1.3 Vorgang des Expandierens
1.3.3 Effekte auf die Futterhygiene
Neben den Effekten auf die Futterinhaltsstoffe und deren Verdaulichkeit beim Schwein hat das Expandieren auch Auswirkungen auf den hygienischen Status von Futtermitteln. Dies ist vor allem für die Tiergesundheit, aber auch für die Produktion von Lebensmitteln tierischer Herkunft (einwandfreie hygienische Beschaffenheit) von besonderer Bedeutung. Während der hydrothermischen Behandlung im Expander erfolgt eine Reduzierung verschiedenster Mikroorganismen. Als wichtigste Keime sind hier vor allem Enterobacteriacaeen (z. B. E. coli) und Schimmelpilze zu nennen, die etwa um den Faktor 103 – 105 reduziert werden (PEISKER 1991). Die Keimreduktion beruht vor allem auf dem plötzlichen Druckabfall beim Austritt des Futtermittels aus dem Ringspalt des Expanders. Hierbei erfolgt bei Zellen mit permeabler Membran ein Platzen der Zellen, da sich während der Behandlung im Expander ein sehr hoher Innendruck aufgebaut hat (PEISKER 1994). Diesem Druckwechsel können in der Regel nur Sporen von Mikroorganismen standhalten (PEISKER 1991;BEUMER 1992).
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1.4 Zusammensetzung von Trockenschnitzelprodukten
Alle Zuckerrübenverarbeitungsprodukte (Rübentrockenschnitzel, Rübenmelasse, Rübenmelasseschnitzel, Rübenvinasse, Zucker und sonstige Erzeugnisse), die als Futtermittel eingesetzt werden und die sich in ihrer Zusammensetzung zum Teil erheblich unterscheiden, werden in der Futtermittelverordnung bezüglich ihrer Qualität (gemessen an den Gehalten ihrer Inhaltsstoffe) beschrieben. Es soll im Folgenden zunächst auf die Trockenschnitzelprodukte eingegangen werden. Eine nähere Beschreibung der Melasse und Vinasse erfolgt in Kapitel 2 und 3.
Die in Trocken- und Melasseschnitzeln neben Zucker enthaltenen Bestandteile können aus der Zusammensetzung des Rohstoffs Zuckerrübe abgeleitet werden MENKE u. HUSS 1980).
Laut Futtermittelverordnung (Stand 11/2002) stellen Zuckerrübentrockenschnitzel ein Nebenerzeugnis bei der Zuckergewinnung aus Zuckerrüben dar, deren Höchstgehalt an salzsäureunlöslicher Asche 4,5 % beträgt. Ihr TS-Gehalt liegt im Mittel bei etwa 90 %. Charakteristisch ist weiterhin ein niedriger Rohproteingehalt, bei dem es sich nur zum Teil um echtes Eiweiß handelt. Fettartige Stoffe sind nur in Spuren (ca. 0,5 % Rohfett) enthalten. Demnach bestehen Trockenschnitzel zum weitaus größten Teil aus Gerüstkohlenhydraten, wobei neben der Cellulose auch Hemicellulose und Pektine (etwa 10–30 % der TS) eine Rolle spielen (MENKE und HUSS 1980). Diese Gruppe der NSP (Nicht-Stärke-Polysaccharide) kann der Monogastrier mit körpereigenen Enzymen nicht abbauen (KAMPHUES et al. 2004). In den Zuckerrübentrockenschnitzeln dominieren jedoch vor allem Arabinose, Uronsäure und Glucose in der NSP-Fraktion (GRAHAM et al. 1986), die einer Verdauung durch Mikroorganismen zugänglich sind. Die Gruppe der Pektine wird analytisch von der Weender Rohfaser nur unvollkommen erfasst (nur ca. 20 % der TS). Die Fraktion der NfE (N-freien-Extraktstoffe), die etwa 64 % der TS ausmacht, besteht, abgesehen von den Zuckeranteilen (hauptsächlich Saccharose), aus leicht hydrolysierbaren Gerüstsubstanzen (MENKE u. HUSS 1980).
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Bezüglich des Mineralstoffgehaltes überwiegen Calcium und Kalium, während Phosphor nur in geringer Konzentration vorkommt (Ca:P-Verhältnis von 8–9:1;
NAUMANN 1967). Insgesamt verbleibt nach dem Extrahieren nur ein geringer Mineralstoffgehalt (ca. 5 % Rohasche) in den Rübenschnitzeln (HENKEL 1974).
