CN102210383A - 利用马铃薯加工后的废水、废渣制备菌体蛋白饲料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用马铃薯加工后的废水、废渣制备菌体蛋白饲料的方法；该方法以马铃薯加工企业废水添加淀粉、玉米蛋白粉和硫酸铵为液体培养基深层发酵培养固体发酵菌种；在对秸秆进行蒸汽爆破预处理后与马铃薯渣混合并添加麸皮、玉米蛋白粉和硫酸铵作为培养基进行多菌种固体发酵，通过微生物转化作用降解纤维素，利用微生物菌体蛋白提高饲料蛋白含量，发酵后产物制备颗粒型菌体蛋白饲料，制得的菌体蛋白饲料蛋白含量较高，适口性明显得到改善，富含益生菌及酶制剂；本发明不仅变废为宝，节约饲料用粮，降低能源消耗，而且及时消除了马铃薯加工企业废水、废渣对环境的污染，给淀粉加工企业带来一定的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及制备蛋白饲料的方法，具体涉及利用马铃薯加工后的废水、废渣通过微生物发酵制备菌体蛋白饲料的方法。
背景技术
随着市场经济的发展和农产品供求关系的变化，我国马铃薯生产正逐步由口粮型向经济效益型转变，已初步形成了比较完善的马铃薯加工产业链。在马铃薯生产过程中产生的马铃薯渣的主要成分是水、细胞碎片和残余淀粉颗粒的副产物，一般生产1吨淀粉产生7吨薯渣；鲜薯渣的含水量高达80%，不易储存和运输，当烘干后则因薯渣易成胶固状态，脱水较为困难，且由于烘干能耗使得成本过高，通常作为废弃物掩埋处理，但会导致土壤和地下水的污染。马铃薯淀粉生产中产生的废水，容易腐败发臭；由于缺乏科学有效的处理技术，将马铃薯生产过程中产生的废渣、废水任意排放，既造成马铃薯废渣、废水所蕴含大量的营养物质流失，又造成严重的环境污染，产生不良的社会影响。
马铃薯淀粉生产过程中产生的废渣、废水含有较多的营养物质和大量的淀粉、纤维素等可利用物质，如马铃薯渣干基中淀粉含量为37%，纤维素、半纤维素含量为30%，是微生物良好的培养基，废渣里含有蛋白质、氨基酸、糖类等物质，是可利用的资源，具有很高的开发价值。
从国内外相关资料可知，在国外，主要通过生物发酵的方法利用马铃薯渣生产工业酒精、酶制剂和菌体蛋白饲料等；还有一些资料是关于利用薯渣为原料通过发酵的方法生产蛋白饲料。
目前，国内很多马铃薯淀粉企业面临着淀粉渣和废水的处理问题，淀粉企业急于想找到既能够在处理废渣和废水的同时，又能够产生明显经济效益的好方法。随着日益强烈的环保呼声和各项环保法规的建立健全，废弃物的综合利用势在必行。现国内对马铃薯渣发酵生产饲料的研究较多，有多种制备方案，已公开的中国发明专利，申请号03134357.0，名称为《将马铃薯渣转化为高蛋白饲料的方法》，该发明利用微生物对马铃薯渣进行处理，制备动物饲料的技术，对马铃薯渣添加少量尿素后进行两次发酵，发酵后粗蛋白含量为23.33%，但粗纤维含量仍较高为18.67%。申请号200510012227.9，名称为《利用马铃薯渣进行固态发酵制备蛋白饲料的方法》，该发明对马铃薯生产淀粉产生的废渣经压榨脱水，不经过高温灭菌，通过添加一定量的辅料，接种一定量的菌种进行生料固态发酵，发酵后粗蛋白含量为16.15%。申请号200810136830.1，名称为《可替代麸皮的马铃薯渣能量发酵饲料及其制备方法》，该发明以马铃薯渣为主要原料，添加多种辅料，经酶解后进行固态发酵，虽发酵后粗蛋白含量得到提升，但酶解过程增加了生产成本，延长了发酵时间。申请号200810064422.X，名称为《马铃薯薯渣液态发酵生产细胞蛋白的工艺方法》，该发明利用马铃薯渣在液态条件下利用多种菌种作为混合菌群，进行液态发酵制得蛋白饲料。
