WO2012004219A1 - Method for producing a fertilizer - Google Patents
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- WO2012004219A1 WO2012004219A1 PCT/EP2011/061207 EP2011061207W WO2012004219A1 WO 2012004219 A1 WO2012004219 A1 WO 2012004219A1 EP 2011061207 W EP2011061207 W EP 2011061207W WO 2012004219 A1 WO2012004219 A1 WO 2012004219A1
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a fertilizer for plants.
- the obtained protein-rich fertilizer based on fermented whey and / or other fermented residues that are produced in the dairy can be used for soil improvement, especially organic farms. Furthermore, it is used as a biofertilizer for individual consumers, such. B. gardeners suitable.
- Whey is produced during cheese production and consists of about 94% water, about 4% to 5% lactose and is almost fat free. In addition, it contains lactic acid, vitamins Bl, B2 and B6 as well as potassium, calcium, phosphorus and other minerals and 0.6% to 1% whey protein.
- whey There are generally two types of whey: the rennet or sweet whey that is produced when you make milk with cheese making cheese, and the sour whey that comes from treating milk with lactic acid bacteria.
- the invention relates to a method for producing a fertilizer for plants. This procedure comprises the following steps:
- whey refers to whey permeate, molasses from the dairy industry, and processed molasses are equivalent raw materials such as sweet and / or sour whey. All of these herein as whey addressed products can according to the invention as Starting material for the aerobic fermentation to be used for the production of nitrogen-rich fertilizer.
- the whey is treated as needed (eg pasteurized and / or concentrated and / or cold stored).
- the pasteurization and the cold storage serve to prevent a whey spoil, z. B. by an incipient spontaneous and unwanted lactic acid fermentation.
- the whey is tempered after the cold storage before fermentation to the desired fermentation temperature. The use of non-pasteurized whey is possible, but carries the risk of infection.
- yeasts that are used in technology are characterized by the ability to organize their metabolism under both anaerobic and aerobic conditions.
- anaerobic metabolism the yeasts produce ethanol.
- aerobic metabolism the production of biomass is the main product of the yeast metabolism. Both processes are used for the Saccharomyces yeasts.
- the production of baker's yeast and the Hefereinzucht in the brewery are largely carried out aerobically.
- the production of alcoholic products (such as beer or wine) is anaerobic.
- the aerobic metabolic pathway is the preferred process of yeasts, but it is limited by factors such as oxygen supply and sugar supply. Oxygen is essential for the aerobic process.
- the method according to the invention involves an aerobic metabolism of whey.
- the aerobic fermentation of the whey is preferably carried out by means of a lactose-positive yeast, in particular by using a strain of the yeast genus Kluyveromyces marxianus.
- the initiation of the aerobic fermentation for biomass production is carried out by inoculating the whey provided, optionally together with other starting materials, with a lactose-positive yeast, in particular with the yeast Kluyveromyces marxianus.
- a yeast culture is first brought to Anstellkonzentration which optimally> 10 8 cells per ml.
- the whey is inoculated with the yeast introduced and the fermentation is preferably continued to a cell concentration of> 10 8 cells per ml.
- a work-up cleaning and / or enrichment of the cells
- a lactose-positive yeast strain in particular a Kluyveromcesstamm for the aerobic fermentation of whey is used for the method described here.
- Kluyveromcyces yeasts as lactose positive yeasts are able to directly ferment the lactose contained in the whey. You will u. a. used for the production of alcohol from lactose sources. When using these yeasts is unnecessary in practice when using z.
- Saccharomyces cerevisiae yeasts conventional prior enzymatic digestion of lactose to glucose and galactose as sources of carbohydrate usable by the microorganisms.
- Kluyveromyces high performance strains are available in the market. These strains ensure high cell growth rates.
- the whey is fermented under aerobic conditions in the main process of production of the nitrogen-rich biofertilizer, so that the yeast produces biomass and inhibits ethanol formation.
- the ethanol content was always below 2 g / 100 g. Therefore, the biodegradation of ethanol or its process removal after the fermentation is not necessary. Due to the drying and inactivation of the biomass formed as described below, the formation of ethanol during biomass production is not a quality-limiting element for the quality of the fertilizer. However, the alcohol formation has a reducing effect on the biomass formed and should therefore be inhibited.
- the biomass thus produced can be used advantageously as a fertilizer for plants.
- Variant 1 for the further processing of the biomass to a nitrogen-rich fertilizer
- the biomass produced may preferably be attached to a support material, eg. B.
- a calcium alginate matrix can be immobilized.
- the preparation of a calcium alginate matrix is known to the person skilled in the art. It is described for example in DE 68919620 T2 and CA 201240 AI.
- a suspension is produced from the yeast biomass or the biomass and sodium malginate which are concentrated after the fermentation.
- This suspension is dripped into a calcium chloride or calcium carbonate solution (about 2% strength) in a technological process.
- the forming calcium algiant spheres include the biomass inside. This process is called immobilization of the yeasts in calcium alginate.
- Additional mineral fertilizer components such as potassium may be admixed to the calcium solution prior to the addition of the yeast sodium alginate suspension as needed and for the production of fertilizers having certain properties.
- the produced immobilized yeast biomass is finally dried.
- This product is characterized by good storage properties and an inactivated yeast. It can be used directly as a plant fertilizer. Mixing with other commercially available fertilizers is possible.
- Variant 2 for the further processing of the biomass into a nitrogen-rich fertilizer
- the biomass produced in the fermentation or the biomass concentrated after the fermentation is mixed directly with mineral fertilizers to form a combined nitrogen and mineral fertilizer, it being possible optionally to carry out a subsequent drying after the mixing.
- the drying serves to inactivate the yeast biomass and the production of a storable fertilizer, preferably with a solids content of> 92%, but can be useful. if the dry matter content already exceeds 88% due to the selected blending.
- the mixing of the obtained biomass with mineral fertilizers is preferably carried out with minerals such as calcium, potassium, nitrogen and / or phosphate.
- the composition can be made variable according to the desired fertilizer composition.
- calcium as the main component should be present in excess of 80% in the admixture with the biomass.
- the drying is dispensed with due to the high proportion of mineral fertilizer in the mixing ratio between the yeast biomass and the mineral constituents, the yeast biomass is still active.
- a sufficient thermal treatment for inactivating the vital yeasts is advantageous; but this is not mandatory.
- the positive effect of yeasts on soil quality is detectable.
- the dissolution in the soil after the introduction is carried out only gradually, so that a long-term effect can be achieved.
- the long-term effect is based on the effect that the support material, in particular the calcium alginate coat in the soil only gradually absorbs moisture. As a result, availability of the fertilizer is achieved over a longer period of time, prevents washing out into deeper soil layers and the upper soil layers can be improved in a sustainable way.
- the strain Kluyveromyces marxianus to be used preferably in the aerobic fermentation is known to the person skilled in the art.
- the yeast can be purchased as a pure yeast.