Der Rohnährstoffgehalt kann abhängig von der Rübensorte, dem Standort, dem Klima und dem Herstellungsverfahren variieren (NONN 1993).
Tabelle 1: Mögliche Variation der Nährstoffgehalte bei extrahierten Zuckerrüben-schnitzeln (NONN 1993)
Nährstoff von Gehalt in g /kg TS bis
Rohprotein 80 - 100
Rohfett 5 - 15
Rohfaser 200 - 220
N-freie Extraktstoffe 550 - 650
Gesamtzucker 30 - 70
Pektine 180 - 250
Pentosane 50 - 200
Lignin 15 - 50
Rohasche 50 - 100
Calcium 5 - 10
Phosphor 0,5 - 1,4
Magnesium 1,1 - 2,8
Natrium 1,8 - 12,5
Des Weiteren ändert sich die Zusammensetzung der Trockenschnitzel mit der zugesetzten Melasse- (DLG-Futterwerttabelle für Schweine 1991) oder Vinasse-menge (siehe später eigene Untersuchungen).
Die FMVO unterscheidet
• „Melasseschnitzel“ (16–21 % Gesamtzucker),
• „Melasseschnitzel, zuckerarm“ (8–16 % Gesamtzucker) und
• „Melasseschnitzel, zuckerreich“ (über 21 % Gesamtzucker).
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Mit der zugesetzten Melassemenge ändert sich besonders der Zucker- und somit der Energiegehalt sowie der Mineralstoffgehalt des Futtermittels.
Tabelle 2: Inhaltsstoffe und Energiegehalte von unmelassierten und melassierten Trockenschnitzeln nach DLG (1991)
Melassierungsgrad unmelassiert schwach mittel hoch
TS g/kg uS 900 890 910 900
Ra g/kg TS 56,0 71,0 80,0 84,0
oS " 944 929 920 916
Rp " 100 107 125 125
Rfe " 9,00 8,00 9,00 8,00
Rfa " 206 169 159 143
NfE " 629 645 627 640
Zucker " 67,0 137 200 245
MJ ME/kg TS1) 9,04 9,10 10,4 10,5
1) Schwein
Nach dem Extrahieren des Zuckers verbleibt in den Schnitzeln nur ein geringer Mineralstoffgehalt (ca. 5 % Rohasche; HENKEL 1974).
Der größte Anteil der Mineralstoffe aus der Rübe ist im Rohsaft gelöst und wird bei der Zuckergewinnung ausgefällt, so dass in der Melasse vor allem Kalium und Natrium dominieren. Neben dem Mineralstoffgehalt der Rüben und den Mineral-stoffmengen, die nach der Extraktion noch in den Schnitzeln verbleiben, wird der Gehalt an Mengen- und Spurenelementen melassierter Trockenschnitzel maßgeblich durch den Melassierungsrad bestimmt (HENKEL 1974). Daher wäre es sinnvoll, analog zu der Einteilung der DLG-Futterwerttabelle (1991), auch bei den Mineral-stoffen eine Differenzierung in unmelassierte bzw. schwach-, mittel- und hochmelas-sierte Trockenschnitzel vorzunehmen. In der DLG-Futterwerttabelle (1973) wird
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jedoch lediglich zwischen melassierten und unmelassierten Trockenschnitzeln unterschieden (vgl. Tabelle 3).
Tabelle 3: Mineralstoffgehalte von unmelassierten sowie melassierten Trocken-schnitzeln nach DLG (1973)
unmelassiert melassiert
TS g/kg uS 910 910
Ra g/kg TS 62,0 76,0
Ca " 9,70 9,10
P " 1,10 1,10
Mg " 2,50 2,50
K " 9,00 13,0
Na " 2,41 2,64
Cl " 1,40 0,871)
S ″ 3,80 0,30
1) nach GERDES (2003)
1.5 Verdaulichkeit der Rohnährstoffe von Trockenschnitzeln beim Schwein Je nach Melassierungsgrad gibt die DLG-Futterwerttabelle für Schweine Verdaulich-keiten für die organische Substanz von 81–86 % an (vgl. Tabelle 4).
