CN104334030A - 用于从生物质生产动物饲料的工艺 - Google Patents

Abstract

在此披露了用于从生物质生产动物饲料的工艺。还披露了这些加工的生物质以及任选地工业副产物作为动物饲料的用途。

Description

用于从生物质生产动物饲料的工艺

技术领域

本发明总体上涉及动物饲料。更具体地说，本发明涉及将木质纤维素生物质制造为更易消化的动物饲料的方法，以及用于从生物质生产更有营养的动物饲料的工艺。

发明背景

用粗粮例如玉米饲喂牛和单胃畜禽(猪，家禽)来提供能量、蛋白质、和矿物质。玉米中的淀粉易于经由在动物体内的水解和酶解过程而被代谢，从而产生适合于从胃肠道吸收的有机酸和糖类。当膳食中含有易于消化的谷物时，消化过程是高度进化且能量高效的。

然而，全球对食物和可再生能源的日益上升的需求对于可用的粮食储备造成压力，尤其是工业加工导致了许多问题。例如，存在来自家畜饲料淀粉的能量损失并且存在另外产生的谷物干磨副产品，其为动物提供了充足的蛋白质供应，但是存在着可消化能的缺乏。

木质纤维素生物质如玉米秸秆、小麦秸秆、和生物能源作物(例如，柳枝稷)主要包含纤维素、半纤维素、和具有最大部分为纤维素的木质素部分。这些生物质主要包括碳水化合物，其在理论上可以与富含蛋白质的副产品例如酒糟相组合以形成平衡的动物饲料产品。

然而，将这些生物质转化成可用的碳水化合物是一种挑战。纤维素包括具有高度处理结晶度的β糖苷残基的长链。半纤维素是一种无定形异质聚合物，并且木质素主要是散布且连接在植物纤维内的纤维素和半纤维素之间的芳族聚合物。纤维素和半纤维素经由家畜胃肠道中的酶解过程部分地分解到不同的程度，其中反刍动物物种更适于在扩大的前胃或瘤胃中发酵这样的碳水化合物源。然而，由于此类物质的部分不溶性、结晶性质、和木质化，动物得不到的潜在可消化的纤维内容物保留在这些物质中。

存在着某些方法来获取储存在这些物质中的潜能、以及在研究与商业开发活动区中的生物质的积累。可以将农业残余物或生物质，例如玉米秸秆或小麦秸秆耙拢并打捆，以产生圆形或方形的捆包。可以收集这样的捆包并可将储存在其中的生物质研磨成更小的颗粒。一种处理这样的生物质的方法是批量处理。批量处理包括研磨生物质且将研磨的生物质加载到一个可以混合该研磨的生物质的容器中(例如饲料混合车)，可以向其中加水以便使该研磨的生物质均匀润湿。在这种混合过程中，可以将一种无机水解剂(例如氧化钙粉末)加到该润湿的研磨的生物质中，以便充分地将该无机水解剂与该润湿的研磨的生物质混合。所得的混合物可以从该容器中排出到贮藏器或塑料袋中，并且进行厌氧储存。然而，这样的批量处理需要相当可观的时间、设备、和劳动。

因而，对于发现从能够替代家畜日粮中的谷物和淀粉的生物质形成动物饲料的途径存在着需要。对于使木质纤维素能够被加工以提高包含在其中的纤维的可消化性以改进动物可用能源的途径也存在着需要。

概述

在它的每一不同实施例中，本发明实现了这些需要并且披露了改进的处理生物质以使其中的碳水化合物对于动物饲料的可消化性而言是更可及的方法。

在一个实施例中，一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分在25％-55％的含湿量下在环境温度和环境压力下与一种水解剂和水接触，从而产生处理过的生物质。

在一个另外的实施例中，一种用于生产动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触的更小的部分的含湿量在25％-55％之间，从而产生处理过的生物质。该工艺进一步包括储存该处理过的生物质持续至少24小时并且用该储存的生物质饲喂动物。

在另一个实施例中，一种将生物质转化为更易消化的动物饲料的系统包括：一个将生物质粉碎成更小的部分的装置、用于移动这些更小的部分离开该装置的输送带、以及用于将包含一种无机水解剂的水溶液喷雾到该输送带上的这些更小的部分上的工具。

附图简要说明

图1展示了用来使一种水解剂与本发明的生物质接触的系统的一个实施例。

图2展示了用于使一种水解剂与本发明的生物质接触的喷雾棒的一种配置的实施例。

详细说明

一直以来都在致力于制备更易消化的动物饲料。美国专利申请公开案2008220125披露了制造更易消化的动物饲料的方法。诸位发明人已经发现一种用于处理含有纤维的木质纤维素生物质以增加该木质纤维素部分的可消化性的工艺，从而提供用于反刍动物和单胃动物的动物饲料。该工艺可以连续运行并且处理高容量的生物质。

本发明有助于促进农业的可持续性。由于本发明的工艺产生了可取代玉米和草料(例如未经处理的玉米秸秆)的包含处理过的生物质和农业副产物的动物饲料产品，本发明有助于减轻有关从玉米生产乙醇的碳强度的担忧。此外，与已知的生物质加工技术相比，本发明是能源密集程度较低的，并且由于经过处理的生物质具有液体保持能力，本发明能够利用处于其湿润形式的液体饲料成分，从而缓和干燥过程的能源密集的程度。

