一種利用酒精廢液和作物秸稈制備飼料蛋白的方法

一種利用酒精廢液和作物秸稈制備飼料蛋白的方法
【專利摘要】本發明針對作物秸稈飼料化利用度不高、酒精廢液污染嚴重的現狀，公開了一種利用酒精廢液和作物秸稈制備飼料蛋白的方法，以滿足秸稈綜合利用、畜牧業飼料蛋白需求、酒精廢液無害化處理及利用的客觀需求。本發明采用“氨化+復合酶解+多菌種三步固態發酵”工藝制得纖維素、木聚糖降解度高、飼料蛋白含量高的飼料蛋白產品，產品中富含益生菌、維生素、酶及氨基酸、短肽、優質蛋白質等營養成分，具有促進生長發育、提高飼料利用率、增強免疫力、改進腸道微生態、防止疾病等優點；本發明實現了作物秸稈的飼用資源化高值利用和酒精廢液的無害化處理及資源化利用，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】 一種利用酒精廢液和作物秸稈制備飼料蛋白的方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，屬于飼料加工領域。

【背景技術】
[0002]蛋白質原料是飼料工業發展的基礎，我國蛋白質原料的緊缺和價格高漲已經成為制約畜牧業發展的瓶頸之一。目前隨著人們生活水平的提高和對生活質量的重視，對肉、蛋、奶、水產品的需求日益增多，糧食和飼料生產面臨嚴峻考驗，飼料蛋白資源將日益匱乏，因此提高糧食向畜牧產品的轉化效率和飼料的利用率，拓展飼料資源，開發非常規飼料已迫在眉睫。而緩解矛盾的重要策略就是針對現有蛋白源，提高其利用率，盡可能地挖掘飼料的可利用營養成分，從根本上緩解飼料原料供應緊張的局面。
[0003]我國每年在生產大量糧食的同時，秸桿產量也非常的大，作物秸桿中大約有65%-80%的干物質能為動物提供所需的能量。但對于大部分的秸桿產區，通常是在農作物收割后將秸桿直接焚燒或用來作為生活燃料，秸桿用作飼料的占很少一部分，造成環境的污染和秸桿資源的大量浪費。近幾年，隨著我國畜牧業向規模化方向的快速發展，飼料資源日益緊張，出現了牲畜與人爭奪糧食的嚴重現象。為了解決畜禽與人爭糧，同時又大力發展畜牧業的問題，拓廣飼料來源和提高飼料質量是首要解決的問題。秸桿是一種非常規性飼料資源，其質地粗糙堅硬、適口性較差、消化利用率低、營養價值不高，但經合理加工后，可提高采食量、消化率和營養價值，飼喂草食動物或作為配制全價飼料的基料，對動物生長、發育和增重、提高飼料報酬和經濟效益有良好的作用。因此利用秸桿纖維素生產營養價值較高的飼料具有廣闊前景。
[0004]酒精是重要的工業原料，我國年產900萬噸以上，占世界第三位。隨著國民經濟的增長，酒精的需求量還會增加。但是在生產過程中每噸酒精要排出13?15m3蒸餾廢液，全國排放量超過13500萬噸，成為食品發醉行業中污染環境最嚴重的行業。由于酒精燕餾廢液中含有大量未被利用的營養成分一一蛋白質、脂肪、搪類、礦物質等，因此設法將蒸餾廢液回收用以制取蛋白飼料，就成為科技人員的努力方向。目前酒精廢液轉變為飼料多采用固液分離、濃縮干燥的工藝，產生大量的污水，能耗嚴重，利用酒精廢液開發節能型飼料化全利用成為酒精行業發展最具應用價值的利用途徑。


【發明內容】

[0005]本發明針對作物秸桿飼料化利用度不高、酒精廢液污染嚴重的現狀，提供一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，以滿足秸桿綜合利用、畜牧業飼料蛋白需求、酒精廢液無害化處理及利用的客觀需求。
[0006]本發明上述目的是通過以下技術方案予以實現的:
本發明提供一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)秸桿粉碎:選取無霉變的秸桿，清除泥土等雜志，粉碎過40目篩；
(2)固液分離:酒精廢液自然沉降固液分離，得上清液和發酵酒糟；
(3)秸桿氨化:加入秸桿3?5%的氨水，加入酒精廢液上清液，調整含水率至60?70%，混合均勻，置于密閉環境下氨化3?5天；
(4)秸桿酶解:調整氨化后的秸桿pH4.0?5.0，加入纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶，力口酶量為4?5%、2?3%、I?2%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?50°C ；
(5)配制固體培養基:將酶解后的秸桿與發酵酒糟混合，并添加玉米漿、麩皮、豆餅粉、尿素、硫酸銨等，用上清液調整培養基含水量120?150%，調整初始pH為7.0左右；
(6)曲霉活化:取新鮮麩皮，用60目篩子篩去細粉，按麩皮:水=1:1.0?1.3比例加入水，拌勻至無干粉又無結團現象。拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2000mL三角瓶裝濕麩皮約10g,在0.1MPa表壓下滅菌40?60min,冷卻至35°C,每一個三角瓶中接入I一2環已活化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-1孢子，培養基品溫控制在(35±1)°C.每隔12 — 24h搖瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液；
(7)—次固體發酵:將米曲霉、黑曲霉按2?3%、6?10%的比例接種到混合配料中，拌勻35?40°C培養，通風培養3?5天；
(8)產朊假絲酵母活化:將產朊假絲酵母接到YPD培養基中，30°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例，將種子液接到YH)培養基中，得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子；
(9)枯草芽孢桿菌活化:采用LB培養基在28?32°C條件下培養24h，制得液體種子；
(10)二次固體發酵:將產朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌按3?5%、2?3%接種比例接種至培養基，28°C左右培養2?3天；
(11)三次固體發酵:將固體乳酸菌粉按3?5%的接種比例接種至培養基，26?30°C厭氧培養24h左右；
(12)干燥:發酵結束后低溫通風干燥；
(13)粉碎:將干燥后的發酵飼料粉碎即得成品。
[0007]上述秸桿可以是小麥秸桿、玉米秸桿、稻草秸桿中的一種或幾種。
[0008]上述步驟(5)中固態發酵培養基組分為:秸桿降解產物36?44%、酒糟27?33%、玉米漿9?11%、麩皮3.5?4.5%、豆餅粉9?11%、尿素2.5?3.5%、硫酸銨2.5?3.5%，各組分之和為100%。
[0009]上述步驟(7 )中固體培養基無需滅菌。
[0010]本發明提供一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，產品中真蛋白含量約為42?48%，蛋白含量提高12.85%以上，且發酵飼料中含有大量的有益活菌、多種維生素、酶及氨基酸、短肽、優質蛋白質等營養成分。發酵后秸桿纖維素降解為25.41%，降解率為52.6% ;半纖維素降解為7.82%,降解率為58.6% ;發酵產物氨基酸組成齊全，各項氨基酸數值總和占樣品總重量的10.54%。
[0011]本發明提供一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，其優點在于:
(I)通過秸桿的氨化處理和復合酶解，將微生物不易利用的纖維素、木聚糖等降解為還原糖，經測定復合酶解后作物秸桿中的還原糖含量超過40%，最高達到42.56%，比目前報道的單純氨化處理或復合酶解處理法提高20%以上，還原糖含量提高為微生物的生長繁殖提供了充足的碳源；(2)黑曲霉和米曲霉是目前已知降解秸桿作用最顯著的菌株，霉菌與酒糟中的酵母菌混合培養的互惠共生關系使秸桿蛋白含量有較大提高，酵母菌不僅可以起去阻遏作用，而且對真菌的生長有正效，分析原因米曲霉、黑曲霉等霉菌同化淀粉和纖維素的能力強，可將秸桿飼料的結構性碳水化合物降解為酵母可利用的單糖、雙糖等單糖類物質，使酒糟中的酵母得以良好的生長；此外，在多菌混合發酵中，酶促作用生成的糖立即被發酵糖的微生物所利用，這樣就維持了降解物的濃度，消除了酶合成作用受到的降解物的阻遏作用，也解除了反應終產物對酶的反饋抑制，縮短了發酵過程；(3)采用多菌混菌發酵，組合菌株發酵增加了發酵中的許多基因功能，通過不同代謝能力的組合，完成單個菌種難以完成的復雜代謝作用，通過微生物之間的互惠和偏利生提高生產效率，釀酒酵母和產朊假絲酵母的存在促進了霉菌的降解作用，酵母的大量繁殖增加了產品中的菌體蛋白，枯草芽孢桿菌提高了產品中益生菌含量，提高了產品的功效；乳酸菌產生乳酸等則可改善發酵飼料的適口性。協同發酵形式對各種原料的有效轉化、蛋白飼料的品質提高起到了重要的積極作用；(4)采用分段發酵，發酵菌株對溫度、pH、通氧等要求不同，不同的反應控制條件，提高了菌體的生長速率，縮短了發酵時間；(5)產品中富含益生菌、維生素、酶及氨基酸、短肽、優質蛋白質等營養成分，具有促進生長發育、提高飼料利用率、增強免疫力、改進腸道微生態、防止疾病、減少環境污染等優點；(6)采用固態發酵，生產工藝簡單，無環境污染。

【具體實施方式】
[0012] 實施例1:
一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，具體制備步驟如下:
(1)稻草秸桿粉碎:選取無霉變的秸桿，清除泥土等雜志，粉碎過40目篩；
(2)固液分離:酒精廢液自然沉降固液分離，得上清液和發酵酒糟；
(3)秸桿氨化:加入秸桿4%的氨水，加入酒精廢液上清液，調整含水率至60?70%，混合均勻，置于密閉環境下氨化3?5天；
(4)秸桿酶解:調整氨化后的秸桿pH4.0?5.0，加入纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶，力口酶量為4%、3%、1%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?50°C ；
(5)配制固體培養基:按酶解后的秸桿41%、酒糟27%、玉米漿11%、麩皮5%、豆餅粉9%、尿素3.5%、硫酸銨3.5%混合，用上清液調整培養基含水量120?150%，調整初始pH為7.0左右；
(6)曲霉活化:取新鮮麩皮，用60目篩子篩去細粉，按麩皮:水=1:1.0?1.3比例加入水，拌勻至無干粉又無結團現象。拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2000mL三角瓶裝濕麩皮約10g,在0.1MPa表壓下滅菌40?60min,冷卻至35°C,每一個三角瓶中接入I一2環已活化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-1孢子，培養基品溫控制在(35±1)°C.每隔12 — 24h搖瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液；
(7)—次固體發酵:將米曲霉、黑曲霉按2.5%、8%的比例接種到混合配料中，拌勻35?40°C培養，通風培養3?5天；
(8)產朊假絲酵母活化:將產朊假絲酵母接到YPD培養基中，30°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例，將種子液接到YH)培養基中，得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子； (9)枯草芽孢桿菌活化:采用LB培養基在28?32°C條件下培養24h，制得液體種子；
(10)二次固體發酵:將產朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌按4%、2.5%接種比例接種至培養基，28°C左右培養2?3天；
(11)三次固體發酵:將固體乳酸菌粉按4%的接種比例接種至培養基，26?30°C厭氧培養24h左右；
(12)干燥:發酵結束后低溫通風干燥；
(13)粉碎:將干燥后的發酵飼料粉碎即得成品。
[0013]實施例2:
一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，具體制備步驟如下:
(O小麥秸桿粉碎:選取無霉變的秸桿，清除泥土等雜志，粉碎過40目篩；
(2)固液分離:酒精廢液自然沉降固液分離，得上清液和發酵酒糟；
(3)秸桿氨化:加入秸桿5%的氨水，加入酒精廢液上清液，調整含水率至60?70%，混合均勻，置于密閉環境下氨化3?5天；
(4)秸桿酶解:調整氨化后的秸桿pH4.0?5.0，加入纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶，力口酶量為5%、3%、2%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?50°C ；
(5)配制固體培養基:按酶解后的秸桿38%、酒糟33%、玉米漿9%、麩皮4.5%、豆餅粉9%、尿素3.5%、硫酸銨3%混合，用上清液調整培養基含水量120?150%，調整初始pH為7.0左右；
(6)曲霉活化:取新鮮麩皮，用60目篩子篩去細粉，按麩皮:水=1:1.0?1.3比例加入水，拌勻至無干粉又無結團現象。拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2000mL三角瓶裝濕麩皮約10g,在0.1MPa表壓下滅菌40?60min,冷卻至35°C,每一個三角瓶中接入I一2環已活化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-1孢子，培養基品溫控制在(35±1)°C.每隔12 — 24h搖瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液；
(7)—次固體發酵:將米曲霉、黑曲霉按2?3%、6?10%的比例接種到混合配料中，拌勻35?40°C培養，通風培養3?5天；
(8)產朊假絲酵母活化:將產朊假絲酵母接到YPD培養基中，30°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例，將種子液接到YH)培養基中，得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子；
(9)枯草芽孢桿菌活化:采用LB培養基在28?32°C條件下培養24h，制得液體種子；
(10)二次固體發酵:將產朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌按5%、3%接種比例接種至培養基，28°C左右培養2?3天；
(11)三次固體發酵:將固體乳酸菌粉按5%的接種比例接種至培養基，26?30°C厭氧培養24h左右；
(12)干燥:發酵結束后低溫通風干燥；
(13)粉碎:將干燥后的發酵飼料粉碎即得成品。
[0014]實施例3:
一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，具體制備步驟如下:
(1)玉米秸桿粉碎:選取無霉變的秸桿，清除泥土等雜志，粉碎過40目篩；
(2)固液分離:酒精廢液自然沉降固液分離，得上清液和發酵酒糟； (3)秸桿氨化:加入秸桿3%的氨水，加入酒精廢液上清液，調整含水率至60?70%，混合均勻，置于密閉環境下氨化3?5天；
(4)秸桿酶解:調整氨化后的秸桿pH4.0?5.0，加入纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶，力口酶量為4%、2%、1%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?50°C ；
(5)配制固體培養基:按酶解后的秸桿40%、酒糟30%、玉米漿10%、麩皮4%、豆餅粉10%、尿素3%、硫酸銨3%混合，用上清液調整培養基含水量120?150%，調整初始pH為7.0左右；
(6)曲霉活化:取新鮮麩皮，用60目篩子篩去細粉，按麩皮:水=1:1.0?1.3比例加入水，拌勻至無干粉又無結團現象。拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2000mL三角瓶裝濕麩皮約10g,在0.1MPa表壓下滅菌40?60min,冷卻至35°C,每一個三角瓶中接入I一2環已活化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-1孢子，培養基品溫控制在(35±1)°C.每隔12 — 24h搖瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液；
(7)一次固體發酵:將米曲霉、黑曲霉按2%、6%的比例接種到混合配料中，拌勻35?40°C培養，通風培養3?5天；
(8)產朊假絲酵母活化:將產朊假絲酵母接到YPD培養基中，30°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例，將種子液接到YH)培養基中，得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子；
(9)枯草芽孢桿菌活化:采用LB培養基在28?32°C條件下培養24h，制得液體種子；
(10)二次固體發酵:將產朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌按3%、2%接種比例接種至培養基，28°C左右培養2?3天；
(11)三次固體發酵:將固體乳酸菌粉按3?5%的接種比例接種至培養基，26?30°C厭氧培養24h左右；
(12)干燥:發酵結束后低溫通風干燥；
(13)粉碎:將干燥后的發酵飼料粉碎即得成品。
[0015]以上實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其進行限制；盡管參照前述實施例對被發明進行了詳細的說明，但對于本領域的普通技術人員來說，依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而對這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明所要求保護的技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)秸桿粉碎:選取無霉變的秸桿，清除泥土等雜志，粉碎過40目篩； (2)固液分離:酒精廢液自然沉降固液分離，得上清液和發酵酒糟； (3)秸桿氨化:加入秸桿3?5%的氨水，加入酒精廢液上清液，調整含水率至60?70%，混合均勻，置于密閉環境下氨化3?5天； (4)秸桿酶解:調整氨化后的秸桿pH4.0?5.0，加入纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶，力口酶量為4?5%、2?3%、I?2%，混合均勻，酶解16?24h，酶解溫度控制在40?50°C ； (5)配制固體培養基:將酶解后的秸桿與發酵酒糟混合，并添加玉米漿、麩皮、豆餅粉、尿素、硫酸銨等，用上清液調整培養基含水量120?150%，調整初始pH為7.0左右； (6)曲霉活化:取新鮮麩皮，用60目篩子篩去細粉，按麩皮:水=1:1.0?1.3比例加入水，拌勻至無干粉又無結團現象；拌勻后，分裝入2000mL三角瓶中，每只2000mL三角瓶裝濕麩皮約10g,在0.1MPa表壓下滅菌40?60min,冷卻至35°C,每一個三角瓶中接入I一2環已活化好的斜面米曲霉cv-8、黑曲霉sp-1孢子，培養基品溫控制在(35±1)°C.每隔12 — 24h搖瓶一次，孢子長出后停止制備孢子懸浮液； (7)—次固體發酵:將米曲霉、黑曲霉按2?3%、6?10%的比例接種到混合配料中，拌勻35?40°C培養，通風培養3?5天； (8)產朊假絲酵母活化:將產朊假絲酵母接到YPD培養基中，30°C，180r/min轉速下恒溫搖瓶24小時；然后以1:100比例，將種子液接到YH)培養基中，得到釀酒酵母和產朊假絲酵母液體種子； (9)枯草芽孢桿菌活化:采用LB培養基在28?32°C條件下培養24h，制得液體種子； (10)二次固體發酵:將產朊假絲酵母、枯草芽孢桿菌按3?5%、2?3%接種比例接種至培養基，28°C左右培養2?3天； (11)三次固體發酵:將固體乳酸菌粉按3?5%的接種比例接種至培養基，26?30°C厭氧培養24h左右； (12)干燥:發酵結束后低溫通風干燥； (13)粉碎:將干燥后的發酵飼料粉碎即得成品。
2.根據權利要求1所述的一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，其特征在于所述作物秸桿是小麥秸桿、玉米秸桿、稻草秸桿中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，其特征在于所述步驟(5)中固態發酵培養基組分為:秸桿降解產物36?44%、酒糟27?33%、玉米漿9?11%、麩皮3.5?4.5%、豆餅粉9?11%、尿素2.5?3.5%、硫酸銨2.5?3.5%，各組分之和為100%。
4.根據權利要求1所述的一種利用酒精廢液和作物秸桿制備飼料蛋白的方法，其特征在于所述步驟(7)中固體培養基無需滅菌。
【文檔編號】A23K1/06GK104256057SQ201410518207
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月1日 優先權日:2014年10月1日
【發明者】董書閣, 侯文燕, 張術聰 申請人:青島嘉瑞生物技術有限公司