CN103564178A - 菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备、制备方法及应用，上述制备设备包括通过输送装置顺次相连的物料破碎装置、水解反应装置、固液分离装置、滤液收集装置、杂质去除装置、无机离子去除装置、复合氨基酸溶液收集装置和干燥装置。制备方法为：将微生物残体破碎后进行水解，将水解反应物进行固液分离，收集滤液；将所得滤液进行杂质去除、无机离子去除，得到复合氨基酸溶液；将所得的复合氨基酸溶液进行干燥，得到菌体复合氨基酸饲料添加剂。将上述饲料添加剂应用于动物饲养。本发明不仅解决了微生物残体处理的问题，还将废物进行资源化，所得饲料添加剂氨基酸含量高，必须氨基酸配比合理，易于吸收，能够很好地促进动物生长发育。

Description

菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备、制备方法及应用

技术领域

本发明属于饲料添加剂制备技术领域，尤其是涉及一种利用微生物残体制备菌体复合氨基酸饲料添加剂的设备和方法，以及该饲料添加剂的应用。

背景技术

随着我国味精、柠檬酸、酶制剂、啤酒、酒精等生物发酵工业的发展，每年产生大量的酵母发酵废液，其菌体含量高，如谷氨酸发酵废液中残留的谷氨酸约为1.2%～1.5%，COD高，氨态氮含量高，pH值一般较低，是一种治理难度很大的工业废水。

随着水体富营养化的加剧，水体藻类，如蓝藻、绿藻等，在很多水域泛滥成灾，使饮用水源受到威胁，其次生代谢产物具有促癌效应，能通过食物链影响人类健康。目前常见的治理方式是将藻类集中打捞后进行破碎、压榨和填埋，少部分粉碎后制成饲料或肥料，但处理成本很高，且长期施用会因大量外源微生物和矿物质的引入造成土壤板结等问题。

城镇污水厂的剩余污泥，随着城市建设的发展，产量逐年递增，大量污泥没有经过无害化处理，即任意排放和堆放，对周围环境造成严重污染，对人类健康造成了很大危害。

酵母发酵废液、富营养化水体中的藻类以及城镇污水处理厂活性污泥等微生物残体的有机质含量高，粗蛋白含量可以达到干重的20%～50%，是重要的生物有机质资源，将这种新的资源加以有效利用，变废为宝，是城市发展的必然方向。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备、制备方法及应用，尤其适用于利用微生物残体制备菌体复合氨基酸饲料添加剂并将该饲料添加剂用于动物饲养。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备，其特征在于：包括通过输送装置顺次相连的物料破碎装置、水解反应装置、固液分离装置、滤液收集装置、杂质去除装置、无机离子去除装置、复合氨基酸溶液收集装置和干燥装置。

上述制备设备还可以采用以下技术措施：

所述水解反应装置为耐高温、耐高压、耐腐蚀的压力容器，并配有加热和搅拌装置。

所述杂质去除装置为离心机或超滤膜过滤装置。

所述无机离子去除装置为反渗透膜过滤机、纳滤膜过滤机或电渗析机。

所述物料破碎装置为高湿物料粉碎机或半湿物料粉碎机；所述固液分离装置为板框压滤机或带式过滤机；所述干燥装置为间歇搅拌干燥机、喷雾干燥机或冷冻干燥机；所述输送装置为螺旋输送机、离心泵或真空泵。

