CN102511650B - 一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法，用离心机将酒精酵母发酵菊芋生产乙醇蒸馏后的糟液固液分离，获得糟渣，然后将离心所得清液通过加热浓缩使其总糖含量达到30%以上；将糟渣、清液浓缩液和麸皮混和，添加尿素、接入马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母的混合菌种，30℃培养5d，培养结束后，80℃恒温至干燥，粉碎制得菊芋糟液蛋白饲料。本发明利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料，解决了菊芋原料燃料乙醇生产废弃物处理及资源化利用的问题，降低了菊芋原料燃料乙醇生产的废物排放，减轻了对环境的污染，提高了菊芋糟液的饲料价值。
Description
技术领域
本发明涉及菊芋生产乙醇后的废糟渣的回收利用，具体的说是一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法。
背景技术
面对石油资源的日益减少，不断加剧的能源危机和造成的环境污染，世界各国都在寻求以可再生、清洁的能源替代化石能源。以生物质为原料发酵生产的燃料乙醇是一种可再生、清洁的能源。在我国，燃料乙醇主要由玉米生产，然而由于玉米乙醇以粮食为原料，须占用大量耕地，与国家粮食安全存在矛盾，我国已叫停粮食乙醇的开发，要求今后生物燃料的发展必须满足不占用耕地、不消耗粮食和不破坏生态环境为前提。
在这方面，菊芋具有独特的优势：一是菊芋抗逆性强，耐贫瘠，耐寒，耐旱，特别适合在沙漠、滩涂、盐碱荒地等非农业耕地种植，不与粮争地；二是产量高，其块茎干物质亩产可达1.2吨以上，超过玉米生物量单产水平，与甘薯的产量相当；菊芋块茎的菊粉含量很高，可占干重的80%左右，比甘蔗高出30%；三是菊粉是由D-呋喃果糖经β-2,1-糖苷键聚合而成的一种果聚糖，呈直链结构，末端常含有一个葡萄糖基，易于转化为可发酵的单糖，不需液化，节省能耗。因此，菊芋作为一种新型的能源植物，由于其优异的经济、环保和能源开发价值，日益受到广泛的关注和重视。
利用菊芋为原料，采用酒精酵母发酵生产乙醇后会获得大量的废弃液，即菊芋糟液。菊芋糟液中含有丰富营养物质，如蛋白质和糖，具有很高营养价值及开发价值，同时由于菊芋糟液属于高浓度有机废水，不经处理直接排放，不仅浪费了宝贵的资源，还会对生态环境造成严重的影响。
目前，对淀粉质原料酒糟的综合利用主要是直接把酒糟干燥生产饲料，或是用来进行沼气发酵和生产饲料酵母。由于菊芋糟液蛋白含量低，直接干燥制成饲料营养价值偏低，而进行沼气发酵所需的设备较复杂，建设投资高，且废水中主要含有菊粉，产甲烷细菌不能利用菊粉，需先把菊粉分解成单糖才能进行沼气发酵，增加了发酵环节，因此，我们针对菊芋原料燃料乙醇生产过程中产生的废弃物主要是蒸馏乙醇后的高固含率废水，含有大量纤维素和菊粉的特点，接入饲料酵母进行固态发酵生产蛋白饲料。
发明内容
为解决现有技术中废糟渣和酒糟滤液回收利用中存在的问题，本发明提供了一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法，既解决了废弃物处理及资源化利用的问题，又提高了菊芋糟液的饲料价值，且对环境保护具有十分重要的意义。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法，将菊芋糟渣和麸皮按重量比为8.5~9:1.5~1的比例混合，再加入占菊芋糟渣和麸皮混合后总重量1%的尿素和0.5%的磷酸二氢钾，配制成发酵基质，再按每100g发酵基质中加入上清浓缩液5mL、营养盐液5mL和蒸馏水5mL的比例加入上清浓缩液、营养盐液和蒸馏水，搅拌混匀，用浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至5.5，放入高压灭菌锅内，在121℃条件下灭菌30min，制得固体发酵基质，冷却后在固体发酵基质中接种混合菌液，接种量为5%，灭菌玻璃棒拌匀后，在30℃恒温条件下培养5d，培养结束后，80℃恒温至干燥，粉碎后制得菊芋糟渣蛋白饲料；
