Добавки для комбикорма, основанные на ферментационном бульоне, и способ их производства посредством грануляции
Группа изобретений относится к кормлению животных и включает способ производства кормовой добавки для животных из ферментационного бульона, содержащего L-лизин и кормовую добавку для животных, изготовленную данным способом. Способ изготовления кормовой добавки для животных содержит следующие этапы: формирование гранул непосредственно из ферментационного бульона L-лизина, по массе составляющих около 48-52% без прохождения через процесс фильтрации, смешивание концентрата с действующим агентом, регулирующим чистоту, или свободным лизином для формирования концентрата смеси с откорректированным содержанием L-лизина, формирование гранул с луковичной структурой из смеси концентрата, охлаждение изготовленных гранул, чем и завершается этап формирования гранул, перемещение затравок в камеру, направленный вверх вдув воздуха в камеру из-под затравок таким образом, что минимальное количество гранул флотируют в камере, распыление концентрата смеси в момент вдува воздуха, благодаря чему смесь концентрата, распыленная на гранулы, высушивается вдуваемым воздухом, и дальнейшее извлечение готовых частиц из камеры. Группа изобретений обеспечивает производство кормовой добавки для животных с чистотой лизин-HCl по меньшей мере 63%, содержанием воды самое большее 3% и насыпной плотностью 670±50 кг/м3. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 табл.
Область техники, к которой относится изобретение
[1] Настоящее изобретение относится к кормовым добавкам для животных, получаемым простой грануляцией из лизинового ферментационного бульона, и к способу их производства.
[2]
Уровень техники
[3] Традиционная порошковая форма лизина трудна для работы с ней, потому что она легко рассыпается и имеет низкие характеристики текучести, вызывает потери ингредиентов, вредна для работающих с ней, занимает большой объем, т.к. она содержит инертный наполнитель или регулирующий чистоту (содержание) агент, и неудобна для хранения из-за своей высокой гигроскопичности. Для преодоления этих недостатков разработаны и используются концентрированные, гранулированные лизиновые добавки. Лизин является одной из наиболее часто используемых аминокислот в промышленности животных кормов. Наиболее общая форма L-лизина получается процессами ферментации, фильтрации, кристаллизации и обезвоживания в виде L-лизин-HCl.
[4] Для простого пояснения этих процессов производства, лизиновый ферментационный бульон сначала фильтруется или центрифугируется для удаления микроорганизмов. Затем L-лизин, приготовленный с использованием ионообменной смолы, концентрируется. Далее к концентрированному L-лизину добавляется HCl, чтобы получить L-лизин-HCl. Продукт L-лизин-HCl:2H2O получается кристаллизацией L-лизин-HCl, и за счет его обезвоживания получают продукт с менее чем примерно 1% воды.
[5] Эта процедура имеет несколько недостатков. Поскольку продукт находится в форме порошка, создается много пыли, что приводит к потере продукта. Далее, порошкообразная пыль в этой рабочей среде может повредить здоровью работающих и помешать их работе.
[6] Фильтрация или центрифугирование ферментационного бульона для удаления микроорганизмов является одной из причин снижения выхода. Помимо этого, высокая стоимость фильтров или центрифуг является одним из оснований увеличения себестоимости. Поскольку биомасса уменьшается в процессе фильтрации ферментационного бульона, имеется недостаток в пониженной чистоте белка в продукте.
[7] Использование ионообменной смолы представляет собой другой дефект. Высокая стоимость самой ионообменной смолы поднимает себестоимость, а огромное количество сточной воды от ионообменной смолы и ее обработка являются проблемами. Сточная вода является важной проблемой не только потому, что она требует высокой цены за удаление, но также вследствие огромного загрязнения окружающей среды в результате того, что авария может разрушить имидж компании в нынешней атмосфере придания особого значения сохранению окружающей среды.
[8] Решением для всех этих недостатков является способ гранулирования. Поскольку гранулированный продукт можно получить из гранулятора сразу после процесса концентрации ферментационного бульона, весь процесс может стать намного проще, чем описанный выше способ. Поэтому отказ от использования дорогостоящих фильтров ионообменных смол приводит к сниженной себестоимости, уменьшенной сложности всего процесса вследствие исключения многочисленных процессов фильтрации и к относительно более простым задачам производства, благодаря чему получаются продукты с гораздо более низкой ценой, чем в предыдущем способе.
[9]
Описание изобретения
Техническая проблема
[10] Однако способ гранулирования-обезвоживания может иметь несколько недостатков. Данный способ дает выход с более низкой чистотой или содержанием продукта, чем предыдущий способ. Содержимого, иного нежели лизин, остается относительно больше, потому что этапы фильтрации проще, чем в предыдущем способе. Это, однако, не представляет большой проблемы. Поскольку лизин добавляют малыми дозами в качестве кормовой добавки для животных, лизину не нужно иметь очень высокую чистоту. Второй недостаток состоит в том, что данный способ может выдавать чистоту продукта, которая сильно меняется. Поскольку продукты изготавливаются непосредственно из концентрированного ферментационного бульона, на чистоту (содержание) продукта влияет концентрация ферментационного бульона. Т.к. предыдущий способ применяет много этапов процессов фильтрации, воздействие бульона на чистоту продукта минимально. Однако способ гранулирования-обезвоживания имеет меньшее число процессов. Поскольку чистота ферментационного бульона значительно меняется в соответствии с условиями ферментации, чистота обычно имеет некоторую степень отклонения. Из-за этого чистота таблетированных продуктов может иметь композиции с ненадлежащей, меняющейся чистотой.
