Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In Deutschland werden Backwaren, die nicht mehr als ausreichend frisch empfunden werden, die aber noch zum Verzehr geeignet sind, aus dem Warenverkehr genommen. Die Menge dieser Backwaren ist auf 8-10% der Produktionsmenge zu veranschlagen. Aus dieser Situation ergab sich die Aufgabenstellung f\u00fcr die Durchf\u00fchrung eines Forschungsprojekts, dessen Gegenstand es war, einen neuen Weg zur biotechnologischen Aufarbeitung von unverkauften Backwaren unter umweltrelevanten und wirtschaftlichen Gesichtspunkten aufzuzeigen. Besondere Zielsetzung war es dabei, eine vollst\u00e4ndige Verwertung von R\u00fcckbrot im Sinne eines geschlossenen Stoffkreislaufs zu verwirklichen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie vorstehend skizzierte Aufgabenstellung wurde schrittweise mit der Zielsetzung gel\u00f6st, eine m\u00f6glichst einfache und sichere Proze\u00dftechnik f\u00fcr die in den Produktionsproze\u00df der Brotfabrik zu integrierende biotechnologische Aufarbeitung und Umsetzung des R\u00fcckbrots in f\u00fcr die Brotherstellung direkt und indirekt verwertbare Produkte zu entwickeln. Aus den zur L\u00f6sung der Aufgabenstellung vorgesehenen fermentativen Proze\u00dfschritten, die sich aus der Aufgabe der vollst\u00e4ndigen Verwertung des R\u00fcckbrots im Produktionsbetrieb ergaben, zeichnete sich ab, da\u00df dies Backhefe, ein milchsaures Proze\u00dfwasser (Fl\u00fcssigsauer), ein enzymatisch nicht verfl\u00fcssigbarer Reststoff aus Proteinen und Ballaststoffen (Proteinfraktion), Ethanol und Kohlendioxid sein w\u00fcrden. Die Proze\u00dfschritte bestanden folglich in der enzymatischen Aufarbeitung des R\u00fcckbrots zu einem Brotsirup, der Vers\u00e4uerung des Brotsirups mit Milchs\u00e4urebakterien, der Aufarbeitung des vers\u00e4uerten Brotsirups zum Fermentationssubstrat, der Verwertung des Fermentationssubstrats zur Herstellung von Backhefe-, Ethanol-, Kohlendioxid und Fl\u00fcssigsauer, der Verwertung der Backhefe als aus dem fermentierten Substrat gewonnenes Konzentrat (Fl\u00fcssighefe) zum Brotbacken, der Verwertung der Proteinfraktion zum Brotbacken, der Destillation des anaerob fermentierten Substrats, der Verwertung des vom Ethanol befreiten fermentierten Substrats als Fl\u00fcssigsauer zum Brotbacken. Der Proze\u00dfschritt der Destillation des anaerob fermentierten Substrats ist nur in soweit durchgef\u00fchrt worden, wie er f\u00fcr die F\u00fchrung des Proze\u00dfwasserstroms des Fl\u00fcssigsauers und seiner Verwertung erforderlich war. Die Verfahrensschritte der Destillation des Ethanols und der Verfl\u00fcssigung des Kohlendioxids wurden nicht durchgef\u00fchrt, weil sie zum Stand der Technik geh\u00f6ren. Sie wurden aber in der Wirtschaftlichkeitsberechnung auf der Grundlage daf\u00fcr bekannter Zahlen ber\u00fccksichtigt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die enzymatische Aufarbeitung des R\u00fcckbrots zum Brotsirup und seine Vers\u00e4uerung gelang auf der Grundlage bekannter Verfahren ohne Probleme. Auch die Aufarbeitung des vers\u00e4uerten Brotsirups zum Fermentationssubstrat lie\u00df sich in einer Weise verwirklichen, da\u00df das Fermentationssubstrat sowohl f\u00fcr die aerobe als aber insbesondere f\u00fcr die anaerobe Fermentation in geeigneter Konzentration anfiel. Diesbez\u00fcglich war es f\u00fcr die anaerobe Fermentation wichtig, eine Glucosekonzentration von 15% im Fermentationssubstrat nicht zu unterschreiten, damit die Ethanolherstellung und Kohlendioxidgewinnung auf dem Stand der Technik erfolgen konnten. Es gelang mit einem einzigen Verd\u00fcnnungsschritt, den nicht fermentierbaren Feststoffgehalt aus dem Brotsirup, der einen Feststoffgehalt von mehr als 40% aufwies, zentrifugal abzuscheiden. Damit war zugleich eine energetisch g\u00fcnstige Brotsirupherstellung und -aufarbeitung gew\u00e4hrleistet. Der abgeschiedene Feststoff lie\u00df sich \u00fcber eine Auswaschung praktisch vollst\u00e4ndig von seinem Glucosegehalt trennen. Dabei wurde das Ziel erreicht, das Substratvolumen f\u00fcr den sp\u00e4teren Anfall an Sch\u00fcttwasser so klein zu halten, da\u00df das Sch\u00fcttwasservolumen wesentlich kleiner blieb als das f\u00fcr die Brotherstellung der Brotfabrik erforderliche Sch\u00fcttwasservolumen. Gleichzeitig fiel eine Proteinfraktion mit einem Proteingehalt von 