所述的菊芋糟渣和上清液浓缩液，其制备方法为：取蒸馏提取乙醇后的糟液，在4500r/min的条件下离心10min，获得沉淀物即为菊芋糟渣；制备过程中获得的上清液加热浓缩，使其含糖量达到30%以上，即为上清液浓缩液；
所述的营养盐液为常规方法配制，其成分为：每升营养盐液中含有MgSO4·7H2O30g、MnSO4·H2O 0.6g、FeSO4·7H2O 0.16g、ZnSO4·7H2O 0.5g和CaCl2 0.7g，溶剂为蒸馏水；
所述的马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母组成的混合菌液，其组成成分的制备分别如下：
所述的马克斯克鲁维酵母种子液的制备过程为：马克斯克鲁维酵母经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温条件下振荡培养72h，即制得马克斯克鲁维酵母种子液；
其中，斜面培养基为常规方法制得，其成分为：每升斜面培养基中含有酵母浸膏5g、牛肉膏8g、葡萄糖10g和琼脂20g，溶剂为蒸馏水，配制好的斜面培养基在使用前需在121℃的条件下灭菌20min；
种子培养基为豆芽汁蔗糖液体培养基，其制作方法为：称新鲜豆芽100g，放入烧杯中，加蒸馏水1000mL，煮沸0.5h，用纱布过滤除去豆芽；将剩余的液体用蒸馏水补足1000mL，再加入蔗糖50g，加热溶化，在121℃条件下灭菌20min，即制得种子培养基；
所述的白地霉种子液的制备过程为：白地霉经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温的条件下振荡培养72h，即制得白地霉种子液；
其中，斜面培养基为马铃薯葡萄糖琼脂培养基，其制备步骤为：取马铃薯洗净去皮，再称取200g，切成小块，加水煮沸20~30min，用八层纱布过滤除去马铃薯后，在过滤液中加入20g葡萄糖和15～20g琼脂，继续加热搅拌至琼脂完全溶解，再补足蒸馏水至1000mL，然后在121℃条件下灭菌20min；
种子培养基为马铃薯葡萄糖液体培养基，其制备步骤为：取马铃薯洗净去皮，再称取200g，切成小块，加水煮沸20~30min，用八层纱布过滤除去马铃薯后，在过滤液中加入20g葡萄糖，继续加热搅拌均匀，冷却后再补足蒸馏水至1000mL，然后在121℃条件下灭菌20min；
所述的产朊假丝酵母种子液的制备过程为：产朊假丝酵母经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温的条件下振荡培养72h；
其中，斜面培养基由常规方法制得，其成分为：每升斜面培养基中含有酵母浸膏5g、牛肉膏8g、葡萄糖10g和琼脂20g，溶剂为蒸馏水，配制好的斜面培养基在使用前需在121℃的条件下灭菌20min；
种子培养基为豆芽汁蔗糖液体培养基，其制作方法为：称新鲜豆芽100g，放入烧杯中，加蒸馏水1000mL，煮沸0.5h，用纱布过滤除去豆芽，然后将剩余的液体用蒸馏水补足1000mL，再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121℃条件下灭菌20min，即制得种子培养基；
将按照上述方法制备的马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母种子液按照体积比为1:1:1混合制成混合菌液。
本发明中，所述的马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母均为常规菌种，在各实验室和微生物保藏中心均可取得。
本发明中，所述的pH自然，即为配制结束后无需加入酸或碱调整其pH值。
有益效果：
1、解决了菊芋原料燃料乙醇生产废弃物处理及资源化利用的问题。