- the biomass produced is after the fermentation in a carrier material, preferably in a calcium alginate matrix, integrated (immobilized).
- a carrier material for example, the described calcium alginate coat a good introduction into the soil is possible.
- Alginates are based on alginic acid, which can be obtained from marine brown algae. Alginates are available for purchase.
- the fertilizer has good fertilizer and storage properties.
- it also contains calcium, which is recognized as a basic fertilizer.
- calcium which is recognized as a basic fertilizer.
- potassium in addition to calcium and sodium alginate, potassium may be incorporated during immobilization to yield a fertilizer rich in calcium as well as in potassium.
- Other minerals such as phosphates or additional nitrogen can be added to the fertilizer.
- the fertilizer produced according to the invention is a nitrogen-rich fertilizer with integrated basic fertilizer (calcium and additionally potassium).
- the preferably used calcium gel dressing not only serves as a desired stable carrier, it imparts in the resulting fertilizer an additional own fertilizing effect (basic fertilization) by the calcium contained.
- the fertilizer produced by the process is a nitrogen-rich natural or bio-fertilizer with integrated calcium, which optionally can also be rich in potassium (in particular if additional potassium has been added during immobilization).
- the fertilizer is rich in proteins. Nitrogen (N), calcium (Ca) and potassium (K) are therefore the most important fertilizers.
- the protein content of the fertilizer is about 45% to 60% in the dry matter, preferably 45% to 54%.
- whey which is due to the rich ingredients as a resulting in the milk processing residue with high processing potential, fed to a complex recycling.
- the whey-based biofertilizer which is produced continuously in parallel with the accumulation of whey, must also be storable so that it can be used in accordance with the fertilizer application periods can be used. This is the case with the fertilizer according to the invention.
- the (bio) fertilizer contributes to the increase of soil fertility and thus to the extension and intensification of organic / ecological producing agricultural and horticultural farms.
- the invention relates to a fertilizer for plants, which can be produced by a method described herein.
- a fertilizer has in particular proteins, calcium and possibly potassium.
- the fertilizer according to the invention can serve for the soil improvement of nutrient-poor soils in biological animal husbandry.
- the invention relates to the use of a fertilizer for fertilizing plants as described herein.
- the fertilizer is applied to the soil to be fertilized or mixed with it.
- the fertilizer of the invention also serves to improve the water and nutrient storage capacity of permeable soils.
- FIG. 1 Procedure for the production of the fertilizer described here.
- whey fresh and / or acid whey, whey permeate, molasses from the dairy industry and processed molasses, or alternatively, some of these residues separately or in every possible mixture
- whey fresh and / or acid whey, whey permeate, molasses from the dairy industry and processed molasses, or alternatively, some of these residues separately or in every possible mixture
- a yeast which is fed under conditions which allow an aerobic fermentation of the whey or the other starting materials.
- the aerobic fermentation the whey leads to the production of biomass, which can be dried to obtain a fertilizer.
- FIG. 1 Optional features of the production process or the fertilizer are also shown in FIG.
- possible types of pretreatment or storage of the starting materials are shown, such as high-speed flash heating, cold storage up to fermentation with temperature control to fermentation temperature.
- Immobilization of the biomass obtained by the fermentation may be accomplished by means of a carrier material, such as sodium alginate, optionally together with the addition of minerals to increase the mineral content of the fertilizer.
- a carrier material such as sodium alginate
- minerals such as calcium and potassium, but also phosphorus and nitrogen can be added as suitable compounds, which can also be immobilized.
- the biomass possibly with additional added minerals, can be mixed with mineral fertilizer before drying.
- the fertilizer can be adjusted by its nutrient content to the respective requirements.
- the lactose content of a whey is about 5.21 g / 100 g (52.1 g / kg). From 100 g of monosaccharide and 40 g of 0 2 formed in the aerobic fermentation about 54 g of yeast dry matter and carbon dioxide and water.
- the proportion of crude protein in the yeast dry matter is 45% to 60%. About 20% of these are water-soluble polypeptides and amino acids.
- the mentioned protein content corresponds to a soil fertilization of 23.4 to 70.2 ha, depending on the soil quality.
- This basic fertilising effect can be enhanced by the calcium used in the optional immobilization (about 2% solution) and the optional addition of potassium.
- the yeast itself has a proportion of minerals ( ⁇ 2 0 5 and K 2 0) and thus also contributes a basic fertilization effect.
- Her preferably in a mixing ratio of 1 part yeast substrate + 9 to 10 parts of sterile whey or whey permeate) to the Anstellkonzentration with aeration, at about 20 ° C for 18 to 24 hours per Hermolch.
- Cell concentration should be 3 to 5 * 10 8 CFU (nucleating units) per ml at the end of each stage of the preparation.
- Process control Various types of process management are possible, such as the batch process, drainage process, semi-continuous process, continuous process or feed process.
- 4.5 1 yeast substrate are made with 45 1 whey and fermented at about 25 ° C. Instead of whey, whey permeate, molasses or processed (diluted) molasses can also be used.
- the fermentation lasts a maximum of 24 h. After this time, 40% to 80% of the fermentation medium is harvested, which are further processed into fertilizer. To the remaining substrate remaining in the fermenter new whey or whey permeate or molasses can be left on it. The fermentation can be maintained over several months. Only occasionally a refreshment with newly introduced yeast is necessary.
- the substrates should be pasteurized accordingly before use via a Hochkurzeit psychologist (see also Figure 1). To avoid substrate bottlenecks, the inclusion of an intermediate storage after pasteurization is recommended. When using exclusively fresh sweet whey but also a direct use of the substrate without prior pasteurization has proven.
- Process step 3a "Blending with basic fertilizer constituents and drying"
- the biomass produced from whey substrate is mixed in a conventional mixer with mineral fertilizer components, preferably calcium carbonate.
- mineral fertilizer components preferably calcium carbonate.
- the mixing ratio of the desired ratio of biomass (nitrogen fertilizer) to basic fertilizer can be varied. It is preferred that the dry matter content before drying is already above 60% and so the costly drying can be reduced. To increase the nitrogen output, it is possible to concentrate the biomass before mixing. Suitable for this purpose are customary separators and filter systems. Alternatively, there is the possibility of settling the biomass in an optimally cooled to 0 to 2 ° C fermentation system.
- the downstream drying serves to inactivate the yeast biomass and to produce a storable fertilizer with a solids content of> 92%.
- the method comprises the step of immobilizing the biomass produced from whey in a carrier material, in particular in a calcium alginate gel dressing.
- a carrier material in particular in a calcium alginate gel dressing.
- the preparation of immobilized dry biomass results in a product in which the yeast biomass is immobilized in the basal fertilizer unit.
- This preferred embodiment of the process is somewhat more complicated than the variant described under 3 a, but leads to a fertilizer that does not dissolve so quickly in aqueous solutions, thus ensuring a longer soil availability.