Tabelle 4: Scheinbare Verdaulichkeit (%) der Rohnährstoffe von unmelassierten und melassierten Trockenschnitzeln beim Schwein (DLG 1991)
DLG-Futterwerttabelle (1991)
Melassierungsgrad unmelassiert schwach mittel hoch
oS 82,0 81,0 86,0 85,0
Rp 38,0 28,0 65,0 53,0
Rfe 9,00 0 20,0 0
Rfa 81,0 82,0 84,0 78,0
NfE 90,0 90,0 91,0 94,0
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GERDES (2003) ermittelte in seinen Untersuchungen ähnliche Werte bezüglich der Verdaulichkeit der organischen Substanz von Trockenschnitzeln. Die von ihm untersuchten expandierten Trockenschnitzel wiesen eine scheinbare Verdaulichkeit der organischen Substanz von 85 % auf.
Somit werden Trocken- und Melasseschnitzel bzw. melassierte Schnitzel vom Schwein gut verdaut. Die scheinbare Verdaulichkeit der organischen Substanz lag in verschiedenen Versuchen zwischen 78 und 88 %. Damit errechnet sich aus den verdaulichen Nährstoffen ein Gehalt an umsetzbarer Energie (11,5-12 MJ/kg TS), der fast dem von Gerste (12,5 MJ/kg TS) gleichkommt.
SCHIEMANN (1981) ermittelten in Respirationsversuchen mit Schweinen einen Gehalt an Nettoenergie, der nur etwa 80 % des energetischen Werts der Gerste betrug und demnach etwa dem Futterwert einer stärkearmen Weizenkleie entsprach. Dabei ist von Melasseschnitzeln mit hohem Zuckergehalt eine etwas bessere Verwertung zu erwarten als von zuckerarmen Waren (MENKE u. HUSS 1980).
1.6 Verdaulichkeit der Nicht-Stärke-Polysaccharide von Trockenschnitzeln im Vergleich zu anderen Rohfaserquellen
YAN et al. stellten 1995 in einer vergleichenden Studie bei tragenden Sauen eine signifikant höhere scheinbare Verdaulichkeit der NSP von Trockenschnitzeln (82 %) gegenüber denen von Weizenstroh (55 %) fest.
Diese günstige Verdaulichkeit erklärt sich damit, dass die Zellwandbestandteile der Trockenschnitzel wenig Lignin enthalten, welches schwer bzw. gar nicht verdaulich ist, da Lignin durch kovalente Bindungen mit Hemicellulose und Zellulose verbun-den ist (VAN SOEST 1985).
Des Weiteren zeichnet sich die NSP-Fraktion durch einen hohen Anteil an Arabi-nose, Uronsäure und Glucose aus, welche einer nahezu vollständigen Verdauung durch Mikroorganismen zugänglich sind (LONGLAND et al. 1993).
Die im Gegensatz dazu im Weizenstroh hauptsächlich enthaltene Xylose weist eine deutlich geringere scheinbare Verdaulichkeit auf (GRAHAM et al. 1986).
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In der folgenden Übersicht (DLG-Futterwerttabelle Schwein 1991) sind entsprechen-de Daten für gängige Rohfaserquellen vergleichend aufgeführt.
Übersicht 2: Rohfaserträger und Verdaulichkeit der enthaltenen Rohfaser beim Schwein
Futtermittel TS-Gehalt
g/kg ME
MJ/kg TS Rfa
g/kg TS VQ Rfa in %
Trockenschnitzel 900 9,04 206 81
Sonnenblumenextraktionsschrot 900 12,0 222 58
Maissilage, Milchreife 210 8,73 234 49
Sojabohnenschalen 900 6,67 390 44
Luzernengrünmehl 900 6,80 261 39
Biertreber, getrocknet 900 9,45 169 24
Anwelksilage, 1. Aufwuchs 350 7,06 224 21
Haferschälkleie 910 6,20 253 17
Weizenkleie 880 9,47 134 16
Haferspelzen 910 3,28 325 15
Quelle: DLG-Futterwerttabelle Schwein, 1991
GERDES (2003) ermittelte in seinen Versuchen sogar noch höhere Werte für die scheinbare Verdaulichkeit der Rohfaserfraktion in Trockenschnitzeln. So wiesen diese je nach Konfektionierung (lose, pelletiert, expandiert) Verdaulichkeitswerte für die Rohfaser von 86–89 % auf.
