CN101940248A - 秸秆与丁醇或乙醇发酵废水混合制备饲料的方法 - Google Patents

秸秆与丁醇或乙醇发酵废水混合制备饲料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种秸秆与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水混合固态发酵制备蛋白饲料的方法。汽爆处理后的秸秆或经稀酸水解后的秸秆与一定体积的秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水混和，使水分含量为70-80％，灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，好氧固态发酵4-6天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，厌氧发酵2-3天，干燥便得到蛋白饲料。此方法制备的蛋白饲料产品，蛋白质含量为22-27％，粗纤维降解率为63-68％。此发明不仅能丁醇和乙醇发酵废水排放问题，而且将废水和秸秆转化成蛋白饲料，变废为宝。

Description

秸秆与丁醇或乙醇发酵废水混合制备饲料的方法
技术领域
本发明属于饲料生产领域，特别涉及秸秆与丁醇或乙醇发酵废水混合制备饲料的方法。
技术背景
大量发酵废水的排放始终是制约轻工产业发展的重要因素，特别是近年来随着可用作能源产品的丁醇和乙醇的需求量不断增加，其发酵废水的排放给环境治理带来了巨大的压力，必须寻找低廉高效的方法来治理这些发酵废水，降低丁醇和乙醇的综合生产成本，避免丁醇和乙醇生产对环境产生不良的影响。其实丁醇和乙醇发酵废水中含有大量的可利用的营养物质，如菌体等，这些有机质可用作禽畜的饲料。
我国养殖业和畜牧业发展迅速，对饲料的需求量日益加大，年需求量已接近1亿吨，同时，我国农作物秸秆产量高，每年超过7亿吨，但作为一种非竞争性资源，用作牲畜饲料的不足10％，开发利用丰富的秸秆资源生产饲料既有不与人争粮的优点，又能满足饲料需求量大的要求，是饲料产业发展的必由之路。微生物发酵秸秆饲料具有成本低、消化率高、适口性好、秸秆来源广泛、制作季节长、保存期长、不争农时、无毒无害、制作简便、蛋白质含量高、营养成分丰富的特点，它部分消除了青贮、氨化的不足，改善了秸秆的柔软性和适口性，提高了安全性，成为当前最具应用潜力和发展前景的秸秆饲料生产技术。微生物发酵秸秆饲料的原理是利用高活性微生物菌剂，其一是利用霉菌分泌多种酶类，同时将饲料中纤维物质、淀粉及果胶等转化为各种糖类；二是利用酵母和乳酸类细菌将饲料的某些成分进一步合成营养价值较高或适口性较好的物质，如蛋白质、氨基酸、维生素、有机酸、未知生长因子等。
由于秸秆纤维素、半纤维素和木质素等组分结合紧密，难以微生物降解，直接用秸秆与微生物菌剂发酵制备饲料，有发酵周期长，纤维降解率低，蛋白含量低等缺点，因此在发酵秸秆饲料时，必须先将秸秆进行预处理。其中汽爆预处理和稀酸预处理方法具有清洁无污染，效率高能耗低等优点，是目前对秸秆等生物质预处理较有效的方法。
针对以上问题，本发明利用汽爆秸秆或秸秆稀酸处理残渣与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水混合固态发酵制备蛋白饲料，以解决秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵的废水排放问题，同时变废为宝，满足我国饲料的大量需求。虽然目前用秸秆制备饲料的文献和专利很多如：微生物-酶化秸秆饲料制剂及其制造方法，申请号：97116894.6；一种生物秸秆饲料的生产方法，申请号：200510031615.1；但蛋白含量较低，一般只能用作牛、羊等牧畜饲料。也有用汽爆秸秆发酵生产饲料的专利：如混合固态发酵汽爆秸秆制备蛋白饲料的方法，申请号：99122346.2，但没有使用丁醇或乙醇发酵废水作为培养基成分加以利用，而且本方法使用好氧和厌氧两步固态发酵，使秸秆纤维充分降解，同时提高蛋白含量。因此本专利具有明显的创造性、新颖性和实用性。
发明内容
【本发明的目的】本发明的目的是将秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵产生的废水实现资源化利用，同时为饲料生产提供一种高效清洁的方法。
【技术方案】本发明用汽爆秸秆或秸秆稀酸水解残渣与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废水混合固态发酵制备蛋白饲料的方法，包括如下步骤：
(1)秸秆预处理：蒸汽爆破：收集秸秆切割成4-5cm，与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水以1∶0.8(w/w)混合，放入汽爆罐，在1.0～1.7MPa压力下维压2～10min进行蒸汽爆破处理，得到汽爆秸秆；或秸秆经0.3-0.5％的稀硫酸在秸秆和稀硫酸的重量比控制在1∶5-7，在110-130℃的温度下水解2-3小时，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到稀酸预处理秸秆；
(2)丁醇或乙醇发酵废液与预处理后的秸秆混合：秸秆预处理后与一定体积的秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水混和，使水分含量为70％-80％；
(3)固态发酵：秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废液与预处理秸秆混合物灭菌后接入斜卧青霉(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号：3.5762)和白腐菌(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号：5.776)，压力脉动固态发酵4-6天后，接入热带假丝酵母(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号：2.1775)和植物乳杆菌(购自中国普通微生物菌种保藏管理中心，菌种编号：1.103)，厌氧发酵2-3天，干燥后便得到蛋白饲料。
【技术特点】本专利的核心是利用秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水与预处理后的秸秆混合发酵制备饲料蛋白，实现秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废水和乙醇发酵废水的再利用，解决秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水排放问题；生产的蛋白饲料适口性好，蛋白含量高，缓解饲料生产对粮食的依赖。
