Zeit, in der Futtermittelverarbeitung ordentlich Gas zu geben?

von Detlef Bunzel und Andreas Lemme, Evonik, Deutschland

Die Pelletierung ist ein Kernprozess in der Mischfutterherstellung für die Betreiber von Futtermittelmühlen, da sie die Schüttdichte erhöht und die Mischung stabilisiert. Die resultierende einheitliche Partikelgröße verbessert die Lager- und Handhabungseigenschaften, die im Gegenzug, bedeutet auch geringere Transportkosten für den Mühlenbetrieb.

Das Kompaktieren des Futters erhöht auch seinen Nährwert, indem es die Energiedichte erhöht und selektives Fressen verhindert. Tiere sind nicht in der Lage, einzelne Inhaltsstoffe zu vermeiden oder abzulehnen, aufgrund von Veränderungen der Schmackhaftigkeit, wenn Komponenten in der Ernährung aus ernährungsphysiologischen und/oder Kostengründen geändert werden. Das reduziert Abfall, Verluste und Produktionskosten für landwirtschaftliche Betriebe.

Neben diesen Vorteilen, Die Betreiber müssen sicherstellen, dass sie die Anforderungen an die Lebens- und Futtermittelsicherheit erfüllen. In Europa, Die Verordnung (EG) Nr. 178/2002 legt in Artikel 15 Anforderungen an die Futtermittelsicherheit fest:

1. Futtermittel dürfen nicht in Verkehr gebracht oder an ein der Lebensmittelgewinnung dienende Tier verfüttert werden, wenn es unsicher ist.

2. Futtermittel gelten als für den vorgesehenen Verwendungszweck unsicher, wenn davon ausgegangen wird, dass sie:

sich nachteilig auf die Gesundheit von Mensch oder Tier auswirken;

Lebensmittel, die von zur Lebensmittelerzeugung genutzten Tieren stammen, für den menschlichen Verzehr unsicher machen.

Pelletqualität, sowie Größe, sollte daher ein zentrales Thema für die Betreiber sein. Studien haben gezeigt, dass die Futterformulierung (40 Prozent), Partikelgrößenverteilung (20 Prozent) und Maischekonditionierung (20 Prozent) haben den größten Einfluss auf die Standards. Geht man davon aus, dass Rezeptur und Partikelgrößenverteilung im Produktionsprozess konstant sind, Die Konditionierung der Maische ist die wichtigste Prozessvariable, die Betreiber von Futtermittelmühlen beeinflussen können, um die Qualität zu verbessern.

Chemische Konservierungsmittel unterliegen restriktiven regionalen Vorschriften (z. B. 70/524/EG in der Europäischen Union), Daher ist die Wärmebehandlung ein Schwerpunkt für Futtermittelhersteller, wenn es darum geht, die bakterielle Kontamination von Futtermaische im Produktionsprozess zu reduzieren und zu kontrollieren.

Gerätehersteller haben mehrere Ansätze entwickelt, um dieser Herausforderung zu begegnen. Sie alle betrachten Konditionierungstemperatur und -zeit als relevante Parameter für eine erfolgreiche Bakterienreduktion im Prozess. Durch das Einbringen von mehr Wärmeenergie in die Maische, mechanische Einflussfaktoren, wie Änderungen der Rohstoffeigenschaften und der Partikelgrößenverteilung, können im Kompaktier- oder Pelletierprozess besser ausbalanciert werden.

Konditionierung je nach Rezeptur anpassen

Bei der Futtermittelproduktion, Es werden verschiedenste Rohstoffe und Formulierungen pelletiert. Mit Rohstoffen landwirtschaftlichen Ursprungs, Handhabungs- und Verarbeitungseigenschaften variieren im Laufe der Zeit je nach Provenienz, Wetterbedingungen während des Wachstums und der Ernte, Vorverarbeitungs- und Lagerbedingungen, sowie Haltbarkeit.

Neben Schüttdichte und Partikelgrößenverteilung, Feuchtigkeit oder Wassergehalt ist die wichtigste physikalische Eigenschaft, die die Futtermittelverarbeitung beeinflusst. Unter den chemischen Eigenschaften von Rohstoffen, Protein, Fett- und Stärkegehalt, sowie Asche- und Fasergehalte, haben den größten Einfluss auf Ernährung und Verarbeitung.

