
Zum Beispiel, Ich denke da an Getreidekleie aus Mühlen oder Maiskleber aus der Stärkeindustrie. Andere naheliegende Anwendungen sind Meerespflanzen wie Algen oder Seetang als proteinreiche Nahrungsquelle für Fischfarmen:Hier im Labormaßstab könnte geklärt werden, welche Prozentanteile in einer Fischfuttermischung für die Extrusion geeignet sind bzw. wie dies technologisch optimiert werden kann.
JF: Insektenproteine bieten eine Perspektive für Forschung und Entwicklung im Bereich Aquafeed. Im Brabender Anwendungslabor, Wir haben eigene Versuche mit dem Ziel durchgeführt, Fischmehl durch Insektenprotein aus Hermetia illucens (Schwarze Soldatenfliege) als Rohstoff zu ersetzen. Erste Ergebnisse sind recht vielversprechend:Bei den rheologischen Parametern für die Extrusion sowie den ernährungsphysiologischen Eigenschaften der extrudierten Produkte egal ob in Pellet- oder gemahlener Form.
Vor allem in den ostasiatischen Märkten Dafür sehe ich gute Perspektiven, weil traditionelle Ernährungsgewohnheiten keine Vorbehalte gegen die Verwendung von Insekten in Speisekarten haben.
Was kann das neue TwinLab für die Extrusion im Labormaßstab leisten?
ML: Brunnen, Darüber könnte ich noch stundenlang reden. Aber ich möchte zwei Hauptargumente für die praktische Produktentwicklung mit Laborextrudern wie dem TwinLab anstelle der experimentellen Manipulation des Produktionsprozesses hervorheben.
Für eine, Sie können Ihre Anwendungsideen hinsichtlich Rohstoff, Formulierung, Extruderkonfiguration, und Produkt. Zweitens, Sie haben die Möglichkeit, Methoden zur Messung Ihrer Qualitätsparameter im Vorfeld vom Rohstoff bis zum Endprodukt festzulegen. Mit einer Breite von 60 Zentimetern unser neues TwinLab passt auch in die engsten Labors.
JF: Das Anwendungsspektrum konzentriert sich hauptsächlich auf die Rezeptur- und Produktentwicklung oder dient der Optimierung von Produktionsprozessen. Der neue TwinLab ist ein Doppelschneckenextruder in Laborgröße.
Wir haben damit Produkte mit unterschiedlichsten Formen getestet, Farben, und Aromen. Während der Entwicklung, uns war es wichtig, realistische Verarbeitungsbedingungen einhalten zu können. Das reduziert Kosten für unsere Kunden und ist konsequent qualitätsorientiert.
Sie benötigen deutlich weniger Zeit für Ihre Tests, Material sparen, und haben fast keine Produktverschwendung. Und zuletzt, aber nicht zuletzt:Im Produktionsalltag Sie müssen keine negativen Auswirkungen auf Ihr laufendes Qualitätsmanagementsystem befürchten. Dadurch lässt sich ein Return on Investment im Unternehmen einfach realisieren.
Wo sehen Sie anwendungsbezogene Vorteile für die Produktentwicklung?
ML: Entlang der Länge des Liners, vier heiz- und kühlzonen sorgen für optimierbare temperaturen in jedem prozessbereich. Schneckendrehzahlen von bis zu 1200 Umdrehungen pro Minute bieten dem Anwender große Flexibilität hinsichtlich der spezifischen mechanischen Energie, kurz SME genannt.
Als Doppelschneckenextruder, das TwinLab ermöglicht die Verarbeitung verschiedenster Rohstoffe, sowie Analyse ihrer Viskositäts- und Plastizitätseigenschaften. Dies liegt daran, dass alle Vermittlung, Kneten, und Mischelemente können je nach Prozessablauf individuell konfiguriert werden.
Das Moduldesign ermöglicht eine variable Konfiguration zur Produktsimulation mit unterschiedlichen Querkräften, wodurch das Gerät für sehr unterschiedliche Anwendungen geeignet ist. Und schlussendlich, Noch ein wichtiges Feature für den Laboralltag möchte ich erwähnen:Die Prozesseinheit ist horizontal geteilt und vertikal hochklappbar – was nur wenige vergleichbare Modelle auf dem Markt bieten. Dies ermöglicht nicht nur die visuelle Auswertung einzelner Bearbeitungsschritte, sondern sorgt auch für eine bequeme Schraubenentfernung und schnelle Reinigung.
JF: Für Aquafeed-Anwendungen, Wir haben hauptsächlich zylindrische Pellets produziert, oder erweiterte Produkte mit dem runden Schneidkopf – und einer zusätzlichen Schneideinrichtung. Die vier oberen und zwei seitlichen Dosieröffnungen des TwinLab ermöglichen auch flüssige oder granulierte Additive wie Öle, Vitamine, und zuzuführende Mineralkonzentrate oder Farbstoffe.
Zum Beispiel, Ich denke hier an Omega-3-Fettsäuren oder Carotine, die für Aquafeed-Hersteller und deren Lieferanten von enormer Bedeutung sind. Im Bereich Forschung und Entwicklung, es gibt viele Kooperationsprojekte zwischen Wissenschaft und Wirtschaft, die Brabender stolz darauf ist, das Aquafeed der Zukunft mit seiner Extrusionskompetenz zu unterstützen.
Aber noch mehr:Wir möchten Kunden einladen, unser Kunden- und Technologiezentrum in Duisburg zu besuchen und sich von den Möglichkeiten unserer Extrusion im Labormaßstab zu überzeugen und das neue TwinLab im Einsatz zu erleben.