菊芋原料燃料乙醇生产过程中产生的废弃物主要是蒸馏乙醇后的高固含率废水，是一种高浓度有机废水，不加处理会严重污染环境，而对废水进行固液分离，清液经浓缩后与滤渣和麸皮混合，添加适量尿素，接入按体积比1:1:1进行混合的马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母的混合菌种进行发酵生产蛋白饲料，即有效地解决了菊芋原料燃料乙醇生产废弃物处理问题，又对废水中有价值的纤维素和菊粉进行了再利用。
2、降低了菊芋原料燃料乙醇生产的废物排放，减轻了对环境的污染。
本发明提供的以菊芋糟液为原料，采用多菌种组合进行固态发酵生产蛋白饲料的方法能有效减少菊芋原料燃料乙醇生产过程中废水的排放。废水排放的减少则减轻了菊芋原料燃料乙醇产业的发展对环境造成的污染。
3、提高了菊芋糟液的饲料价值。
我国是饲料蛋白严重缺乏的一个国家，长期依靠国外进口鱼粉等蛋白饲料来满足国内需要。菊芋糟液中含有蛋白质，但直接干燥制成饲料营养价值偏低，然而经微生物发酵可将其转化为单细胞蛋白饲料，提高菊芋糟液的营养价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法，具体步骤如下：
一）原材料的制取和菌种的培养：
菊芋糟渣和上清液浓缩液的制备方法为：取蒸馏提取乙醇后的糟液，在4500r/min的条件下离心10min，获得沉淀物即为菊芋糟渣；制备过程中获得的上清液加热浓缩，使其含糖量达到30%以上，即为上清液浓缩液；
配制营养盐液，其成分为：MgSO4·7H2O 30g/L、MnSO4·H2O 0.6g/L、FeSO4·7H2O 0.16g/L、ZnSO4·7H2O 0.5g/L和CaCl2 0.7g/L；
马克斯克鲁维酵母种子液的制备过程为：取马克斯克鲁维酵母，经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温条件下振荡培养72h，即制得马克斯克鲁维酵母种子液；
其中，斜面培养基的成分为：酵母浸膏5g/L、牛肉膏8g/L、葡萄糖10g/L和琼脂20g/L，pH值自然，配制好的斜面培养基在121℃下灭菌20min；
种子培养基为豆芽汁蔗糖液体培养基，其制作方法为：称新鲜豆芽100g，放入烧杯中，加蒸馏水1000mL，煮沸0.5h，用纱布过滤；用蒸馏水水补足原量，再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121℃条件下灭菌20min，即制得种子培养基；
白地霉种子液的制备过程为：取白地霉，经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温的条件下振荡培养72h，即制得白地霉种子液；
其中，斜面培养基为马铃薯葡萄糖琼脂培养基，其制备步骤为：取马铃薯洗净去皮，再称取200g，切成小块，加水煮沸20~30min，用八层纱布过滤后，在过滤液中加入20g葡萄糖和15～20g琼脂，继续加热搅拌至琼脂完全溶解，再补足水分至1000mL，然后在121℃条件下灭菌20min；
种子培养基为马铃薯葡萄糖液体培养基，其制备步骤为：取马铃薯洗净去皮，再称取200g，切成小块，加水煮沸20~30min，用八层纱布过滤后，在过滤液中加入20g葡萄糖，继续加热搅拌均匀，冷却后再补足水分至1000mL，然后在121℃条件下灭菌20min；
产朊假丝酵母种子液的制备过程为：取产朊假丝酵母，经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温的条件下振荡培养72h，即制得产朊假丝酵母种子液；
其中，斜面培养基的成分为：酵母浸膏5g/L、牛肉膏8g/L、葡萄糖10g/L和琼脂20g/L，pH值自然，配制好的斜面培养基在121℃下灭菌20min；
种子培养基为豆芽汁蔗糖液体培养基，其制作方法为：称新鲜豆芽100g，放入烧杯中，加蒸馏水1000mL，煮沸0.5h，用纱布过滤；用蒸馏水水补足原量，再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121℃条件下灭菌20min，即制得种子培养基；