Forscher und Praktiker von Futtermittelfabriken haben Ansätze gefunden, über die Jahre, unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften von Rohstoffen in der Ernährung durch Anpassung des Konditionierungsprozesses zu berücksichtigen. Unter der Annahme, dass die Aufnahme von Flüssigkeiten in der Ernährung definiert ist, Theoretisch wären die einzigen Parameter, die Pelletsmühlenbetreiber neben der Zufuhrrate einstellen könnten, Dampfdruck und Temperatur.

Als Faustregel gilt, Etwa 0,6 Prozent des Trockendampfs, der dem Aufbereiter zugesetzt wird, erhöhen die Temperatur der Maische um 10 °C. In der Praxis, Dampfverbrauch wird durch Dampfdruck und Qualität des Dampfzylinders einschließlich Isolierung beeinflusst, Funktion von Kondensatabscheidern, Druckminderungsverhältnis und Wärmeverluste im Konditionierer.

In diesem Kontext, Es ist auch wichtig, sich daran zu erinnern, mit Trockendampf, Druck und Temperatur hängen eng zusammen. Mit Druck, Dampftemperatur steigt. Deswegen, weniger Hochdruckdampf wird benötigt, um die Maischetemperatur zu erhöhen. Auf der anderen Seite, der Maische wird mehr Niederdruckdampf und Feuchtigkeit zugesetzt, um im Konditionierer vor der Pelletpresse eine bestimmte Temperatur zu erreichen.

Dies im Hinterkopf zu behalten hilft den Betreibern, die Empfehlungen von Forschern und Praktikern zu verstehen, unterschiedliche Dampfdrücke zu verwenden, um die Konditionierung bestimmter Diätarten zu optimieren. Zum Beispiel, in Diäten mit hohem Stärkegehalt, Niederdruckdampf sorgt nicht nur für eine Temperaturerhöhung, sondern auch für Feuchtigkeit, die vorhanden sein muss, um die Stärkemodifikation zu unterstützen.

Beispiele für Hygieneprozesse

Mehrere Gerätehersteller präsentieren Lösungen, die auf der Konstruktion des Fassaufbereiters entwickelt wurden:Reifeaufbereiter nach dem Dampfaufbereiter oder Melassemaschine sorgen für Volumen und Verweilzeit der Maische. Die Größe der Ausrüstung wird so gewählt, dass sie die Anforderungen der Kunden an Durchsatz und Verweilzeit erfüllt.

Zwei Minuten bei 80 – 85 °C gelten im Allgemeinen als guter Ausgangspunkt. Es ist wichtig sich das zu merken, von Entwurf, die tonnenförmigen Reifekonditionierer sorgen für First-in, first-out für die Maische im Prozess, so dass alle Partikel gleichzeitig einer Hochtemperaturbehandlung ausgesetzt werden.

Es muss eine ausreichende Isolierung der Dampfkonditionierer und Retentionskonditionierer vorhanden sein, um Wärmeverluste und Kondensation an der Innenfläche des Fasses zu vermeiden, da dies zu Verkrustungen und Kreuzkontaminationen führen würde. Zur selben Zeit, ein leichter Zugang für Wartung und Reinigung ist erforderlich.

Bei längeren Verweilzeiten (bis zu acht Minuten und mehr) Kahl Group schlägt ihr Konzept 'Retention Plus' vor, das ein vertikales Reifegefäß, der sogenannte Langzeit-Conditioner. Aufgrund der langen Verweilzeit in diesem Prozess, höhere Aufnahmeraten von Flüssigkeiten wie Melasse sind möglich, ohne die Pelletqualität zu beeinträchtigen. Da der Reifebehälter unter Umgebungsdruck arbeitet, Konditionierungstemperaturen bis 100°C sind möglich.

Ein drittes Beispiel für einen anderen technologischen Ansatz in der Sanitärversorgung ist der Expander. Expander arbeiten mit kurzen Retentionszeiten im Bereich von mehreren Sekunden. Da das Produkt im Auslauf durch eine Ringdüse gepresst wird, Prozessdruck bis 80 bar einstellbar. Dampf kann direkt in den Zylinder eingedüst werden und Prozesstemperaturen von bis zu 150°C sind möglich.

Ernährungsphysiologische Aspekte von Konditionierungsprozessen

Der Hauptzweck der Dampfzugabe besteht darin, die Maische für den Kompaktierungsprozess zu konditionieren, während die Wahl der Länge und des Durchmessers der Matrize auch zu mehr oder weniger Wärme führt. Der hygienische Wert ist von großer Bedeutung, da er sich direkt auf die Tiergesundheit auswirkt, indem er Krankheitserreger bekämpft oder kontrolliert. Jedoch, der Nährwert kann auch durch Hitze beeinflusst werden.

Ein Beispiel ist die Verfügbarkeit von Nahrungsenergie. Alle organischen Verbindungen im Futter können dem Stoffwechsel der Tiere Energie liefern. Bei den Makronährstoffen (Eiweiß, Lipide, Kohlenhydrate), die alle von den Tieren energetisch verwertet werden können, insbesondere sollten verschiedene Kohlenhydratanteile unterschieden werden. Während Nahrungsrohfasern nur wenig verdaulich sind und daher, nur wenig für monogastrische Tiere wie Hühner oder Schweine verfügbar, sie werden von Wiederkäuern viel besser verwertet.

Einfluss von Hitze auf Nahrungsergänzungsmittel

Übermäßige Verarbeitung wirkt sich negativ auf den Nährwert aus. So, jede Verbindung, die für höhere Temperaturen anfällig ist, wird darunter leiden. Prominente Beispiele sind bestimmte Vitamine, Enzyme und ungesättigte Fettsäuren, die oxidiert oder zerstört werden. Deswegen, entsprechende Futtermittelzusatzstoffe werden in der Regel nach dem Konditionierungs- und Pelletierprozess oder mit Vakuumbeschichtung nach der Extrusion zugegeben.

Aminosäuren, dagegen – werden vor der Konditionierung in den Mischer gegeben und sind, daher, Hitze ausgesetzt. In einem von uns durchgeführten Experiment Stabilität und Rückgewinnung von MetAMINO®, Biolys®, ThreAMINO® und TrypAMINO® wurden bei steigenden Extrusionstemperaturen von 100°C bis sogar 190°C untersucht, dauert etwa 15 Sekunden. Die Konzentrationen an ergänzenden Aminosäuren in der Futtermischung wurden im Vergleich zu den Ausgangswerten nicht reduziert, selbst unter härtesten Bedingungen von 190°C.

Eine weitere Untersuchung konzentrierte sich auf verschiedene Verarbeitungstechniken für Garnelenfutter. Garnelenfutter wurde entweder mit einem Einschnecken- oder Doppelschneckenextruder extrudiert oder pelletiert. Allgemein kann festgestellt werden, dass Gesamtprotein und Aminosäuren unter den getesteten Bedingungen nicht anfällig für Schäden waren.

Die Rückgewinnung von Aminosäuren lag zwischen 95 Prozent und 102 Prozent. Zur selben Zeit, Analyse der freien Aminosäuren ergab eine hohe Wiederfindung, auch, und schlug eine hohe Stabilität während der Futterverarbeitung vor. Freie Aminosäuren verhalten sich nicht anders als proteingebundene Aminosäuren.

Deswegen, diese Studien legen eine hohe Stabilität der Aminosäuren unter den getesteten Bedingungen nahe. Auf der anderen Seite, Es ist allgemein bekannt, dass insbesondere eine Überhitzung die Verdaulichkeit von Aminosäuren negativ beeinflusst, was wiederum deren Verfügbarkeit für die Tiere und damit die ernährungsphysiologische Wirksamkeit des Futters verringern würde.

Vor- und Nachteile von Hitze in Bezug auf den Nährwert

Die Auswirkungen der Wärmebehandlung auf die Verdaulichkeit und Verfügbarkeit von Aminosäuren wurden eher im Zusammenhang mit der Rohstoffverarbeitung als in Mischfuttermitteln untersucht. obwohl die Konsequenzen und Prinzipien dahinter ähnlich sind.

