CN104059945A - 一种红薯渣发酵生产饲用复合有机酸的方法 - Google Patents
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本发明公开了一种红薯渣发酵生产饲用复合有机酸的方法，利用能分解红薯渣中的纤维和淀粉合成有机酸的细菌和真菌对红薯渣进行二次发酵，降解红薯渣中的纤维素和淀粉，合成有机酸，主要为柠檬酸、富马酸和乳酸。具体步骤为先利用产柠檬酸能力强的菌株A和富马酸能力强的菌株B作为发酵菌种，进行好氧发酵；然后利用产乳酸强的菌株C菌株D和菌株F对上一步产物进行厌氧发酵，制备饲用有机复合酸制剂。有机酸含量达到15～20%，其中柠檬酸含量>5%，乳酸含量>5%，富马酸含量>3%。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域，更具体的说涉及利用红薯渣等发酵生产饲用有机复合酸制剂及其制备方法和应用。
背景技术
红薯渣是红薯经加工提取淀粉后的残渣，其主要成分为纤维素和未完全提取的淀粉。未经处理的红薯渣难于被动物直接消化利用，使得其在饲料中仅作为纤维饲料使用，且添加量很小，其它的红薯渣被直接丢弃，随着薯类淀粉的需求量不断增加，加工中的红薯渣也不断增多，红薯渣已成为环境污染的重要来源之一。
有机酸制剂在动物饲养中广泛添加，其中以乳酸、柠檬酸和富马酸效果较好。研究也表明，复合酸制剂要比单一酸制剂效果要好。目前制备复合酸制剂的方法为：先用化学或液态发酵方法制备单一酸制剂，然后将各单一酸制剂按一定比例进行混合制成。生产成本高，而且操作繁琐，同时化学合成过程中存在化学物质污染，比如重金属等。
发明内容
本发明提供了一种红薯渣发酵生产饲用复合有机酸的方法，本发明利用能分解红薯渣中的纤维和淀粉合成有机酸的细菌和真菌对红薯渣进行发酵，降解红薯渣中的纤维素和淀粉，合成有机酸，主要为柠檬酸、富马酸和乳酸。
本发明的技术方案：以产酸能力强的菌株作为生产菌种，扩大培养后，对红薯渣先进行固体好氧发酵，生产柠檬酸和富马酸，然后进行固体厌氧发酵生产乳酸。
(1)菌种选择：选取产柠檬酸菌株(以下称为菌株A)、产富马酸的菌株(以下称为菌株B)、好氧产乳酸菌(以下称为菌株C)、兼性厌氧产乳酸菌(以下称为菌株D)。
商品化或已公开报道的菌株或是按照常规方式筛选的具备所述功能的菌株均能完成本发明。
(2)菌株液体发酵：对选出的菌株分别进行常规液体发酵，制作固态发酵种子液。
(3)固态好氧发酵：菌株A与菌株B进行计数后调整浓度为1010cfu/ml，按体积比2:1混合作为接种菌剂。调整红薯渣含水量为40％，按照如下配方配置固态发酵基料：红薯渣900kg，豆粕50kg，氯化铵6kg，尿素8kg，磷酸二氢钾4.8kg，将配制好的菌种A和菌种B的复合菌种按质量比3-10％进行接种，发酵3-5天，温度达到50-55摄氏度时翻堆，每天翻堆1次，生产柠檬酸和富马酸。
(4)固态厌氧发酵：菌株C和菌株D分别计数后调整浓度为1010cfu/ml，按体积比1:1进行混合制备发酵接种菌剂，将步骤(3)的发酵产物与麦麸按照质量比8:2充分混合，调整水分至35-45％，将菌株C和菌株D混合发酵接种菌剂按质量比3-10％添加至上述混合物中，充分混合后装袋密封发酵，发酵时间1-10周，制备乳酸。
以上所述的方案中，优选的：
产柠檬酸菌株(菌株A)为：黑曲霉，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICCNO:2160。
产富马酸菌株(菌株B)为：米根霉，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICCNO:40503。
好氧产乳酸菌株(菌株C)为：凝结芽孢杆菌，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICC NO:10144。