在一个实施例中，本发明披露了用于从改进的木质纤维素生物质生产动物饲料的工艺。在另一个实施例中，本发明的工艺可以与农业加工的副产物相结合。

在一个实施例中，本发明描述了一种用于处理生物质的连续工艺，其包括减小该生物质的尺寸并使该生物质与一种水解剂接触。本发明的工艺将设备要求和处理每吨生物质的劳动降低到最低限度，因而产生了更低的加工成本。该连续工艺还产生了一致且均匀的产品。

在一个实施例中，一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的工艺包括将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分在25％-55％的含湿量下在环境温度和环境压力下与一种水解剂接触，从而产生处理过的生物质。

在一个实施例中，一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分在25％-55％的含湿量下在环境温度和环境压力下与一种水解剂和水接触，从而产生处理过的生物质。

该处理过的生物质可以储存至少24小时并且可以在有氧条件下储存。粉碎生物质可以包括研磨、剪切、或研磨并剪切该生物质。使生物质与该水解剂接触可以在粉碎该生物质的装置中进行。该含湿量可以在45％-55％之间。该水解剂可以是一种选自下组的无机水解剂，该组的组成为：氧化物、氢氧化物、过氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，以及它们任何一种的组合。

该连续工艺还可以包括将生物质置于一个装置中用于将该生物质粉碎成更小的部分并且用一个移动这些更小的部分的运载装置从用于粉碎该生物质的装置移除这些更小的部分。用该运载装置上的水溶液对这些更小的部分进行喷雾。该连续工艺可进一步包括将一种农业副产物与该处理过的生物质混合。

该生物质可以选自下组，该组的组成为：生物燃料作物、生物能源作物、多年生草、作物残余物、食物废物、藻块、甘蔗、玉米芯、玉米皮、玉米秸秆、小麦秸秆、小麦壳、柳枝稷、芒草(miscanthus)、玉米纤维、大豆纤维、大豆皮、大豆秸秆、可可豆皮、干酒糟、带有可溶物的干酒糟、大麦秆、稻草、亚麻壳、小麦胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽壳、棉籽废弃物、谷物秸秆、高粱、草、以及它们的任何组合。

该连续工艺还可以包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部分。分离这些更小的部分可以包括使这些更小的部分穿过一个表面中的至少一个开口，收集穿过该至少一个开口的这些更小的部分，从而产生该细部分，并且收集没有穿过该至少一个开口的这些更小的部分，从而产生该粗部分。

与这些更小的部分比较，该细部分具有改进的液体保持特征、改进的可消化性或它们的组合。

分离这些更小的部分可包括使这些更小的部分通过一个空气流，并且可以在这些更小的部分与该水解剂接触之后进行。

该连续工艺还可以包括用该细部分饲喂第一种动物，并且用该粗部分饲喂不同于第一种动物的第二种动物。第一种动物可以是肉牛。第二种动物可以是奶牛或猪。

该连续工艺可能每分钟加工至少350千克的生物质，或者能够每分钟加工至少450千克的生物质。

该连续工艺还可以包括使该处理过的生物质致密化，并且在该致密化之前可以将该处理过的生物质与一种液体饲料成分混合。使该处理过的生物质致密化可以包括选自下组的行动，该组的组成为：将该处理过的生物质造粒，将该处理过的生物质压块，和它们的组合。

该水解剂可以包括选自下组的矿物质，该组的组成为：钙、钠、钾、镁、和它们的任何组合。在这样的情况下，该工艺可以进一步包括用该处理过的生物质饲喂一种动物，并且将一定量的矿物质置于喷雾到这些更小的部分上的水溶液中，使得由该动物消费的矿物质的量与该动物的膳食指导方针相对应。

使这些小的部分与该水溶液接触可以包括用该水溶液对这些更小的部分进行喷雾。可以在一台联合收割机中进行将该生物质粉碎成更小的部分。该水解剂和水可以在水溶液中，或者该水解剂可以是一种固体。该水解剂可以按重量计大约2％到大约10％的量存在。

一种用于生产动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触的更小的部分的含湿量在25％-55％之间，从而产生处理过的生物质。该工艺进一步包括储存该处理过的生物质持续至少24小时并且用该储存的生物质饲喂动物。

该生物质可以是玉米秸秆。粉碎生物质可以包括研磨、撕碎、或研磨并撕碎该生物质。该工艺可以进一步包括移动这些更小的部分离开用于粉碎该生物质的一个装置，并且移动到被配置为用于使这些更小的部分与该浆料接触的装置上。

使这些小的部分与该浆料接触可以包括将该浆料从一个容器泵送到用于喷雾该浆料到这些更小的部分上的装置，并且将该浆料喷雾到该这些更小的部分上。

该工艺可以进一步包括从田野收集该生物质。收集该生物质可以包括从田野耙拢并捆包该生物质，或者可以包括从一台联合收割机捆包该生物质。

该无机水解剂可以选自下组，该组的组成为：氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，以及它们任何一种的组合。

该生物质可以在有氧或厌氧条件下储存。

该连续工艺可进一步包括将一种酸性农业副产物与该处理过的生物质混合。该酸性农业副产物可以是液体。

该无机水解剂可以是石灰。该含湿量可以在45％-55％之间。该工艺可以在环境压力和环境温度下进行。该工艺可能每分钟加工至少350千克的玉米秸秆，或者能够每分钟加工至少450千克的生物质。

该工艺可以进一步包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部分。

在一个实施例中，一种将生物质转化为更易消化的动物饲料的系统包括：一个将生物质粉碎成更小的部分的装置、用于移动这些更小的部分离开该装置的输送带、以及用于将包含一种无机水解剂的水溶液喷雾到该输送带上的这些更小的部分上的工具。该系统可以进一步包括用于将这些更小的部分分离成细部分和粗部分的设备。

