CN102823725B - 固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法 - Google Patents

固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,将木素木霉菌种、产朊假丝酵母菌和酿酒酵母活化、接种、培养、发酵;得到第一液体菌种和第二液体菌种;在玉米浸泡水中加入玉米粉、硫酸铵和磷酸二氢钾,调节pH值,蒸汽灭菌;得液体培养液;将挤干的湿玉米皮渣与麸皮、玉米浆、豆粕、稻糠和尿素搅拌均匀,调节pH值,得发酵原料基料;将液体培养液和发酵原料基料混匀后接种,进行发酵,持续搅拌并送入新鲜空气,同时加入无机盐,并混合均匀;在低于55℃的温度下烘干发酵的物料,制得生物蛋白饲料。本方法利用湿法玉米生产淀粉过程中产生的湿玉米皮渣和玉米浸泡水生产生物蛋白饲料,提高附加值,降低成本。

Description

固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法
技术领域
本发明属于生物技术领域,涉及一种生物蛋白饲料的生产方法,具体涉及一种利用玉米淀粉生产后的玉米浸泡废水、皮渣通过生物技术发酵生产生物蛋白饲料的方法。
背景技术
玉米淀粉生产过程中会产生大量的玉米纤维皮渣(一般1吨玉米产出含水分2~10%的玉米皮渣120~140kg)。检测发现,玉米纤维皮渣中含有大量纤维素、半纤维素、果胶质,以及淀粉、蛋白质、维生素和矿物质元素等多种营养元素。由于玉米皮渣可降解利用程度低,所以只作为反刍动物饲料的普通原料廉价出售,产品附加值低。
而湿法玉米生产淀粉的浸泡工序会产生大量的玉米浸泡水,一般1吨玉米会产出0.8~1.1吨玉米浸泡水。玉米浸泡水外观呈黄色,有特定的气味,浓度为5~8波美度,干物含量6~8%,蛋白含量40%以上,化学需氧量COD含量为80000~100000mg/L。淀粉行业内处理玉米浸泡水的方法基本上都是将低浓度的浸泡水浓缩至20波美度以上,再加入玉米纤维中,做为蛋白饲料,或者供给发酵工厂作为发酵营养素。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,综合利用玉米皮渣和玉米浸泡水,提高玉米皮渣的附加值,降低生产成本。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,利用湿法玉米生产淀粉过程中产生的湿玉米皮渣和玉米浸泡水生产生物蛋白饲料,提高附加值,降低成本,该方法具体按以下步骤进行:
步骤1:将木素木霉菌种活化后接种到装有5ml麦芽汁的大试管中,28℃摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的液体菌种发酵罐发酵,得到第一液体菌种;
将产朊假丝酵母菌和酿酒酵母活化后一起接种到5ml麦芽汁的大试管中,28℃摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的另一液体菌种发酵罐发酵,得到第二液体菌种;
按1升湿法玉米生产淀粉工艺中产生的玉米浸泡水中加入5~7.5g玉米粉、1~2g硫酸铵和0.5~1g磷酸二氢钾的比例,分别将玉米粉、硫酸铵和磷酸二氢钾加入该玉米浸泡水中,得到混合液,调节该混合液的pH值为5.5~6.5,在120℃~125℃下蒸汽灭菌20~30min,冷却得到液体培养液;
挤干湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣,得白纤维;按重量百分比,分别取该白纤维75~80%、麸皮3%~5%、玉米浆10%~15%、豆粕0.5~1%、稻糠3~5%和尿素0.6~1%,各组份总量100%;将白纤维、麸皮、豆粕、玉米浆、稻糠和尿素搅拌均匀,调节pH值为5.5~6.5,得到发酵原料基料;
步骤2:按质量比1:5~8,分别取液体培养液和发酵原料基料,混匀,得到固态发酵培养基;在28~30℃的温度下,利用压差法将第一液体菌种和第二液体菌种接入该固态发酵培养基,第一液体菌种与第二液体菌种的接种比例为1:2,两种液体菌种的接种总量为固态发酵培养基的5~8%。
步骤3:在28~30℃的温度下,对接种后的固态发酵培养基进行发酵,发酵过程中持续搅拌并持续送入新鲜空气,同时加入质量为接种后的固体发酵培养基总质量1~2%的无机盐,并混合均匀,发酵36~38小时;