综上所述，利用马铃薯渣生物发酵生产饲料在目前虽取得进展，但现有技术中仍存在以下不足之处：①、大多技术对马铃薯加工企业生产后废渣进行生物发酵生产饲料，但对马铃薯加工企业产生废水未得到综合利用；由于马铃薯淀粉生产中产生的废水含有较多的营养物质是良好的微生物培养基，直接排放造成资源浪费；淀粉生产时间主要为秋季，气温较高，产生的废水容易腐败发臭，极易造成严重的环境污染。②、马铃薯的鲜薯渣含水量极高，对马铃薯渣生物发酵生产饲料需进行脱水处理，但薯渣成胶团状态，脱水或烘干时能耗较高，采用脱水处理会增加生产步骤，提高生产成本。③、固体发酵均采用传统种曲接种，传统固态发酵方式制备种曲占地面积大，制曲时间长，劳动强度高，不仅增加生产成本，不适合规模化生产，而且还易染杂菌，产生风险较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合利用马铃薯加工后的废水、废渣制备菌体蛋白饲料的方法；该方法以马铃薯加工后废水、废渣和秸秆为原料，采用液体制种、固体发酵的方式，通过微生物转化作用降解秸秆与废渣中纤维素，提高饲料蛋白含量，发酵后制备颗粒型菌体蛋白饲料；所得的菌体蛋白饲料蛋白质含量高，改善了饲料的适口性，既节约能源，又简化生产工艺，克服了现有技术的不足。
为实现所述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用马铃薯加工后的废水、废渣制备菌体蛋白饲料的方法；具体方法的步骤如下：（在以下叙述中，除特殊说明外，百分比浓度均为重量百分比浓度）
A、秸秆预处理：将农作物秸秆去尘后铡切为2～5cm碎块，通过蒸汽爆破预处理，条件为物料密度150 Kg/m3，压力为0.8～2.8大气压、保压时间60～240S；
B、微生物菌种：纤维素降解菌种为枯草芽孢杆菌,氮素转化菌为热带假丝酵母，增加适口性菌种为醋酸杆菌；
C、液体发酵制种：将枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母和醋酸杆菌接入液体种子发酵培养基，发酵菌种通过液体深层发酵制备，发酵温度28～30℃,培养时间26～48h；液体种子发酵培养基为马铃薯加工后的废水中添加淀粉2～4％，玉米蛋白粉4～8％，硫酸铵0.5～1％；枯草芽孢杆菌接种量为1%，热带假丝酵母接种量为1.2%，醋酸杆菌接种量为1.5%；
D、固体发酵制种：将经汽爆处理后的作物秸秆与马铃薯渣混合后，添加一定量麸皮、玉米蛋白粉和硫酸铵作为固体培养基，配料比例为马铃薯渣42～54％，预处理秸秆28～36％，玉米蛋白粉8～10％，麸皮6～8％，硫酸铵4～8%；固体培养基蒸汽灭菌后进行接入固体发酵菌种，接种量为固体培养基干基重量的10～20%，发酵时固体培养基含水量为65％，温度为32～38℃，放置于隔断式多层固体发酵床发酵48～72h；
E、造粒、干燥、整粒：将发酵后产物进行造粒、干燥、整粒制得颗粒型菌体蛋白饲料成品。
所述制备方法的步骤A中农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆。
本发明与现有技术相比，具有的优点是：
⑴、本发明所需的原料来源广，价格低，容易形成生产规模，制得的菌体蛋白饲料蛋白含量较高，适口性明显得到改善，富含益生菌及酶制剂；本发明不仅变废为宝，节约饲料用粮，降低能源消耗，而且及时消除了废弃物对环境的污染，给淀粉加工企业带来一定的经济效益。