兼性厌氧产乳酸菌株(菌株D)为：植物乳杆菌，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICC NO:21790。
其中，菌株A、菌株B和菌株C采用LB培养基(成分为：胰蛋白胨10g、酵母浸出物5g、氯化钠10g、蒸馏水1000ml，PH值6.8-7.2)，摇瓶发酵培养条件为：发酵温度30-37℃，发酵时间18-36h，转速150-225r/min。
菌株D采用MRS培养基(组成成份为：牛肉蛋白粉10g、鱼肉汁10g、酵母浸出汁粉5g、葡萄糖20g、醋酸钠5g、柠檬酸二铵2g、吐温80为0.1g、硫酸镁0.58g、硫酸锰0.28g、琼脂粉15g，用蒸溜水配制成1000ml)，摇瓶发酵培养条件为：发酵温度30-37℃，发酵时间18-36h，转速150-225r/min。
以上所述方案中，优选的：
步骤(3)中，复合菌种的接种量均为3％，发酵时间为3天。
步骤(4)中，发酵接种菌剂的接种量均为3％，发酵时间为30天。
本发明的保护内容还包括利用上述方案制备的红薯渣发酵物，包括该发酵物在制备复合有机酸或饲料添加剂中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：
1、利用廉价的红薯渣发酵生产复合有机酸(主要为柠檬酸、富马酸和乳酸)，应用于饲料生产，有效降低复合酸制剂生产成本；
2、该方法在发酵过程中由于细菌的生长，发酵终产品中含有丰富的细菌蛋白，可为动物提供部分优质细菌蛋白，间接降低饲料生产成本。
3、化学合成法需要用到大量化学试剂，对水和空气存在污染，与化学合成法相比，该方法生产过程中无环境污染。
4.利用本发明的技术方案，所获得的产品中有机酸含量达到15～20％，其中柠檬酸含量5-10％，乳酸含量5-10％，富马酸含量3-7％。
5.菌株C的作用为消耗发酵容器中的空气，从而限制有害细菌生长，同时产生少量乳酸；菌株D的作用为进一步消耗发酵容器中的空气，同时产生大部分乳酸。
6.本发明利用二次固态发酵方法，对红薯渣进行发酵，降解纤维素和淀粉，合成柠檬酸、富马酸和乳酸，制备饲用复合有机酸，应用于养殖和饲料行业，节省饲料成本、减少环境污染，是一种安全、有效、环保的饲用复合有机酸制备方法。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围，本发明所述技术方案如未特别说明，均为本领域的常规方案，所用试剂或材料，如未特别说明，均来源于商业化渠道。
本发明实施例中产柠檬酸菌株(菌株A)为：黑曲霉，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICC NO:2160。
产富马酸菌株(菌株B)为：米根霉，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICC NO:40503。
好氧产乳酸菌株(菌株C)为：凝结芽孢杆菌，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICC NO:10144。
兼性厌氧产乳酸菌株(菌株D)为：植物乳杆菌，购买自中国工业微生物保藏中心，菌种保藏号为CICC NO:21790。
实施例1：
菌株A发酵液的制备
取2ml菌株A(活菌浓度为1010CFU/ml)，接种于100ml培养基中进行摇瓶发酵培养，发酵温度为26～30℃，PH值为6.6，转速为200r/min，发酵时间为36h。摇瓶发酵培养基为改良马丁培养基，其成分为：蛋白胨5g，磷酸氢二钾1g，酵母浸出物2g，硫酸镁0.5g，葡萄糖20g，蒸馏水1000ml，pH6.6～6.8。
摇瓶发酵结束后进行发酵罐扩大培养，取100ml摇瓶发酵种子液接种到10L发酵罐中，装液量5L，发酵温度为28～37℃，PH值为6.6～6.8，搅拌速度为200～300r/min，发酵36～72h。发酵罐中试培养基与摇瓶发酵培养基成分一致，发酵结束后将培养基置于4℃备用。