所述滤液收集装置内设有搅拌装置，且其底部为圆形底或锥形底；所述复合氨基酸溶液收集装置的底部为圆形底或锥形底。

本发明还提供一种利用上述制备设备制备菌体复合氨基酸饲料添加剂的方法，包括以下步骤：

（1）将微生物残体破碎后在碱性条件下进行水解，将水解反应物进行固液分离，收集滤液；

（2）将步骤（1）所得滤液进行杂质去除和无机离子去除，得到复合氨基酸溶液；

（3）将步骤（2）所得的复合氨基酸溶液进行干燥，得到菌体复合氨基酸饲料添加剂。

进一步，所述微生物残体取自酵母发酵废液、富营养化水体藻类及城镇污水处理厂活性污泥中的一种或两种以上；

进一步，步骤（1）中所述水解的条件为：pH值为9-13，水解温度为110-130℃，水解时间为2-10小时。

进一步，步骤（2）中所述的去除杂质方式为离心或超滤膜过滤，去除无机离子方式为膜过滤，去除杂质及去除无机离子的条件均为pH值为5-9。

本发明还提供一种利用上述制备方法所制得的菌体复合氨基酸饲料添加剂的应用：所述复合氨基酸饲料添加剂以5%-40%的重量比掺入动物饲料，用于动物饲养。

本发明通过热碱水解的方法，在水解药剂和高温高压的作用下，将微生物残体的细胞壁破碎，使得蛋白质等细胞内容物流出，并分解为分子量很小的肽或游离氨基酸，这类物质的必须氨基酸配比合理，能够被动物高效吸收利用。因此，利用菌体复合氨基酸的这种特性，去除杂质和无机离子后经过干燥制成饲料添加剂。

本发明所提供的设备和方法，能够实现微生物残体的系统化处理，不仅解决了废物排放的问题，还可以使资源再生利用，且制得的饲料添加剂有助于动物的生长发育。

附图说明

图1是本发明实施例1中的制备设备示意图

图2是本发明实施例2中的制备设备示意图

图3是本发明实施例3中的制备设备示意图

图中：

1、物料破碎装置              2、输送装置       3、水解反应装置

4、固液分离装置              5、滤液收集装置   6、无机离子去除装置

7、复合氨基酸溶液收集装置    8、干燥装置       9、杂质去除装置

具体实施方式

本发明的目的是克服现有微生物残体处理技术的不足，将微生物残体经过碱性水解后去除杂质和无机离子，制成高纯度的菌体复合氨基酸饲料添加剂。该饲料添加剂具有氨基酸含量高、必须氨基酸配比合理、容易吸收、富含微量元素等特点，是优良的动物饲料蛋白源添加剂。

如图1、2、3所示，本发明提供一种菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备，包括物料破碎装置1、水解反应装置3、固液分离装置4、滤液收集装置5、杂质去除装置9、无机离子去除装置6、复合氨基酸溶液收集装置7、干燥装置8及输送装置2，物料破碎装置1通过输送装置2与水解反应装置3相连接，水解反应装置3的另一端通过输送装置2与固液分离装置4相连接，固液分离装置4通过输送装置2与滤液收集装置5相连，滤液收集装置5通过输送装置2与杂质去除装置9相连接，杂质去除装置9通过输送装置2与无机离子去除装置6相连接，无机离子去除装置6通过输送装置2与复合氨基酸溶液收集装置7相连接，复合氨基酸溶液收集装置7通过输送装置2与干燥装置8相连接。

水解反应装置3为耐高温、耐高压、耐腐蚀的压力容器，并配有加热和搅拌装置；杂质去除装置9为离心机或超滤膜过滤装置；无机离子去除装置6为反渗透膜过滤机、纳滤膜过滤机或电渗析机；物料破碎装置1为高湿物料粉碎机或半湿物料粉碎机；固液分离装置4为板框压滤机或带式过滤机；干燥装置8为间歇搅拌干燥机、喷雾干燥机或冷冻干燥机；输送装置2为螺旋输送机、离心泵或真空泵；滤液收集装置5内设有搅拌装置，且其底部为圆形底或锥形底；复合氨基酸溶液收集装置7的底部为圆形底或锥形底。

实施例1：

本发明提供一种利用上述菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备，制备菌体复合氨基酸饲料添加剂的方法，包括以下具体步骤：