将按照上述方法制备的马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母种子液按照体积比为1:1:1混合制成混合菌液。
二）发酵培养：
将鲜糟渣和麸皮按重量比为9: 1的比例混合，再加入重量为1%的尿素、0.5%的磷酸二氢钾，再按每100g发酵基质中加入上清浓缩液5mL、营养盐液5mL和蒸馏水5mL的比例加入上清浓缩液、营养盐液和蒸馏水，搅拌混匀，再用0.1mol/L的盐酸或氢氧化钠溶液调节pH值至5.5，放入高压灭菌锅内，在121℃条件下灭菌30min，冷却后接种混合菌液，接种量5%，灭菌玻璃棒拌匀后，在30℃恒温条件下培养5d，培养结束后，80℃恒温至干燥，粉碎后制得菊芋糟渣蛋白饲料。
取制得的菊芋糟渣蛋白饲料10g粉碎后溶于蒸馏水中，送入离心机中，以5000r/min的离心速度离心20min，将沉淀物在60℃的条件下烘干，称取2g采用凯氏定氮法测粗蛋白含量。
在发酵前，鲜糟渣和麸皮的粗蛋白含量（%，干重）为15.48%，发酵后制得的菊芋糟渣蛋白饲料的粗蛋白含量（%，干重）为30.83%，发酵后的粗蛋白含量相比发酵前增长了99.16%。
实施例2
一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法，具体步骤如下：
一）原材料的制取和菌种的培养：
原材料的制取和菌种的培养与实施例1中相同；
二）发酵培养：
将鲜糟渣和麸皮按重量比为8.75: 1.25的比例混合，再加入重量为1%的尿素、0.5%的磷酸二氢钾，再按每100g发酵基质中加入上清浓缩液5mL、营养盐液5mL和蒸馏水7.5mL的比例加入上清浓缩液、营养盐液和蒸馏水，搅拌混匀，再用0.1mol/L的盐酸或氢氧化钠溶液调节pH值至5.5，放入高压灭菌锅内，在121℃条件下灭菌30min，冷却后接种混合菌液，接种量5%，灭菌玻璃棒拌匀后，在30℃恒温条件下培养5d，培养结束后，80℃恒温至干燥，粉碎后制得菊芋糟渣蛋白饲料。
取制得的菊芋糟渣蛋白饲料10g粉碎后溶于蒸馏水中，送入离心机中，以5000r/min的离心速度离心20min，将沉淀物在60℃的条件下烘干，称取2g采用凯氏定氮法测粗蛋白含量。
在发酵前，鲜糟渣和麸皮的粗蛋白含量（%，干重）为16.24%，发酵后制得的菊芋糟渣蛋白饲料的粗蛋白含量（%，干重）为30.26%，发酵后的粗蛋白含量相比发酵前增长了86.33%。
实施例3
一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法，具体步骤如下：
一）原材料的制取和菌种的培养：
原材料的制取和菌种的培养与实施例1中相同；
二）发酵培养：
将鲜糟渣和麸皮按重量比为8.5:1.5的比例混合，再加入重量为1%的尿素、0.5%的磷酸二氢钾，再按每100g发酵基质中加入上清浓缩液5mL、营养盐液5mL和蒸馏水10mL的比例加入上清浓缩液、营养盐液和蒸馏水，搅拌混匀，再用0.1mol/L的盐酸或氢氧化钠溶液调节pH值至5.5，放入高压灭菌锅内，在121℃条件下灭菌30min，冷却后接种混合菌液，接种量5%，灭菌玻璃棒拌匀后，在30℃恒温条件下培养5d，培养结束后，80℃恒温至干燥，粉碎后制得菊芋糟渣蛋白饲料。
取制得的菊芋糟渣蛋白饲料10g粉碎后溶于蒸馏水中，送入离心机中，以5000r/min的离心速度离心20min，将沉淀物在60℃的条件下烘干，称取2g采用凯氏定氮法测粗蛋白含量。
在发酵前，鲜糟渣和麸皮的粗蛋白含量（%，干重）为16.91%，发酵后制得的菊芋糟渣蛋白饲料的粗蛋白含量（%，干重）为29.14%，发酵后的粗蛋白含量相比发酵前增长了72.32%。
Claims (1)
