CN104187174A

CN104187174A - 采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺

Info

Publication number: CN104187174A
Application number: CN201410470114.2A
Authority: CN
Inventors: 崔球; 孙志杰; 王立英
Original assignee: Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Current assignee: Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2014-12-10

Abstract

基于现有技术在糟渣饲料化方面所存在的问题，本发明提供了一种以糟渣类物料为原料制备高附加值饲料添加剂的工艺方法，包括(1)将一种或几种糟渣类物料以一定液固比与水充分混合；(2)水热抽提法预处理混合后的物料；(3)向处理后的物料中加入淀粉酶、半纤维素酶和蛋白质酶以酶解物料；(4)过滤、筛分分离固相和液相；(5)干燥液相获得高附加值饲料添加剂。本发明制备的高附加值生物饲料不但为动物提供高蛋白、能量及微量元素，而且通过纤维寡糖和木寡糖的益生作用而减少抗生素的用量；糟渣处理剩余后的纤维素、木质素及矿物质则直接作为绿色生物肥料归还田地，大大提高糟渣的经济利用价值、节省饲料用粮，解决了糟渣的环境污染问题。

Description

采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺

技术领域

本发明涉及饲料添加剂的生产工艺，具体涉及一种以糟渣类物料为原料生产畜禽饲料添加剂的工艺方法。

背景技术

随着农业的发展，农副产品加工的糟渣废弃物也不断增加，如酿造渣(包括白酒酒糟、啤酒糟、醋糟)、淀粉渣(包括马铃薯淀粉渣、红薯淀粉渣、木薯淀粉渣和玉米淀粉渣等)、糖渣(包括甜菜渣和甘蔗渣等)和果渣(包括苹果渣及葡萄渣等)等。糟渣是将原料中的碳水化合物后提取之后剩余的多水分残渣物质，其含水量高达70％～90％，此外还含有粗纤维、粗蛋白质和粗脂肪等营养成分。虽然糟渣中固体残渣的能量价值与糠麸类似，但由于其中还含有20％～40％的粗蛋白质和10％～20％的粗纤维。因此，对糟渣进行饲料化处理，将其转化为畜禽饲料是可行的。

目前，将糟渣制成干饲料采用的多为直接干燥法，这种方法不但成本高、能耗高，而且对糟渣的营养成分利用率偏低。这是因为，糟渣的以下特点对饲料化方法提出了现有方法难以满足的特殊要求：(1)糟渣含水率高：通常可达30％～80％，啤酒糟更是高达80％以上；作为配合饲料的原料，必须采用高效的脱水和烘干设备，并且尽量减少营养成分的损失，避免产品污染。(2)易粘结：糟渣中的淀粉成分导致其在烘干时容易结团，使干燥难度加大。(3)物理形状各异：糟渣的形状包括片状、粒状和糊状等多种形态，目前采用的处理方法难以匹配不同的物理性状。(4)酸碱性差异大：有的偏酸，有的偏碱，如曲酒糟的pH值为3.3，偏酸性，对畜禽肠道pH值的影响较大。(5)部分糟渣仍含有抗营养因子。

CN201210420826“基于酒糟的生物饲料”公开了一种酒糟的再利用方法，具体为将酒糟烘干后，粉碎并加入水介质充分浸泡，并进行蒸汽爆破预处理，得蒸汽爆破预处理料；将所述蒸汽爆破预处理料作固体培养基，加入益生菌进行固体发酵，得发酵饲料。该方法虽然可以部分利用酒糟中的纤维素和半纤维素，但依然需要先将原料干燥，导致耗能过大。

水热抽提法已经被广泛应用于木质纤维素的预处理，以提高纤维素的酶解效率。水热抽提法具备以下优点：(1)无需酸碱或氨等化学物质的参与，不会对反应设备造成腐蚀；水是环境友好资源，不但降低了成本，而且不会造成严重的环境问题；(2)高压热水可以打破木质素的结构，无需预处理前的物料粉碎过程，降低了生产能耗；(3)在优化条件下，可以使半纤维素最大程度的以低聚糖形式溶解，并且控制单糖的生成以防止其继续降解生成糠醛等发酵抑制物。专利EP 2520608A1公开了一种应用连续水热法预处理木质纤维素以提高纤维素的酶解效率和乙醇产量的方法。然而，该方法只解决了木质纤维素材料的降解问题，没有解决高蛋白质和高淀粉含量物料的处理问题。专利CN 103221518A将水热碳化法应用于处理酿造渣，但在其工艺条件下生物材料发生了水热碳化，此方法将酿造渣最终转化为高碳产物即生物煤和腐殖质。