步骤4:在低于55℃的温度下烘干发酵后的物料,制得生物蛋白饲料。
本发明生产方法综合利用淀粉行业中产生的玉米皮渣和玉米浸泡水,利用生物技术进行深度发酵,将玉米皮渣的蛋白含量提高2.5~3倍,菌体蛋白活菌数达5亿个/克以上,充分利用玉米淀粉生产中产生的废渣和废水,生产出符合要求的生物蛋白饲料,提高了产品的附加值,而且降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明生产方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
为了充分利用玉米淀粉生产过程中产生的玉米皮渣和玉米浸泡水,提高产品的附加值,降低生产成本,本发明提供了一种用玉米皮渣和玉米浸泡水生产生物蛋白饲料的方法,固态发酵纤维皮渣,可使蛋白饲料中的蛋白含量提高到玉米皮渣蛋白含量的2.5~3倍,菌体蛋白活菌数大5亿个/克以上,降低生产成本,提高产品附加值。该生产方法的工艺流程图,如图1所示,具体按以下步骤进行:
步骤1:将木素木霉菌种活化后接种到装有5ml麦芽汁的大试管中,28℃摇床(转速为220r/min)培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,将其全部接入装有5L液体培养液的一个灭菌后的液体菌种发酵罐进行发酵培养,培养温度28~30℃,培养时间16h,得到第一液体菌种;
将产朊假丝酵母菌和酿酒酵母活化后一起接种到5ml麦芽汁的大试管中,28℃摇床(转速为220r/min)培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,将其全部接入装有5L液体培养液的另一灭菌后的液体菌种发酵罐进行发酵培养,培养温度28~30℃,培养时间16h,得到第二液体菌种;
取湿法玉米生产淀粉工艺中浸泡工序产生的玉米浸泡水,按1升该玉米浸泡水中加入5~7.5g玉米粉、1~2g硫酸铵和0.5~1g磷酸二氢钾的比例,分别将玉米粉、硫酸铵和磷酸二氢钾加入该玉米浸泡水中,得到混合液,用1%石灰水调节该混合液的pH值为5.5~6.5,在120℃~125℃下蒸汽灭菌20~30min,冷却得到液体培养液;
将湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣,即玉米纤维通过纤维皮渣挤干机挤干,得到含水量为55~60%的白纤维;按重量百分比,分别取挤干机挤干后的白纤维75~80%、麸皮3%~5%、玉米浆10%~15%(玉米浆的浓度在40%-42%)、豆粕0.5~1%、稻糠3~5%和尿素0.6~1%,各组份总量100%;将玉米皮送入发酵槽,加入麸皮、豆粕、玉米浆、稻糠和尿素混合均匀的混合物,搅拌均匀后,用1%石灰水调节pH值为5.5~6.5,得到发酵原料基料。
原辅料质量要求如下:
管束干燥前白纤维为淡黄色细屑状,无霉变异味;水分含量为55~60%;粗蛋白含量为8~10%。
麸皮为细碎屑状,色泽新鲜一致,无发酵、霉变、结块及异味异臭;水分含量≤13.0%。
豆粕为淡黄色粉末,无虫蛀霉变;水分含量≥12.0%;蛋白质含量≥42.0%;灰分≤7.0%;脂肪含量≥4.0%。
稻糠无发霉变质现象。
玉米粉的细度(60目)≥80%;含沙量≤0.03%;水分含量≤14.0%;脂肪酸值≤80mgKOH/100g(以湿基计)。
玉米浆为黄褐色或褐色粘稠液体,20~22波美度,其中的干物质含量为40~50%,蛋白质含量≥40%,溶磷≥8000μg/ml。
此段无内容。
此段无内容。
此段无内容。
步骤2:按质量比1:5~8,将液体培养液和发酵原料基料加入固态发酵设备,混匀,得到固态发酵培养基,然后利用压差法将第一液体菌种和第二液体菌种接入该固态发酵培养基,第一液体菌种与第二液体菌种的接种比例为1:2,接种温度为28~30℃,两种液体菌种的接种总量为固态发酵培养基的5~8%。
步骤3:在整个发酵过程中,发酵温度保持在28~30℃,对固态发酵设备中的物料持续进行搅拌并持续送入新鲜空气,同时在固体发酵设备中加入质量为固体发酵设备中物料总质量1~2%的无机盐,并混合均匀;发酵36~38小时,使粗蛋白含量≥18%,即为发酵完成;