- a practice-typical immobilization variant is described below: A mixture is produced from the fermented biomass and a sodium alginate solution. This mixture is passed through at least one cannula in an approximately 2% calcium chloride solution. An integrated air flow at the exit of the cannulas leads to the tearing off of individual drops, which drips into the calcium chloride solution. The incorporation of calcium into the sodium alginate yeast compound produces jelly-like whitish spheres. These are separated after separation from the Restcalciumchloridates, dried and can be packaged in appropriate shipping packages. The drying serves to inactivate the yeast and to produce a durable, storable product.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels Process for the production of a fertilizer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels für Pflanzen. Der erhaltene proteinreiche Dünger auf der Basis fermentierter Molke und/oder anderer fermentierten Reststoffe, die in der Molkerei anfallen, kann zur Bodenverbesserung, insbesondere ökologisch/biologisch betriebener Landwirtschaftsbetriebe verwendet werden. Weiterhin ist er als Biodünger für Einzelverbraucher, wie z. B. Kleingärtner geeignet. The invention relates to a method for producing a fertilizer for plants. The obtained protein-rich fertilizer based on fermented whey and / or other fermented residues that are produced in the dairy can be used for soil improvement, especially organic farms. Furthermore, it is used as a biofertilizer for individual consumers, such. B. gardeners suitable.
Beschreibung description
Mit der vorliegenden Erfindung kann die wachsende Nachfrage nach ökologisch/biologisch erzeugten Produkten der Landwirtschaft - Ackerbau, Tierhaltung und Gartenbau - besser befriedigt werden. Durch die stoffliche Verwertung von Abfällen und Nebenprodukten pflanzlichen und tierischen Ursprungs sollen mit der Schaffung geschlossener Stoffkreisläufe die Bodenfruchtbarkeit erhalten und verbessert und der Bodenerosion, wie sie besonders auf mageren Böden auftritt, entgegen gewirkt werden. With the present invention, the growing demand for organically grown agricultural products - crops, livestock and horticulture - can be better met. By recycling waste and by-products of plant and animal origin, closed soil cycles are designed to preserve and improve soil fertility and counteract soil erosion, which occurs particularly on lean soils.
Molke fällt bei der Käseherstellung an und besteht zu etwa 94 % aus Wasser, zu 4 % bis 5 % aus Milchzucker und ist nahezu fettfrei. Außerdem enthält sie Milchsäure, die Vitamine Bl, B2 und B6 sowie Kalium, Calcium, Phosphor und andere Mineralstoffe sowie 0,6 % bis 1 % Molkenprotein. Whey is produced during cheese production and consists of about 94% water, about 4% to 5% lactose and is almost fat free. In addition, it contains lactic acid, vitamins Bl, B2 and B6 as well as potassium, calcium, phosphorus and other minerals and 0.6% to 1% whey protein.
Man unterscheidet im Allgemeinen zwei Sorten von Molke: die Lab- oder Süßmolke, die entsteht, wenn man Milch mit Lab zur Käseherstellung dicklegt, und die Sauermolke, die entsteht, wenn man Milch mit Milchsäurebakterien behandelt. There are generally two types of whey: the rennet or sweet whey that is produced when you make milk with cheese making cheese, and the sour whey that comes from treating milk with lactic acid bacteria.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düngemittels für Pflanzen. Dieses Verfahren umfasst folgende Schritte: The invention relates to a method for producing a fertilizer for plants. This procedure comprises the following steps:
Pasteurisation und Lagerung Pasteurization and storage
Zunächst wird Molke, die z. B. als Abfallprodukt der Käseherstellung anfällt, bereitgestellt. First, whey z. B. obtained as a waste product of cheese production provided.
Der hier verwendete Begriff Molke bezieht sich auf Molkepermeat, Melasse aus der Molkereiindustrie und aufbereitete Melasse sind gleichwertige Rohstoffe wie Süß- und/oder Sauermolke. Alle diese hier als Molke angesprochenen Produkte können gemäß der Erfindung als Ausgangsstoff für die aerobe Fermentation zur Produktion von stickstoffreichem Dünger verwendet werden. The term whey as used herein refers to whey permeate, molasses from the dairy industry, and processed molasses are equivalent raw materials such as sweet and / or sour whey. All of these herein as whey addressed products can according to the invention as Starting material for the aerobic fermentation to be used for the production of nitrogen-rich fertilizer.
Die Molke wird bei Bedarf aufbereitet (z. B. pasteurisiert und/oder konzentriert und/oder kaltgelagert). Die Pasteurisation und die Kaltlagerung dienen zur Verhinderung eines Molkeverderbs, z. B. durch eine einsetzende spontane und unerwünschte Milchsäurefermentation. Die Molke wird im Anschluss an die Kaltlagerung vor der Fermentation auf die gewünschte Fermentationstemperatur temperiert. Der Einsatz von nichtpasteurisierter Molke ist möglich, birgt aber die Gefahr von Infektionen. The whey is treated as needed (eg pasteurized and / or concentrated and / or cold stored). The pasteurization and the cold storage serve to prevent a whey spoil, z. B. by an incipient spontaneous and unwanted lactic acid fermentation. The whey is tempered after the cold storage before fermentation to the desired fermentation temperature. The use of non-pasteurized whey is possible, but carries the risk of infection.
Fermentation fermentation
Es ist nicht nötig, die Molke vor der Fermentation von Proteinen zu trennen. Die Proteine werden vielmehr in dem Verfahren so aufbereitet, dass sie als zusätzliche natürliche Stickstoffquelle für die Bodenverbesserung erhalten bleiben. It is not necessary to separate the whey from the fermentation of proteins. Rather, the proteins are processed in the process to maintain them as an additional natural nitrogen source for soil improvement.
Allgemein sind technologisch genutzte Hefen (z. B. Saccharomyces cerevisiae) dadurch charakterisiert, dass sie sowohl unter anaeroben als auch unter aeroben Bedingungen ihren Stoffwechsel organisieren können. Beim anaeroben Stoffwechsel produzieren die Hefen Ethanol, beim aeroben Stoffwechsel ist die Produktion von Biomasse das Hauptprodukt des Hefe- stoffwechsels. Beide Prozesse werden für die Saccharomyces-Hefen genutzt. Die Herstellung von Backhefe und die Hefereinzucht in der Brauerei erfolgen weitgehend auf aerobem Wege. Die Herstellung von alkoholischen Produkten (wie Bier oder Wein) verläuft dagegen anaerob. Der aerobe Stoffwechselweg ist der bevorzugte Prozess der Hefen, der allerdings von Einflussfaktoren wie dem Sauerstoffdargebot und dem Zuckerangebot limitiert wird. Sauerstoff ist für den aeroben Prozess unabdingbar. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet eine aerobe Verstoffwechslung von Molke. Die aerobe Fermentation der Molke erfolgt bevorzugt mittels einer lactosepositiven Hefe, insbesondere durch Einsatz eines Stammes der Hefegattung Kluyveromyces marxianus. In general, yeasts that are used in technology (eg Saccharomyces cerevisiae) are characterized by the ability to organize their metabolism under both anaerobic and aerobic conditions. In anaerobic metabolism, the yeasts produce ethanol. In aerobic metabolism, the production of biomass is the main product of the yeast metabolism. Both processes are used for the Saccharomyces yeasts. The production of baker's yeast and the Hefereinzucht in the brewery are largely carried out aerobically. The production of alcoholic products (such as beer or wine) is anaerobic. The aerobic metabolic pathway is the preferred process of yeasts, but it is limited by factors such as oxygen supply and sugar supply. Oxygen is essential for the aerobic process. The method according to the invention involves an aerobic metabolism of whey. The aerobic fermentation of the whey is preferably carried out by means of a lactose-positive yeast, in particular by using a strain of the yeast genus Kluyveromyces marxianus.