实施例2：
菌株B发酵液的制备
取2ml菌株B(活菌浓度为1010CFU/ml)，接种于100ml培养基中进行摇瓶发酵培养，发酵温度为26～30℃，PH值为6.6，转速为200r/min，发酵时间为36h。摇瓶发酵培养基为改良马丁培养基，其成分为：蛋白胨5g，磷酸氢二钾1g，酵母浸出物2g，硫酸镁0.5g，葡萄糖20g，蒸馏水1000ml，pH6.6～6.8。
摇瓶发酵结束后进行发酵罐扩大培养，取100ml摇瓶发酵种子液接种到10L发酵罐中，装液量5L，发酵温度为28～37℃，PH值为6.6～6.8，搅拌速度为200～300r/min，发酵36～72h。发酵罐中试培养基与摇瓶发酵培养基成分一致，发酵结束后将培养基置于4℃备用。
实施例3：
菌株C发酵液的制备
取2ml菌株C(活菌浓度为1010CFU/ml)，接种于100ml培养基中进行摇瓶发酵培养，发酵温度为28～37℃，PH值为7.2，转速为200～300r/min，发酵时间为24～36h。摇瓶发酵培养基为LB培养基，成分为：胰蛋白胨10g、酵母浸出物5g、氯化钠10g、蒸馏水1000ml，PH值为7.2。
摇瓶发酵结束后进行发酵罐扩大培养，取100ml摇瓶发酵种子液接种到10L发酵罐中，装液量5L，发酵温度为30～37℃，PH值为7.2，搅拌速度为200～300r/min，发酵24～36h。发酵罐中试培养基与摇瓶发酵培养基成分一致，发酵结束后将培养基置于4℃备用。
实施例4：
菌株D发酵液的制备
取2ml菌株D(活菌浓度为1010CFU/ml)，接种于100ml培养基中进行摇瓶发酵培养，发酵温度为28～37℃，PH值为6.0～7.0，转速为200～300r/min，发酵时间为24～48h。摇瓶发酵培养基为MRS培养基，成分为：牛肉蛋白粉10g、鱼肉汁10g、酵母浸出汁粉5g、葡萄糖20g、醋酸钠5g、柠檬酸二铵2g、硫酸镁0.58g、硫酸锰0.28g、琼脂粉15g，加1g吐温80，溶解于蒸溜水1000中，调节pH值为6.0～7.0。
摇瓶发酵结束后进行发酵罐扩大培养，取100ml摇瓶发酵种子液接种到10L发酵罐中，装液量5L，发酵温度为30～37℃，PH值为6.0～7.0，搅拌速度为200～300r/min，发酵24～48h。发酵罐中试培养基与摇瓶发酵培养基成分一致，发酵结束后将培养基置于4℃备用。
实施例5：
一种红薯渣发酵生产饲用复合有机酸的方法，其步骤如下：
1)红薯渣调整含水量为40％(质量分数)，按照如下配方配置固态发酵基料：红薯渣900kg，豆粕50kg，氯化铵6kg，尿素8kg，磷酸二氢钾4.8kg。菌株A和菌株B的菌液浓度调整为1010CFU/ml，按体积比2:1混合后，按质量比3％接种至发酵基料中，充分混合后摊平，堆积高度为50～100cm，发酵3天，发酵基质温度到达50℃时，进行翻堆，每天翻堆1次。
2)菌株C和菌株D的菌液浓度调整为1010CFU/ml，按体积比1:1充分混合；将步骤1)中的发酵产物与麦麸按照质量比8:2充分混合，调整含水量为40％。菌株C和菌株D的混合菌种按照质量比3％接种至上述混合物，充分混合后厌氧发酵30天，烘干后即得饲用有机复合酸产品。
产品干物质有机酸含量达到19％，其中柠檬酸含量7％，乳酸含量7％，富马酸含量5％；粗蛋白含量由5％提高到17％；淀粉含量由45％降低到10％；纤维素含量由17％降低到9％。
实施例6：
发酵红薯渣复合酸制剂养猪试验
随机抽取个体相近的21日龄断奶仔猪，随机组成对照组和试验组，每组30头，每组分为3栏，每栏10头。对照组饲喂基础日粮，配方如表：
预混料*每公斤含:10.00mg铜；100.00mg铁；0.30mg sodium；100.00mg锌；10.00mg镁；386.0IU维生素D3；3086.0IU维生素A；15.4IU维生素E；2.30mg维生素K；3.90mg核黄素；15.40mg D-泛酸；23.00mg烟酸；77.00mg胆碱；and15.4μg维生素B12.