发明内容

基于现有技术在糟渣饲料化方面所存在的问题，本发明提供了一种以糟渣类物料为原料制备高附加值饲料添加剂的工艺方法。本发明可以将糟渣中的淀粉、半纤维素和部分纤维素转化为单糖(葡萄糖、木糖和阿拉伯糖)和具有益生功能的木寡糖和纤维寡糖；同时又可以提取浓缩糟渣中的蛋白质、脂肪及微量元素。

本发明的技术方案：

采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺，包括以下步骤：

①物料预处理：将待处理的糟渣类物料与水混合均匀得到混合物料，调整混合物料的pH值为3-8。所述糟渣类物料中的干糟渣与水的质量比为1:3-1:50，所述糟渣类物料为酿造渣、淀粉渣和果渣中的任意一种或任意多种的组合；所述干糟渣与水的质量比优选为1:3-1:10，最优选为1:3-1:8。

所述酿造渣是指以含淀粉植物性材料为发酵原料，以植物秸秆和籽实外壳为填充辅料的微生物发酵生产含乙醇及乙酸产物的生产过程所产生的糟渣类副产物，例如白酒酒糟和醋糟。所述含淀粉植物性材料包括含淀粉材料的块茎、根、整谷粒以及它们的任意组合。所述含淀粉材料包括玉米、小麦、高梁、大麦、木薯、红薯、马铃薯、黑麦、豌豆、黄豆或上述材料的任意组合。填充辅料所用的植物秸秆优选为大麦秆、小麦秆和玉米秆；填充辅料所用的籽实外壳优选为稻壳。这类糟渣类副产物含有：(a)来自淀粉原料的纤维、壳、胚、油、蛋白以及未完全发酵的淀粉、菌体；(b)以及来自填充辅料稻壳和秸秆的木质素、纤维素和半纤维素。

所述淀粉渣是指采用含淀粉材料制备淀粉过程所产生的淀粉渣。所述含淀粉材料包括玉米、小麦、高梁、大麦、木薯、红薯、马铃薯、黑麦、豌豆、黄豆或上述材料的任意组合。优选的淀粉渣包括玉米淀粉渣、红薯淀粉渣、木薯淀粉渣、马铃薯淀粉渣。淀粉渣含有来自淀粉原料的纤维、壳、胚、油和蛋白成分以及残余的淀粉。

所述果渣是指水果榨汁后得到的副产物。所述水果包括苹果、葡萄和柑橘。所述果渣含有来自果皮、果核和果梗的纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质和脂肪。

②水热法处理：将步骤①制备的混合物料转入容器内，在搅拌条件下加热使温度在20-50分钟之内达到T1；在T1温度条件下保温1-180分钟，然后快速降温至T2，得到水热糟渣；所述T1为120-230℃，所述T2为20-80℃。经过上述工艺参数的水热法处理后，糟渣内的淀粉降解为糊精，半纤维素降解为低聚合度的木聚糖、木寡糖以及木糖，部分纤维素溶解并降解为纤维寡糖、糟渣内的难消化蛋白——醇溶蛋白则可变为易酶解的蛋白质。糟渣的物理化学性质发生了巨大变化，更容易被酶水解。

③酶水解处理：(a)批式酶解：将水热糟渣的温度调整为20-90℃，pH值调整为3-8；然后向水热糟渣中加入淀粉酶、木聚糖酶，反应48-72小时，再加入蛋白酶，反应2-24小时后，得到酶解物料；或(b)补料分批：将水热糟渣分批加入酶溶液中，所述酶溶液为淀粉酶和木聚糖酶的混合酶溶液，反应48-72小时，再加入蛋白酶，反应2-24小时后，得到酶解物料。经过上述工艺参数的酶水解后，淀粉和部分纤维寡糖降解为葡萄糖，木聚糖降解为木寡糖，蛋白质降解为短肽和氨基酸。