在另一个实施例中，一种用于生产动物饲料的连续工艺包括将生物质粉碎成更小的部分并使这些更小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触的更小的部分的含湿量在25％-55％之间，从而产生处理过的生物质。该工艺还包括储存该处理过的生物质持续至少24小时并且用该储存的生物质饲喂动物。

在又一个另外的实施例中，一种用于从玉米秸秆生产动物饲料的工艺包括将玉米秸秆粉碎成更小的部分，并且使一种无机水解剂与这些更小的部分和水接触，使得这些更小的部分和该无机水解剂的含湿量在25％-55％之间，从而产生处理过的玉米秸秆。该工艺进一步包括储存该处理过的玉米秸秆持续至少24小时并且用该储存的处理过的玉米秸秆饲喂一种反刍动物。

在另一个实施例中，通过向该生物质加水，该生物质的含湿量被提高到至少35％，并且在另一个实施例中，该含湿量被提高到大约50％。可以将该水解剂悬浮在水中以形成一种浆料，该浆料可以与该生物质接触。因而，在该水解剂与该生物质接触的同时，该生物质的含湿量被调节。在该生物质被研磨之后，可以将水和/或水解剂施用到该生物质上，从而导致该生物质的连续研磨和处理。

在另一个实施例中，本发明的工艺产生了在储存期间均匀改进且稳定的处理过的生物质。该加工的生物质可以在有氧条件下储存而没有分解，并且出人意料的是，这样的有氧储存实际上提高了饲料价值。

这些处理过的生物质可以与农业副产物组合，例如，来自发酵工艺的副产物，包括但不限于酒糟、玉米蛋白饲料、玉米酒糟可溶物、浓缩的发酵的玉米提取物、和赖氨酸发酵可溶物。该副产物可以源于食品制备、乙醇发酵或生物燃料生产过程。这些处理过的生物质与这样的副产物的组合可以用作谷物饲料的替代物，其中相比于谷物产品，该组合与肉制品和奶制品具有相似的且可能更好的组合转化。

这些农业副产物含有对动物有益的蛋白质、维生素、和矿物质。需要注意的是保证某些营养素不被过量饲喂，过量饲喂可能损害动物的生产性能。例如，喂食过多的硫可导致牛的硫化氢中毒，喂食过多的氮和/或磷可能具有负面环境影响，并且喂食过多的钠和/或钾可能增加土壤盐化的风险。然而，当与农业副产物组合时，本发明的改进的生物质可以有助于建立更有利的营养素平衡，从而改进动物饲料混合物的整体利用。

在一个实施例中，一种用于生产改进的生物质的工艺包括使一种生物质源与一种水解剂接触持续一段时间，该时间足以增加该生物质源的可消化性至少大约10％，或者该时间足以溶解该生物质源中的至少15％的膳食纤维。在该过程中，当与该水解剂接触时，该生物质源具有50％或更小的含湿量，或者在另一个实施例中具有大约50％的含湿量。

在一个实施例中，本发明的工艺是在连续操作中进行的。该水解剂与该生物质的接触与物理过程密切相关，该物理过程用来减小该生物质的尺寸，以便使该工艺更有效。例如，可以例如通过研磨、剪切和/或撕碎将该生物质的尺寸减小，并且随后使其与该水解剂接触，该生物质可以与该水解剂接触，并且随后其尺寸被减小，或者，可以同时使该生物质尺寸减小并且与该水解剂接触。该尺寸减小过程和该生物质与水解剂接触的过程的密切物理接近性减少了生物质加工所需要的机械操作数目。

在另一个实施例中，可以将农业副产物添加到该生物质中，在物理上密切接近该尺寸减小过程和/或该生物质与该水解剂接触的过程，以便实现高效。在减小该生物质的尺寸之后，使该生物质与该水解剂接触，将该农业副产物与该生物质混合，或者它们的任何组合，在饲喂一种动物之前，可以将该生物质在厌氧或有氧条件下储存。

在一个另外的实施例中，在该生物质被减小尺寸之后，例如在尺寸减小60秒以内之后，使该生物质与该水解剂接触。取决于所使用的水解剂，来自已经与该水解剂接触的该生物质的水提取物的pH可以超过9或者可以超过10。

该水解剂可以选自下组，该组包括：pH调节剂、氧化剂、或它们的组合。该水解剂可以在大约2％到大约10％，或从大约2.5％到大约8％之间的浓度存在。该水解剂可以是一种选自下组的无机水解剂，该组的组成为：氧化物、氢氧化物、过氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，或者及它们任何一种的组合。可以选择或配制该水解剂，以针对特异性矿物质实现改进的动物营养，从而降低由饲喂任何一种矿物质引起的环境影响，和/或提高处理生物质中的特异性木质纤维素材料的效力。

在另一个实施例中，该水解剂可以是一种包含在此披露的两种或更多种水解剂的混合碱制剂。有时使用一种单一的碱可能遇到限制，例如可能的土壤盐渍化、水解剂的成本、水解剂的活性，以及最终动物饮食的矿物质贡献，或其他限制。