附图说明
图1：本发明的工艺流程图，1：预处理秸秆；2：丁醇或乙醇发酵废液；3：混合罐；4：灭菌锅；5：好氧固态发酵；6：厌氧固态发酵；7：干燥；8：饲料
具体实施方式
实施例1：
(1)秸秆蒸汽爆破：将收集的玉米秸秆切割成4-5cm，与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废水以1∶0.8(w/w)混合，放入汽爆罐，在1.3MPa压力下维压5min进行蒸汽爆破处理；
(2)丁醇发酵废液与汽爆秸秆混合：秸秆汽爆处理后与一定体积的秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵蒸馏后的废水混和，使水分含量为75％；
(3)固态发酵：秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废液与汽爆秸秆混合物灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，接种量分别为4％和3％，压力脉动固态发酵4天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，接种量分别为3％和2％，同时加入2％的硫酸铵，厌氧发酵2天，干燥后便得到蛋白饲料。
所得蛋白饲料蛋白质含量为22.1％，粗纤维降解率为63.4％。
实施例2：
(1)秸秆稀酸预处理：秸秆经0.3％的稀硫酸在秸秆和稀硫酸的重量比控制在1∶6，在115℃的温度下水解2小时，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到稀酸预处理秸秆；
(2)乙醇发酵废液与稀酸预处理秸秆混合：秸秆稀酸预处理后与一定体积的乙醇发酵蒸馏后的废水混和，使水分含量为70％；
(3)固态发酵：乙醇发酵废液与酸预处理秸秆稀混合物灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，接种量分别为5％和3％，压力脉动固态发酵4天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，接种量分别为2％和3％，同时加入2％的尿素，厌氧发酵2天，干燥后便得到蛋白饲料。
所得蛋白饲料蛋白质含量为22.8％，粗纤维降解率为64.3％。
实施例3：
(1)秸秆稀酸预处理：秸秆经0.5％的稀硫酸在秸秆和稀硫酸的重量比控制在1∶6，在125℃的温度下水解3小时，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到稀酸预处理秸秆；
(2)丁醇发酵废液与稀酸预处理秸秆混合：秸秆稀酸预处理后与一定体积的秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵蒸馏后的废水混和，使水分含量为76％；
(3)固态发酵：秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废液与稀酸预处理过的秸秆混合物灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，接种量分别为3％和4％，压力脉动固态发酵4天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，接种量分别为4％和3％，同时加入2％的硫酸铵，厌氧发酵3天，干燥后便得到蛋白饲料。
所得蛋白饲料蛋白质含量为24.6％，粗纤维降解率为64.3％。
实施例4：
(1)秸秆蒸汽爆破：将收集的水稻秸秆切割成4-5cm，与乙醇发酵废水以1∶1(w/w)混合，放入汽爆罐，在1.5MPa压力下维压6min进行蒸汽爆破处理；
(2)乙醇发酵废液与汽爆秸秆混合：秸秆汽爆处理后与一定体积的乙醇发酵蒸馏后的废水混和，使水分含量为74％；
(3)固态发酵：乙醇发酵废液与汽爆秸秆混合物灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，接种量分别为3％和4％，压力脉动固态发酵4天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，接种量分别为3％和3％，同时加入2％的硫酸铵，厌氧发酵2天，干燥后便得到蛋白饲料。
所得蛋白饲料蛋白质含量为23.6％，粗纤维降解率为64.6％。
实施例5：
(1)秸秆稀酸预处理：秸秆经0.4％的稀硫酸在秸秆和稀硫酸的重量比控制在1∶7，在120℃的温度下水解3小时，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到稀酸预处理秸秆；
(2)丁醇发酵废液与稀酸预处理秸秆混合：秸秆稀酸预处理后与一定体积的秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵蒸馏后的废水混和，使水分含量为75％；
(3)固态发酵：秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废液与稀酸预处理秸秆混合物灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，接种量分别为4％和3％，压力脉动固态发酵4天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，接种量分别为3％和3％，同时加入2％的尿素，厌氧发酵2天，干燥后便得到蛋白饲料。
所得蛋白饲料蛋白质含量为22.1％，粗纤维降解率为63.8％。
实施例6：
(1)秸秆蒸汽爆破：将收集的玉米秸秆切割成4-5cm，与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废水以1∶0.6(w/w)混合，放入汽爆罐，在1.5MPa压力下维压5min进行蒸汽爆破处理；
(2)丁醇发酵废液与汽爆秸秆混合：秸秆汽爆处理后与一定体积的秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵蒸馏后的废水混和，使水分含量为78％；
(3)固态发酵：秸秆稀酸水解五碳糖丁醇发酵废液与汽爆秸秆混合物灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，接种量分别为4％和3％，压力脉动固态发酵4天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，接种量分别为3％和2％，同时加入2％的硫酸铵，厌氧发酵2天，干燥后便得到蛋白饲料。
所得蛋白饲料蛋白质含量为23.3％，粗纤维降解率为63.4％。