⑵、本发明采用发酵前对秸秆进行蒸汽爆破预处理的技术，蒸汽爆破技术是一种新型木质纤维素预处理方法，用蒸汽将物料加热到160～260℃，突然减至常压；采用汽爆技术改变秸秆纤维原料超分子结构，增加其可及度，为微生物对纤维素的高效转化奠定基础；蒸汽爆破的过程秸秆中半纤维素大部分降解为还原糖,可作为微生物生长碳源；蒸汽爆破后秸秆木质素对纤维素的包裹作用被破坏,并造成纤维素分子间晶体结构解体，有利于微生物对纤维素的转化。
⑶、本发明采用将汽爆处理后干燥秸秆加入马铃薯鲜薯渣，由于马铃薯鲜薯渣含水量极高，而薯渣成胶固状态，脱水能耗又较高，而干燥秸秆恰好能吸收鲜渣水分，使固体发酵基水分含量满足发酵需要，省去了薯渣脱水环节，简化了生产工艺，降低了生产成本。
⑷、本发明发酵菌种通过液体深层发酵获得，不仅充分利用马铃薯加工企业产生废水，而且制种占地面积小，生产效率高，适合工业化生产。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明
实施例1
1、将秸秆去尘后利用铡草机将其铡为2-5cm碎块，使用数控立式连续汽爆机汽爆，在物料密度150 Kg/m3、1.8个大气压、保压时间120S条件下汽爆。
2、将马铃薯加工后产生废水1000Kg添加20Kg淀粉，40Kg玉米蛋白粉，5Kg硫酸铵；将枯草芽孢杆菌10Kg、热带假丝酵母12Kg和醋酸杆菌15Kg接入液体种子发酵培养基，发酵温度30℃培养26h为固体发酵菌种。
3、将经汽爆处理后的作物秸秆与马铃薯渣混合后，添加一定量麸皮、玉米蛋白粉和硫酸铵作为固体培养基，具体配料比例为马铃薯渣42％，预处理秸秆40％，玉米蛋白粉8％，麸皮6％，硫酸铵4%；固体培养基蒸汽灭菌后进行接入固体发酵菌种，接种量为固体培养基干基重量的10％，发酵时固体培养基含水量为65％，温度为34℃，放置于隔断式多层固体发酵床发酵48h。
4、发酵后饲料通过造粒、干燥、整粒制得颗粒型菌体蛋白饲料；该饲料适口性好，蛋白含量高，富含酶制剂和益生菌。
发酵前后蛋白、纤维素等含量变化见下表：
| 粗蛋白 | 真蛋白 | 粗纤维 | 总磷 | 钙 | 纤维素酶含量 | 有效活菌数 | |
| 发酵前 | 15.9％ | 8.9％ | 24％ | 0.08 | 0.21 | ||
| 发酵后 | 26％ | 13.5％ | 13％ | 0.16 | 0.47 | 32U/g | 1.04×108个/克 |
实施例2
1、将玉米秸秆去尘后利用铡草机将其铡为2-5cm碎块，使用数控立式连续汽爆
机汽爆，在物料密度150 Kg/m3、2.5个大气压、保压时间90S条件下汽爆。
2、将马铃薯加工后产生废水1000Kg添加淀粉30Kg，玉米蛋白粉60Kg，硫酸铵10Kg；将枯草芽孢杆菌10Kg、热带假丝酵母12Kg和醋酸杆菌15Kg接入液体种子发酵培养基，发酵温度30℃培养36h为固体发酵菌种。
3、将经汽爆处理后的作物秸秆与马铃薯渣混合后，添加一定量麸皮、玉米蛋白粉和硫酸铵作为固体发酵培养基，具体配料比例为马铃薯渣46％，预处理秸秆28％，玉米蛋白粉10％，麸皮8％，硫酸铵8%；固体培养基蒸汽灭菌后进行接入固体发酵菌种，接种量为固体培养基干基重量的15％，发酵时固体培养基含水量为65％，温度为32℃，放置于隔断式多层固体发酵床发酵72h。
4、发酵后饲料通过造粒、干燥、整粒制得颗粒型菌体蛋白饲料；该饲料适口性好，蛋白含量高，富含酶制剂和益生菌。
发酵前后蛋白、纤维素等含量变化见下表：
| 粗蛋白 | 真蛋白 | 粗纤维 | 总磷 | 钙 | 纤维素酶含量 | 有效活菌数 | |