在又一个另外的实施例中，可以与水解剂结合使用一种表面活性剂来处理该生物质。这样的表面活性剂将被选择为在选定的水解剂的pH下起作用和/或作为一种相转移催化剂起作用。该表面活性剂可以包括一种季铵盐和/或叔锍(tertiary sulfonium)化合物，例如甜菜碱和/或3-二甲基磺基异丙酸(DMSP)。该表面活性剂还可以是一种包含卵磷脂、乳酸钠、聚山梨酯80、乳酸、大豆脂肪酸、和乳酸乙酯的组合物。在本发明的工艺之内，该表面活性剂可以与该水解剂按顺序施用于该生物质，或者可以与该水解剂混合，使得该表面活性剂和该水解剂与该生物质同时接触，从而改进在水性溶液中的该水解剂的处理特征和悬浮性，并且改进该水解剂溶解该生物质内的物质的效力。

在又另一个实施例中，该生物质可以与作为该水解剂的一种酶或者与该水解剂相组合的一种酶接触。可以使用的酶包括但不限于，纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶、酯酶、蛋白酶、和它们的任何组合。这些酶也可以来自活生物体和/或具有酶活性的提取物。可以使这些酶与该生物质接触持续一段时间，该时间足以使碳水化合物从该生物质内的纤维源溶出。可以在使该水解剂、相转移催化剂、和/或表面活性剂与该生物质接触之前、之后、或同时使该酶与该生物质接触。该酶可以在至少20℃的温度或在从0℃到80℃的范围被利用。在另一个实施例中，在进一步加工并且饲喂动物之前，可以在有氧条件或厌氧条件下储存该加工的生物质持续长达10天的一段时间。

在不同的实施例中，该生物质选自下组，该组的组成为：生物燃料作物、生物能源作物、多年生草、作物残余物、食物废物、玉米秸秆、玉米芯、玉米皮、玉米秸秆、籽粒以外的材料(MOG)、玉米青贮、小麦秸秆、小麦壳、柳枝稷、芒草(miscanthus)、玉米纤维、大豆纤维、大豆皮、大豆秸秆、可可豆皮、干酒糟、带有可溶物的干酒糟、藻生物质、大麦秆、稻草、亚麻壳、小麦胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽壳、棉籽废弃物、谷物秸秆、高粱、高粱渣、高粱榨渣(expressed sorghum residue)、甘蔗、草、或它们的任何组合。本发明的处理过的生物质也可以与饲料成分、液体或固体混合，以提高动物饲料的营养质量。这些饲料成分可以选自下组，该组的组成为：浓缩发酵提取物、浓缩蒸馏可溶物、基于植物的皂脚、糖蜜、玉米糖浆、发酵可溶物、发酵液、发酵生物质、氨基酸、藻质、甘油、脂肪类、油类、卵磷脂、和任何它们的组合。该饲料成分可以呈干燥的或固体的形式，并且可以用来与通过该纤维水解步骤或多个步骤形成的不溶和可溶性碳水化合物的混合物形成湿润的或干燥的饲料混合物。

在又一个另外的实施例中，一种用于生产更易消化的生物质的工艺包括使一种生物质与一种纤维水解剂接触持续足以使碳水化合物的第一部分从该生物质中的木质纤维素材料溶出的一段时间，并且任选地使该生物质与一种酶接触持续足以使碳水化合物的第二部分从该生物质中的木质纤维素材料溶出的一段时间。具有不溶性纤维部分和可溶性碳水化合物部分的经接触或处理的生物质可以“照原样”用来饲喂一种动物，而不需进一步处理，或者在另一个实施例中，可以被干燥。这样的工艺是有利的，因为它可以在环境温度和环境压力下实施。

在另一个实施例中，可以使一种生物质与该酶和该水解剂以任何顺序接触，即，通过首先与该酶接触、首先与该水解剂接触，或者该生物质可以与该酶和该水解剂同时接触。此外，也可以将在此描述的一种表面活性剂添加到这个工艺中。

在又一个另外的实施例中，该生物质被减小成颗粒或具有大约6mm到大约76mm的最长平均大小、维度的尺寸，以便与该水解剂和/或酶接触。该颗粒尺寸在其最长维度上也可以是大约50mm。

在一个另外的实施例中，一种用于处理生物质的工艺包括将一种生物质的颗粒尺寸减小，使该减小颗粒尺寸的生物质与一种水解剂接触，并且储存该减小颗粒尺寸的已经与该水解剂接触的生物质。该生物质可以储存大约24小时到大约240小时。该工艺可以是连续的并且可以在环境温度和环境压力下进行。与该水解剂接触使碳水化合物的第一部分从该生物质溶出。任选地，该生物质也可以与一种酶接触以使碳水化合物的第二部分从该生物质溶出。可以将已经与该水解剂和/或该酶接触的生物质压实(即，致密化)并将其在塑料袋、贮藏器、或筒仓中在厌氧条件下储存，或者可以在有氧条件下在没有被压实的情况下储存。可以例如通过添加乙醇、生物燃料副产物、无机酸(例如硫酸或磷酸)、或有机酸(例如甲酸、乙酸、乳酸或柠檬酸)调节该接触过的生物质的pH。源或酶或有机酸也可以是保留生物活性的微生物质、活的微生物添加剂、和微生物接种剂。

在一个实施例中，还披露了通过在此描述的工艺生产的动物饲料。这样的动物饲料包括不溶性纤维部分和可溶性碳水化合物部分，各自源于处理过的生物质。该动物饲料可以任选地包括补充成分，以便为动物提供改进的营养。该动物饲料可以包括具有大约0.5mm到大约76mm之间的最长维度、或者最长维度为大约25mm的不溶性纤维部分。该动物饲料还可以包括该处理过的生物质中的总碳水化合物的百分比的至少大约45％的可溶性碳水化合物。该动物饲料还可以包括如在此所述的一种酶。