Claims (5)

1.秸秆与丁醇或乙醇发酵废水混合制备饲料的方法，包括如下步骤：
(1)秸秆预处理：蒸汽爆破：收集秸秆切割成4-5cm，与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵废水以1∶0.8(w/w)混合，放入汽爆罐，在1.0～1.7MPa压力下维压2～10min进行蒸汽爆破处理，得到汽爆秸秆；或秸秆经0.3-0.5％的稀硫酸在秸秆和稀硫酸的重量比控制在1∶5-7，在110-130℃的温度下水解2-3小时，然后利用螺旋挤压机将水解液中的固体和液体分开，得到稀酸预处理秸秆；
(2)丁醇或乙醇发酵废液与预处理过的秸秆混合：秸秆预处理后与秸秆稀酸水解五碳糖丁醇或乙醇发酵的废水混和，使水分含量为70％-80％；
(3)固态发酵：丁醇或乙醇发酵废液与经过预处理的秸秆混合物灭菌后接入斜卧青霉和白腐菌，压力脉动固态发酵4-6天后，接入热带假丝酵母和植物乳杆菌，厌氧发酵2-3天，干燥后便得到蛋白饲料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(1)所述的秸秆是玉米秸秆、小麦秸秆或水稻秸秆。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(1)、(2)、(3)所述的丁醇发酵废水为秸秆稀酸水解五碳糖发酵丁醇产生的废水，所述的乙醇发酵废水为乙醇发酵工业产生的废水。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(2)所述的秸秆预处理后与丁醇或乙醇发酵废水混和，可同时补充硫酸铵等氮源。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是：步骤(3)所述的固态发酵包括好氧固态发酵和厌氧固态发酵2个步骤，好氧固态发酵主要是降解秸秆纤维，厌氧固态发酵主要是菌体生长，增加饲料蛋白质的含量。
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Patentee after: Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences

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