[11] В отношении гранулирования Masters, K.Spray Drying: An Introduction to Principles, Operational Practice and Applications. Chemical Process and Engineering Series (Сушка распылением: Введение в принципы, практику эксплуатации и применения. Серия Химические способы и техника): Leonard Hill Books London, 1972, устанавливает второй этап этой процедуры, процесс обезвоживания и агломерации дрожжей в дрожжевом процессе кормов для животных.
[12] Помимо того, публикация выложенной заявки Японии №56-35962 (8 апреля 1981) описывает процесс производства таблеток размером меньше чем 1 мм с помощью гранулятора псевдоожиженного слоя и осушителя из гашеной извести и лизинового концентрата.
[13] Европейская заявка №0122163 (17 октября 1984) описывает твердую стабильную композицию корма для животных, состоящую из 35-48% лизина, 10-15% белков, 1-3% молочной кислоты, 2-8% прочих кислот с менее чем 8 атомами углерода, 2-7% углеводов и олигосахаридов, 1-6% липидов и масла, 0,5-3% воды и 10-25% минеральных веществ. Установлено, что при изготовлении этого вида кормов для животных микроорганизмы не отделяются от ферментационного бульона, а разрушаются, бульон же концентрируется при 110-120°С, и корма для животных получаются в результате после этапов сушки, таких как способ распыления, гранулирование из замеса, способ высушивания хлопьями и обезвоживание азеотропной перегонкой. Установлено также, что концентрация сахара поддерживается между 5 и 15 г/л во время ферментации и регулируется остановкой ферментации, когда концентрация оставшегося сахара оказывается ниже 2 г/л.
[14] Европейская заявка 0345717 (13 декабря 1989) относится к производству рибофлавина в качестве кормовой добавки для животных из ферментационного бульона. Частицы определенного размера отбираются для производства гранул рибофлавина после высушивания ферментационного бульона способом распыления, измельчением частиц избыточного или недостаточного размера и их рециркуляцией. Описан процесс таблетирования ферментационного бульона вторым этапом этой процедуры, и установлено, что тонкодисперсные частицы, используемые для гранулирования второго этапа, могут быть получены высушиванием в способе распыления. 90% частиц имеют размеры меньше чем 1 мм в диаметре и плотность 550 кг/м3.
[15] Помимо этого, публикация выложенной заявки Японии №62-104553 (15 мая 1987) относится к процессу производства стабильных твердых кормовых добавок с 50-70% гидрохлорида лизина из культивированных микроорганизмов для производства лизина. Установлено, что микроорганизмы удаляют из ферментационного бульона разделением, фильтрацией и активированными углями в качестве предварительного этапа, что бульон концентрируется при 20-80°С и что конечные продукты имеют хорошие характеристики свободной текучести и безопасности хранения за счет гранулирования в способе Filtermat Spray Dry.
[16] Кроме того, авторское свидетельство СССР №1735365 (23 мая 1992) описывает способ производства кормовых добавок для животных с размером гранул 2-4 мм в диаметре путем смешивания тонкодисперсных частиц, полученных из высушивания части культуры микроорганизмов с концентратом остальной культуры и их агломерации.
[17] В отношении таблетирования L-лизина-HCl европейский патент №0491638 (24 июня 1992) описывает способ производства таблетированных тонкодисперсных частиц в сушилке с кипящим слоем и устанавливает, что имеется преимущество в упаковке таблеток, которые имеют 425-1000 мкм в диаметре. Этот патент относится к производству таблеток путем покрывания псевдоожиженного слоя частицами гидрохлорида лизина и распыления жидкого гидрохлорида лизина. Вместо псевдоожиженного слоя можно использовать различные механические перемешивающие машины, например высушивающий барабанный гранулятор.
[18] Патент США №5.431.933 (11 июля 1995) поясняет способ производства таблеток, которые легко хранить и которые имеют низкое содержание белков по сравнению с кормами, полученными из ферментационного бульона. Установлено, что таблетки можно получать непосредственно из высушивания ферментационного бульона вместе с уже отделенной биомассой в способе распыления. Хотя этот документ устанавливает, что способ дает выход более чем 40% чистоты аминокислот, он не отвечает требованиям к производству данного вида ферментационного бульона на промышленной основе. Насыпная плотность продукта даже ниже чем 500-530 кг/м3, как видно из вариантов осуществления.
[19] Далее, этот патент устанавливает, что содержание белков должно быть меньше чем 10% по массе, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды, и необходимо отделять биомассу от ферментационного бульона. В Feed Magazine 1/91, который опубликован до этого патента, установлено, что уменьшение в содержании белков в кормах снижает загрязнение окружающей среды.