1.一种利用菊芋糟渣发酵生产蛋白饲料的方法，其特征在于：将菊芋糟渣和麸皮按重量比为8.5~9:1.5~1的比例混合，再加入占菊芋糟渣和麸皮混合后总重量1%的尿素和0.5%的磷酸二氢钾，配制成发酵基质，再按每100g发酵基质中加入上清浓缩液5mL、营养盐液5mL和蒸馏水5mL的比例加入上清浓缩液、营养盐液和蒸馏水，搅拌混匀，用浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至5.5，放入高压灭菌锅内，在121℃条件下灭菌30min，制得固态发酵基质，冷却后在固态发酵基质中接种混合菌液，接种量为5%，灭菌玻璃棒拌匀后，在30℃恒温条件下培养5d，培养结束后，80℃恒温至干燥，粉碎后制得菊芋糟渣蛋白饲料；
所述的菊芋糟渣和上清液浓缩液，其制备方法为：取蒸馏提取乙醇后的糟液，在4500r/min的条件下离心10min，获得沉淀物即为菊芋糟渣；制备过程中获得的上清液加热浓缩，使其含糖量达到30%以上，即为上清液浓缩液；
所述的营养盐液为常规方法配制，其成分为：每升营养盐液中含有MgSO4·7H2O30g、MnSO4·H2O0.6g、FeSO4·7H2O0.16g、ZnSO4·7H2O 0.5g和CaCl2 0.7g，溶剂为蒸馏水；
所述的马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母组成的混合菌液，其组成成分的制备分别如下：
所述的马克斯克鲁维酵母种子液的制备过程为：马克斯克鲁维酵母经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温条件下振荡培养72h，即制得马克斯克鲁维酵母种子液；
其中，斜面培养基为常规方法制得，其成分为：每升斜面培养基中含有酵母浸膏5g、牛肉膏8g、葡萄糖10g和琼脂20g，溶剂为蒸馏水，配制好的斜面培养基在使用前需在121℃的条件下灭菌20min；
种子培养基为豆芽汁蔗糖液体培养基，其制作方法为：称新鲜豆芽100g，放入烧杯中，加蒸馏水1000mL，煮沸0.5h，用纱布过滤除去豆芽；将剩余的液体用蒸馏水补足1000mL，再加入蔗糖50g，加热溶化，在121℃条件下灭菌20min，即制得种子培养基；
所述的白地霉种子液的制备过程为：白地霉经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温的条件下振荡培养72h，即制得白地霉种子液；
其中，斜面培养基为马铃薯葡萄糖琼脂培养基，其制备步骤为：取马铃薯洗净去皮，再称取200g，切成小块，加水煮沸20~30min，用八层纱布过滤除去马铃薯后，在过滤液中加入20g葡萄糖和15～20g琼脂，继续加热搅拌至琼脂完全溶解，补足蒸馏水至1000mL，然后在121℃条件下灭菌20min；
种子培养基为马铃薯葡萄糖液体培养基，其制备步骤为：取马铃薯洗净去皮，再称取200g，切成小块，加水煮沸20~30min，用八层纱布过滤除去马铃薯后，在过滤液中加入20g葡萄糖，继续加热搅拌均匀，冷却后再补足蒸馏水至1000mL，然后在121℃条件下灭菌20min；
所述的产朊假丝酵母种子液的制备过程为：产朊假丝酵母经斜面培养基活化48～72h，无菌操作条件下，用金属接种环挑取1～2环菌种接种于已灭菌的装液量为50mL/250mL三角瓶种子培养基中，在150r/min、30℃恒温的条件下振荡培养72h，即制得产朊假丝酵母种子液；
其中，斜面培养基由常规方法制得，其成分为：每升斜面培养基中含有酵母浸膏5g、牛肉膏8g、葡萄糖10g和琼脂20g，溶剂为蒸馏水，配制好的斜面培养基在使用前需在121℃的条件下灭菌20min；
种子培养基为豆芽汁蔗糖液体培养基，其制作方法为：称新鲜豆芽100g，放入烧杯中，加蒸馏水1000mL，煮沸0.5h，用纱布过滤除去豆芽，然后将剩余的液体用蒸馏水补足1000mL，再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121℃条件下灭菌20min，即制得种子培养基；
将按照上述方法制备的马克斯克鲁维酵母、白地霉和产朊假丝酵母的种子液按照体积比为1:1:1混合制成混合菌液。
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