Die Initiierung der aeroben Fermentation zur Biomasseproduktion erfolgt durch Beimpfen der bereitgestellte Molke, ggf. zusammen mit weiteren Ausgangsstoffen, mit einer lactosepositiven Hefe, insbesondere mit der Hefe Kluyveromyces marxianus. Dabei wird eine Hefekultur zunächst auf Anstellkonzentration hergeführt, die optimal > 108 Zellen je ml liegt. Nachfolgend wird die Molke mit der hergeführten Hefe beimpft und die Fermentation wird bevorzugt bis zu einer Zellkonzentration von > 108 Zellen pro ml fortgeführt. Danach kann in einer Ausführungsform der Erfindung eine Aufarbeitung (Reinigung und/oder Anreicherung der Zellen) angeschlossen werden. The initiation of the aerobic fermentation for biomass production is carried out by inoculating the whey provided, optionally together with other starting materials, with a lactose-positive yeast, in particular with the yeast Kluyveromyces marxianus. In this case, a yeast culture is first brought to Anstellkonzentration which optimally> 10 8 cells per ml. Subsequently, the whey is inoculated with the yeast introduced and the fermentation is preferably continued to a cell concentration of> 10 8 cells per ml. Thereafter, in one embodiment of the invention, a work-up (cleaning and / or enrichment of the cells) can be connected.
Bevorzugt wird für das hier beschriebene Verfahren ein lactosepositiver Hefestamm, insbesondere ein Kluyveromcesstamm zur aeroben Fermentation der Molke verwendet. Es ist bekannt, dass Kluyveromcyces-Hefen als lactosepositive Hefen in der Lage sind, die in der Molke enthaltene Lactose direkt zu fermentieren. Sie werden u. a. für die Produktion von Alkohol aus Lactosequellen genutzt. Beim Einsatz dieser Hefen erübrigt sich der in der Praxis beim Einsatz von z. B. Saccharomyces cerevisiae - Hefen übliche vorherige enzymatische Aufschluss der Lactose zu Glucose und Galactose als für die Mikroorganismen verwertbare Kohlenhydratquellen. Kluyveromyces-Hochleistungsstämme sind auf dem Markt verfügbar. Diese Stämme gewährleisten hohe Zellzuwachsraten. Preferably, a lactose-positive yeast strain, in particular a Kluyveromcesstamm for the aerobic fermentation of whey is used for the method described here. It is known that Kluyveromcyces yeasts as lactose positive yeasts are able to directly ferment the lactose contained in the whey. You will u. a. used for the production of alcohol from lactose sources. When using these yeasts is unnecessary in practice when using z. B. Saccharomyces cerevisiae yeasts conventional prior enzymatic digestion of lactose to glucose and galactose as sources of carbohydrate usable by the microorganisms. Kluyveromyces high performance strains are available in the market. These strains ensure high cell growth rates.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, auch andere lactosepositive Hefestämme für die Fermentation einzusetzen. Alternative Stämme sind z. B. Kluyveromyces lactis, Candida tropicalis, Saccharomyces lactis, Brettanomyces claussenii. Bevorzugt wird Kluyveromyces marxia- nus eingesetzt, der sich insbesondere in Langzeitversuchen durch gute Zellzuwachsraten ausgezeichnet hat und sich im Gärverhalten als sehr gut erwiesen hat. In principle, it is possible to use other lactose-positive yeast strains for the fermentation. Alternative strains are z. B. Kluyveromyces lactis, Candida tropicalis, Saccharomyces lactis, Brettanomyces claussenii. Preference is given to using Kluyveromyces marxianus, which has distinguished itself in cell growth rates, especially in long-term experiments, and has proven to be very good in fermentation behavior.
Die Molke wird im Hauptprozess der Produktion des stickstoffreichen Biodüngers unter aeroben Bedingungen fermentiert, so dass die Hefe Biomasse produziert und die Ethanolbildung gehemmt wird. In Praxisversuchen lag der Ethanolgehalt stets unter 2 g/100 g. Daher ist der biologische Abbau von Ethanol bzw. dessen prozesstechnische Entfernung im Anschluss an die Fermentation nicht notwendig. Auf Grund der nachfolgend beschriebenen Trocknung und Inaktivierung der gebildeten Biomasse stellt die Ethanolbildung während der Biomasseproduktion kein qualitätseinschränkendes Element für die Qualität des Düngers dar. Die Alkoholbildung wirkt aber reduzierend auf die gebildete Biomasse und soll daher gehemmt werden. Die so erzeugte Biomasse kann vorteilhafter Weise als Dünger für Pflanzen verwendet werden. The whey is fermented under aerobic conditions in the main process of production of the nitrogen-rich biofertilizer, so that the yeast produces biomass and inhibits ethanol formation. In practical experiments, the ethanol content was always below 2 g / 100 g. Therefore, the biodegradation of ethanol or its process removal after the fermentation is not necessary. Due to the drying and inactivation of the biomass formed as described below, the formation of ethanol during biomass production is not a quality-limiting element for the quality of the fertilizer. However, the alcohol formation has a reducing effect on the biomass formed and should therefore be inhibited. The biomass thus produced can be used advantageously as a fertilizer for plants.