1.7 Einsatz von Trockenschnitzeln als Rohfaserquelle im Futter für tragende Sauen
Durch die EU-Richtlinie 2001/88/EG ist heute nur noch die Gruppenhaltung tragen-der Sauen erlaubt. Dies gilt für den Zeitraum ab tragen-der fünften Woche nach tragen-der Belegung bis sieben Tage vor der Abferkelung. Nur besonders aggressive, kranke oder verletzte Sauen dürfen vorübergehend in Einzelbuchten aufgestallt werden. Eine
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weitere Forderung der EU-Richtlinie ist, dass alle Sauen ein sättigendes Futter mit hohem Rohfaseranteil erhalten müssen. Weiterhin ist ihnen ein ständiger Zugang zu
„Beschäftigungsmaterial“ zu ermöglichen.
1.7.1 Bedeutung des Rohfasergehaltes im Futter für tragende Sauen
Bisher übliche Fütterungssysteme für tragende Sauen zielten darauf ab, die Tiere restriktiv (2–2,5 kg Futter /Sau und Tag) und individuell mit einem Alleinfutter (11,5–12,5 MJ ME/kg) zu versorgen, um eine Verfettung der Tiere, die im Zuge einer ad-libitum-Fütterung zu beobachten ist, zu vermeiden (PETHERICK und BLACKSHAW 1989).
Die eingesetzten konzentrierten Futtermittel mit niedrigem Rohfaseranteil können zwar den Energie- und Nährstoffbedarf tragender Sauen decken, doch in Kombi-nation mit der einstreulosen Haltung und der eingeschränkten Bewegung können rohfaserarme Rationen zu Verdauungsstörungen in Form von Verstopfungen bei Sauen führen. Auch im Sinne des Tierverhaltens und des Tierschutzes ist die rohfaserarme Versorgung tragender Sauen kritisch zu beurteilen. Aufgrund der geringen Futtermenge, die bei der Verabreichung von Konzentratfuttermitteln in der Trächtigkeit zur adäquaten Energie- und Nährstoffversorgung notwendig ist, wird weder ein ausreichende Sättigung der Tiere erreicht (TABELING 2002), noch wird das angeborene Wühl- und Kaubedürfnis der Schweine befriedigt (DURAN GIMENEZ -RICO 2001). Leerlaufhandlungen, Aggressivität (z.B. „Schambeißen“, insbesondere bei Sauen, die vor der Abrufanlage auf die Zuteilung von Futter warten; RIZVI et al.
1998) und abnorme Verhaltensweisen wie z.B. Leerkauen, Stangenbeißen oder unnötiges Betätigen der Selbsttränken können die Folge sein, die laut VESTERGAARD
et al. (1997) als ein Indikator für mangelndes Wohlbefinden anzusehen sind.
Bei rohfaserreicher Fütterung hingegen bleibt eine stärkere Füllung von Magen sowie Dünn- und Dickdarm aufgrund der geringeren Verdaulichkeit länger erhalten.
Des Weiteren kommt es durch die nicht verdaute Rohfaser zu einer Wasserbindung mit Zunahme des Ingestavolumens. Es stellt sich ein Sättigungsgefühl ein. Auf der
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anderen Seite wird durch die Dehnung insbesondere die Dickdarmmotorik angeregt und einer Verstopfung vorgebeugt (TABELING 2002).
Die bei rationierter und rohfaserarmer Fütterung auftretenden Nachteile hinsichtlich des Tierverhaltens treten bei ad-libitum-Fütterungssystemen nicht in der Intensität auf (TABELING 2002), da durch das sich einstellende Sättigungsgefühl die Ruhezeiten in der Gruppe erhöht, das Wohlbefinden gesteigert und die Aggressivität reduziert werden kann (ROBERT et al. 1993). Um eine Überversorgung der Tiere bei einer ad-libitum-Fütterung zu vermeiden, können verschiedene Rohfaserquellen eingesetzt werden, welche die Energiedichte des Futters mindern. Durch Einsatz von Trockenschnitzeln gelingt es (im Gegensatz zu einigen anderen Rohfaserquellen wie z.B. Stroh, Weizenkleie oder Malzkeime), die Futteraufnahme der Sauen auf ein akzeptables Niveau zu begrenzen. Denn aufgrund der hohen Wasserbindungs-kapazität und den damit verbundenen Quelleigenschaften (BERTIN et al. 1988) kommt es zu einer stärkeren Füllung des Magen-Darm-Trakts, wodurch auf physikalischem Weg ein gewisses Sättigungsgefühl erzeugt wird (DAY et al. 1996).