在另一个实施例中，通过在与该水解剂和/或该酶接触之前或之后减小该生物质到大约0.5mm到大约12mm的平均粒径，可以制成一种通过本发明的工艺生产的更致密的动物饲料。还可以将水添加到该生物质中并且作为游离水或蒸汽与其混合，并且可以在处理该生物质的过程中或者在处理之后的一个致密化过程(例如造粒或压块)中加入。在另一个实施例中，一种另外的饲料成分、液体或固体可以与该处理过的生物质混合，并且与该处理过的生物质一起致密化。

在一个实施例中，在处理该生物质的工艺过程中该生物质的含湿量可以受到控制，以便引出可能的碳水化合物的最有效溶出。可以在与该水解剂接触之前、在该水解剂与该生物质接触的同时、或者在该生物质与该水解剂接触之后将水加入到该生物质中。

在一个另外的实施例中，该处理过的生物质可以是湿润的或者可以是干燥的，这取决于所希望的用途。如果是干燥的，含湿量可以是10％-14％的水分。

在又一个另外的实施例中，可以基于尺寸、密度和/或液体保持能力将已经与该水解剂接触过的生物质或者在用该水解剂处理之前的生物质分开。该处理过的生物质的物理分离可以通过风选、使用筛子、使用滚筒筛、或其他手段来完成，并且可使得能够形成源于一个单处理工艺的优化配置的湿润和/或干燥的动物饲料混合物。这样的物理分离可以产生更小的细部分和较大的粗部分。

将该生物质分离成细部分和粗部分还具有附加的操作益处，因为该细部分可更易于随着输送带移动、被放入转鼓式干燥机中、或其他益处。该细部分和粗部分每一者还可具有营养益处，可基于动物的生产性能、动物种类、动物的生产阶段、和/或动物的营养需求用这些部分饲喂不同的动物。例如，该粗部分可以用来饲喂生长期乳用小母牛，并且该细部分可以用来饲喂对于纤维摄入具有更多限制的泌乳动物。

在一个实施例中，一种处理本发明生物质的工艺包括施用一种氢氧化钙浆料溶液，其中以该生物质的干物质的5％添加氧化钙，并且具有一定量的水，使得该处理过的生物质具有大约50％的含湿量。本发明使用的含湿量小于用于处理生物质的其他工艺的含湿量，因此允许更少的水用量。此外，在本发明中使用的水量需考虑到当氧化钙与水反应时出现的放热反应的足够吸热能力。

实例

提供了以下示例性的非限制性实例以进一步描述在此呈现的实施例。本领域的普通技术人员将理解的是这些实例的变化可能在本发明的范围内。

实例1.整合的尺寸减小和接触工艺。

进行了一系列研究来评估用于同时进行尺寸减小和生物质处理的装备和方法。开发了在这些研究中使用的玉米秸秆的吨数以及用于处理生物质和生产动物饲料的高容量工艺。

设计了一种连续剪切与接触系统，以便在典型的商业规模的生物质加工的条件下运行。该剪切/接触系统在可变的原料质量以及正如从收集自田野的生物质所预期的包含可见碎片和污染物的原料的条件下运行。

包括茎、叶、皮和芯在内的籽粒被去除的玉米残留物(即，玉米秸秆)被用作木质纤维素材料源或生物质。使用可商购的滚筒研磨机(黑巴斯特(HAYBUSTER)型1150)将玉米秸秆剪切，并且使剪切的玉米秸秆与一种在该滚筒研磨机的卸料带上的无机水解剂接触。

用来施用该无机水解剂的装备包括一个计量所添加的溶液的量的进料系统以及被配置为带有被设计为均匀湿润生物质的喷嘴的喷雾棒。用来向该生物质施用该水解剂的系统的图解显示在图1中。该系统包括含有该水解剂的容器10、用于从该容器10移除该水解剂的软管12、用于泵送该水解剂和水的泵14、用于运送该水解剂和水以便施用给该生物质例如玉米秸秆的软管16、用于使该水解剂和水与该生物质接触的U形歧管18、以及用于移动该玉米秸秆离开该粉碎机(未显示)的输送带20。

该容器10可以是一个带有混合装置的混合槽，用于搅拌在水中的水解剂以保持这样的浆料在稠度上是均匀的。

该U形歧管18包括两个喷雾棒19，各自将该水解剂和水喷雾到该生物质上。当该生物质移动通过输送带20上的U形歧管18时，喷雾棒19相对于该输送带20横向安装。一个喷雾棒包括八个孔洞，所述孔洞的最大直径为6.4mm，并且这些孔洞以大约76mm间隔开。另一个喷雾棒包括九个孔洞，所述孔洞的最大直径为6.4mm，并且这些孔洞以大约76mm间隔开。在这两个喷雾棒19上的孔洞的位置是交错的，使得当这两个喷雾棒19串联操作时，该水解剂以大约37mm的距离跨过760mm的输送带20的宽度而被施用到输送带20上的玉米秸秆上。将一种双重过滤机制(未显示)整合到该系统中，以从该水解剂和水中过滤出任何碎片，并且使该系统能够被净化，甚至当该系统以恒定的容量正在进行加工时也是如此。