40% an. Au\u00dferdem fiel bei der Brotsirupaufbereitung durch Sieben ein Pre\u00dfkuchen an, in den alle f\u00fcr die Verwertung der Proteinfraktion und das Fermentationssubstrat nicht erw\u00fcnschten Feststoffe \u00fcbergingen. Der Pre\u00dfkuchen hatte einen Getreideschroten vergleichbaren Futterwert. Das tr\u00fcbe Fermentationssubstrat konnte zur aeroben Hefevermehrung eingesetzt werden, die kontinuierlich erfolgte, ohne es weiter kl\u00e4ren zu m\u00fcssen. Es konnte mit Pilotversuchen gezeigt werden, da\u00df eine auf den w\u00f6chentlichen Produktionsrhythmus der Brotfabrik abgestimmte Hefeproduktion bei Einhaltung von in Brotfabriken verwirklichbaren Sterilbedingungen m\u00f6glich ist. Die im Proze\u00df anfallende Fl\u00fcssighefe, die Proteinfraktion und das Sch\u00fcttwasser wurden ohne jedwede Beeintr\u00e4chtigung der Geb\u00e4ckqualit\u00e4t in gro\u00dftechnischen Backversuchen in der Brotfabrik eingesetzt. Damit kann es als bewiesen gelten, da\u00df das Verfahren durchf\u00fchrbar ist. Die Herstellung von Ethanol und die Gewinnung von Kohlendioxid aus Getreidemaischen vergleichbarer Zusammensetzung zum Fermentationssubstrat aus Brotsirup geh\u00f6rt ohnehin zum Stand der Technik. Sie brauchte deshalb nicht experimentell \u00fcberpr\u00fcft zu werden. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse zur Verfahrensentwicklung wurden Kostendeckungsrechnungen f\u00fcr zwei Modelle der Anwendung des Verfahrens durchgef\u00fchrt. Das eine Modell bezieht sich auf die ausschlie\u00dfliche Herstellung von Fl\u00fcssighefe aus einem Teil des t\u00e4glich anfallenden R\u00fcckbrots der einen Fabrik, wobei die Fl\u00fcssighefeproduktion so gew\u00e4hlt wurde, da\u00df die beiden zum Unternehmen geh\u00f6renden Brotfabriken damit ihren Backhefebedarf decken k\u00f6nnen. Das andere Modell sieht die ausschlie\u00dfliche Verwertung des gesamten R\u00fcckbrots der einen Fabrik vor, wobei deren Hefebedarf die Leitgr\u00f6\u00dfe darstellte. Es konnte gezeigt werden, da\u00df beide Modelle unter den gew\u00e4hlten Randbedingungen wirtschaftlich umgesetzt werden k\u00f6nnen. In dem Modell der ausschlie\u00dflichen Fl\u00fcssighefeherstellung ergab sich bei einer Amortisation des daf\u00fcr eingesetzten Kapitals von 5 Jahren unter Nutzung der Abw\u00e4rme aus den Back\u00f6fen eine Rendite von 5,1%, in dem anderen Modell unter den gleichen Bedingungen bei einer Amortisation des eingesetzten Investments von 10 Jahren von 4,9%. Es ist zus\u00e4tzlich darauf hinzuweisen, da\u00df zu der direkten Rendite f\u00fcr das Unternehmen auch die indirekte Rendite f\u00fcr die Umweltentlastung durch das Verfahren zu rechnen ist. Diese Entlastung ergibt sich durch die produktionsintegrierte Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rnutzung unabdingbarer Energietr\u00e4ger und Rohstoffe.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse des Projekts sind sowohl auf internationalen (USA, Griechenland) als auch nationalen Fachtagungen pr\u00e4sentiert worden. Dar\u00fcber hinaus hat die Tages- (Die Welt, Seite 1), und Wochenpresse (Der Spiegel, ganzseitig) \u00fcber das Projekt berichtet. Besonders hervorzuheben ist, da\u00df das Vorhaben \u00fcber diese \u00d6ffentlichkeitsarbeit der gesamten interessierten nationalen und internationalen Fachwelt zur Kenntnis gebracht worden ist.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Alle Teile der zum Projekt geh\u00f6renden Aufgabenstellung konnten gel\u00f6st werden. Auf der Grundlage der erzielten Ergebnisse kann mit einiger Sicherheit prognostiziert werden, da\u00df das Verfahren wirtschaftlich umgesetzt werden kann. Das gilt insbesondere f\u00fcr einen Teilstrom der Verwertung des R\u00fcckbrots zur produktionsintegrierten Herstellung von Backhefe (Fl\u00fcssighefe). Diesbez\u00fcglich deutet sich eine so hohe Wirtschaftlichkeit an, da\u00df aufgrund des hohen R\u00fcckflusses an investiertem Kapital sich eine Umsetzung aller Verfahrensschritte verwirklichen lassen sollte. Allerdings ist dabei die besondere Konstellation des Unternehmens, f\u00fcr welche das Projekt durchgef\u00fchrt wurde, zu ber\u00fccksichtigen. Trotz dieser g\u00fcnstigen Prognose verbleibt ein Restrisiko, da\u00df nur durch eine unternehmerische Entscheidung getragen werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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