无机盐采用硫酸镁、磷酸氢钙或氯化钠,或者采用其中的两种,或者采用三种的组合;当采用两种或三种的组合时,该两种或三种之间为任意比例。
此段无内容。
此段无内容。
此段无内容。
步骤4:在低于55℃的温度下烘干发酵后的物料,制得生物蛋白饲料。
本发明方法采用木素木霉菌、产朊假丝酵母菌和酿酒酵母作为发酵菌,其中木素木霉菌可降解纤维素和淀粉,酵母菌主要利用糖源在生产过程中生长产生大量的菌体蛋白,用以提高饲料中蛋白含量,而且酿酒酵母在发酵过程中产生的醇香味还可以提高饲料的适口性。湿玉米浸泡水为玉米淀粉生产过程中的下脚料,其主要成分为可溶性蛋白质及其降解物,如肽类、各种氨基酸和丰富的矿物元素、其他含有乳酸(指浸泡液中含有大量的乳酸菌),有很高的营养价值,所以发酵过程中加入,可提高发酵效果。利用其做为饲料生产原辅料,其生产成本低,还可以减少外排废水处理成本和降低环境污染。
采用本发明方法制成的饲料,富含各种维生素及活菌细胞,菌体蛋白活菌数达5亿个/克以上,将作为反刍动物饲料的普通玉米皮渣的蛋白含量提高2.5~3倍,同时,为了保持饲料的活性,不损失其营养成分,在低于55℃的低温下烘干。
实施例1
将木素木霉菌种活化后接种到装有5ml麦芽汁的大试管中,28℃、转速为220r/min摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的液体菌种发酵罐28℃发酵16h,得到第一液体菌种;将产朊假丝酵母菌和酿酒酵母活化后一起接种到5ml麦芽汁的大试管中,28℃、转速为220r/min摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的另一液体菌种发酵罐30℃发酵16h,得到第二液体菌种。取湿法玉米生产淀粉工艺中浸泡工序产生的玉米浸泡水,按1升该玉米浸泡水中加入5g玉米粉、1g硫酸铵和1g磷酸二氢钾的比例,分别将玉米粉、硫酸铵和磷酸二氢钾加入该玉米浸泡水中,得到混合液,用1%石灰水调节该混合液的pH值为5.5,在120℃下蒸汽灭菌30min,冷却得到液体培养液。将湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣,即玉米纤维通过纤维皮渣挤干机挤干,得到含水量为55%的白纤维;按重量百分比,分别取该挤干机挤干后白纤维75%、麸皮5%、浓度为40%的玉米浆15%、豆粕1%、稻糠3%和尿素1%;将玉米皮送入发酵槽,加入麸皮、豆粕、玉米浆、稻糠和尿素混合均匀的混合物,搅拌均匀后,用1%左右的石灰水调节pH值为6.5,得到发酵原料基料。按质量比1:5,将液体培养液和发酵原料基料混匀,得到固态发酵培养基,然后利用压差法将第一液体菌种和第二液体菌种接入该固态发酵培养基,第一液体菌种与第二液体菌种的接种比例为1:2,接种温度为28℃,两种液体菌种的接种总量为固态发酵培养基的5%。在30℃的温度下对接种后的固态发酵培养基进行发酵,发酵过程中持续进行搅拌并持续送入新鲜空气,同时加入质量为接种后的固态发酵培养基总质量1%的硫酸镁,并混合均匀,发酵36小时;在低于55℃的温度下烘干发酵后的物料,制得生物蛋白饲料。
该生物蛋白饲料的理化指标,如表1所示。
表1   实施例1制得的生物蛋白饲料的理化指标
序号 项目 指标
1 粗蛋白含量 18~24%
2 有效微生物菌数 ≥2×1010个/克
3 pH 4.5~5.5
4 水份 ≤14%
    从表1可以看出,该生物蛋白饲料中的粗蛋白含量和有效微生物菌数均远远大于湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣中的粗蛋白含量和有效微生物菌数,提高了产品附加值高,而且生产成本低。
实施例2