试验料为在配方不变的基础上外加3％(质量比)发酵红薯渣复合有机酸制粒而得。
经过21天的饲养试验，试验组和对照组头数、增重、采食量、料肉比统计结果如下表：
| 对照组 | 试验组 | |
| 总头数(头) | 30 | 30 |
| 初均重(㎏) | 5.83±0.07 | 5.85±0.07 |
| 末均重(㎏) | 13.06±0.58a | 13.63±0.36b |
| 头均日增重(g) | 344±24.11a | 370±15.68b |
| 头均日采食量(g) | 583±47.13 | 580±38.17 |
| 料肉比 | 1.70±0.10a | 1.56±0.05b |
| 腹泻率(％) | 15.82 | 9.17 |
结果表明，添加3％发酵红薯渣复合有机酸制剂，能提高仔猪生产性能、降低料肉比，降低仔猪腹泻率。
Claims (7)
1.一种红薯渣发酵生产饲用复合有机酸的方法
（1）菌种选择：选取产柠檬酸菌株，以下称为菌株A；产富马酸的菌株，以下称为菌株B；好氧产乳酸菌，以下称为菌株C；兼性厌氧产乳酸菌，以下称为菌株D；
商品化或已公开报道的菌株或是按照常规方式筛选的具备所述功能的菌株均能完成本发明；
（2）菌株液体发酵：对选出的菌株分别进行常规液体发酵，制作固态发酵种子液；
（3）固态好氧发酵：菌株A与菌株B进行计数后调整浓度为1010 cfu/ml，按体积比2:1混合作为接种菌剂，调整红薯渣含水量为40%，按照如下配方配置固态发酵基料：红薯渣900kg，豆粕50 kg，氯化铵6 kg，尿素8kg，磷酸二氢钾4.8kg，将配制好的菌种A和菌种B的复合菌种按质量比3-10%进行接种，发酵3-5天，温度达到50-55摄氏度时翻堆，每天翻堆1次，生产柠檬酸和富马酸；
（4）固态厌氧发酵：菌株C和菌株D分别计数后调整浓度为1010cfu/ml，按1:1进行混合制备发酵接种菌剂，将步骤（3）的发酵产物与麦麸按照8:2充分混合，调整水分至35-45%，将菌株C和菌株D混合发酵接种菌剂按质量比3-10%添加至上述混合物中，充分混合后装袋密封发酵，发酵时间1-10周，制备乳酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的菌株A为黑曲霉， CICC NO:2160；
菌株B为米根霉， CICC NO:40503；菌株C为凝结芽孢杆菌，CICC NO:10144；菌株D为植物乳杆菌， CICC NO:21790。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中，复合菌种的接种量为3%，发酵时间为3天。
4.根据权利要求1所述的方案，其特征在于：步骤（4）中，发酵接种菌剂的接种量为3%，发酵时间为30天。
5.权利要求1所述方法制备的发酵物。
6.权利要求5所述的发酵物在制备动物饲料添加剂中的应用。
7.权利要求5所述的发酵物在制备复合有机酸中的应用。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210204 Address after: 410125 644 Yuanda two road, Furong district, Changsha, Hunan Patentee after: INSTITUTE OF SUBTROPICAL AGRICULTURE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Address before: 410125 644 Yuanda two road, Furong district, Changsha, Hunan Patentee before: INSTITUTE OF SUBTROPICAL AGRICULTURE, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Patentee before: Li Lili |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160727 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |