Optimierung der Sojaaufbereitung mittels NIRS
Optimierung dezentraler Sojaaufbereitungsverfahren mittels Online – Prozesssteuerung über Nahinfrarotspektroskopie
Der Einsatz heimisch erzeugter Eiweißfuttermittel gewinnt mit der Zunahme an Regionalmarken an Bedeutung und ist im ökologischen Landbau ab 2015 wegen dem Wegfall der Ausnahmeregelung zum Einsatz von konventionell erzeugten Eiweißfuttermitteln essentiell. Die Sojabohne stellt bei der Fütterung von Monogastriden bezüglich ihrer Aminosäurezusammensetzung eine sehr vorteilhafte Eiweißkomponente dar. Rohe Sojabohnen enthalten hitzelabile antinutritive Inhaltsstoffe (Trypsininhibitoren und Lektine), die vor einer Verfütterung der Sojaprodukte durch eine entsprechende Hitzebehandlung deaktiviert werden müssen. Ahmed (2001) und Nopa (2003) zeigten, dass die Intensität der Hitzebehandlung einen signifikanten Einfluss auf die Verdaulichkeit und somit auf die Qualität als Futtermittel hat. In der Regel wird die Sojabohne großtechnisch zu Sojaextraktionsschrot verarbeitet und dabei hitzebehandelt. Da dies in dezentralen Aufbereitungsanlagen und für den ökologischen Landbau mit kleinen Tonnagen nicht möglich ist, werden dort nicht entfettete Sojabohnen oder Ölpresskuchen hitzebehandelt. Untersuchungen von Lindermayer et al. (2010) und Kraft et al. (2013) zeigen diese Ansätze anhand von Fütterungsversuchen auf.
Ein ideales Aufbereitungskonzept für Sojaprodukte setzt voraus, dass Aufbereitungsverfahren und Intensitäten je nach Ausgangsmaterial optimiert werden können. Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) wird seit vielen Jahren unter Laborbedingungen genutzt, um die Inhaltsstoffe von Futtermitteln zu bestimmen. Die Verknüpfung beider Technologien in eine Online-Prozesssteuerung könnte eine effiziente und zielgenaue Aufbereitung des Sojas gewährleisten.
Ziele
- Einfluss der Aufbereitungsintensität von teilentölten Sojabohnen auf die Qualität des Proteinfuttermittels
- Ableitung einer NIRS - Kalibration für teilentölte Sojabohnenprodukte
- Integration des NIRS – Systems in eine dezentrale Aufbereitungsanlage zur Prozesssteuerung
Methoden
Zu Projektbeginn stehen die beiden Bereiche technische Umsetzung der Sojaaufbereitung und Verwertung der Sojaprodukte im Tier im Vordergrund. Hierzu werden zwei verschiedene Chargen an Sojabohnen in homogene Partien eingeteilt und unterschiedlich aufbereitet. Die Aufbereitung erfolgt anhand der Aufbereitungsverfahren „Toasten“, „Hydrothermisch“, „Expander“ und „Mälzen“. Ziel der Aufbereitung ist es, eine sehr weite Bandbreite an aufbereitetem Material hinsichtlich chemisch-analytischer Kenngrößen zu erzeugen. Hauptkenngrößen stellen dabei Trypsininhibitoraktivität, Maillard-Reaktion (ἐ- Fructose Lysin / freies Lysin) und Eiweißlöslichkeit in Kalilauge (KOH) dar. Anschließend werden die aufbereiteten Sojabohnen in Fütterungsversuchen hinsichtlich ihrer Eignung als Futtermittel, sowohl in Verdaulichkeits-, als auch in Wachstums- bzw. Leistungsversuchen bei Masthühnern, Jung- und Legehennen bewertet.
Anhand der Laborergebnisse aus den Aufbereitungs- und Fütterungsversuchen wird die Ableitung einer NIRS – Kalibration begonnen. Diese soll für verschiedene Inhaltsstoffe sowohl für Rohware als auch für aufbereitete Ware erstellt werden. Dazu wird von den Sojaproben vor der Analyse im Labor sofort nach der Entnahme aus dem Verfahren ein NIR-Spektrum aufgezeichnet. Somit werden die unterschiedlichen Korngrößen und Produktzustände im Aufbereitungsprozess bei der Kalibration berücksichtigt. Diese NIR - Spektren in Kombination mit der chemischen Analyse der Inhaltsstoffe ergeben mittels statistischer Auswertung ein NIRS - Schätzmodell (z.B. Stockl, 2013). Nach erfolgter Kalibration soll der Sensor in eine dezentrale Aufbereitungsanlage eingebaut werden. Dazu ist es zunächst erforderlich einen geeigneten Einbauort zu ermitteln. Über die Online – Prozesssteuerung sollen die Aufbereitungsprozesse schließlich in der Anlage überwacht und so gesteuert werden, dass die Hitzebehandlung möglichst eiweißschonend aber trotzdem intensiv genug ist, um die antinutritiven Inhaltsstoffe zu deaktivieren.
Weiterführende Informationen
Förderung
Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags im Rahmen des Bundesprogramms ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft.
Projektinformation
Projektbearbeiter: Dominik Hoffmann, Konstanze Kraft
Projektleiter: Stefan Thurner
Kooperationspartner: Amandus Kahl GmbH & Co. KG, Evonik Industries AG, dezentrale Sojaaufbereitungsanlagen in Bayern und Lehrstuhl für Tierernährung der Technischen Universität München
Laufzeit: 01.09.2014 – 31.08.2017
Förderung: Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft (BÖLN)
Förderkennzeichen: 2814EPS022
Projektbearbeiter: Dominik Hoffmann, Konstanze Kraft
Projektleiter: Stefan Thurner
Kooperationspartner: Amandus Kahl GmbH & Co. KG, Evonik Industries AG, dezentrale Sojaaufbereitungsanlagen in Bayern und Lehrstuhl für Tierernährung der Technischen Universität München
Laufzeit: 01.09.2014 – 31.08.2017
Förderung: Bundesprogramm Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft (BÖLN)
Förderkennzeichen: 2814EPS022
Quellen
- Ahmed, N. (2001): Untersuchungen zur ernährungsphysiologischen Bewertung unterschiedlich behandelter Sojabohnen in der Broilerernährung. Dissertation agrar, Universität Göttingen, Cuvillier, Göttingen
- National Oilseed Processor Association NOPA (2003): Value for meal; Available at: www.asaimsea.com/index.php; Accessed: 04.11.2014
- Kraft, K., Wilftafsky, M., Asam, L., Wilbos, K.-P., Rodehutscord, M. (2013): Einfluss der Behandlungsintensität von Sojabohnen auf Wachstum, Schlachtkörperzusammensetzung und Pankreasmasse von Broilern; Tagungsbeitrag; 12. Tagung für Schweine und Geflügelernährung; Halle.
- Lindermayer, H., Probstmeier, G. und W. Preißinger (2010): Versuchsbericht S18; Ferkelfütterung mit heimischen Sojaprodukten 20/15 % Sojakuchen extrudiert, 27/20 %Vollfettsojabohnen geröstet. Available at: http://www.lfl.bayern.de/mam/cms07/ite/dateien/26062_bericht_3.pdf; Accessed 04.11.2014
- Stockl, A. (2013): Entwicklung und Erprobung eines Online-Messsystems für Biogasanlagen auf Basis der Nah-Infrarot-Reflexionsspektroskopie (NIRS); Dissertation; Universität Hohenheim; URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-9445; URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2014/944/
Arbeitsschwerpunkt der LfL
Eiweiß - Bayerische Eiweißinitiative
Futtermittelimporte aus Übersee spielen derzeit für die Versorgung landwirtschaftlicher Nutztiere mit Eiweißträgern eine große Rolle. Insbesondere der Import von Sojabohnen und Sojaschrot gleicht die Unterversorgung Europas an Eiweißfutter aus. Der Einfuhrbedarf an Futtereiweiß lässt sich vermindern. Anstrengungen in unterschiedlichen Bereichen der Tierernährung und des Pflanzenbaus sind gefragt. Mehr