Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Tierfuttermittel-Zusatzstoffe bereitzustellen, das kein komplexes Filtrierverfahren benötigt, um Biomasse zu entfernen und somit den vorstehend erwähnten Problemen des Standes der Technik abhilft. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Tierfuttermittel-Zusatzstoffen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

• (a) des filtrationsfreien Konzentrierens einer L-Lysin-Fermentationsbrühe direkt bis auf eine Gesamttrockenmasse von 48~52 Gew.-%, d. h. ohne dass die Brühe einem Filtrierungsverfahren, wie z. B. einer Membranfiltrierung, unterzogen wird;
• (b) des Bildens eines Mischkonzentrats durch Mischen des Konzentrats mit einem Gehalt-kontrollierenden Mittel oder freiem Lysin; und
• (c) des Bildens von Körnchen (Granulate), umfassend die Schritte des Einführens von feinkörnigen Keimteilchen von 200~500 &mgr;m in einen Granulator, Erhöhen der Größe der feinkörnigen Keimteilchen, indem sie mit dem vom Boden des Granulators aus gesprühten oben erwähnten Mischkonzentrat beschichtet werden und Bilden von Körnchen mit einer zwiebelartigen Struktur, ohne Einsatz von mechanisch-physikalischen Geräten, so dass 0~5% der Körnchen eine Korngröße von höchstens 500 &mgr;m aufweisen, 20~30% zwischen 500 &mgr;m und 1000 &mgr;m, 60~70% zwischen 1000 &mgr;m und 1300 &mgr;m und 0~5% eine Korngröße von größer als 1300 &mgr;m aufweisen.

Erfindungsgemäß erhält man mit diesem Verfahren ein Produkt mit einer niedrigen Hygroskopizität ohne Zugabe einer anti-hygroskopischen Substanz, wie z. B. Silica, und erhöht den Lysingehalt aufgrund des Fehlens einer anti-hygroskopischen Substanz und steigert die Produktivität durch ein einfaches Verfahren basierend auf einer Lysin-Fermentationsbrühe, die aus Materialien mit einheitlichen Lysingehalt hergestellt ist.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung von Produkten, bei denen der Lysingehalt innerhalb einer Schwankungsbreite von 1% gehalten werden kann. Da die dichte granuläre Struktur den Kontakt mit Wasser verhindert, wird die Hygroskopizität, eine der wichtigsten physikalischen Eigenschaften der granulären Produkte, die als Tierfuttermittel-Zusatzstoffe verwendet werden, minimiert und die Produkte behalten über einen langen Zeitraum hinweg eine geringe Hygroskopizität bei. Die Produkte erhältlich durch das Verfahren der US 5,431,933 wiesen ein Problem in Bezug auf ihre Hygroskopizität auf, wenn Biomasse reduziert wurde, was durch die vorliegende Erfindung überraschenderweise wesentlich verbessert wird, da die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte eine bis zu 90% niedrigere Hygroskopizität aufweisen als die Produkte gemäß der US 5,431,933.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Produkte hergestellt, bei denen 0~5% der Körnchen weniger als 500 &mgr;m groß sind, 20~30% der Körnchen zwischen 500 &mgr;m und 1000 &mgr;m groß sind, 60~70% der Körnchen zwischen 1000 &mgr;m und 1300 &mgr;m groß sind und 0~5% der Körnchen größer als 1300 &mgr;m sind.

Typische Eigenschaften der erhaltenen Granulate sind in Tabelle 1 dargestellt.

Im Verfahrensschritt (b) zur Herstellung des Mischkonzentrats, wird der endgültige Lysingehalt durch Kontrolle der Lysinmenge oder durch ein Gehalt-kontrollierendes Mittel mit einer Genauigkeit von ±1% auf den beabsichtigten Gehalt eingestellt. Die Granulation wird durch Aufsprühen des Mischkonzentrats aus einer Düse am Boden des Granulators und durch den Einsatz eines heißen Luftstroms, wobei sich eine Wirbelschicht bildet, durchgeführt.

Die Granulation wird durch Einstellen der Fließgeschwindigkeit des Mischkonzentrats, des Düsendrucks und der Strömungsstärke des heißen Luftstroms kontrolliert.

Das Gehalt-kontrollierende Mittel kann eines oder mehrere, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Carrageenan und Agar sein. Vorzugsweise wird Corynebacterium als Lysin-produzierender Mikroorganismus verwendet.

Obwohl die Produkte, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich sind, sogar schon ohne die Verwendung einer anti-hygroskopischen Substanz anti-hygroskopische Eigenschaften besitzen, können zusätzlich noch Silica, Polymere oder flüssiges Paraffin im Verfahren eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß werden ebenfalls Tierfuttermittel-Zusatzstoffe, erhältlich durch das Verfahren gemäß der Erfindung, die auf granulierter Lysin-Fermentationsbrühe basieren, bereitgestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der nachstehend aufgeführten Ausführungsbeispiele und Figuren weiter erläutert, wobei sich die folgenden %-Angaben, sofern nicht anders angegeben, auf Gewichtsprozent beziehen.

1 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

2 erklärt den Mechanismus des neu erfundenen Verfahrens zur Granulatbildung.

3 erklärt den Mechanismus der Bildung von Pellets durch die herkömmliche Methode der US 5,622,710.

4 zeigt die Bilder von Granulatpartikeln, die durch das erfindungsgemäße Verfahren gebildet wurden, und deren Querschnitte.

5 zeigt die Bilder von Pellet-Teilchen, die durch die herkömmliche Methode nach der US 5,622,710 gebildet wurden, und deren Querschnitte.

1 stellt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Zuerst wird unter Verwendung von Lysin-produzierender Biomasse eine Lysin-Fermentationsbrühe hergestellt. Jeder Mikroorganismus, der Lysin produziert, kann als Biomasse im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Insbesondere ist Corynebacterium ein Organismus der Wahl zur Lysin-Fermentation. Es gibt keine besondere Einschränkung bei den Bedingungen zur Fermentation der Mikroorganismen. Aber es ist wünschenswert, Biomasse unter Bedingungen zu kultivieren, die eine geringe Menge an Biomasse zulassen, obwohl sich eine große Menge an Lysin in der Fermentationsbrühe ansammelt. Da sich Zucker in einer Fermentationsbrühe störend auf das Trocknen der Fermentationsbrühe auswirken und die Hygroskopizität des Endprodukts erhöhen, ist es wünschenswert die Brühe unter Bedingungen, die den Zuckergehalt vermindern, zu kultivieren. Aber die Bedingungen für die Fermentation müssen nicht die oben aufgeführten sein, da erfindungsgemäß das Mischverfahren den Lysingehalt kontrolliert und die Oberfläche des Produkts undurchlässig ist. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Fermentationsbrühe bereit, die aus dem Kultivieren von Biomasse mit Corynebacterium erhalten wurde und 10~20% Lysin mit einer Dichte von 170 g/l enthält.

Einer Fermentationsbrühe, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, wird während des Verfahrens einiges an Wasser entzogen und so aufkonzentriert. Dieses Konzentrationsverfahren hat zwei Ziele: durch Vermindern des Volumens der Fermentationsbrühe durch Konzentration eine Reduktion der Zahl von Arbeitsschritten im Anschluss an die Produktion zu erreichen und wichtiger, Granulate einfacher durch die Erhöhung der Lysin-Dichte in der Brühe zu bilden.

Die Menge der Gesamttrockenmasse der Fermentationsbrühe wird durch das Konzentrationsverfahren auf 44~52% eingestellt, wobei dies beispielsweise durch Vakuumkonzentration bei einem Druck von 68 mm Hg und einer Badtemperatur von 65°C erfolgen kann. Diese Bedingungen können je nach Stand des Konzentrationsverfahrens oder zur Kontrolle der Geschwindigkeit des Verfahrens verändert werden.

Ist der Konzentrationsschritt beendet, wird der pH-Wert der Fermentationsbrühe eingestellt. Der pH wird unter Verwendung einer Säure, beispielsweise von Schwefelsäure, auf 3,5 eingestellt. Nach der pH-Einstellung wird die Brühe mehr als 2 Stunden lang bei 60°C stehen gelassen. Die Brühe wird mindestens zwei Stunden im Anschluss an die pH-Einstellung bei 60°C stehen gelassen, weil gDNA-Material aus der Fermentationsbiomasse, die in granulären Produkten nachgewiesen werden kann, abgebaut werden muss. Wenn man die Kosten für die Entwicklung eines neuen Mikroorganismen-Stamms und die Auswirkung des Mikroorganismus selbst auf die Produktivität in Betracht zieht, ist die Sicherheit des Mikroorganismus von enormer Wichtigkeit. Das vorstehend geschilderte Verfahren erlaubt einen zufriedenstellenden Abbau von gDNA-Material und verringert die Möglichkeit des Austretens von Mikroorganismen.