SCHADE (2000) beobachtete im Rahmen des so genannten „Welfare-Konzepts“ (ad-libitum-Angebot eines Mischfutters mit hohen Anteilen an Trockenschnitzeln), dass die Tiere aufgrund der Schmackhaftigkeit des Futters über den Bedarf hinaus fraßen.
1.7.2 Rfa-Aufnahme und Kotzusammensetzung beim Schwein
Hohe Gehalte an leicht fermentierbarer Rohfaser (Trockenschnitzel, Sojabohnenschalen) in der Ration bedingen aufgrund ihrer osmotisch wirksamnen Abbauprodukte (kurzkettige Fettsäuren) einen nachgiebigen, verformbaren Dickdarminhalt (MORGENTHUM u. BOLDUAN 1987). Auch Rohfaserquellen, welche die Eigenschaft besitzen, Wasser unter Bildung von Hydrokolloiden zu binden (z.B.
geschroteter Leinsamen, Weizenkleie, Trockenschnitzel) bewirken im Darm eine Zunahme des Ingestavolumens und führen über die Ausübung eines Dehnungsreizes wiederum zu einer Steigerung der Darmperistaltik (BERTIN et al. 1988).
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Aufgrund des machanischen Reizes fördert inkrustierte Rohfaser (hoher Ligningehalt; z.B. Haferspelzen, Stroh, Sonnenblumensaat, Weizenkleie) ebenfalls die Dickdarmmotorik. Durch die verkürzte Passagezeit wird die Wasserrückresorption im Dickdarm reduziert, so dass der TS-Gehalt im Kot niedrigere Werte annimmt. Im Vergleich zu leicht fermentierbaren Faserquellen werden aber „härtere“ Fäzes produziert (NELSON et al. 1992).
Tabeling et al. (2003) berichteten in diesem Zusammenhang, dass ein Mischfutter mit einem Anteil von 40 % Trockenschnitzeln und 13,7 % Rohfaser bei tragenden Sauen keinen geringeren TS-Gehalt im Kot im Vergleich zu Rationen mit 6 % Rohfaser verursacht. Die Kot-Konsistenz (gemessen an der Eindringtiefe eines Penetrometers) war bei dem Futter mit 40 % Trockenschnitzeln jedoch wesentlich weicher als bei der Ration mit 6 % Rohfaser. LautTABELING et al. (2003) ist bei der Charakterisierung der Kot-Qualität nicht nur der TS-Gehalt zu berücksichtigen, sondern auch die Konsistenz. Dabei beeinflusst die Kot-Konsistenz nicht zuletzt die Passagezeit des Chymus im Dickdarm und die Defäkationsfrequenz.
2 Melasse
2.1 Zuckerrübenmelasse
Melasse fällt bei der Zuckerproduktion aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr nach Eindampfen des Dünnsaftes und anschließender Zentrifugation des Dicksaftes an (Abbildung 1) und weist, wie in Tabelle 5 dargestellt, eine weitgehend standar-disierte Zusammensetzung auf.
Melasse weist einen Trockensubstanzgehalt zwischen 770 und 830 g/kg uS auf (STEG u. VAN DER MEER 1985). Der wichtigste wertbestimmende Bestandteil der Zuckerrübenmelasse ist Zucker (und zwar vorwiegend Saccharose). HIGGINBOTHAM
(1998) konnte nachweisen, dass Zuckerrübenmelasse bei einem Trockensubstanzgehalt von 75 %, neben einem Saccharosegehalt von 48 % nur sehr geringe Gehalte an Fructose (0,6 %) und Glucose (0,4 %) aufweist.
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Tabelle 5: Rohnährstoff- und Energiegehalte von Zuckerrüben- und Zuckerrohr-melasse im Vergleich
n.n. = nicht nachweisbar
Bei dem in der Melasse noch enthaltenen Zucker handelt es sich um Restzucker, der nicht ohne besondere chemische Verfahren zur Auskristallisation gebracht werden kann. Sein Anteil beträgt bei konventionell arbeitenden Anlagen etwa 48–52 % der Originalsubstanz, kann jedoch unter Anwendung moderner Technologien weiter abgesenkt werden (min. 42 % Gesamtzucker, berechnet als Saccharose). Weitere Entzuckerung durch Saccharatfällung, Ionenaustauscher oder Ionenausschluss führt zu den Erzeugnisse „Zuckerrübenmelasse, entzuckert“ (min. 20 % Gesamtzucker) und „Zuckerrübenmelasse, stark entzuckert“. Schließlich entsteht durch Trocknen von Melasse bei Zusatz von Calciumhydroxid Trockenmelasse oder „Melasse, getrocknet“ mit einem Zuckergehalt bis über 60 % (min. 52 % Gesamtzucker, max.