Neben den positiven Auswirkungen auf die Futtermittelhygiene, eine Hitzebehandlung ist erforderlich, um antinutritive Faktoren (ANF) zu zerstören oder zumindest zu reduzieren, während eine Überhitzung die Verdaulichkeit der Aminosäuren für die Tiere beeinträchtigt. ANFs umfassen z.B. Trypsin-Inhibitoren (z. B. Sojabohne), die die Proteinverdauung beeinträchtigen, Glucosinolate (z. B. Raps), Gossypol (Baumwollsamen), oder Lektine (z. B. Lupinen). Diese Beispiele sind alle wärmeempfindlich.

Während eine Wärmebehandlung erforderlich ist, um ANF zu reduzieren, Eine Überschreitung der optimalen Hitzeeinwirkung kann zu einer Beeinträchtigung der Verfügbarkeit von Aminosäuren führen. Eine Reihe von Versuchen, die wir mit Broilern und Schweinen durchgeführt haben, hat dies für mehrere Zutaten bestätigt. Anfänglich, Sojabohnenprodukte sowie Distiller's Dry Grains with Solules (DDGS), wurden in einem Autoklaven bei 135°C bis zu 30 Minuten systematisch und hart wärmebehandelt (Fontaine et al. 2007).

Aminosäureanalysen ergaben Verluste, insbesondere für Lysin, Arginin und Cystein – Aminosäuren, von denen bekannt ist, dass sie hitzeempfindlich sind. Jedoch, nicht nur die Gesamtaminosäuren, sondern auch reaktives Lysin wurde bestimmt. Die freie Aminogruppe von Lysin neigt dazu, unter Hitzeeinwirkung mit Zuckern zu reagieren und so genannte Amadori-Verbindungen zu bilden. die im Verdauungstrakt nicht gespalten werden können.

Daher, dieses Lysin steht den Tieren nicht mehr zur Verfügung. Reaktives Lysin stellt die Fraktion dar, die diese Maillard-Reaktion nicht durchmachten. Im obigen Experiment von Fontaine et al. (2007), Spiegel an reaktivem Lysin in Sojabohnenmehl mit niedrigem (43 Prozent) und hohem (47 Prozent) Proteingehalt, Vollfett-Sojabohnen sowie bei niedrigem (23 Prozent) und hohem (27 Prozent) DDGS nahmen stärker ab als Gesamtlysin, Dies deutet auf einen viel stärkeren Einfluss auf den Nährwert hin, als die Gesamtaminosäureanalyse vermuten lässt – obwohl letztere in der Rohstoffanalyse betrachtet die Leistungsschwäche der Tiere bis zu einem gewissen Grad mildern kann.

Laufende Forschungen, die sich auf die Verdaulichkeit von Aminosäuren konzentrierten, zeigten im Allgemeinen, dass eine Überhitzung die Verdaulichkeit aller Aminosäuren sowohl bei Masthähnchen als auch bei Schweinen beeinträchtigt. Während sich das Ausmaß der Reaktion zwischen den Aminosäuren innerhalb, sowie zwischen Tierarten, Daraus kann geschlossen werden, dass eine Überhitzung alle Aminosäuren betrifft, was zu einer mehr oder weniger starken Reduzierung des Nährwerts führt.

Evonik Nutrition &Care hat eine Schnellmethode (WO 2018/146295 A1) entwickelt, um die Auswirkungen von Überhitzung auf den Nährwert zu quantifizieren, zumindest für ein paar rohstoffe. Entsprechende Daten können im Futtermittelformulierungsprozess verwendet werden. Jedoch, für die Mischfutterherstellung steht dieses Verfahren nicht zur Verfügung. Gesamt, Es wird der Schluss gezogen, dass das Überschreiten bestimmter Temperaturbelastungen vermieden werden sollte, um Leistungseinbußen der Tiere zu vermeiden.

Gesamt, Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Zutaten und Futtermischungen während der Verarbeitung Hitze ausgesetzt sind. Zum einen wird Wärme in gewissem Umfang zur Konditionierung beispielsweise für den Pelletierprozess sowie aus hygienischen Gründen und zur Reduzierung von antinutritiven Faktoren benötigt. Auf der anderen Seite, Überarbeitung hat nachteilige Auswirkungen, was auf den ersten Blick vielleicht nicht offensichtlich ist, sich aber auf die Leistung der Tiere auswirkt.