将木素木霉菌种活化后接种到装有5ml麦芽汁的大试管中,28℃、转速为220r/min摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的液体菌种发酵罐30℃发酵16h,得到第一液体菌种;将产朊假丝酵母菌和酿酒酵母活化后一起接种到5ml麦芽汁的大试管中,28℃、转速为220r/min摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的另一液体菌种发酵罐29℃发酵16h,得到第二液体菌种;取湿法玉米生产淀粉工艺中浸泡工序产生的玉米浸泡水,按1升该玉米浸泡水中加入7.5g玉米粉、1.5g硫酸铵和0.5g磷酸二氢钾的比例,分别将玉米粉、硫酸铵和磷酸二氢钾加入该玉米浸泡水中,得到混合液,用1%石灰水调节该混合液的pH值为6.5,在125℃下蒸汽灭菌20min,冷却得到液体培养液;将湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣,即玉米纤维通过纤维皮渣挤干机挤干,得到含水量为60%的白纤维;按重量百分比,分别取该白纤维80%、麸皮4%、浓度为42%的玉米浆10%、豆粕0.8%、稻糠4.4%和尿素0.8%;将玉米皮送入发酵槽,加入麸皮、豆粕、玉米浆、稻糠和尿素混合均匀的混合物,搅拌均匀后,用1%石灰水调节pH值为5,得到发酵原料基料。按质量比1:8,将液体培养液和发酵原料基料混匀,得到固态发酵培养基,然后利用压差法将第一液体菌种和第二液体菌种接入该固态发酵培养基,第一液体菌种与第二液体菌种的接种比例为1:2,接种温度为30℃,两种液体菌种的接种总量为固态发酵培养基的6.5%。在28℃下对接种后的固态发酵培养基进行发酵,发酵过程中持续进行搅拌并持续送入新鲜空气,同时加入质量为接种后的固态发酵培养基总质量2%的磷酸氢钙,并混合均匀;发酵38小时;在低于55℃的温度下烘干发酵后的物料,制得生物蛋白饲料。
本发明方法采用木素木霉菌、产朊假丝酵母菌和酿酒酵母作为发酵菌,其中木素木霉菌可降解纤维素和淀粉,酵母菌主要利用糖源在生产过程中生长产生大量的菌体蛋白,用以提高饲料中蛋白含量,而且酿酒酵母在发酵过程中产生的醇香味还可以提高饲料的适口性。湿玉米浸泡水为玉米淀粉生产过程中的下脚料,利用其做为饲料生产原辅料,其生产成本低,还可以减少外排废水处理成本和降低环境污染。其主要成分为可溶性蛋白质及其降解物,如肽类、各种氨基酸和丰富的矿物元素、其他含有乳酸,有很高的营养价值,所以发酵过程中加入,可提高发酵效果。
该生物蛋白饲料的理化指标,如表2所示。
表2   实施例2制得的生物蛋白饲料的理化指标
序号 项目 指标
1 粗蛋白含量 18~24%
2 有效微生物菌数 ≥2×1010个/克
3 pH 4.5~5.5
4 水份 ≤14%
    从表2可以看出,该生物蛋白饲料中的粗蛋白含量和有效微生物菌数均远远大于湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣中的粗蛋白含量和有效微生物菌数,提高了产品附加值高,而且生产成本低。
实施例3
将木素木霉菌种活化后接种到装有5ml麦芽汁的大试管中,28℃、转速为220r/min摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的液体菌种发酵罐29℃发酵16h,得到第一液体菌种;将产朊假丝酵母菌和酿酒酵母活化后一起接种到5ml麦芽汁的大试管中,28℃、转速为220r/min摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的另一液体菌种发酵罐29℃发酵16h,得到第二液体菌种;取湿法玉米生产淀粉工艺中浸泡工序产生的玉米浸泡水,按1升该玉米浸泡水中加入6.5g玉米粉、1.5g硫酸铵和0.75g磷酸二氢钾的比例,分别将玉米粉、硫酸铵和磷酸二氢钾加入该玉米浸泡水中,得到混合液,用1%石灰水调节该混合液的pH值为5,在122.5℃下蒸汽灭菌25min,冷却得到液体培养液;将湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣,即玉米纤维通过纤维皮渣挤干机挤干,得到含水量为58%的白纤维;按重量百分比,分别取挤干机挤干后的白纤维78.4%、麸皮3%、浓度为41%的玉米浆12.5%、豆粕0.5%、稻糠5%和尿素0.6%;将玉米皮送入发酵槽,加入麸皮、豆粕、玉米浆、稻糠和尿素混合均匀的混合物,搅拌均匀后,用1%石灰水调节pH值为5.5,得到发酵原料基料。按质量比1:6.5,将液体培养液和发酵原料基料加入固态发酵设备,混匀,得到固态发酵培养基,然后利用压差法将第一液体菌种和第二液体菌种接入该固态发酵培养基,第一液体菌种与第二液体菌种的接种比例为1:2,接种温度为29℃,两种液体菌种的接种总量为固态发酵培养基的8%。在29℃下对接种后的固态发酵培养基进行发酵,发酵过程中持续进行搅拌并持续送入新鲜空气,同时加入质量为接种后的固体发酵培养基总质量1.5%的氯化钠,并混合均匀;发酵37小时;在低于55℃的温度下烘干发酵后的物料,制得生物蛋白饲料。