（1）将微生物残体破碎后在碱性条件下进行水解，水解条件为：PH值为10，水解温度为125℃，反应压力为0.2MP，水解时间为5小时；

将水解反应物进行固液分离，收集滤液，并用硝酸将滤液PH值调至6.5。

本实施例中的微生物残体取自太湖水域的水华藻类，其含水率为95%，干基粗蛋白含量约30%。

（2）利用超滤膜过滤装置中的一种即陶瓷膜过滤机将步骤（1）所得PH为6.5的滤液中的杂质去除，并利用纳滤膜过滤机将无机离子去除，得到复合氨基酸溶液；

（3）将步骤（2）所得的复合氨基酸溶液进行喷雾干燥，得到菌体复合氨基酸饲料添加剂。

粉碎装置可以根据微生物残体的含水率选择，含水率50%以下可用半湿物料粉碎机，含水率高于50%可用湿物料粉碎机，本实施例中微生物残体的含水率为95%，故使用湿物料粉碎机；水解反应装置3为水解反应釜，根据被输送物料的性质可以使用离心泵或螺旋输送机将粉碎后的微生物残体物料输送至水解反应釜中，本实施例中使用离心泵；在水解反应釜中，于中强碱作用下，经过一段时间的高温高压水解反应，获得水解匀浆，因此水解反应装置3是耐高温、耐高压并耐酸碱腐蚀的压力容器，并配有加热装置和搅拌装置；固液分离装置4为板框压滤机，在本实施例中使用离心泵将水解匀浆输送至板框压滤机中进行固液分离，经过固液分离后，得到菌体复合氨基酸溶液和固态残渣；从固液分离装置4出来的菌体复合氨基酸溶液通过离心泵被输送至滤液收集装置5，使用硝酸将滤液收集装置5中的菌体复合氨基酸溶液pH值调至6.5；本实施例中使用离心泵连接滤液收集装置5和杂质去除装置9（本实例中选用陶瓷膜过滤机作为杂质去除装置，过滤膜孔径为0.1μm）；除掉杂质后的菌体复合氨基酸溶液通过离心泵输送至无机离子去除装置6，本实例中选用纳滤膜过滤机；所述复合氨基酸溶液收集装置7和滤液收集装置5的底部均为圆形底；在本实施例中，干燥装置8为喷雾干燥机，使用离心泵将调节pH值并去除杂质和无机离子后的菌体复合氨基酸溶液输送至喷雾干燥机中，干燥后获得菌体复合氨基酸饲料添加剂。

利用上述设备和方法所制成的菌体复合氨基酸饲料添加剂为淡黄色或黄褐色粉末，氨基酸含量大于50%，有机质含量约60%，含有8种动物必须氨基酸，且配比合理，重金属含量Cd：未检出，As：0.5mg/kg，Pb：0.2mg/kg，Hg：0.09mg/kg，Cr：未检出，符合国家《饲料卫生标准》要求。

使用上述所制菌体复合氨基酸饲料添加剂配置猪饲料，在养猪场进行饲养效果实验。实验分为对照组和处理组，每组10头，对照组使用自制猪饲料，配方（质量百分比）为玉米65%、豆粕20%以及麸皮15%，；实验组使用菌体复合氨基酸饲料添加剂替代自制饲料中的豆粕，配方（质量百分比）为玉米70%、菌体复合氨基酸饲料添加剂15%以及麸皮15%；实验组的粗蛋白含量与对照组饲料相同，饲养持续20天。对照组开始时平均体重51.43kg，结束时平均体重65.25kg，平均增重13.82kg，每头猪平均每日增重0.69kg；实验组开始时平均体重50.68kg，结束时平均体重68.32kg，平均增重17.64kg，每头猪平均每日增重0.88kg。

实施例2：

本发明提供一种利用菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备，制备菌体复合氨基酸饲料添加剂的方法，包括以下具体步骤：