[20] Патент США №5.622.710 (22 апреля 1997) относится к способу производства кормовых добавок для животных с помощью ферментационного бульона без побочных продуктов, которые вызывают проблемы. В данном способе тонкодисперсные частицы, полученные на первом этапе, используются для изготовления конечного продукта посредством процесса таблетирования. Продукты, изготовленные данным способом по этому патенту, имеют насыпную плотность по меньшей мере 550 кг/м3, более 33% содержания аминокислот, низкие гигроскопичность и вязкость. Этим способом можно изготавливать продукты с содержанием аминокислот 40-90%. В частности, ферментационный бульон приготавливается культивированием бактерий в условиях ограничения сахара, в котором ассимилирующая сахар концентрация поддерживается или уменьшается ниже 0,3% по массе, тонкодисперсные частицы в виде порошка, в котором 70% по массе имеют размер гранул самое большее 100 мкм, получают высушиванием бульона в способе распыления, затем производят таблетки сильным смешиванием частиц с выбранным связующим из смеси воды и ферментационного бульона. 90% по массе произведенных таблеток имеют размер меньше чем 1 мм, а 10% по массе таблеток имеют размер меньше чем 100 мкм.
[21] Процесс высушивания-таблетирования по данному патенту содержит этап получения и высушивания распылением 70% тонкодисперсных частиц с размером меньше чем 100 мкм и другой этап формирования таблеток из тонкодисперсных частиц добавлением воды или ферментационного бульона в качестве связующего.
[22] Патент США №5.840.358 (24 ноября 1998) относится к способу производства путем таблетирования, уплотнения и высушивания концентрированной ферментационного бульона с помощью сушилки для таблетирования в качестве одностадийного процесса. В способе по этому патенту продукты получают непосредственно из аминокислотного ферментационного бульона в одном этапе последовательных процессов. В этом способе, однако, необходима дополнительная энергия для механических устройств в грануляторе для уплотняющего процесса.
[23] В связи с процессом поддержания равномерного уровня лизина патент США №5.990.350 (23 ноября 1999) описывает способ производства лизинового продукта путем концентрирования ферментационного бульона, в котором отделена биомасса, смешивания бульона с очищенным лизином и регулирования чистоты лизина, чтобы она составляла 35-76%. В этих способах соотношение концентрата ферментационного бульона и очищенного продукта должно быть 2:3, чтобы производить продукт с чистотой лизина по меньшей мере 55%.
[24] Обсуждение данного раздела служит для предоставления информации о связанной технологии и не является признанием в качестве прототипа.
Техническое решение
[26] Один объект изобретения обеспечивает способ изготовления кормовых добавок для животных. Этот способ содержит этапы, на которых: подают затравочные частицы в камеру; вдувают в камеру воздух в направлении вверх из-под затравочных частиц, чтобы по меньшей мере часть этих частиц плавала в камере; распыляют жидкую композицию, содержащую L-лизин, в камере при вдувании в камеру воздуха, при этом жидкая композиция наносится поверх затравочных частиц, плавающих в камере, причем жидкая композиция, нанесенная на эти частицы, высушивается вдуваемым в камеру воздухом; и после этого выгружают гранулированный лизин из камеры.
[27] В этом способе нанесение жидкой композиции поверх частиц и высушивание жидкой композиции, нанесенной на частицы, могут много раз чередоваться в камере. Выгружаемые частицы могут содержать сердцевину и множество слоеных оболочек, окружающих эту сердцевину.
[28] Вдуваемый воздух может заставлять частицы перемещаться вверх и вниз в камере, и в ходе этого перемещения частицы могут покрываться жидкой композицией, когда они находятся ниже, и высушиваться, когда они находятся выше. Жидкая композиция может распыляться вверх из-под частиц, плавающих в камере. Жидкая композиция может распыляться под давлением между примерно 1,8 и примерно 2,0 бар. Жидкая композиция может распыляться практически непрерывно. Жидкая композиция может распыляться прерывисто. Воздух может иметь температуру между примерно 60°С и 70°С. Воздух может вдуваться под давлением от примерно 0,1 до примерно 0,2 кг/см2.
[29] Способ может не содержать этапа, на котором измельчают покрытые частицы перед выгрузкой из камеры. Затравочные частицы при подаче в камеру могут иметь диаметр между примерно 200 и 500 мкм. По меньшей мере часть выгружаемых частиц могут иметь луковичное поперечное сечение. От примерно 60% до примерно 70% выгружаемых частиц могут иметь диаметр между примерно 1000 мкм и примерно 1300 мкм. От примерно 20% до примерно 30% выгружаемых частиц могут иметь диаметр между примерно 500 мкм и 1000 мкм.
[30] Диаметр выгружаемых частиц можно контролировать путем регулировки давления распыления жидкой композиции (концентрированного жидкого лизина). Диаметр выгружаемых частиц может контролироваться путем регулировки давления воздуха. Способ может далее содержать этап, на котором просеивают выгружаемые частицы, чтобы собрать частицы с желательными пределами диаметра.
[31] Другой объект изобретения обеспечивает кормовую добавку для животных, изготовленную описанным выше способом.
[32] Еще один объект изобретения обеспечивает кормовую добавку для животных, содержащую: множество частиц, содержащих L-лизин, причем по меньшей мере часть этих частиц содержит сердцевину и множество слоеных оболочек, окружающих эту сердцевину. Сердцевина может иметь диаметр между примерно 200 мкм и примерно 500 мкм.