其中，淀粉酶为酸性α-淀粉酶(E.C.3.2.1.1)，所述淀粉酶的添加量为每克干糟渣类物料中添加0.1-100AFAU，淀粉酶酶解反应的pH值为3-7。所述木聚糖酶为内切-1,4-β木聚糖酶(E.C.3.2.1.8)，优选GH10或GH11的内切-1,4-β木聚糖酶，木聚糖酶的添加量为每1×10²-1×10⁵克干糟渣添加1g木聚糖酶或总酶活1×10⁶IU的木聚糖酶。所述蛋白酶为酸性蛋白酶，添加量为每克干酒糟中添加1×10^-4-1×10²LAPU的蛋白酶。酶水解处理对水热处理的糟渣进行酶解，从而进一步提取糟渣中的营养成分。

④液固分离：将酶解物料中的固体从液体中分离，所述分离方式为离心、压制或者过滤，分离后得到的液体进行浓缩处理，使液体中固形物的质量分数大于80％，得到液态畜禽饲料添加剂。固相成分主要是纤维素、木质素和矿物质及少量半纤维素和蛋白质；液相成分包括糊精、淀粉、多酚、木聚糖、木寡糖、纤维寡糖、蛋白质、游离氨基酸、木糖、葡萄糖和油脂等物质

分离优选的实施方式为采用板框式滤压机、带式滤压机、螺旋压制机或蝶式离心机进行液固分离。浓缩处理可以采用浓缩罐、多功能刮板浓缩罐、旋转薄膜蒸发器、单效/多效升膜式或降膜式蒸发器、外循环一效/二效/三效蒸发器或强制循环式蒸发器。

⑤干燥制粒：对液态畜禽饲料添加剂进行干燥得到固态产品，即为固态畜禽饲料添加剂；所述干燥方法包括冷冻干燥、真空干燥、热风干燥和喷雾干燥。将热风干燥灭菌后的固态畜禽饲料添加剂送入制粒设备，造粒成型，粒径一般为2-6mm，得到固态肥料。

采用上述方法制备的固态肥料，包括纤维素、木质素、矿物质以及少量半纤维素和蛋白质可以用作肥料和蘑菇培养基质。应用此方法获得的饲料添加剂含有糊精、淀粉、多酚、木聚糖、木寡糖、纤维寡糖、蛋白质、游离氨基酸、木糖、葡萄糖和油脂等物质。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用水热法处理糟渣类物料，充分利用了物料含水量高的特点，可以在不另加水或少加水的情况下直接处理，降低了水的消耗量；糟渣物料的本身含有的弱酸性物质可以作为水热处理中的自催化剂，无需添加外源酸性催化剂；

(2)水热法的高温条件可以将淀粉液化，不但使淀粉类物质更易与其他固态物质分离，而且降低了酶解步骤中淀粉酶的用量；

(3)水热处理后，糟渣内的半纤维素大部分转化为木寡糖和木聚糖而溶于水中；木质纤维素含有的多酚类抗氧化剂被抽提出；非可消化蛋白质(主要是醇溶蛋白)的酶解率显著提高。

(4)本发明制备的高附加值生物饲料不但为动物提供高蛋白、能量及微量元素，而且通过纤维寡糖和木寡糖的益生作用而减少抗生素的用量；糟渣处理剩余后的纤维素、木质素及矿物质则直接作为绿色生物肥料归还田地，不但大大提高糟渣的经济利用价值、节省饲料用粮，而且解决了糟渣的环境污染问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

白酒酒糟是酿酒业的副产品。据统计，我国2013年产白酒1千万吨，而白酒酒糟达3000余万吨(3吨酒糟/1吨白酒)。如果不及时加以处理，就会腐败变质，不仅浪费了宝贵的资源，还会严重污染周围环境。因此，酒糟的综合利用对资源开发和环境保护具有重要的意义。

取含水量70％的新鲜白酒酒糟100g，加入20ml水，充分搅拌混匀后，制成固液质量比为1:3、pH值为3的混合物料。将混合后物料置于水热反应器内，搅拌速度150rpm，加热至160℃，保持此温度30分钟。处理完成后停止加热并迅速降温至55℃。调整pH为5后加入总活性为1000AFAU的芽胞杆菌酸性α-淀粉酶和20000IU的GH11的内切-1,4-β木聚糖酶反应72小时。72小时后添加2000LAPU的酸性蛋白酶并作用12小时。酶解完成后，200目筛网过滤酶解液，真空冷冻干燥滤液，粉碎冻干固体至1-2mm颗粒，即制得固态饲料添加剂。热风干燥过滤后所得湿滤饼后，将滤饼干燥物送入环模造型机，造粒成型后，即制得本发明所述固态肥料。