（1）将微生物残体破碎后在碱性条件下进行水解，水解条件为：PH值为9，水解温度为110℃，反应压力为0.25MP，水解时间为10小时；

将水解反应物进行固液分离，收集滤液，并用盐酸将滤液PH值调至5。

本实施例中的微生物残体取自某酒厂酒精发酵废液，其含水率为99%,干基粗蛋白含量约为25%。

（2）利用离心机将步骤（1）所得PH为5的滤液中的杂质去除，并用反渗透膜过滤机将无机离子去除，得到复合氨基酸溶液；

（3）将步骤（2）所得的复合氨基酸溶液进行间歇搅拌干燥，得到菌体复合氨基酸饲料添加剂。

粉碎装置可以根据微生物残体的含水率选择，含水率50%以下可用半湿物料粉碎机，含水率高于50%可用湿物料粉碎机，本实施例中微生物残体的含水率为99%，故使用湿物料粉碎机；水解反应装置3为水解反应釜，根据被输送物料的性质可以使用离心泵或螺旋输送机将粉碎后的微生物残体物料输送至水解反应釜中，本实施例中使用离心泵；在水解反应釜中，于中强碱作用下，经过一段时间的高温高压水解反应，获得水解匀浆，因此水解反应装置3是耐高温、耐高压并耐酸碱腐蚀的压力容器，并配有加热装置和搅拌装置；固液分离装置4为带式过滤机，在本实施例中使用离心泵将水解匀浆输送至带式过滤机中进行离心固液分离，经过固液分离后，得到菌体复合氨基酸溶液和固态残渣；从固液分离装置4出来的菌体复合氨基酸溶液通过离心泵被输送至滤液收集装置5；使用盐酸将滤液收集装置5中的菌体复合氨基酸溶液pH值调至5；本实施例中使用离心泵连接滤液收集装置5和杂质去除装置9（本实例中选用离心机作为杂质去除装置，离心机转速为15000rpm）；除掉杂质后的菌体复合氨基酸溶液通过离心泵输送至无机离子去除装置6去除无机离子得到复合氨基酸溶液，并通过离心泵输送至复合氨基酸溶液收集装置7，本实例中使用反渗透膜过滤机作为无机离子去除装置；所述复合氨基酸溶液收集装置7和滤液收集装置5的底部均为锥形底；在本实施例中，干燥装置8为间歇搅拌干燥机，使用离心泵将调节pH值后的菌体复合氨基酸溶液输送至间歇搅拌干燥机中，干燥后获得菌体复合氨基酸饲料添加剂。

利用上述设备和方法所制成的菌体复合氨基酸饲料添加剂为淡黄色或黄褐色粉末，氨基酸含量大于55%，有机质含量约63%，含有8种动物必须氨基酸，且配比合理，重金属含量Cd：未检出，As：1.3mg/kg，Pb：5mg/kg，Hg：未检出，Cr：未检出，符合国家《饲料卫生标准》要求。

使用上述所制菌体复合氨基酸饲料添加剂配置鲫鱼饲料，在鲫鱼养殖场进行饲养效果实验。实验分为对照组和处理组，每组50尾，对照组使用自制鲫鱼饲料，配方（质量百分比）为鱼粉15%、豆粕35%、次粉30%、棉籽粕10%植物油5%、预混料5%；实验组使用菌体复合氨基酸饲料添加剂替代自制饲料中的豆粕和部分鱼粉，配方（质量百分比）为鱼粉10%、菌体复合氨基酸饲料添加剂40%、次粉30%、棉籽粕10%植物油5%、预混料5%；实验组的粗蛋白含量与对照组饲料相同，饲养持续25天。两组成活率均为100%，对照组开始时平均体重75.33g，结束时平均体重86.16g，平均增重10.83g；实验组开始时平均体重75.41g，结束时平均体重90.45g，平均增重15.04g。

实施例3：

本发明提供一种利用菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备，制备菌体复合氨基酸饲料添加剂的方法，包括以下具体步骤：