[33] Другой объект изобретения обеспечивает корм для животных, содержащий описанную выше кормовую добавку для животных.
Краткое описание чертежей
[34] Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую производственный процесс согласно одному варианту осуществления.
[35] Фиг.2 иллюстрирует механизм процесса формирования гранул согласно одному варианту осуществления.
[36] Фиг.3 поясняет механизм процесса формирования таблеток.
[37] Фиг.4 представляет собой сделанную сканирующим электронным микроскопом микрофотографию гранулированной частицы, сформированной способом одного варианта осуществления, и ее поперечное сечение.
[38] Фиг.5 представляет собой сделанную сканирующим электронным микроскопом микрофотографию таблетированной частицы, сформированной способом по фиг.3, и ее поперечное сечение.
[39] Фиг.6 представляет собой сделанную сканирующим электронным микроскопом микрофотографию покрытой L-лизином частицы согласно одному варианту осуществления.
[40] Фиг.7 представляет собой сделанную сканирующим электронным микроскопом микрофотографию покрытой L-лизином частицы согласно другому варианту осуществления.
Осуществление изобретения
[41] Способ производства кормовых добавок для животных непосредственным высушиванием и гранулированием лизина ферментационного бульона является сложным и снижает продуктивность. Произведенные этим способом продукты трудны в обращении вследствие своей низкой насыпной плотности, и трудно производить продукт с постоянным количеством лизина, потому что чистота продукта отклоняется в зависимости от ферментационного бульона.
[42] Один вариант осуществления изобретения относится к способу производства кормовых добавок для животных, которые могут не требовать сложного процесса фильтрации, чтобы удалить биомассу. Этот процесс производит продукт с низкой гигроскопичностью без добавления противогигроскопичного веществ, такого как кремнезем, увеличивает чистоту лизина из-за отсутствия противогигроскопичного вещества. Поднимает продуктивность с помощью простой процедуры и основан на лизиновом ферментационном бульоне, сделанном из материалов с однородной чистотой лизина.
[43] В частности, концентрат ферментационного бульона L-лизина необязательно смешивают с контролирующим чистоту агентом или свободным лизином, и тонкодисперсные затравочные частицы размером между примерно 200 мкм и примерно 500 мкм из гранулятора покрывают вышеуказанной смесью, тем самым увеличивая размер тонкодисперсных затравочных частиц. Затем кормовые добавки для животных производят так, что примерно 0-5% гранул меньше чем примерно 500 мкм, примерно 20-30% гранул имеют размер между примерно 500 мкм и 1000 мкм, примерно 60-70% гранул имеют размер между примерно 1000 мкм и примерно 1300 мкм и примерно 0-5% гранул имеют размер больше чем 1300 мкм.
[44] Данный вариант осуществления обеспечивает производство продуктов, поддерживающее чистоту лизина в пределах примерно 1% различий. Поскольку плотная структура гранул блокирует контакт с водой, гигроскопичность, являющаяся одним из важных физических свойств, гранулированных продуктов, используемых в качестве кормовых добавок для животных, минимизируется, и продукты сохраняют низкую гигроскопичность продолжительное время.
[45] Продукты, в которых примерно 0-5% гранул имеют размер меньше чем примерно 500 мкм, примерно 20-30% гранул попадают в пределы между примерно 500 мкм и примерно 1000 мкм, примерно 60-70% гранул попадают в пределы между примерно 1000 мкм и примерно 1300 мкм, а примерно 0-5% гранул больше чем 1300 мкм, получаются в процессе рециркуляции.
[46] Согласно одному варианту осуществления, он обеспечивает способ производства кормовых добавок для животных нижеследующей композиции на основе лизинового ферментационного бульона. Этот способ содержит этапы, на которых:
[47] (а) концентрируют ферментационный бульон L-лизина непосредственно до общего содержания твердого вещества примерно 48-52% по массе без использования такого фильтрационного процесса, как мембранная фильтрация;
[48] (b) формируют концентрат смеси путем смешивания концентрата с контролирующим чистоту агентом или свободным лизином; и
[49] (с) формируют гранулы в процессе этапов, на которых вводят тонкодисперсные затравочные частицы размером примерно 200-500 мкм в гранулятор, увеличивают размер тонкодисперсных затравочных частиц при нанесении на них вышеупомянутого напыляемого концентрата смеси со дна гранулятора, и формируют гранулы с луковичной структурой без применения механических физических устройств, так что примерно 0-5% гранул имеют размер гранул самое большее примерно 500 мкм, примерно 20-30% попадают в пределы между примерно 500 мкм и примерно 1000 мкм, примерно 60-70% попадают в пределы между примерно 1000 мкм и примерно 1300 мкм, а примерно 0-5% больше чем примерно 1300 мкм.
| [50] [51] Таблица 1 | |
| Содержание | По меньшей мере 65% по массе лизина-HCl |
| Размер гранул | Примерно 0-5% меньше чем примерно 500 мкм, примерно 20-30% между примерно 500 мкм и примерно 1000 мкм, примерно 60-70% между примерно 1000 мкм и примерно 1300 мкм, примерно 0-5% больше чем примерно 1300 мкм (по массе) |
| Насыпная плотность | Примерно 670±50 кг/м3 |
| Белки | Примерно 10-15% по массе |
| Общий сахар | Меньше чем примерно 1% по массе |
| Минеральные вещества | Меньше чем примерно 3% по массе |
| Вода | Меньше чем примерно 3% по массе |
| Карбоновые кислоты (с менее чем 8 атомами углерода) | Меньше чем примерно 8% по массе |
[52] [53] На этапе формирования концентрата смеси конечная чистота лизина регулируется до пределов примерно 1% от намеченной чистоты путем управления количеством лизина или контролирующего чистоту агента. Гранулирование выполняют распылением концентрата смеси из сопла на дне гранулятора и обеспечением тока горячего воздуха, формирующего псевдоожиженный слой.
[54] Гранулированием можно управлять путем регулировки скорости текучей среды концентрата смеси, давления сопла и воздушного потока в токе горячего воздуха.
[55] Контролирующий чистоту агент может быть одним или несколькими из крахмала, карагенана и агара. В одном варианте осуществления в качестве производящего лизин микроорганизма используют Corynebacterium.
[56] Хотя продукты в этом варианте осуществления имеют противо-гигроскопичное свойство без использования противогигроскопичного вещества, можно все же использовать кремнезем, полимеры или жидкий парафин.
[57] Согласно другому варианту осуществления кормовые добавки для животных на основе гранулированного лизинового ферментационного бульона производятся посредством описанной ниже процедуры. См. приложенные ниже чертежи для пояснений. По эскизу производственного процесса на фиг.1 сначала производят лизиновый ферментационный бульон с помощью производящей лизин биомассы. Любой микроорганизм, который производит лизин, можно использовать в качестве этой биомассы в данном варианте осуществления. В частности, для ферментации лизина организмом может быть Corynebacterium. На условие для ферментации микроорганизма нет никакого специального ограничения. В одном варианте осуществления биомасса культивируется в условиях, которые обеспечивают малое количество биомассы, хотя в ферментационной закваске накапливается большое количество лизина.
[58] Поскольку сахар в ферментационной закваске препятствует высушиванию ферментационного бульона и увеличивает гигроскопичность конечного продукта, бульон можно выращивать в условиях, которые снижают количество сахара. Однако не требуется, чтобы условия для ферментации были теми, которые перечислены выше, поскольку при использовании данного варианта осуществления процесс смешивания контролирует чистоту лизина, а поверхность продукта является плотной. Применение этого варианта осуществления показывает, что ферментационный бульон, полученный из выращенной биомассы в Corynebacterium, содержит примерно 10-20% лизина с плотностью примерно 170 г/л.
[59] Произведенный в данном способе ферментационный бульон концентрируется в процессе удаления некоторого количества воды. Этот процесс концентрирования имеет два назначения: снизить постпроизводственные заботы путем снижения объема ферментационных заквасок за счет концентрации и, что важнее, более легко формировать гранулы за счет повышения плотности лизина в закваске.
[60] Количество общего содержания твердых веществ ферментационного бульона регулируется так, чтобы составлять примерно 44-52% в ходе процесса концентрирования, в котором способ представляет собой вакуумную концентрацию с давлением примерно 680 mmHg и температурой ванны примерно 65°С. Эти условия можно изменять согласно состоянию процесса концентрации или для того, чтобы управлять скоростью его протекания.
[61] Ферментационный бульон, в котором концентрация завершена, проходит процесс регулировки pH. Это pH регулируется до примерно 3,5 за счет использования серной кислоты. После регулировки pH бульон оставляют при примерно 60°С на более чем два часа. Бульон оставляют при примерно 60°С на по меньшей мере два часа вслед за регулировкой pH, потому что материалы gДHK ферментационной биомассы, которые можно обнаружить в гранулированных продуктах, должны разрушиться. Учитывая стоимость разработки нового штамма микроорганизмов и действие самого микроорганизма на продуктивность, безопасность микроорганизма представляет огромную важность. Данный процесс обеспечивает удовлетворительное разрушение материалов gДHK и снижает возможность утечки микроорганизма.
[62] Вслед за разрушением gДHK концентрат переносится в смесительный бак. Процесс смешивания имеет несколько назначений. Наиболее важное назначение состоит в управлении чистотой лизина производимых гранулированных продуктов до намеченного уровня. Концентрат смешивают с контролирующим чистоту веществом в процессе смешивания. Контролирующее чистоту вещество может быть либо контролирующим чистоту агентом, либо чистым лизином в зависимости от чистоты концентрата. Можно использовать любые подходящие свободный лизин и контролирующие чистоту агенты. В одном варианте осуществления контролирующий чистоту агент является одним или несколькими из крахмала, карагенана и агара.
[63] Контролирующий чистоту агент можно добавлять к концентрату, когда чистота лизина в концентрате слишком высокая. С другой стороны, когда чистота лизина в концентрате слишком низкая, к концентрату добавляют порошок лизина, чтобы увеличить чистоту лизина. Способ управления чистотой по варианту осуществления задает чистоту конечного продукта с примерно 1% ошибкой.
[64] После процесса смешивания смесь подвергают процессу гранулирования. Распределение размеров частиц, насыпная плотность и чистота меняются согласно условиям работы процесса гранулирования. В данном варианте осуществления гранулы растут, чтобы иметь луковичные поперечные сечения за счет покрытия затравок слоями концентрата ферментационного бульона. Отдельная мельница может быть предусмотрена вне гранулятора без лопастей или крушилки внутри. Из-за того, что установка такого механического устройства, как лопасти внутри гранулятора препятствует формированию плотных частиц вследствие физической силы, может быть трудно формировать гранулы, поперечное сечение которых имеет луковичную структуру.
[65] Для того чтобы сформировать гранулы с луковичной структурой, гранулятор снабжается затравками размером 200-500 мкм в процессе гранулирования. Концентрат, полученный из вышеприведенного процесса концентрации, распыляют затем в гранулятор через сопло на дне гранулятора. Когда концентрат перемещается вверх проталкивающим давлением сопла, затравки внутри гранулятора становятся покрытыми концентратом. После того, как покрытые частицы перестают подниматься из-за силы тяготения, они опускаются, а затем начинают подниматься снова посредством распыляемого концентрата из сопла и тока горячего воздуха со дна гранулятора. Слой, образованный в процессе повторяющегося подъема и опускания частиц, называется псевдоожиженным слоем. Как показано на фиг.2, гранулы формируются и растут в размере по мере того, как затравки непрерывно покрываются распыленной закваской в виде луковичной структуры в псевдоожиженном слое. Распыленный концентрат высушивается и отверждается высокой температурой в грануляторе и током горячего воздуха со дна и формирует гранулы с луковичной структурой по мере повторения процесса высушивания за счет столкновения с концентратом, который непрерывно распыляется со дна.
[66] Способ (раскрытый в патенте США №5.622.710), описанный на фиг.3, состоит из двух этапов, на которых формируют тонкодисперсные частицы меньше чем 100 мкм и делают таблетки с малиноподобной структурой с помощью механической силы лопасти с ферментационной закваской в качестве связующего. Следовательно, вышеописанный вариант осуществления применяет новый механизм, поскольку гранулированные таблетки растут в размере по мере того, как частицы-затравки с размером примерно 200-500 мкм покрываются концентратом ферментационного бульона, а затем высушиваются.
[67] Поскольку механизм роста гранул нов, произведенные гранулы и их формы отличны от тех, что произведены способом по фиг.3. Фиг.4 и 5 показывают микрофотографии гранул или таблеток и электронные микрофотографии (2000 раз) их внешних форм и их поперечных сечений, полученных соответственно вариантом осуществления и способом по фиг.3.
[68] Гранулы, полученные способом по варианту осуществления, были сделаны в нижеследующих приложениях. Таблетки, полученные способом по фиг.3, представляют собой BIOLYSTM, доступный от Degussa AG, обладателя патента США №5.622.710.
[69] Как видно на этих чертежах, гранулы, полученные двумя этими различными способами, имеют одинаковые внешние формы. Однако поперечные сечения обнаруживают, что гранулы, полученные данным вариантом осуществления, имеют гладкие поверхности внутри и снаружи гранул, тогда как можно наблюдать, что таблетки, полученные способом-прототипом, являются агломерированными.
[70] Гранулы, размер которых увеличен до некоторой степени вышеприведенным процессом гранулирования, становятся слишком тяжелыми, чтобы подниматься током горячего воздуха, и накапливаются на дне. В некоторых случаях тонкодисперсные частицы и распыленный бульон поднимаются слишком высоко. На верху гранулятора установлен пылеуловитель, чтобы избежать потери от этого явления, и регулярно встряхивается, чтобы стряхнуть накопленную тонкодисперсную пыль в пылеуловитель.
[71] В одном варианте осуществления процесс гранулирования использует температуру нагревателя примерно 170°С, температуру на впуске примерно 140-160°С, температуру на выпуске примерно 60-70°С, и давление распыления примерно 1,8-2,0 бар. Ток горячего воздуха может вдуваться под давлением от примерно 0,1 до примерно 0,2 кг/см2.
[72] После процесса гранулирования продукт подвергают процессу охлаждения для минимизации гигроскопичности.
[73] Когда процесс гранулирования и процесс охлаждения завершены, продукт имеет широкое распределение размеров частиц. Некоторые частицы слишком велики, а некоторые имеют слишком тонкий помол, чтобы их включать в конечный продукт. Поэтому после производства гранул необходим процесс сортировки гранул по размеру. Этот процесс называется процессом просеивания. Гранулы с соответствующим размером проходят на следующий этап, а гранулы с несоответствующим размером рециклируются в качестве затравок после процесса перемалывания мельницей.
[74] В данном варианте осуществления гранулы с размером гранул больше чем примерно 1300 мкм измельчаются и возвращаются в гранулятор, а гранулы меньше чем примерно 500 мкм непосредственно возвращаются в гранулятор, чтобы использоваться снова в качестве затравок для дополнительного гранулирования.
[75] Гранулированные продукты в общем имеют низкую насыпную плотность. Низкая насыпная плотность делает этот продукт трудным в обращении с ним. Этот вариант осуществления значительно увеличил насыпную плотность до примерно 670±50 кг/м3 за счет производства гранулированных продуктов с луковичной структурой после покрытия затравок концентратом.
[76] Конечный продукт согласно этому варианту осуществления имеет следующую предметную композицию:
[77]
[78]
| Таблица 2 | |
| Содержание | По меньшей мере 65% по массе лизина-HCl |
| Размер гранул | Примерно 5% меньше чем примерно 500 мкм, примерно 20-30% между примерно 500 мкм и примерно 1000 мкм, примерно 60-70% между примерно 1000 мкм и примерно 1300 мкм, меньше чем примерно 0-5% больше чем примерно 1300 мкм (по массе) |
| Насыпная плотность | Примерно 670±50 кг/м3 |
| Белки | Примерно 10-15% по массе |
| Общий сахар | Меньше чем примерно 1% по массе |
| Минеральные вещества | Меньше чем примерно 3% по массе |
| Вода | Меньше чем примерно 3% по массе |
| Карбоновые кислоты (с менее чем 8 атомами углерода) | Меньше чем примерно 8% по массе |
[80] Пример 1: Формирование гранул непосредственно из ферментационного бульона
[81] Лизиновая ферментация с помощью Corynebacterium glutamicum CJM107 (КССМ-10227) проводилась 98 часов при температуре 38°С на культурной среде с уровнем pH 6-8, содержащей 50 г сахара, 10 г пептона, 10 г дрожжевого экстракта, 5 г карбамида, 4 г KH2PO4, 8 г K2HPO4, 0,5 г MgSO4·7H2O, 100 мкг биотина и 1,000 мкг тиамина HCl на 1 литр воды. Чистота лизина ферментационного бульона была 18%.
[82] После того, как ферментационный бульон концентрировался до общего содержания твердых веществ 55,2% по массе посредством вакуумной концентрации, ее pH регулировалась до 3,5-3,6. Для регулировки pH использовалась серная кислота, и после регулировки pH концентрат оставляли на 2,5 часа.
[83] Концентрат, в котором завершилось разрушение gДHK, вводился в гранулятор в виде донного распыления через донное сопло гранулятора (GR Engineering, Fluid Bed Spray Dryer Batch type Pilot). Гранулятор имел температуру 170°С, температуру на впуске примерно 140-160°С, температуру на выпуске примерно 60-70°С, и давление распыления примерно 1,8-2,0 бар. Затравки делались в способе сушки распылением с размером 300 мкм. Концентрат вводился в гранулятор отвержденным током горячего воздуха, и гранулы росли в размере посредством вновь введенного концентрата, когда бульон плавал в псевдоожиженном слое. Когда размер гранул достигал желательной величины, гранулятор выключали и анализировали чистоту и композицию продукта.
[84] Гранулы в этом варианте осуществления имели 68% лизина, 15% белков, 0,02% воды, 1,6% минеральных веществ и насыпную плотность 665,1 кг/м3. 4% гранул имели размер гранул меньше чем 500 мкм, 25,6% имели размер между 500 мкм и 1000 мкм, 67,4% имели размер между 1000 мкм и 1300 мкм и 3% имели размер больше чем 1300 мкм.
[85]
[86] Пример 2: Регулировка чистоты добавлением свободного лизина к ферментационной закваске
[87] После ферментации в тех же самых условиях, как в Примере 1, ферментационный бульон (14,5% лизина) концентрировался до общего содержания твердых веществ 51,5% по массе. Он смешивался с 8 г свободного лизина (продукт CJ) и гранулировался в тех же самых условиях, как в Примере 1.
[88] Конечный продукт имел 68% лизина, 14% белков, 0,13% воды, 2,50% минеральных веществ и насыпную плотность 665,51 кг/м3. 3% гранул имели размер гранул меньше чем 500 мкм, 28% имели размер между 500 мкм и 1000 мкм, 67% имели размер между 1000 мкм и 1300 мкм и 2% имели размер больше чем 1300 мкм.
[89]
[90] Пример 3: Регулировка чистоты добавлением контролирующих чистоту агентов к ферментационной закваске
[91] После ферментации с использованием тех же самых условий, как в Примере 1, получался ферментационный бульон с чистотой лизина 20% и 25,8% общего содержания твердых веществ.
[92] После того, как ферментационный бульон концентрировался, инертный наполнитель, состоящий из 0,5 л воды и 0,22 кг кукурузного крахмала, добавлялся в смесительный бак в качестве регулирующего чистоту агента и смешивался с бульоном.
[93] После того, как отфильтрованный ферментационный бульон концентрировался до общего содержания твердых веществ 50,5% по массе вакуумной концентрацией, он гранулировался в тех же самых условиях, как в Примере 1.
[94] Конечный продукт этого примера имел 66% лизина, 14% белков, 0,24% воды, 1,88% минеральных веществ, насыпную плотность 682,5 кг/м3. 4% гранул имели размер гранул меньше чем 500 мкм, 29% имели размер между 500 мкм и 1000 мкм, 63% имели размер между 1000 мкм и 1300 мкм и 4% имели размер больше чем 1300 мкм.