| 发酵前 | 22.2％ | 11.6％ | 18.9％ | 0.09 | 0.28 | ||
| 发酵后 | 31％ | 19.2％ | 9.7％ | 0.18 | 0.54 | 56U/g | 4.25×108个/克 |
实施例3
1、将玉米秸秆去尘后利用铡草机将其铡为2-5cm碎块，使用数控立式连续汽爆机汽爆，在物料密度150 Kg/m3、2.8个大气压、保压时间120S条件下汽爆。
2、将马铃薯加工后产生废水1000Kg添加淀粉30Kg，玉米蛋白粉60Kg，硫酸铵10Kg；将枯草芽孢杆菌10Kg、热带假丝酵母12Kg和醋酸杆菌15Kg接入液体种子发酵培养基，发酵温度30℃培养42h为固体发酵菌种。
3、将经汽爆处理后的作物秸秆与马铃薯渣混合后，添加一定量麸皮、玉米蛋白粉和硫酸铵作为固体发酵培养基，具体配料比例为马铃薯渣54％，预处理秸秆30％，玉米蛋白粉6％，麸皮6％，硫酸铵4%；固体培养基蒸汽灭菌后进行接入固体发酵菌种，接种量为固体培养基干基重量的20％，发酵时固体培养基含水量为65％，温度为38℃，放置于隔断式多层固体发酵床发酵72h。
4、发酵后饲料通过造粒、干燥、整粒制得颗粒型菌体蛋白饲料，该饲料适口性好，蛋白含量高，富含酶制剂和益生菌。
发酵前后蛋白、纤维素等含量变化见下表：
| 粗蛋白 | 真蛋白 | 粗纤维 | 总磷 | 钙 | 纤维素酶含量 | 有效活菌数 | |
| 发酵前 | 14.6％ | 6.2％ | 20.8％ | 0.08 | 0.19 | ||
| 发酵后 | 25.4％ | 12.9％ | 10.6％ | 0.15 | 0.38 | 29U/g | 2.04×108个/克 |
Claims (2)
1.一种利用马铃薯加工后的废水、废渣制备菌体蛋白饲料的方法，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：
A、秸秆预处理：将农作物秸秆去尘后铡切为2～5cm碎块，通过蒸汽爆破预处理，条件为物料密度150 Kg/m3，压力为0.8～2.8大气压、保压时间60～240S；
B、微生物菌种：纤维素降解菌种为枯草芽孢杆菌,氮素转化菌为热带假丝酵母，增加适口性菌种为醋酸杆菌；
C、液体发酵制种：将枯草芽孢杆菌、热带假丝酵母和醋酸杆菌接入液体种子发酵培养基，发酵菌种通过液体深层发酵制备，发酵温度28～30℃,培养时间26～48h；液体种子发酵培养基为马铃薯加工后的废水中添加淀粉2～4％，玉米蛋白粉4～8％，硫酸铵0.5～1％；枯草芽孢杆菌接种量为1%，热带假丝酵母接种量为1.2%，醋酸杆菌接种量为1.5%；
D、固体发酵制种：将经汽爆处理后的作物秸秆与马铃薯渣混合后，添加一定量麸皮、玉米蛋白粉和硫酸铵作为固体培养基，配料比例为马铃薯渣42～54％，预处理秸秆28～36％，玉米蛋白粉8～10％，麸皮6～8％，硫酸铵4～8%；固体培养基蒸汽灭菌后进行接入固体发酵菌种，接种量为固体培养基干基重量的10～20%，发酵时固体培养基含水量为65％，温度为32～38℃，放置于隔断式多层固体发酵床发酵48～72h；
E、造粒、干燥、整粒：将发酵后产物进行造粒、干燥、整粒制得颗粒型菌体蛋白饲料成品。
2.根据权利要求1所述的利用马铃薯加工后的废水、废渣制备菌体蛋白饲料的方法，其特征在于所述步骤A中农作物秸秆为小麦秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆。
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