Variante 1 zur Weiterverarbeitung der Biomasse zu einem stickstoffreichen DüngerVariant 1 for the further processing of the biomass to a nitrogen-rich fertilizer
Die erzeugte Biomasse kann bevorzugter Weise an einem Trägermaterial, z. B. einer Calcium- Alginat-Matrix immobilisiert werden. Die Herstellung einer Calcium- Alginat-Matrix ist dem Fachmann bekannt. Sie wird beispielsweise in der DE 68919620 T2 und der CA 201240 AI beschrieben. The biomass produced may preferably be attached to a support material, eg. B. a calcium alginate matrix can be immobilized. The preparation of a calcium alginate matrix is known to the person skilled in the art. It is described for example in DE 68919620 T2 and CA 201240 AI.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Suspension aus der Hefebiomasse bzw. der im Anschluss an die Fermentation konzentrierten Biomasse und Natriu- malginat hergestellt. Diese Suspension wird in eine Calciumchlorid- oder Calciumcarbonatlö- sung (ca. 2 %ig) in einem technologischen Verfahren getropft. Die sich ausbildenden Calcium- Algiantkugeln schließen die Biomasse im Inneren ein. Diesen Prozess bezeichnet man als Immobilisierung der Hefen in Calcium-Alginat. Zusätzliche mineralische Düngebestandteile wie z. B. Kalium können bei Bedarf und zur Produktion von Düngemitteln mit bestimmten Eigenschaften der Calciumlösung vor der Zugabe der Hefe-Natriumalginatsuspension beigemischt werden. According to a preferred embodiment of the invention, a suspension is produced from the yeast biomass or the biomass and sodium malginate which are concentrated after the fermentation. This suspension is dripped into a calcium chloride or calcium carbonate solution (about 2% strength) in a technological process. The forming calcium algiant spheres include the biomass inside. This process is called immobilization of the yeasts in calcium alginate. Additional mineral fertilizer components such. For example, potassium may be admixed to the calcium solution prior to the addition of the yeast sodium alginate suspension as needed and for the production of fertilizers having certain properties.
Die produzierte immobilisierte Hefebiomasse wird schließlich getrocknet. Dieses Produkt zeichnet sich durch gute Lagereigenschaften und eine inaktivierte Hefe aus. Es ist direkt als Pflanzendünger zu verwenden. Die Mischung mit anderen im Handel verfügbaren Düngern ist möglich. The produced immobilized yeast biomass is finally dried. This product is characterized by good storage properties and an inactivated yeast. It can be used directly as a plant fertilizer. Mixing with other commercially available fertilizers is possible.
Variante 2 zur Weiterverarbeitung der Biomasse zu einem stickstoffreichen DüngerVariant 2 for the further processing of the biomass into a nitrogen-rich fertilizer
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die in der Fermentation produzierte Biomasse oder die im Anschluss an die Fermentation konzentrierte Biomasse direkt mit mineralischen Düngern zu einem kombinierten Stickstoff und Mineraldünger ausgemischt, wobei optional eine anschließende Trocknung nach der Ausmischung durchgeführt werden kann. In a further preferred embodiment, the biomass produced in the fermentation or the biomass concentrated after the fermentation is mixed directly with mineral fertilizers to form a combined nitrogen and mineral fertilizer, it being possible optionally to carry out a subsequent drying after the mixing.
Die Trocknung dient der Inaktivierung der Hefebiomasse und der Produktion eines lagerfähigen Düngemittels, bevorzugt mit einem Feststoffgehalt von > 92 %, kann sich aber erübri- gen, wenn der Trockensubstanzgehalt auf Grund der gewählten Ausmischung bereits über 88 % liegt. The drying serves to inactivate the yeast biomass and the production of a storable fertilizer, preferably with a solids content of> 92%, but can be useful. if the dry matter content already exceeds 88% due to the selected blending.
Die Ausmischung der erhaltenen Biomasse mit mineralischen Düngern wird bevorzugt mit Mineralien wie Calcium, Kalium, Stickstoff und/oder Phosphat durchgeführt. Die Zusammensetzung kann entsprechend der gewünschten Düngerzusammensetzung variabel gestaltet werden. Calcium als Hauptkomponente sollte aber in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zu über 80 % in der Beimischung zur Biomasse vorhanden sein. The mixing of the obtained biomass with mineral fertilizers is preferably carried out with minerals such as calcium, potassium, nitrogen and / or phosphate. The composition can be made variable according to the desired fertilizer composition. However, in a preferred embodiment of the invention, calcium as the main component should be present in excess of 80% in the admixture with the biomass.
Wird auf die Trocknung aufgrund des hohen Mineraldüngeranteils im Mischungsverhältnis zwischen der Hefebiomasse und den mineralischen Bestandteilen verzichtet, ist die Hefebiomasse noch aktiv. Zur Vermeidung von späteren Alkoholbildungen (z. B. bei der Herstellung von Silage) ist daher eine ausreichende thermische Behandlung zur Inaktivierung der vitalen Hefen vorteilhaft; diese ist aber nicht zwingend erforderlich. If the drying is dispensed with due to the high proportion of mineral fertilizer in the mixing ratio between the yeast biomass and the mineral constituents, the yeast biomass is still active. To avoid subsequent alcohol formation (eg in the production of silage), therefore, a sufficient thermal treatment for inactivating the vital yeasts is advantageous; but this is not mandatory.
Allgemeines General
Die positive Wirkung von Hefen auf die Bodenqualität ist nachweisbar. Insbesondere beim Einsatz der immobilisierten Hefen erfolgt die Auflösung im Boden nach erfolgter Einbringung nur allmählich, so dass eine Langzeitwirkung erzielt werden kann. Die Langzeitwirkung beruht auf dem Effekt, dass das Trägermaterial, insbesondere der Calcium- Alginat-Mantel im Boden erst allmählich wieder Feuchtigkeit aufnimmt. Dadurch wird eine Verfügbarkeit des Düngemittels über einen längeren Zeitraum erreicht, ein Auswaschen in tiefere Bodenschichten verhindert und die oberen Bodenschichten können qualitativ nachhaltig verbessert werden. The positive effect of yeasts on soil quality is detectable. In particular, when using the immobilized yeasts, the dissolution in the soil after the introduction is carried out only gradually, so that a long-term effect can be achieved. The long-term effect is based on the effect that the support material, in particular the calcium alginate coat in the soil only gradually absorbs moisture. As a result, availability of the fertilizer is achieved over a longer period of time, prevents washing out into deeper soil layers and the upper soil layers can be improved in a sustainable way.
Der bevorzugt in der aeroben Fermentation einzusetzende Stamm Kluyveromyces marxianus ist dem Fachmann bekannt, er wurde z. B. aus Yoghurt isoliert. Die Hefe kann als Reinzuchthefe käuflich erworben werden. The strain Kluyveromyces marxianus to be used preferably in the aerobic fermentation is known to the person skilled in the art. B. isolated from yoghurt. The yeast can be purchased as a pure yeast.
Die produzierte Biomasse wird im Anschluss an die Fermentation in ein Trägermaterial, vorzugsweise in eine Calcium- Alginat-Matrix, eingebunden (immobilisiert). Durch die Einbettung der Biomasse in ein Trägermaterial, beispielsweise den beschriebenen Calcium- Alginat- Mantel ist eine gute Einbringung in den Boden möglich. Alginate basieren auf Alginsäure, die aus marinen Braunalgen gewonnen werden kann. Alginate sind käuflich erwerbbar. The biomass produced is after the fermentation in a carrier material, preferably in a calcium alginate matrix, integrated (immobilized). By embedding the biomass in a carrier material, for example, the described calcium alginate coat a good introduction into the soil is possible. Alginates are based on alginic acid, which can be obtained from marine brown algae. Alginates are available for purchase.