这些喷雾棒19具有精确大小并定位的孔洞，使得能够用在水中的该水解剂的浆料适当且完全地润湿经研磨的生物质，以使化学反应快速且完全。

第二U形歧管18被构建，其具有在直径上为9.5mm的相似地间隔开的孔洞。具有更大的孔洞的该第二U形歧管与该第一U形歧管以相似的方式进行操作，并且彼此邻近地操作这两个U形歧管。出料口钻在底部中，即，这些喷雾棒19的面向该输送带20的部分，并且竖向朝下成角度，以便促进该水解剂和水以穿透流与该生物质接触。将该水解剂和水以一定的压力施用于该生物质，该压力足以引起该水解剂穿透在该输送带20上的生物质的全深度。通过使用两套U形歧管18，可以增加生物质的量的容量，但是本领域的普通技术人员清楚的是，可以使用两个以上的U形歧管中的一个。将多个阀22添加到该U形歧管18中，与每个喷雾棒19对齐，以改进该水解剂流率的控制，并且使得能够针对输送带20的不同速度以及在输送带20上的生物质的量和尺寸确定该水解剂的施用速率。在每个喷雾棒19上也可以存在一个清洗排放阀24，使得在该工艺过程中在需要时能够进行清洗。

该U形歧管与该滚筒研磨机的(未显示)出料输送带20配合。该滚筒研磨机安装有76mm(3英寸)的圆孔筛。使用这种设置，研磨了75个玉米秸秆包(每个大约重545kg)，并且将大约7000个加仑的水解剂(石灰悬浮液)在80分钟内不停地施用到研磨的玉米秸秆上。这样的设置使得能够用该水解剂每小时处理10公吨的干玉米秸秆。在又一个另外的实施例中，用于运送该水解剂和水的软管16、U形歧管18、和阀22可以配置有四个喷雾棒19，如在图2中所示。

在另一个实施例中，评估了研磨速率对玉米秸秆与该水解剂接触的影响。通过改变该研磨机中的筛子尺寸，改变了该滚筒研磨机的研磨速率(kg/hr)，其中评估了76mm、127mm、和178mm的筛子尺寸。该水解剂(悬浮的石灰)作为水化悬浮液施用，以实现在重量：重量干物质基础上的5％石灰施用率。这样的评估还允许确定是否更精细的研磨将改进该玉米秸秆与该水解剂的接触。针对每个筛子尺寸研磨了十个玉米秸秆包，并且使用图1的系统施用了该水解剂(石灰悬浮液)。对于每个评估的筛子尺寸，经过研磨但是未用该水解剂处理的五个秸秆包用作基线或对照。

在从该滚筒研磨机的输送带排出之后，立即收集对照玉米秸秆样品和用水解剂处理的玉米秸秆，并且通过用蒸馏水提取该玉米秸秆并测量提取液的pH，测量了pH。这使得具备查明该玉米秸秆是否已经与该水解剂接触的能力，正如以pH的增加为证据。这些结果呈现在表1中并且表明，该施用装置能够成功地向该玉米秸秆施用该水解剂，正如以pH的增加所指示的。该施用装置能够成功地每小时向11.5到27公吨的干玉米秸秆施用水解剂。

表1.在一个整合的剪切-加工系统中与水解剂(悬浮的石灰)接触的玉米秸秆的特征。

加工的秸秆样品被保留并在厌氧条件下储存2周，并且对干重膳食纤维含量和可消化性进行了分析，以便看出该处理过的玉米秸秆的饲料价值是否增加。通过将样品孵育于一种中性缓冲溶液中测量了膳食纤维含量，并且通过将样品在含有瘤胃微生物混合培养液的瘤胃液体的缓冲溶液中孵育48小时确定了干物质的可消化性。结果呈现在表2中。

表2.在连续剪切-接触工艺中与石灰水解剂接触的玉米秸秆的特征。

来自这个评估的数据表明，使该玉米秸秆与该水解剂接触导致来自玉米秸秆的每100克纤维的9到15克膳食纤维的溶解。这显得在该滚筒研磨机中使用76mm的筛子是有利的，因为与在127mm和178mm筛子中研磨的玉米秸秆比较，存在着改进的膳食纤维溶解和改进的可消化性。这样的结果表明，如果该生物质的颗粒大小被减小，可以实现该工艺的更高效率，这通过与如在表2中显示的较大尺寸的颗粒比较，对于与该水解剂接触的小颗粒测得的在干物质消化方面的改进而得以支持。

共同地，这个实例证明了该连续剪切-接触系统可以在恒定的高容量下运行，以便实行生物质与一种水解剂以这样的方式接触，该方式能够溶解每100克生物质的至少8克纤维，并且甚至溶解每100克生物质的高达15克的纤维，并且改进了该干物质的可消化性。

实例2.通过该整合的剪切-接触工艺生产的生物质的饲料价值。

针对在实例1的大规模试验期间处理的玉米秸秆进行研究，以便评估与水解剂(石灰)接触是否将提高该玉米秸秆的饲料价值。假定溶出的纤维对于在水性环境(例如反刍动物的前胃)中的酶水解是更敏感的，则通过增加膳食纤维的溶解度提高了饲料价值。同样，由于木质素是难消化的，降低木质素的量或者木质素与纤维的关联可以提高处理过的饲料的营养价值。钙是一种必需矿物质并且常常以某种形式添加到用于饲喂家畜的饲料日粮中。因而，增加生物质的钙含量将是提高作为动物饲料的处理过的生物质的价值的一个手段。增加生物质的pH也将是一种改进，尤其是当该生物质随后以含有酸性食品(例如作为农业加工的副产物获得的那些)的饮食进行饲喂时。酸性食品的实例包括干酒糟、浓缩蒸馏可溶物、和浓缩的发酵的玉米提取物。将碱性食品混合到酸性饲料口粮中可能改善在由动物摄入饲料时在饲料口粮与胃肠道之间的pH平衡，因此促成该饲料口粮在可消化性方面的改进。