14 % Rohasche, max. 5 % Wasser; MENKE u. HUSS 1980). Weitere Nutzungs-möglichkeiten von Melasse sind in Abb. 4 veranschaulicht.
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Abbildung 4: Möglichkeiten der Nutzung von Melasse (nach STERN 1992)
Neben Zucker enthält Melasse alle wasserlöslichen Nichtzuckerstoffe der Zuckerrübe. Hierzu gehören N-haltige organische Verbindungen, die als Rohprotein berechnet etwa 9–11 % der Originalsubstanz ausmachen; außer freien Aminosäuren (Asparaginsäure, Glutaminsäure und einigen anderen) handelt es sich vorwiegend um Betain, das 20–40 % des Gesamt-N liefern kann. Zum Teil ist auch Nitrat-N enthalten (MENKE u. HUSS 1980). STEG und VAN DER MEER (1985) ermittelten einen
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Rohproteingehalt von 13–15 % in der Melasse, wobei Betain-N 27 % und Aminosäuren-N 47 % am Gesamtstickstoff ausmachten. Auch HARMS (2003) untersucht die Zusammensetzung der Stickstofffraktion in Melasse und Vinasse. So setzte sich die Proteinfraktion der Melasse aus 26,8 g Reineiweiß je kg TS, 121 g NPN-Verbindungen je kg TS und 82,1 g Aminosäuren-N je kg TS zusammen. Für Vinasse wurden entsprechend Werte von 89,8 g Reineiweiß je kg TS, 225 g NPN-Verbindungen je kg TS und 162 g Aminosäuren-N je kg TS ermittelt.
Tabelle 10 zeigt weitere Ergebnisse bezüglich der Zusammensetzung der Stickstofffraktion der Zuckerrübenmelasse. Die dort gemachten Angaben zeigen die Herkunft von etwa 75 % des Gesamtstickstoffs auf. Die restlichen N-Bestandteile könnten nach CLARKE et al. (1989) in Form von N-haltigen färbenden Stoffen (Phenole, Flavonoide, Melanoide), Bräunungsprodukten (Melanoidine), Purin- und Pyrimidinderivaten sowie Cholin vertreten sein. Relativ hoch ist der Mineralstoffgehalt der Melasse (8,5–10,5 % Rohasche), wobei der in Tabelle 6 dargestellte hohe Kaliumgehalt hervorzuheben ist (MENKE u. HUSS 1980).
Tabelle 6: Mineralstoffgehalte (g/kg TS) von Zuckerrüben- und Zuckerrohrmelasse im Vergleich
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2.2 Vergleichende Darstellung von Zuckerrüben- und Zuckerrohrmelasse Aus Importen und aus der Raffination von Rohzucker aus Zuckerohr kommt auch Zuckerrohrmelasse in den Handel. Ihr Gehalt an Gesamtzucker entspricht im Allgemeinen dem der Rübenmelasse (min. 45 % Gesamtzucker), die Rohrmelasse unterscheidet sich von der Rübenmelasse jedoch durch einen hohen Invertzucker-anteil und die schwach saure Reaktion (MENKE u. HUSS 1980).
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich weist die Zuckerrohrmelasse mit 740–788 g/kg uS einen etwas geringeren Trockensubstanzgehalt als die Zuckerrübenmelasse auf.
Hervorzuheben ist der mit nur 3–6 % Rohprotein in der TS deutlich geringere Rohproteingehalt. Betain ist mit 0,1% in der Rohrmelasse im Gegensatz zur Rübenmelasse kaum enthalten (STEG u. VAN DER MEER 1985). Auch der aus Aminosäuren stammende Teil am Gesamtstickstoff ist gegenüber der Rübenmelasse verringert und beträgt nur ca. 37 % (vgl. Tabelle 11).
Bei insgesamt niedriger Rohproteinkonzentration überwiegt bei der Rohrmelasse die Asparaginsäure, wohingegen in der Rübenmelasse die Glutaminsäure dominiert (BOEVE et al. 1973).
Bezüglich der Zuckerzusammensetzung fällt auf, dass in der Zuckerrohrmelasse mit 35 % weniger Saccharose, dafür aber mehr Fructose (8 %) und Glucose (6 %) als in der Rübenmelasse enthalten sind (HIGGINBOTHAM 1998).