Das Düngemittel verfügt über gute Dünge- und Lagereigenschaften. Es enthält neben dem aus der Biomasse stammenden Stickstoffdünger zusätzlich Calcium, welches als Grunddüngung anerkannt ist. Zusätzlich zum Calcium und Natriumalginat kann in einer Ausführungsform der Erfindung Kalium während der Immobilisierung beigemengt werden, so dass ein sowohl calcium- als auch kaliumreicher Dünger erhalten wird. Auch andere Mineralien wie Phosphate oder zusätzlicher Stickstoff können so dem Düngemittel beigegeben werden. The fertilizer has good fertilizer and storage properties. In addition to the nitrogen fertilizer derived from the biomass, it also contains calcium, which is recognized as a basic fertilizer. In one embodiment of the invention, in addition to calcium and sodium alginate, potassium may be incorporated during immobilization to yield a fertilizer rich in calcium as well as in potassium. Other minerals such as phosphates or additional nitrogen can be added to the fertilizer.
Der nach der Erfindung produzierte Dünger ist somit in einer Ausführungsform ein stickstoffreicher Dünger mit integrierter Grunddüngung (Calcium und zusätzlich Kalium). Thus, in one embodiment, the fertilizer produced according to the invention is a nitrogen-rich fertilizer with integrated basic fertilizer (calcium and additionally potassium).
Für die immobilisierte Hefe in seiner Verwendung als Biodünger sind Auswascheffekte, die z. B. den Einsatz von immobilisierten Hefen in der Getränkeindustrie oftmals erschweren, für die Verwendung als Düngemittel ausdrücklich erwünscht. Der bevorzugt verwendete Calci- um-Gelverband (Calcium- Alginat-Matrix) dient nicht nur als erwünschter stabiler Träger, er verleiht im erhaltenen Düngemittel einen zusätzlichen eigenen Düngeeffekt (Grunddüngung) durch das enthaltenen Calcium. For the immobilized yeast in its use as a biofertilizer are washout effects, the z. As the use of immobilized yeasts in the beverage industry often difficult to expressly desired for use as a fertilizer. The preferably used calcium gel dressing (calcium alginate matrix) not only serves as a desired stable carrier, it imparts in the resulting fertilizer an additional own fertilizing effect (basic fertilization) by the calcium contained.
Das mit dem Verfahren hergestellte Düngemittel stellt einen stickstoffreichen Natur- oder Biodünger mit integriertem Calcium dar, der optional auch reich an Kalium sein kann (insbesondere, wenn bei der Immobilisierung zusätzlich Kalium zugegeben wurde). Das Düngemittel ist reich an Proteinen. Stickstoff (N), Calcium (Ca) und Kalium (K) sind daher die wesentlichsten Düngesubstanzen. Der Proteinanteil des Düngemittels beträgt etwa 45 % bis 60 % in der Trockensubstanz, bevorzugt 45 % bis 54 %. The fertilizer produced by the process is a nitrogen-rich natural or bio-fertilizer with integrated calcium, which optionally can also be rich in potassium (in particular if additional potassium has been added during immobilization). The fertilizer is rich in proteins. Nitrogen (N), calcium (Ca) and potassium (K) are therefore the most important fertilizers. The protein content of the fertilizer is about 45% to 60% in the dry matter, preferably 45% to 54%.
Im Rahmen der Erfindung wird Molke, die aufgrund der reichhaltigen Inhaltsstoffe als ein bei der Milchverarbeitung anfallender Reststoff mit hohem Weiterverarbeitungspotenzial ist, einer komplexen Verwertung zugeführt. Dies ist insbesondere dahingehend interessant, da die Molke über das gesamte Jahr kontinuierlich anfällt, die Bodendüngung aber nur zu bestimmten Zeitpunkten erfolgt. Daher muss der molkebasierte Biodünger, der parallel zum Anfall der Molke kontinuierlich produziert wird, auch lagerfähig sein, damit er entsprechend der Dünge- ausbringungsperioden eingesetzt werden kann. Dies ist bei dem erfindungsgemäßen Dünger der Fall. Der (Bio-)Dünger trägt zur Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit und damit zur Erweiterung und Intensivierung von biologisch/ökologisch produzierenden landwirtschaftlichen und Gartenbaubetrieben bei. In the context of the invention, whey, which is due to the rich ingredients as a resulting in the milk processing residue with high processing potential, fed to a complex recycling. This is particularly interesting in that the whey accumulates continuously over the whole year, but the soil fertilization occurs only at certain times. Therefore, the whey-based biofertilizer, which is produced continuously in parallel with the accumulation of whey, must also be storable so that it can be used in accordance with the fertilizer application periods can be used. This is the case with the fertilizer according to the invention. The (bio) fertilizer contributes to the increase of soil fertility and thus to the extension and intensification of organic / ecological producing agricultural and horticultural farms.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Düngemittel für Pflanzen, das nach einem hier beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Ein derartiges Düngemittel weist insbesondere Proteine, Calcium und ggf. Kalium auf. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Düngemittel der Bodenverbesserung von nährstoffarmen Böden bei der biologischen Tierhaltung dienen. In a further aspect, the invention relates to a fertilizer for plants, which can be produced by a method described herein. Such a fertilizer has in particular proteins, calcium and possibly potassium. In particular, the fertilizer according to the invention can serve for the soil improvement of nutrient-poor soils in biological animal husbandry.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines hier beschriebenen Düngemittels zur Düngung von Pflanzen. Dabei wird das Düngemittel auf die zu düngende Erde aufgebracht oder mit ihr gemischt. In another aspect, the invention relates to the use of a fertilizer for fertilizing plants as described herein. The fertilizer is applied to the soil to be fertilized or mixed with it.
Das erfindungsgemäße Düngemittel dient auch der Verbesserung der Wasser- und Nährstoffspeicherkapazität von durchlässigen Böden. The fertilizer of the invention also serves to improve the water and nutrient storage capacity of permeable soils.
Anstelle der Herstellung des Düngers, der in Alginat immobilisiert wird, besteht in einer weiteren Anwendung die Möglichkeit, die produzierte Biomasse direkt mit Calciumcarbonat und anderen Mineraldüngerbestandteilen auszumischen und anschließend gegebenenfalls zu trocknen. Instead of producing the fertilizer which is immobilized in alginate, in another application it is possible to mix the biomass produced directly with calcium carbonate and other mineral fertilizer constituents and then optionally to dry it.
Figuren characters
Figur 1 : Verfahrensführung zur Produktion des hier beschriebenen Düngemittels. FIG. 1: Procedure for the production of the fertilizer described here.