通过将实例1的处理过的玉米秸秆的样品在厌氧条件下储存10天，并且测定储存样品的pH以及膳食纤维、木质素、和钙的浓度，评定了实例1的处理过的玉米秸秆的饲料价值。还分析了未经处理的秸秆作为对照。如在表3中所示，尤其是对于使用76mm或127mm筛子在研磨机中加工的玉米秸秆而言，用该水解剂处理该玉米秸秆导致pH的大幅升高，并且它溶解了大量的膳食纤维。同样，对于更精细地剪切的秸秆而言，处理过的玉米秸秆的木质素含量减少，但是对于粗剪切的玉米秸秆而言，木质素含量增加。更精细地剪切的秸秆的更好特征可归因于这样的事实，即，与更精细剪切的玉米秸秆比较，接触粗剪切的秸秆的水解剂的浓度是更低的，正如以较粗玉米秸秆的更低的钙浓度和更低的pH值证明的。

表3.在连续剪切工艺中用水解剂处理的生物质的特征

这项研究的结果证明，连续剪切-接触工艺对于增加pH、溶解处理过的生物质的膳食纤维含量、以及可能对于降低木质素含量是有用的。在一个实施例中，使用127mm的筛子尺寸或更小的尺寸，将该生物质在该滚筒研磨机中剪切，以便改善该水解剂与该生物质的接触。此外，使用石灰作为水解剂增加了钙的量，这可能也是一个附加益处，并且当该处理过的生物质与一种酸性饲料混合时，增加的pH可能是特别有益的。

实例3.处理过的生物质的有氧储存。

动物饲料常常易于随着时间的过去而分解，并且当含湿量足以使不良霉菌和酵母生长时(例如在大约12％以上的含湿量)更是这样。预防这种分解的普遍实践是压实高湿度饲料并将其在低氧下(即，厌氧条件或在地窖里贮存)储存，以便使该储存的饲料稳定并且预防微生物分解。例如，可以收获湿含量处于50％和80％之间的全株玉米，将其剪切，并且压实在贮藏器或塑料袋中，之后作为“玉米青贮”饲喂反刍家畜。虽然这种方法有助于降低该饲料的降解，但是招致以这样的方式加工该生物质的额外成本。这项研究评估了是否可以处理一种生物质而不压实并在有氧条件下储存，以便更经济地生产饲料。

进行了一项实验室规模储存试验来确定是否连续接触并剪切的生物质可以在有氧条件下储存。如在实例1中所述将玉米秸秆连续剪切并与一种水解剂接触，其中使用氢氧化钙(水化石灰)作为该水解剂。使用76mm筛子以及石灰与水的溶液作为该水解剂在一个滚筒研磨机中完成该剪切。向该玉米秸秆施用该水解剂以实现大约50％的目标湿度。在处理之后，收集与石灰接触过的玉米秸秆的30kg部分并且在有氧条件下在大约22℃下储存，无需压实。在第一天、第三天、和第10天收集经储存的30kg部分的样品，并且测量的干物质的可消化性。在第10天之后还测量了pH。通过浸软并手工剪切这些样品来模仿被奶牛咀嚼，测量了可消化性。通过在泌乳奶牛的瘤胃中孵育持续48小时，将浸软的样品暴露于瘤胃酶。将残余材料干燥，并计算干物质的消化。结果呈现在表4中。

表4.连续剪切并经接触的玉米秸秆在有氧储存之后的特征。

测得该接触过的玉米秸秆具有大约49％的含湿量，但是经由肉眼评定没有任何发霉的证明。刚好在与该水解剂接触之后测得的该处理过的玉米秸秆的pH为12.5，而在储存10天之后为9.2。与储存10天比较，储存一天的瘤胃干物质消化从54％到68％增加了14个单位。这个实例的结果表明，高湿度生物质可以在有氧条件下储存而没有分解，并且导致生物质由于有氧储存而发生的饲料价值的提高，正如与储存1天比较所示，储存10天在可消化性方面提高了26％。

实例4.生物质的混合碱处理。

常常用矿物质强化动物饲料，这些矿物质对于健康、生长或其他生产功能是必需的。在理想的情况下，这些饲料混合物含有足够的但不过量的矿物质，因为过量饲喂矿物质可能引起矿物质之间的拮抗作用和降低的矿物质使用效率，并且喂食过多的某些矿物质甚至可能引起代谢紊乱和可能的环境损害。

在这个实例中，进行了一项研究来评估含有钙、钠、镁、和钾(多种矿物质)的碱作为水解剂能够有效改进饲料消化和膳食纤维溶解，同时提供相比于单一矿物质富有营养的组合物的能力。这个实例使用了生物质的挤出加工以及如在美国专利申请案2008022012中描述的水解剂，从而用该水解剂处理生物质，其全部内容通过引用进行结合。向该玉米秸秆施用作为干粉的氧化钙并且在处理过程中加入水，在加入到该玉米秸秆之前也将氧化钙和氧化镁与水混合而形成一种浆料。在利用时，将氢氧化钠、氢氧化钾、和氢氧化铵添加到浆料中以形成碱混合物，并且使其在挤出工艺中与玉米秸秆接触。在需要时加入水以调整工艺条件来实现所希望的含湿量。在处理之后，收集样品，并在缓冲瘤胃液中孵育48小时之后测定干物质的营养特性和可消化性。