实施例2：

取含水量90％的新鲜醋糟100g，加入410ml水，充分搅拌混匀后，制成固液质量比为1：50和pH值为8的混合物料。将混合后物料置于水热反应器内，搅拌速度300rpm，加热至230℃，保持此温度1分钟。处理完成后停止加热并迅速降温至80℃。调节温度为90℃、pH值为5，加入总活性为1000AFAU的芽胞杆菌酸性α-淀粉酶和1000IU的GH10的内切-1,4-β木聚糖酶反应48小时。48小时后添加1000LAPU的酸性蛋白酶并作用2小时。酶解完成后，200目筛网过滤酶解液，热风干燥滤液，粉碎冻干固体为1-2mm颗粒即制得固态饲料添加剂。热风干燥过滤后所得湿滤饼后，将滤饼干燥物送入环模造型机，造粒成型后，即制得本发明所述固态肥料。

实施例3：

取含水量80％的玉米淀粉渣100g，加入420ml水，充分搅拌混匀后，制成固液质量比为1:25、pH值为5的混合物料。将混合后物料置于水热反应器内，搅拌速度150rpm，加热至120℃，保持此温度180分钟。处理完成后停止加热并迅速降温至20℃，调节pH值为5，加入总活性为1000AFAU的黑曲霉酸性α-淀粉酶和2500IU的GH11的内切-1,4-β木聚糖酶反应68小时。68小时后添加0.002LAPU的酸性蛋白酶并作用24小时。酶解完成后，200目筛网过滤酶解液，喷雾干燥滤液，粉碎冻干固体至5-6mm颗粒，即制得固态饲料添加剂。热风干燥过滤后所得湿滤饼后，将滤饼干燥物送入环模造型机，造粒成型后，即制得本发明所述固态肥料。

实施例4：

取含水量70％的柑橘渣100g，加入230ml水，充分搅拌混匀后，制成固液质量比为1:10、pH值为4的混合物料。将混合后物料置于水热反应器内，搅拌速度150rpm，加热至140℃，保持此温度120分钟。处理完成后停止加热并迅速降温至30℃，调节pH值为4，加入总活性为300AFAU的黑曲霉酸性α-淀粉酶和1000IU的GH10的内切-1,4-β木聚糖酶反应54小时。54小时后添加300LAPU的中性蛋白酶并作用8小时。酶解完成后，200目筛网过滤酶解液，真空冷冻干燥滤液，粉碎冻干固体至3-4mm颗粒，即制得固态饲料添加剂。热风干燥过滤后所得湿滤饼后，将滤饼干燥物送入环模造型机，造粒成型后，即制得本发明所述固态肥料。

实施例5：

取含水量80％的白酒酒糟100g，加入80ml水，充分搅拌混匀后，制成固液质量比为1:8、pH值为6的混合物料。将混合后物料置于水热反应器内，搅拌速度150rpm，加热至180℃，保持此温度90分钟。处理完成后停止加热并迅速降温至50℃，调节pH值为6，加入总活性为100AFAU的芽胞杆菌酸性α-淀粉酶和5000IU的GH11的内切-1,4-β木聚糖酶反应58小时。58小时后添加20LAPU的酸性蛋白酶并作用16小时。酶解完成后，200目筛网过滤酶解液，真空冷冻干燥滤液，粉碎冻干固体至3-4mm颗粒，即制得固态饲料添加剂。热风干燥过滤后所得湿滤饼后，将滤饼干燥物送入环模造型机，造粒成型后，即制得本发明所述固态肥料。

实施例6：

取含水量60％的苹果渣100g，加入140ml水，充分搅拌混匀后，制成固液质量比为1:5、pH值为8的混合物料。将混合后物料置于水热反应器内，搅拌速度150rpm，加热至200℃，保持此温度60分钟。处理完成后停止加热并迅速降温至65℃，调节pH值为8，加入总活性为40AFAU的黑曲霉酸性α-淀粉酶和5000IU的GH11的内切-1,4-β木聚糖酶反应60小时。60小时后添加4LAPU的碱性蛋白酶并作用20小时。酶解完成后，200目筛网过滤酶解液，真空冷冻干燥滤液，粉碎冻干固体至3-4mm颗粒，即制得固态饲料添加剂。热风干燥过滤后所得湿滤饼后，将滤饼干燥物送入环模造型机，造粒成型后，即制得本发明所述固态肥料。实施例7：