Zentral dargestellt ist die Fermentation von Molke, (Süß- und/oder Sauermolke, Molkeper- meat, Melasse aus der Molkereiindustrie und aufbereitete Melasse, alternativ einzelne dieser Reststoffe separat oder in jeder möglichen Mischung). Zu der Molke (mit den jeweiligen Ko- pononten) wird eine Hefe zugegeben, die unter Bedingungen, die eine aerobe Fermentation der Molke bzw. der weiteren Ausgangsstoffe erlaubt, geführt wird. Die aerobe Fermentation der Molke führt zur Produktion von Biomasse, die getrocknet werden kann, um so ein Düngemittel zu erhalten. The fermentation of whey, (fresh and / or acid whey, whey permeate, molasses from the dairy industry and processed molasses, or alternatively, some of these residues separately or in every possible mixture) is shown in the center. To the whey (with the respective colonies) is added a yeast which is fed under conditions which allow an aerobic fermentation of the whey or the other starting materials. The aerobic fermentation the whey leads to the production of biomass, which can be dried to obtain a fertilizer.
Optionale Merkmale des Herstellungsverfahrens bzw. des Düngemittels sind ebenfalls in Figur 1 dargestellt. So sind mögliche Arten der Vorbehandlung bzw. Lagerung der Ausgangsstoffe gezeigt, wie Hochkurzzeiterhitzung, Kaltlagerung bis zur Fermentation mit Temperierung auf Fermentationstemperatur. Optional features of the production process or the fertilizer are also shown in FIG. Thus, possible types of pretreatment or storage of the starting materials are shown, such as high-speed flash heating, cold storage up to fermentation with temperature control to fermentation temperature.
Eine Immobilisierung der durch die Fermentation erhaltenen Biomasse kann mittels eines Trägermaterials, wie es Natriumalginat darstellt, erfolgen, optional zusammen mit der Zugabe von Mineralien zur Erhöhung des Mineralienanteils des Düngemittels. Als Mineralien können Calcium und Kalium, aber auch Phosphor und Stickstoff als geeignete Verbindungen zugegeben werden, die ebenfalls immobilisiert werden können. Immobilization of the biomass obtained by the fermentation may be accomplished by means of a carrier material, such as sodium alginate, optionally together with the addition of minerals to increase the mineral content of the fertilizer. As minerals calcium and potassium, but also phosphorus and nitrogen can be added as suitable compounds, which can also be immobilized.
Die Biomasse, ggf. mit weiteren zugegebenen Mineralien, kann vor einer Trocknung mit Mi- neralstoffdünger ausgemischt werden. Somit kann das Düngemittel von seinem Nährstoffgehalt an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. The biomass, possibly with additional added minerals, can be mixed with mineral fertilizer before drying. Thus, the fertilizer can be adjusted by its nutrient content to the respective requirements.
Beispiel example
Theoretische Überlegungen Theoretical considerations
Der Lactosegehalt einer Molke liegt etwa bei 5,21 g/100 g (52,1 g/kg). Aus 100 g Monosaccharid und 40 g 02 entstehen bei der aeroben Fermentation ca. 54 g Hefetrockensubstanz sowie Kohlendioxid und Wasser. The lactose content of a whey is about 5.21 g / 100 g (52.1 g / kg). From 100 g of monosaccharide and 40 g of 0 2 formed in the aerobic fermentation about 54 g of yeast dry matter and carbon dioxide and water.
Ausgehend von einem Betrieb, bei dem 8.000 1/Woche anfallender Molke werden wöchentlich 416,8 kg Lactose produziert. Dies entspricht einer Biomassetrockensubstanzproduktion von 225 kg je Woche (11,7 t je Jahr). Based on a farm producing 8,000 1 / week whey, 416.8 kg of lactose are produced weekly. This corresponds to a biomass dry matter production of 225 kg per week (11.7 t per year).
Der Anteil Rohprotein in der Hefetrockensubstanz beträgt 45 % bis 60 %. Etwa 20 % davon sind wasserlösliche Polypeptide und Aminosäuren. The proportion of crude protein in the yeast dry matter is 45% to 60%. About 20% of these are water-soluble polypeptides and amino acids.
Der genannte Proteingehalt entspricht einer Bodendüngung von 23,4 bis 70,2 ha, abhängig von der Bodenqualität. Dieser Grunddüngeffekt kann durch das bei der optionalen Immobilisierung eingesetzte Calcium (ca. 2 %ige Lösung) und den optionalen Kaliumzusatz verstärkt werden. Die Hefe selbst besitzt einen Anteil an Mineralstoffen (Ρ205 und K20) und steuert somit auch einen Grunddüngungseffekt bei. The mentioned protein content corresponds to a soil fertilization of 23.4 to 70.2 ha, depending on the soil quality. This basic fertilising effect can be enhanced by the calcium used in the optional immobilization (about 2% solution) and the optional addition of potassium. The yeast itself has a proportion of minerals (Ρ 2 0 5 and K 2 0) and thus also contributes a basic fertilization effect.
Verfahrensstufe 1„Hefereinzucht und Herführung" Process Level 1 "Hefereinzucht and Herführung"
A - Anzucht eines lactosepositiven Hefestammes A - Cultivation of a lactose-positive yeast strain
• z. B. Kluyveromyces marx. CBS 397/6432 • z. B. Kluyveromyces marx. CBS 397/6432
• Überimpfen in 50 ml YPL-Nährlösung • Inoculate into 50 ml of YPL nutrient solution
• Inkubation für 24 - 25 h • Incubation for 24 - 25 h
• Temperatur 30 - 35 °C • Temperature 30 - 35 ° C
• Kontinuierliche Belüftung • Continuous ventilation
• Zellkonzentration ca. 70 - 90 * 107 Zellen/ml • Cell concentration approx. 70 - 90 * 10 7 cells / ml
B - Herführung des Hefestamms (1. Herführstufe) B - Deriving the yeast strain (1st stage of production)
• 400 ml Molke/Permeat + 50 ml Hefesuspension • 400 ml of whey / permeate + 50 ml of yeast suspension
• Anstellkonzentration: ca. 70 - 80 * 106 Zellen/ml • Kontinuierliche Belüftung oder gesteuerte Impulsbelüftung • Inclination concentration: approx. 70 - 80 * 10 6 cells / ml • Continuous ventilation or controlled impulse ventilation
C - Stufenweise Herführung/W eiterführung C - Stepwise reduction / recovery
Herführung (vorzugsweise im Mischungsverhältnis 1 Teil Hefesubstrat + 9 bis 10 Teile sterile Molke oder Molkepermeat) auf die Anstellkonzentration unter Belüftung, bei ca. 20 °C über 18 bis 24 h je Herführstufe. Die Zellkonzentration soll am Ende jeder Herführstufe bei 3 bis 5 * 108 KbE (keimbildende Einheiten) je ml liegen. Herführung (preferably in a mixing ratio of 1 part yeast substrate + 9 to 10 parts of sterile whey or whey permeate) to the Anstellkonzentration with aeration, at about 20 ° C for 18 to 24 hours per Herführstufe. Cell concentration should be 3 to 5 * 10 8 CFU (nucleating units) per ml at the end of each stage of the preparation.