实施例4
    按实施例1的方法制备生物蛋白饲料,只是在发酵接种后的固体发酵培养基时加入质量为接种后的固体发酵培养基总质量1%的氯化钠和硫酸镁的混合物。
实施例5
按实施例2的方法制备生物蛋白饲料,只是在发酵接种后的固体发酵培养基时加入质量为接种后的固体发酵培养基总质量2%的硫酸镁和磷酸氢钙的混合物。
实施例6
按实施例3的方法制备生物蛋白饲料,只是在发酵接种后的固体发酵培养基时加入质量为接种后的固体发酵培养基总质量1.5%的磷酸氢钙和氯化钠的混合物。
实施例7
按实施例1的方法制备生物蛋白饲料,只是在发酵接种后的固体发酵培养基时加入质量为接种后的固体发酵培养基总质量1.5%的无机盐,该无机盐由硫酸镁、磷酸氢钙和氯化钠组成。

Claims (6)

1.一种固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,利用湿法玉米生产淀粉过程中产生的湿玉米皮渣和玉米浸泡水生产生物蛋白饲料,提高附加值,降低成本,其特征在于,该方法具体按以下步骤进行:
步骤1:将木素木霉菌种活化后接种到装有5ml麦芽汁的大试管中,28℃摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的液体菌种发酵罐发酵,得到第一液体菌种;
将产朊假丝酵母菌和酿酒酵母活化后一起接种到5ml麦芽汁的大试管中,28℃摇床培养20h,然后以5%接种量接种于装有500ml麦芽汁的三角瓶中,28℃摇床培养20h,接入灭菌后的另一液体菌种发酵罐发酵,得到第二液体菌种;
按1升湿法玉米生产淀粉工艺中产生的玉米浸泡水中加入5~7.5g玉米粉、1~2g硫酸铵和0.5~1g磷酸二氢钾的比例,分别将玉米粉、硫酸铵和磷酸二氢钾加入该玉米浸泡水中,得到混合液,调节该混合液的pH值为5.5~6.5,在120℃~125℃下蒸汽灭菌20~30min,冷却得到液体培养液;
挤干湿法玉米生产淀粉后的湿玉米皮渣,得白纤维;按重量百分比,分别取该白纤维75~80%、麸皮3%~5%、玉米浆10%~15%、豆粕0.5~1%、稻糠3~5%和尿素0.6~1%,各组份总量100%;将白纤维、麸皮、豆粕、玉米浆、稻糠和尿素搅拌均匀,调节pH值为5.5~6.5,得到发酵原料基料;
步骤2:按质量比1:5~8,分别取液体培养液和发酵原料基料,混匀,得到固态发酵培养基;在28~30℃的温度下,利用压差法将第一液体菌种和第二液体菌种接入该固态发酵培养基,第一液体菌种与第二液体菌种的接种比例为1:2,两种液体菌种的接种总量为固态发酵培养基的5~8%;
步骤3:在28~30℃的温度下,对接种后的固态发酵培养基进行发酵,发酵过程中持续搅拌并持续送入新鲜空气,同时加入质量为接种后的固体发酵培养基总质量1~2%的无机盐,并混合均匀,发酵36~38小时;
步骤4:在低于55℃的温度下烘干发酵后的物料,制得生物蛋白饲料。
2.如权利要求1所述的固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,其特征在于,所述步骤1中摇床的转速为220r/min。
3.如权利要求1所述固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,其特征在于,所述步骤1中用1%石灰水调节pH值。
4.如权利要求1所述固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,其特征在于,所述步骤1中挤干得到含水量为55~60%的白纤维。
5.如权利要求1所述固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,其特征在于,所述步骤1中玉米浆的浓度为40~42%。
6.如权利要求1所述固态发酵纤维皮渣生产生物蛋白饲料的方法,其特征在于,所述步骤3中的无机盐采用硫酸镁、磷酸氢钙或氯化钠,或者采用其中的两种,或者采用三种的组合;当采用两种或三种的组合时,该两种或三种之间为任意比例。
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