CSBE-SCGAB

Densification of heat sensitive protein/fibre biomass.

Authors: Emami, S., L.G. Tabil, L. Campbell, E. George and P. Adapa.
Description: Production of feed enzyme from biomass material is growing as it is used in the poultry industry to improve feed utilization efficiency. Biomass from agricultural residues have low bulk density and irregular shape and size which makes them difficult to handle, transport, store and utilize in their original form and wastage of material is an issue. Therefore, there is need to densify biomass containing feed enzyme with the aim of preserving its activity intact. In this study, grain-based fungal biomass containing heat sensitive enzyme was mixed with ingredients like binder and fat at different levels. Pellets were made at die temperatures of 45, 70, and 85oC by applying a pre-set load of 4400 N (138.9 MPa) using single-pelleter unit (SPU), which was attached to the Instron testing machine, to study their effect of pellet enzyme activity. Pellet quality was determined by measuring pellet density, durability and enzyme activity to optimize conditions most suitable to produce high density and durability pellets having the highest enzyme activity. Pellets added with bentonite, cornstarch, and FFSG (fructooligosaccharide, fructose, sucrose, glucose) as binders showed the highest durability. Increasing pelleting temperature from 45 to 85°C did not affect enzyme activity markedly and pellets made at 85°C had acceptable enzyme activity (77.8% in FFSG treatment and 100.0% in bentonite treatment). From the results obtained using the SPU, three binders were chosen to make pellets in the pilot-scale pellet mill by employing three different oils as lubricant. The binder and lubricant types had significant effect on bulk density, pellets density, and durability. Overall, pellets made with FFSG and hydrogenated golden flake had high bulk density (815 kg/m3), pellet density (1282 kg/m3), and durability (98.9%). Enzyme activity of pellets manufactured in the pilot-scale pellet mill was not reduced with values ranging from 90 to 100%. From a production economics standpoint, pelletizing grain-based fungal biomass containing feed enzyme using bentonite and hydrogenated golden flake could be used in industrial scale with minor loss in enzyme activity.
Keywords: Biomass, Enzyme activity, Feed enzyme, Binder, Lubricant
Résumé: La production d'enzymes alimentaires qui proviennent de la biomasse est en croissance car celles-ci sont utilisées pour améliorer l'efficacité alimentaire des moulées pour la production de volailles. La biomasse provenant de résidus agricoles a une masse volumique faible et une granulométrie irrégulière. Ces caractéristiques la rendent difficile à manipuler, transporter, entreposer et utiliser dans son état d'origine, et les pertes sont problématiques. Par conséquent, la concentration de la biomasse contenant des enzymes alimentaires devient nécessaire et le procédé se doit de préserver leur activité. Dans cette étude, de la biomasse fongique d'origine céréalière qui contient des enzymes sensibles à la chaleur a été mélangée à des ingrédients tels que des liants et des gras, et ce à différentes concentrations. Les granules étaient pressées à des températures de 45, 70 et 85oC en utilisant une presse unitaire à granules exerçant une contrainte prédéfinie de 4400 N (138,9 MPa). Cet équipement était relié à une machine Instron pour tester l'activité enzymatique des granules ainsi formées. La qualité des granules était déterminée en mesurant la masse volumique, l'intégrité et l'activité enzymatique des granules. Le but était d'optimiser les conditions pour produire des granules durables et de haute densité qui ont l'activité enzymatique la plus élevée. Les granules auxquelles étaient ajoutées des liants tel que de la bentonite, de la fécule de maïs et des FFSG (fructooligosaccharide, fructose, sucrose, glucose) avaient l'intégrité la plus élevée. Une augmentation de la température de pression de 45 à 85°C n'avait pas d'effet marqué sur l'activité enzymatique et les granules formées à 85°C avaient une activité enzymatique satisfaisante (77,8 % pour le traitement FFSG et 100,0 % pour le traitement bentonite). À la lumière des résultats obtenus avec la presse unitaire à granules, trois liants ont été choisis pour faire les granules à l'aide d'une presse à granules expérimentale et trois différentes huiles ont été utilisées comme lubrifiant. Les types de liants et de lubrifiants avaient un impact significatif sur la masse volumique, la densité et l'intégrité des granules. En général, celles faites avec des FFGS et du gras hydrogéné « golden flake » avaient une masse volumique de vrac (815 kg/m3), une masse volumique de granules (1282 kg/m3) et une intégrité (98,9 %) élevées. L'activité enzymatique des granules produites par la presse à granules expérimentale n'était pas diminuée et variait de 90 à 100 %. D'un point de vue économique, la production à l'échelle industrielle de granules à base de biomasse fongique d'origine céréalière, de bentonite et de gras hydrogéné « golden flake » est intéressante et présente peu de pertes d'activité enzymatique.
Mots-clés: biomasse, activité enzymatique, enzyme alimentaire, liant, lubrifiant.
Technical field: Bioprocess Systems Engineering
Citation: Emami, S., L.G. Tabil, L. Campbell, E. George and P. Adapa. 2013. Densification of heat sensitive protein/fibre biomass. Canadian Biosystems Engineering 55: 3.19-3.28.
Volume: 55
Issue: 1
Start page number: 3.19
End page number: 3.28
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Date: December 31, 2013
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C13145.pdf
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada
Located in: Volume 55 (2013)