Verfahrensstufe 2„Fermentation" Process step 2 "fermentation"
(Beispiel kleintechnischer Maßstab ca. 40 bis 50 Liter) (Example small scale about 40 to 50 liters)
Verfahrensführung: Es sind verschiedene Arten der Verfahrens führung möglich, wie das Batchverfahren, Drauflassverfahren, semikontinuierliches Verfahren, kontinuierliches Verfahren oder Zulaufverfahren. Process control: Various types of process management are possible, such as the batch process, drainage process, semi-continuous process, continuous process or feed process.
Beschreibung des Drauflassverfahrens als mögliche Fermentationsvariante Description of the drainage process as a possible fermentation variant
4,5 1 Hefesubstrat werden mit 45 1 Molke angestellt und bei ca. 25 °C fermentiert. Anstelle von Molke können auch Molkepermeat, Melasse oder aufbereitete (verdünnte) Melasse eingesetzt werden. 4.5 1 yeast substrate are made with 45 1 whey and fermented at about 25 ° C. Instead of whey, whey permeate, molasses or processed (diluted) molasses can also be used.
Die Fermentation dauert maximal 24 h. Nach dieser Zeit werden 40 % bis 80 % des Fermentationsmediums geerntet, die zu Dünger weiter verarbeitet werden. Zum im Fermenter verbliebenen restlichen Substrat kann neue Molke bzw. Molkepermeat oder Melasse drauf gelassen werden. Die Fermentation kann so über mehrere Monate aufrecht erhalten bleiben. Nur gelegentlich ist ein Auffrischen mit neu hergeführter Hefe notwendig. The fermentation lasts a maximum of 24 h. After this time, 40% to 80% of the fermentation medium is harvested, which are further processed into fertilizer. To the remaining substrate remaining in the fermenter new whey or whey permeate or molasses can be left on it. The fermentation can be maintained over several months. Only occasionally a refreshment with newly introduced yeast is necessary.
Die Substrate sollten entsprechend vor dem Einsatz über ein Hochkurzeitverfahren pasteurisiert werden (s. auch Figur 1). Zur Vermeidung von Substratengpässen empfiehlt sich die Einbeziehung einer Zwischenlagerung im Anschluss an die Pasteurisation. Beim Einsatz von ausschließlich frischer Süßmolke hat sich aber auch ein Direkteinsatz des Substrates ohne vorherige Pasteurisation bewährt. The substrates should be pasteurized accordingly before use via a Hochkurzeitverfahren (see also Figure 1). To avoid substrate bottlenecks, the inclusion of an intermediate storage after pasteurization is recommended. When using exclusively fresh sweet whey but also a direct use of the substrate without prior pasteurization has proven.
Verfahrensstufe 3a„Ausmischung mit Grunddüngebestandteilen und Trocknung" Die aus Molkesubstrat hergestellte Biomasse wird in einem konventionellen Mischer mit mineralischen Düngbestandteilen, vorzugsweise Calciumcarbonat, vermischt. Dabei ist das Mischungsverhältnis dem gewünschten Verhältnis Biomasse (Stickstoffdünger) zu Grunddüngung variabel gestaltbar. Bevorzugt ist, dass der Trockensubstanzgehalt vor der Trocknung bereits über 60 % liegt und so die kostenintensive Trocknung reduziert werden kann. Zur Steigerung der Stickstoffleistung ist es möglich, die Biomasse vor der Vermischung noch zu konzentrieren. Hierfür geeignet sind praxisübliche Separatoren und Filtersysteme. Alternativ besteht die Möglichkeit des Absetzens der Biomasse in einem optimal auf 0 bis 2 °C gekühlten Fermentationssystem. Process step 3a "Blending with basic fertilizer constituents and drying" The biomass produced from whey substrate is mixed in a conventional mixer with mineral fertilizer components, preferably calcium carbonate. The mixing ratio of the desired ratio of biomass (nitrogen fertilizer) to basic fertilizer can be varied. It is preferred that the dry matter content before drying is already above 60% and so the costly drying can be reduced. To increase the nitrogen output, it is possible to concentrate the biomass before mixing. Suitable for this purpose are customary separators and filter systems. Alternatively, there is the possibility of settling the biomass in an optimally cooled to 0 to 2 ° C fermentation system.
Die nachgeschaltete Trocknung dient der Inaktivierung der Hefebiomasse und der Produktion eines lagerfähigen Düngers mit einem Feststoffgehalt von > 92 %. The downstream drying serves to inactivate the yeast biomass and to produce a storable fertilizer with a solids content of> 92%.
Verfahrensstufe 3b„Immobilisierung und nachgeschaltete Trocknung" Process Stage 3b "Immobilization and Downstream Drying"
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Verfahren den Schritt der Immobilisierung der aus Molke produzierten Biomasse in einem Trägermaterial, insbesondere in einem Calcium- Alginat-Gelverband auf. Die Herstellung von immobilisierter Biotrockenmasse führt zu einem Produkt, bei dem die Hefebiomasse in die Grunddüngeeinheit immobilisiert wird. Diese bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens ist etwas aufwendiger als die unter 3 a beschriebene Variante, führt aber zu einem Dünger, der sich nicht so schnell in wässrigen Lösungen auflöst und so eine längere Bodenverfügbarkeit gewährleistet. In a preferred embodiment, the method comprises the step of immobilizing the biomass produced from whey in a carrier material, in particular in a calcium alginate gel dressing. The preparation of immobilized dry biomass results in a product in which the yeast biomass is immobilized in the basal fertilizer unit. This preferred embodiment of the process is somewhat more complicated than the variant described under 3 a, but leads to a fertilizer that does not dissolve so quickly in aqueous solutions, thus ensuring a longer soil availability.
Nachstehend wird eine praxisübliche Immobiliserungsvariante beschrieben: Aus der fermentierten Biomasse und einer Natriumalginatlösung wird ein Gemisch hergestellt. Dieses Gemisch wird über mindestens eine Kanüle in eine ca. 2 %ige Calciumchloridlösung geführt. Ein integrierter Luftstrom führt am Ausgang der Kanülen zum Abreißen von einzelnen Tropfen, die in die Calciumchloridlösung eintropfen. Durch Einlagerung von Calcium in den Na- triumalginat-Hefeverband entstehen geleeartige weißliche Kugeln. Diese werden nach Trennung von der Restcalciumchloridlösung abgetrennt, getrocknet und können in entspreche Versandpackungen abgepackt werden. Die Trocknung dient der Inaktivierung der Hefe und der Produktion eines haltbaren, lagerfähigen Produktes. A practice-typical immobilization variant is described below: A mixture is produced from the fermented biomass and a sodium alginate solution. This mixture is passed through at least one cannula in an approximately 2% calcium chloride solution. An integrated air flow at the exit of the cannulas leads to the tearing off of individual drops, which drips into the calcium chloride solution. The incorporation of calcium into the sodium alginate yeast compound produces jelly-like whitish spheres. These are separated after separation from the Restcalciumchloridlösung, dried and can be packaged in appropriate shipping packages. The drying serves to inactivate the yeast and to produce a durable, storable product.
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