（1）将微生物残体破碎后在碱性条件下进行水解，水解条件为：PH值为13，水解温度为130℃，反应压力为0.28MP，水解时间为2小时；

将水解反应物进行固液分离，并用硫酸将滤液PH值调至9。

本实施例中的微生物残体取自天津市塘沽区新河污水处理有限公司的活性污泥，其含水率为80%，干基粗蛋白含量约23%。

（2）利用离心机将步骤（1）所得PH为9的滤液中的杂质去除，并利用电渗析机将无机离子去除，得到复合氨基酸溶液；

（3）将步骤（2）所得的复合氨基酸溶液进行冷冻干燥，得到菌体复合氨基酸饲料添加剂。

粉碎装置可以根据微生物残体的含水率选择，含水率50%以下可用半湿物料粉碎机，含水率高于50%可用湿物料粉碎机，本实施例中微生物残体的含水率为80%，故使用湿物料粉碎机；水解反应装置3为水解反应釜，根据被输送物料的性质可以使用离心泵或螺旋输送机将粉碎后的微生物残体物料输送至水解反应釜中，本实施例中使用螺旋输送机；在水解反应釜中，于中强碱作用下，经过一段时间的高温高压水解反应，获得水解匀浆，因此水解反应装置3是耐高温、耐高压并耐酸碱腐蚀的压力容器，并配有加热装置和搅拌装置；固液分离装置4为板框压滤机，在本实施例中使用离心泵将水解匀浆输送至板框压滤机中进行固液分离，经过固液分离后，得到菌体复合氨基酸溶液和固态残渣；从固液分离装置4出来的滤液通过离心泵被输送至滤液收集装置5，使用硝酸将滤液收集装置5中的滤液pH值调至9；本实施例中使用离心泵连接滤液收集装置5和杂质去除装置9（本实例中选用离心机作为杂质去除装置，离心机转速为15000rpm）；除掉杂质后的滤液通过离心泵输送至无机离子去除装置6去除无机离子得到复合氨基酸溶液，并通过离心泵输送至复合氨基酸溶液收集装置7，本实例中使用电渗析机作为无机离子去除装置；所述复合氨基酸溶液收集装置7和滤液收集装置5的底部均为圆形底；在本实施例中，干燥装置8为冷冻干燥机，使用真空泵将调节pH值并去除杂质和无机离子后的菌体复合氨基酸溶液输送至冷冻干燥机中，干燥后获得菌体复合氨基酸饲料添加剂。

利用上述设备和方法所制成的菌体复合氨基酸饲料添加剂为淡黄色或黄褐色粉末，氨基酸含量大于55%，有机质含量约60%，含有8种动物必须氨基酸，且配比合理，重金属含量Cd：未检出，As：0.21mg/kg，Pb：未检出，Hg：未检出，Cr：未检出，符合国家《饲料卫生标准》要求。

使用上述所制菌体复合氨基酸饲料添加剂配置宠物狗粮，在狗饲养场以金毛犬进行饲养效果实验。实验分为对照组和处理组，每组10只，对照组使用自制狗粮，配方（质量百分比）为玉米粉30%、次粉30%、豆粕15%、肉骨粉10%、麸皮10%、预混料5%；实验组使用菌体复合氨基酸饲料添加剂替代自制饲料中的部分肉骨粉，配方（质量百分比）为玉米粉30%、次粉20%、豆粕15%、菌体复合氨基酸饲料添加剂5%、肉骨粉15%、麸皮10%、预混料5%；实验组的粗蛋白含量与对照组饲料相同，饲养持续20天。对照组开始时平均体重36.43kg，结束时平均体重38.25kg，平均增重1.82kg；实验组开始时平均体重36.27kg，结束时平均体重38.46kg，平均增重2.19kg。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种菌体复合氨基酸饲料添加剂的制备设备，其特征在于：包括通过输送装置顺次相连的物料破碎装置、水解反应装置、固液分离装置、滤液收集装置、杂质去除装置、无机离子去除装置、复合氨基酸溶液收集装置和干燥装置。

2.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于：所述水解反应装置为耐高温、耐高压、耐腐蚀的压力容器，并配有加热和搅拌装置。

3.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于：所述杂质去除装置为离心机或超滤膜过滤装置。

4.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于：所述无机离子去除置为反渗透膜过滤机、纳滤膜过滤机或电渗析机。

5.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于：所述物料破碎装置为高湿物料粉碎机或半湿物料粉碎机；所述固液分离装置为板框压滤机或带式过滤机；所述干燥装置为间歇搅拌干燥机、喷雾干燥机或冷冻干燥机；所述输送装置为螺旋输送机、离心泵或真空泵。

6.一种利用权利要求1所述的制备设备制备菌体复合氨基酸饲料添加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将微生物残体破碎后在碱性条件下进行水解，将水解反应物进行固液分离和收集滤液；

（2）将步骤（1）所得滤液进行杂质去除和无机离子去除，得到复合氨基酸溶液；

（3）将步骤（2）所得的复合氨基酸溶液进行干燥，得到菌体复合氨基酸饲料添加剂。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述微生物残体取自酵母发酵废液、富营养化水体藻类及城镇污水处理厂活性污泥中的一种或两种以上。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述水解的条件为pH值为9-13，水解温度为110-130℃，水解时间为2-10小时。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的去除杂质方式为离心或超滤膜过滤，所述的去除无机离子方式为膜过滤，去除杂质及去除无机离子的条件均为pH值为5-9。

10.利用权利要求6-9中任意一项所述的制备方法所制得的菌体复合氨基酸饲料添加剂的应用，其特征在于：所述复合氨基酸饲料添加剂以5%-40%的重量比掺入动物饲料，用于动物饲养。

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