Im Anschluss an den gDNA-Abbau, wird das Konzentrat in einen Mischbehälter überführt. Das Mischverfahren hat mehrere Ziele. Das wichtigste Ziel ist es, den Lysingehalt der hergestellten granulären Produkte auf einem gewünschten Niveau zu kontrollieren. Das Konzentrat wird im Mischschritt mit einer Gehalt-kontrollierenden Substanz vermischt. Die Gehalt-kontrollierende Substanz kann, abhängig vom Gehalt des Konzentrats, entweder ein Gehalt-kontrollierendes Mittel oder freies Lysin sein. Übliches freies Lysin und Gehalt-kontrollierende Mittel können verwendet werden. Der vorstehend angegebene Stand der Technik der üblichen Verfahren offenbart geeignete Substanzen und Mittel, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können und sind dem Fachmann an sich bekannt. Zum Beispiel ist das Gehalt-kontrollierende Mittel ausgewählt aus Maisstärke, Stärke, Carrageenan und Agar.

Ein Gehalt-kontrollierendes Mittel wird zu einem Konzentrat zugegeben, wenn der Lysingehalt des Konzentrats zu hoch ist. Auf der anderen Seite wird, wenn der Lysingehalt des Konzentrats zu niedrig ist, Lysinpulver zum Konzentrat zugegeben, um den Lysingehalt zu erhöhen. Die meisten der bisherigen Schriften enthalten kein Verfahren zur Kontrolle des Lysingehalts bei der Produktion von granularem Lysin, und dies führt zu großen Abweichungen bezüglich des Gehalts der Produkte. Ohne ein Verfahren zur Kontrolle des Gehalts variiert der Produktgehalt im Wesentlichen in Übereinstimmung mit dem schwankenden Gehalt der Fermentationsbrühe und es ist extrem schwer, Produkte mit einer konstanten Zusammensetzung herzustellen. Das Gehalt-kontrollierende erfindungsgemäße Verfahren stellt den endgültigen Produktgehalt mit einer Abweichung von maximal 1% ein.

Im Anschluss an den Mischschritt durchläuft die Mischbrühe (d. h. das Mischkonzentrat) einen Granulationsschritt. Da die Verteilung der Teilchengröße, Schüttdichte und Gehalt in Abhängigkeit von den Bedingungen und Parametern des Granulationsschrittes schwanken, ist der Granulationsschritt der wichtigste und technologisch aufwendigste Schritt. Viele bislang bekannte Methoden und Geräte können im erfindungsgemäßen Granulationsschritt verwendet werden. Die US 5,990,350 und die US 6,017,555 zählen einige dieser Geräte und Methoden explizit auf, die auch im vorliegenden Verfahren Verwendung finden können.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, durch Beschichten von Keimen dem Fermentationsbrühekonzentrat in Kombination mit dem Einsatz einer separaten Mühle außerhalb des Granulators anstatt des Einbaus von Rührwerken oder einer Mühle innerhalb des Granulators, große Körnchen, die bevorzugt zwiebelförmige Querschnitte aufweisen, zu erhalten. Da der Einbau eines mechanischen Geräts, wie z. B. eines Rührwerks im Granulator, die Entstehung von sehr dichten Teilchen aufgrund einwirkender (physikalischer) Kräfte verhindert, ist es normalerweise schwer Körnchen zu formen, deren Querschnitte eine zwiebelförmige Struktur aufweisen.

Um Körnchen mit einer zwiebelförmigen Struktur zu bilden, wird der Granulator im Granulationsschritt mit Keimen mit einer Größe von 200~500 &mgr;m versehen. Das aus dem vorstehend erwähnten Konzentrationsschritt erhaltene Konzentrat wird dann über eine Düse am Boden des Granulators in den Granulator gesprüht. Wenn das eingesprühte Konzentrat sich durch den Druck in der Düse aufwärts bewegt, werden die Keime im Granulator mit dem Konzentrat beschichtet. Nachdem die beschichteten Keime aufgrund der Schwerkraft aufhören nach oben zu steigen, sinken sie herunter und beginnen dann wieder durch das durch die Düse eingesprühte Konzentrat und das heiße Gebläse vom Boden des Granulators aufzusteigen. Die Schicht, die durch dieses Verfahren des wiederholten Aufsteigens und Heruntersinkens der Teilchen entsteht, nennt man eine Wirbelschicht.

Wie in 2 dargestellt werden dabei Körnchen geformt und nehmen ständig an Größe zu, da die Keime kontinuierlich mit der gesprühten Brühe zu einer zwiebelförmigen Struktur in der Wirbelschicht beschichtet werden. Das aufgesprühte Konzentrat trocknet und erstarrt durch die hohe Temperatur im Granulator und durch das heiße Gebläse vom Boden und bildet Körnchen mit einer zwiebelförmigen Struktur, indem der Trocknungsschritt durch das wiederholte Zusammentreffen von Körnchen mit dem Konzentrat, das kontinuierlich vom Boden eingesprüht wird, wiederholt wird.