取含水量50％的马铃薯淀粉渣100g，加入300ml水，充分搅拌混匀后，制成固液质量比为1:7、pH值为5的混合物料。将混合后物料置于水热反应器内，搅拌速度150rpm，加热至220℃，保持此温度10分钟。处理完成后停止加热并迅速降温至75℃，调节pH值为5，加入总活性为5AFAU的芽胞杆菌酸性α-淀粉酶和1000IU的GH10的内切-1,4-β木聚糖酶反应62小时。62小时后添加0.5LAPU的碱性蛋白酶并作用5小时。酶解完成后，200目筛网过滤酶解液，真空冷冻干燥滤液，粉碎冻干固体至3-4mm颗粒，即制得固态饲料添加剂。热风干燥过滤后所得湿滤饼后，将滤饼干燥物送入环模造型机，造粒成型后，即制得本发明所述固态肥料。

表1本发明所得固态肥料的营养成分表

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7
								纤维素	45	43	48	50	49	46	47
木质素	32	32	30	30	31	32	32
								矿物质	10	8	12	8	5	12	12
半纤维素	5	5	5	5	7	1	4
								蛋白质	8	12	5	7	8	9	5

Claims

1.采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺，其特征在于：包括以下步骤：

①物料预处理：将待处理的糟渣类物料与水混合均匀得到混合物料，调整混合物料的pH值为3-8；所述糟渣类物料中的干糟渣与水的质量比为1:3-1:50；

②水热法处理：将步骤①制备的混合物料转入容器内，在搅拌条件下缓慢加热至温度达到T1；在T1温度条件下保温1-180分钟，然后快速降温至T2，得到水热糟渣；所述T1为120-230℃，所述T2为20-80℃；

③酶水解处理：将水热糟渣的温度调整为20-90℃，pH值调整为3-8；然后向水热糟渣中加入淀粉酶、木聚糖酶，反应48-72小时后，加入蛋白酶，反应2-24小时，得到酶解物料；

④液固分离：将酶解物料中的固体从液体中分离，所述分离方式为离心、压制或者过滤，分离后得到的液体进行浓缩处理，使液体中固形物的质量分数大于80％，得到液态畜禽饲料添加剂。

2.根据权利要求1所述的采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺，其特征在于：还包括以下步骤：⑤干燥制粒：对液态畜禽饲料添加剂进行干燥得到固态产品，即为固态畜禽饲料添加剂；将固态畜禽饲料添加剂送入制粒设备，造粒成型，得到固态肥料。

3.根据权利要求1所述的采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺，其特征在于：所述步骤③的酶水解处理方式为将水热糟渣分批加入酶溶液中，所述酶溶液为淀粉酶和木聚糖酶混合酶溶液，反应48-72小时后，加入蛋白酶，反应2-24小时，得到酶解物料。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺，其特征在于：步骤③所述的淀粉酶为α-淀粉酶，所述淀粉酶的添加量为每克干糟渣类物料中添加0.1-100AFAU；所述木聚糖酶为内切-1,4-β木聚糖酶，所述木聚糖酶的添加量为每克干糟渣添加10-1×10⁴IU的木聚糖酶；所述蛋白酶的添加量为每克干酒糟中添加1×10^-4-1×10²LAPU的蛋白酶。

5.根据权利要求4所述的采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺，其特征在于：所述淀粉酶为酸性α-淀粉酶，所述淀粉酶酶解反应的pH值为3-7；所述木聚糖酶为GH10或GH11的内切-1,4-β木聚糖酶；所述蛋白酶为酸性蛋白酶。

6.根据权利要求1所述的采用糟渣类物料生产畜禽饲料添加剂的工艺，其特征在于：所述糟渣类物料为酿造渣、淀粉渣和果渣中的任意一种或任意多种的组合；所述步骤①中干糟渣与水的质量比为1:3-1:10，优选为1:3-1:8。

7.采用权利要求1所述的方法制备的畜禽饲料添加剂，其特征在于：包括43-50份纤维素、30-32份木质素、5-12份矿物质、1-7份半纤维素和5-12份蛋白质。

8.采用权利要求1所述的方法制备的畜禽饲料添加剂的用途，其特征在于：将其用作肥料和蘑菇培养基质。