3 Vinasse
Das Wort Vinasse kommt aus dem lateinischen „vinaceaus“ und bedeutet ursprüng-lich „Weinhefe“. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde Vinasse der gebräuchursprüng-liche Aus-druck für eingedickte, vergorene Zuckerrübenmelasse.
3.1 Produktbeschreibung
Zuckerrüben- und Zuckerrohrvinasse (z.T. auch als Melasseschlempe oder im Englischen als condensed molasses solubles bezeichnet) aus Melassefermen-tationsprozessen sind zu wichtigen Nebenprodukten geworden und finden
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Verwendung in Futter- und Düngemitteln (LEWICKI 2001). Es handelt sich dabei um weitgehend entzuckerte Fermentationslösungen, die auf einen TS-Gehalt von 60–
70 % (KOCH et al. 1989) eingedickt (kondensiert) wurden (siehe Abb. 1).
Bei der Vinasse handelt es sich um eine dunkelbraune Flüssigkeit, die in Abhän-gigkeit von ihrer Nährstoffzusammensetzung (v.a. TS- und Zuckergehalt) unter-schiedliche Fließeigenschaften aufweist. Das Spektrum reicht von sehr dünnflüssigen Vinassen (i.d.R. Zuckerrohrvinassen) bis hin zu melasseähnlichen Flüssigkeiten (Zuckerrübenvinassen mit hohem TS- und höherem Restzuckergehalt; STEMME et al.
2003b).
Hersteller von Backhefe, Alkohol, Zitronensäure, Monosodium-Glutamat, Lysin und weitere Industrien der Melassefermentation haben sich erfolgreich bemüht, ihre Rückstände in interessante, wertvolle und vermarktungsfähige Produkte zu verwandeln, besonders die der Rübenvinasse in Europa. Um eine Vorstellung der geschätzten Produktion von konzentrierter Rübenvinasse zu geben, veranschlagt LEWICKI (2001) einen ausgeglichenen Markt von 1,2 Millionen Tonnen, was unge-fähr 80 % des Potentials entspricht und wovon 50–60 % in der Futtermittelindustrie genutzt werden.
Der von LEWICKI (2002) für das Jahr 2001 geschätzte Produktionsumfang von Zuckerrübenvinasse ist der Übersicht 4 zu entnehmen.
Übersicht 4: Schätzung der europäischen Rüben-Vinasse-Produktion in 2001 (LEWICKI 2002)
6 größten Produktionsstätten 6 kleinsten Produktionsstätten
Staat Menge [mt] Staat Menge [mt]
Frankreich 500.000 Ungarn 40.000
Niederlande 160.000 England 35.000
Italien 150.000 Dänemark 30.000
Spanien 120.000 Polen 25.000
Belgien 60.000 Tschechische Rep. 20.000
Deutschland 50.000 Slowakei 10.000
Gesamt 1.040.000 Gesamt 180.000
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3.2 Zusammensetzung verschiedener Vinassen
Angesichts der Vielfalt der auf dem Markt befindlichen Vinassen, scheint eine Gliederung sinnvoll, die auf den Ausgangsprodukten der jeweiligen Vinasse basiert.
Denn neben den bereits erwähnten Ausgangsprodukten Zuckerrüben- und Zucker-rohrmelasse können auch weniger häufig vorkommende Produkte wie beispielsweise Citrus- oder Weinmelasse zur Vinasseproduktion verwendet werden.
Aber auch das Herstellungsverfahren ist für das am Ende stehende Produkt von Bedeutung. Neben fermentativen Entzuckerungsverfahren für Zuckerrohr-, Wein- und Citrusmelasse, kann die Zuckerrübenmelasse auch auf physikalischem Wege entzuckert werden. Weiterhin können Zuckerrübenmelassen auch noch entkalisiert werden, wodurch eine differenziertere Betrachtung von nichtentkalisierten sowie teil- und vollentkalisierten Zuckerrübenvinassen notwendig ist (STERN 1992).
Da etwa zwei Drittel der Trockensubstanz von Rüben- und Rohrmelasse aus Zucker bestehen, reichern sich bei Entzug des Zuckers die übrigen Bestandteile im Rückstand um ungefähr den Faktor 3 an (KIRCHGESSNER und WEIGAND 1980b).
Hinsichtlich der Rohaschefraktion stimmt dies mit neueren Untersuchungsergeb-nissen von GERDES (2003) überein. Der Rohproteingehalt der Vinasse war in dieser Untersuchung jedoch nur etwa doppelt so hoch wie in der Melasse (Tab. 7). Die relative „Anreicherung“ von Rohfett in der Untersuchung von GERDES (2003) ist vermutlich die Folge mikrobieller Syntheseprozesse (die Vinasse stammte aus der Hefevermehrung und der Fettgehalt ist vermutlich auf fetthaltige Hefen-bestandteile,wie z.B. Zellwände zurückzuführen), der Rohfettgehalt bleibt dennoch absolut vernachlässigbar gering.
Durch Entzug des Zuckers während der Fermentation von Melasse ist für alle Vinassen charakteristisch, dass sie einen nur noch geringen Zuckergehalt aufweisen.
Angaben dazu variieren; so betrug der Zuckergehalt nach WEIGAND und KIRCHGESSNER (1987) ca. 10 % in der TS, nach KAUFMANN (1976) nur ca. 4 % in der TS. GERDES (2003) und HARMS (2003) ermittelten ebenfalls Werte um 4 %.
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Bei der Beurteilung der Vinassequalität sind vor allem der Trockensubstanzgehalt, der Gesamtstickstoffgehalt sowie der Gehalt an Rohprotein und verdaulichem Protein von Bedeutung. Weiterhin sind der Kalium-, Natrium-, Rohasche- und Betaingehalt der jeweiligen Vinasse bestimmend (LEWICKI 1977).
Die Nährstoff- und Mineralstoffzusammensetzungen verschiedener Zuckerrüben-vinassen (unterteilt in entkalisierte und nicht entkalisierte Vinassen) sind den Tabellen 7, 8 und 12, 13 zu entnehmen.
Anschließend erfolgt ein kurzer Vergleich zwischen Zuckerrüben- und Zuckerrohr-vinasse (deren Produktion in Europa von untergeordneter Bedeutung ist), wobei die entscheidenden Unterschiede aufgezeigt werden.
Tabelle 7: Nährstoffgehalte nicht entkalisierter Zuckerrübenvinassen1)
Autor(en) GERDES
Backhefe Backhefe Backhefe Backhefe Zitronen-säure
k.A. = keine Angaben n.n. = nicht nachweisbar
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Tabelle 8: Nährstoffgehalte von entkalisierten Zuckerrübenvinassen1)
Autor(en) LEWICKI
Her-stellung von Backhefe Glutamat Ethanol Lysin Backhefe TS g/kg uS 765 690 716 729 724
Nach INRA (1989) erfolgt eine Unterteilung in nichtentkalisierte Melassereste mit einem Trockensubstanzgehalt von 68,5 % sowie teilentkalisierte und starkentkalisierte Melassereste mit einem Trockensubstanzgehalt von 70 bzw. 73 %.
Dabei bedingt nicht die Entkalisierung den hohen Trockensubstanzgehalt, sondern ein hoher Trockensubstanzgehalt führt zu einer zunehmenden Konzentration und Kristallisation von Kaliumsalzen, was eine verstärkte Sedimentbildung und somit eine erleichterte Entkalisierung über entsprechende Dekantiereinrichtungen zur Folge hat (VAN DER PAS 1986).
Rohproteingehalt und -qualität
Wie aus Tabelle 7 und 8 ersichtlich, enthält nichtentkalisierte Vinasse deutlich weniger Rohprotein als teil- und starkentkalisierte Vinasse. Das Entkalisieren hat insofern einen Einfluss auf den Rohproteingehalt, als dass durch den Austausch von
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Kalium mit Ammoniumsulfat Kaliumsulfat ausfällt. Eine gewisse Menge an Ammonium verbleibt jedoch in Lösung, wodurch es zu einer starken Anreicherung mit Stickstoff kommt (VAN DER PAS 1986). Dadurch steigt der Anteil des Stickstoffs aus Ammoniak am Gesamtstickstoff auf über 30 % (LEWICKI 1978). Stark entkalisierte Vinassen haben dadurch auch sehr hohe scheinbare Proteingehalte und einen verminderten Betaingehalt (vgl. Tabelle 11).
Anhand ihres Rohproteingehaltes unterteilt LEWICKI (1978) die Vinassen in drei
Anhand ihres Rohproteingehaltes unterteilt LEWICKI (1978) die Vinassen in drei