Auf der anderen Seite besteht, wie in 3 gezeigt ist, das Verfahren gemäß der US 5,622,710 aus zwei Schritten, nämlich der Bildung von feinkörnigen Teilchen, die kleiner als 100 &mgr;m groß sind und dem Erzeugen von himbeerförmigen Pellets, unter Verwendung der mechanischen Kraft eines Rührwerks mit Fermentationsbrühe als Bindemittel. Daher stellt die vorliegende Erfindung einen völlig neuen Bildungsmechanismus zur Herstellung der Körnchen bereit, da granulare Pellets an Größe zunehmen, indem feinteilige Keime mit einer Größe von 200~500 &mgr;m mit einem Konzentrat der Fermentationsbrühe beschichtet und dann getrocknet werden.

Da das Verfahren zur Erzielung des granularen Wachstums neuartig ist, unterscheiden sich die hergestellten Körnchen und ihre Formen von denen, die durch übliche Methoden hergestellt werden. Die 4 und 5 zeigen Bilder von Körnchen oder Pellets und elektronenmikroskopische Aufnahmen (2000 fach vergrößert) ihrer äußeren Formen und ihrer Querschnitte, die jeweils gemäß der vorliegenden Erfindung und durch das Verfahren gemäß der US 5,622,710 hergestellt wurden.

Körnchen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurden, wurden beispielsweise gemäß den nachstehenden Ausführungsbeispielen hergestellt. Bei den Vergleichspellets, die nach dem üblichen Verfahren gemäß der US 5,622,710 hergestellt wurden, handelt es sich um BIOLYS^TM Pellets (Degussa AG).

Wie in den 4 und 5 zu sehen ist, besitzen die Körnchen, die durch zwei verschiedene Verfahren hergestellt wurden, ähnliche äußere Formen. Aber die gezeigten Querschnitte zeigen, dass die Körnchen, die mit der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, innen und außen an den Körnchen glatte Oberflächen besitzen, während zu sehen ist, dass die Pellets, die mit dem Verfahren des Standes der Technik hergestellt wurden, agglomeriert sind.

Körnchen, deren Größe zu einem gewissen Grad durch den oben erläuterten Granulationsschritt erhöht worden ist, werden im Laufe der Zeit zu schwer, um durch den heißen Wind angehoben zu werden und sammeln sich am Boden an. In einigen Fällen steigen feinkörnige Teilchen und die gesprühte Brühe zu hoch auf. Am oberen Ende des Granulators wird, um den Verlust aus diesem Phänomen zu vermeiden, ein Sackfilter angebracht der Schüttelbewegungen ausführt, um den feinen Staub, der auf dem Sackfilter haftet, auf eine gleichmäßige Grundlage nach unten zu schütteln.

Während des Granulationsschritts werden eine Heiztemperatur von 170°C, eine Einlasstemperatur von 140~160°C eine Auslasstemperatur von 60~70°C und ein Sprühdruck von 1,8~2,0 bar bevorzugt eingestellt.

Im Anschluss an den Granulationsschritt durchläuft das Produkt ein Abkühlungsverfahren, um die Hygroskopizität zu minimieren.

Wenn der Granulationsschritt und der nachfolgende Abkühlschritt einmal beendet sind, besitzt das Produkt eine breite Verteilung der Teilchengröße. Einige Teilchen sind zu groß und einige sind zu feinkörnig, um im gewünschten Endprodukt verwendet werden zu können. Daher ist nach der Herstellung der Körnchen ein Verfahren zur Klassifizierung der Körnchen entsprechend ihrer Größe nötig. Dieses Verfahren ist ein sogenanntes Siebverfahren. Körnchen mit einer gewünschten Größe durchlaufen den nächsten Schritt und Körnchen mit einer unerwünschten Größe werden nach ihrer Vermahlung in einer Mühle als Keime wiederverwendet.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Körnchen mit einer Korngröße von mehr als 1300 &mgr;m pulverisiert und in den Granulator zurückgeführt und Körnchen, die kleiner als 500 &mgr;m sind werden direkt in den Granulator zurückgeführt, um wieder als Keime für eine weitere Granulation verwendet zu werden.

Die körnigen Produkte haben im Allgemeinen eine niedrige Schüttdichte. Ein Produkt mit niedriger Schüttdichte ist schwer zu handhaben. Die vorliegende Erfindung hat vorteilhafterweise die Schüttdichte durch Herstellung von granulierten Produkten mit einer zwiebelförmigen Struktur nach Beschichten von Keimen mit dem Konzentrat auf einen Wert von 670 ± 50 kg/m³ beträchtlich erhöht.