[95]
[96] Пример 4: Сравнение гигроскопичности между продуктом данного варианта осуществления и продуктом предшествующего способа
[97] 10 г каждого образца гранул А, В и С помещались на каждой тарелке (50 мл) внутри контроллера температуры-влажности (EYELA™). Эксперимент, который сравнивает гигроскопичности согласно увеличению в массе, проводился после того, как образцы были оставлены при 25°С и относительной влажности 75% на 7 часов.
| [98] [99] Таблица 3 | ||||
| А | В | С | пометки | |
| Содержание влаги | 11% | 9,4% | 9,3% |
[100]
[101] А: ферментационный бульон гранулировался непосредственно после мембранной фильтрации для удаления биомассы.
[102] В: ферментационный бульон гранулировался
(гранулирование без удаления биомассы и добавление противогигроскопичного вещества: вариант осуществления).
[104] С: покрытие после добавления противогигроскопичного агента (кремнезем) после мембранной фильтрации для удаления биомассы.
[105] Этот эксперимент выявил, что А имело наивысшую гигроскопичность гранул после мембранной фильтрации для удаления биомассы и что гигроскопичность варианта осуществления (В) и гранул, покрытых противогигроскопичным агентом (кремнезем), после удаления биомассы была примерно одной и той же. Несмотря на упрощенный процесс производства в варианте осуществления (В) эти два способа имели равное или большее улучшение гигроскопичности. Следовательно, вариант осуществления имеет преимущество в предотвращении абсорбции воды без процесса добавления противогигроскопичного вещества и в увеличении чистоты лизина.
[106]
Промышленная применимость
[107] Кормовые добавки для животных согласно варианту осуществления имеют высокую насыпную плотность, равномерный уровень чистоты лизина и упрощенный производственный процесс. Новый способ не требует процесса фильтрации для удаления биомассы, который делает процедуру более сложной. Он обеспечивает производство продукта до пределов примерно 1% от намеченной чистоты с улучшенной гигроскопичностью и высокой насыпной плотностью без добавления противогигроскопичного вещества при низкой стоимости. Помимо этого, низкое содержание сахаров снизило гигроскопичность продукта, и это соответственно тоже улучшило чистоту лизина.
[108] Далее, вариант осуществления предлагает способ разрушения gДHK, который защищает от утечки gДHK, штамм которого получают за счет огромного времени и финансов. Вариант осуществления обеспечивает удовлетворительное разрушение gДHK и снижает утечки биомассы.
1. Способ изготовления кормовой добавки для животных, содержащий этапы: формирование гранул непосредственно из ферментационного бульона L-лизина по массе составляющих около 48-52% без прохождения через процесс фильтрации; смешивание концентрата с действующим агентом, регулирующим чистоту, или свободным лизином для формирования концентрата смеси с откорректированным содержанием L-лизина; формирование гранул с луковичной структурой из смеси концентрата; охлаждение изготовленных гранул, чем и завершается этап формирования гранул; перемещение затравок в камеру; направленный вверх вдув воздуха в камеру из-под затравок таким образом, что минимальное количество гранул флотируют в камере; распыление концентрата смеси в момент вдува воздуха, благодаря чему смесь концентрата, распыленная на гранулы высушивается вдуваемым воздухом; и дальнейшее извлечение готовых частиц из камеры.
2. Способ по п.1, в котором нанесение жидкой композиции поверх частиц и высушивание концентрата смеси, нанесенной на частицы, много раз чередуются в камере.
3. Способ по п.2, в котором выгружаемые частицы могут содержать сердцевину и множество слоеных оболочек, окружающих эту сердцевину.
4. Способ по п.2, в котором вдуваемый воздух заставляет частицы перемещаться вверх и вниз в камере, и в ходе этого перемещения частицы покрываются концентратом смеси, когда они находятся ниже, и высушиваться, когда они находятся выше.
5. Способ по п.1, в котором концентрат смеси распыляется вверх из-под частиц, плавающих в камере.
6. Способ по п.1, в котором концентрат смеси может распыляться под давлением между примерно 1,8 и примерно 2,0 бар.
7. Способ по п.1, в котором концентрат смеси распыляется практически непрерывно.
8. Способ по п.1, в котором концентрат смеси распыляется прерывисто.
9. Способ по п.1, в котором воздух имеет температуру между примерно 60°С и 70°С.
10. Способ по п.1, в котором концентрат смеси может вдуваться под давлением от примерно 0,1 до примерно 0,2 кг/см2.
11. Способ по п.1, в котором способ не содержит этапа, на котором измельчают покрытые частицы перед выгрузкой из камеры.
12. Способ по п.1, в котором затравочные частицы при подаче в камеру имеют диаметр между примерно 200 мкм и 500 мкм.
13. Способ по п.1, в котором от примерно 60% до примерно 70% выгружаемых частиц имеют диаметр между примерно 1000 мкм и примерно 1300 мкм.
14. Способ по п.13, в котором от примерно 20% до примерно 30% выгружаемых частиц имеют диаметр между примерно 500 мкм и 1000 мкм.
15. Способ по п.13, в котором диаметр выгружаемых частиц контролируют путем регулировки давления распыления концентрата смеси.
16. Способ по п.13, в котором диаметр выгружаемых частиц контролируют путем регулировки давления воздуха.
17. Способ по п.1, содержащий далее этап, на котором просеивают выгружаемые частицы, чтобы собрать частицы с желательными пределами диаметра.
18. Кормовая добавка для животных, изготовленная способом по п.1.