这个实例的结果呈现在表5中。该氢氧化物浆料并不显得与添加干的氧化物一样有效，其中干物质的可消化性分别为62％对74％。当氢氧化钠和氢氧化钾与3％氢氧化钙比较时，氢氧化钠和氢氧化钾显现提供了益处，即相对于5％的氧化钙或氢氧化钙，膳食纤维溶解增加且干物质消化增加。在其对干物质可消化性的作用方面，钾显得比钠效果更低，然而，存在许多变化，并且就对膳食纤维含量的作用而言，单独的氢氧化钾提供了类似于氢氧化钠的作用。与氢氧化钠或氢氧化钾比较，氢氧化铵在混合物内效果更低。随着氨气的形成，该系统的高pH使平衡朝向铵离子移动，因而降低了处理效果。在低浓度下并且在密闭容器中，尤其是在低含湿量(小于35％湿度)或者具有更难于用一种液体水解剂进行加工的更粗的材料时，铵离子分散到该生物质的纤维材料中可能是有利的。

表5.与水解剂的组合接触过的生物质的特征。

添加5％氧化镁导致介于干氧化钙和氢氧化钙浆料之间的化学特征，具有对于改进的干物质消化而言的轻微降低的效果。氢氧化钙和氢氧化镁的混合物与2％的氢氧化钠的组合与氢氧化钙本身比较是效果更低的。氢氧化镁似乎可以降低氢氧化钙的效果，但是仍然以低的包含率而被包含在内，以便提供镁矿物质。

实例5.与水解剂的组合接触过的木质纤维素的特征。

在这个实例中，进行了一项研究来评估用于溶解纤维、提供可消化性、以及增强不同生物质中的营养矿物质含量的水解剂的浓度。这个实例使用了生物质的挤出加工以及如在美国专利申请案2008022012中描述的水解剂，从而用该水解剂处理生物质，其全部内容通过引用进行结合。玉米秸秆、小麦秸秆、和棉籽壳为评估的生物质。以2.27kg/分在50％湿度下，并且单独地或组合地使用干的氧化钙或在水中的氢氧化钠以达到2.5％或5％的添加碱，完成该生物质的挤出加工。保留处理过的和未经处理的生物质样品，并且确定干物质的化学组成和可消化性。

这个实例的结果如在表6中所示，并且总体上表明这些水解剂增加了干物质消化。用这些水解剂处理这些生物质溶解了膳食纤维并且增加了这些生物质的干物质可消化性。在氢氧化钠引起干物质可消化性的更多增加的情况下，在氧化钙与氢氧化钠处理之间存在差异效应，但是纤维溶解与氧化钙相比只是低一点。这种效应对于棉籽壳而言是最为显著的。氧化钙与氢氧化钠的组合增加了干物质和纤维消化，介于玉米秸秆和小麦秸秆之间，并且与单独的氧化钙和氢氧化钠比较，该组合对于棉籽壳是提高的。

表6.在连续加工(挤出)过程中木质纤维素与氢氧化钠、氧化钙、或两者接触的效果。

氢氧化钠比氧化钙是更有效的，但是对于操作而言是更危险的。同样，对于氢氧化钠必须小心，以便避免成品动物饲料中过多的钠以及可能的由于动物的高钠排泄所致的土壤盐化。氧化钙和氢氧化钠的组合降低了对单一离子的依赖性并且对于处理生物质显得是有用的。

实例6.使生物质与碳酸钠和氧化钙接触。

在这个实例中，将精细研磨的玉米秸秆样品与干的氧化钙粉末、碳酸钠、或两者混合。这个实例评估了是否氧化钙和碳酸钠将反应形成氢氧化钠。

将在滚筒研磨机中通过127mm的筛子的研磨的玉米秸秆样品与干物质基础上的5％氧化钙或与3％氧化钙和2.6％碳酸钠的混合物混合，用于比较膳食纤维的初始溶解。氧化钙(石灰)是较粗的并且反应不良。向这些生物质加水以达到大约50％的湿度。为了比较这些水解剂起作用的速度，立即从混合的生物质和水解剂以及在4小时之后在用二氧化碳气饱和以将过多的氢氧化钙转化为碳酸钙之前进行取样。另一个样品保持冷冻并且在大约3天的反应时间之后对其进行分析。结果呈现在表7中。

表7.与氧化钙或者氧化钙和碳酸钠的组合接触过的剪切生物质的纤维含量。

当在有机质(OM)基础上表示时，用这些水解剂的处理溶解了膳食纤维，并且与氧化钙自身相比较，使用氧化钙和碳酸钠的组合导致了更快的反应。这表明碳酸钠可以与水解剂组合使用以增加该水解剂与该生物质木质纤维素反应的速率，并且碳酸钠与该水解剂的组合相比于单独使用氧化钙提高了膳食纤维的溶解。这种组合可以允许使用对于操作而言比氢氧化钠自身更安全的材料产生强水解剂(例如氢氧化钠)。

实例7.处理过的生物质的液体保持特征。

使用氧化钙作为水解剂，如在实例1中所述研磨和处理玉米秸秆包。在该生物质的处理过程中，观察到从该处理工艺排出的细颗粒部分已经从该处理过的生物质的其余部分物理分离。该细颗粒部分显得在植物组成方面是异质的，该细颗粒部分显现为主要是该玉米秸秆的秸秆髓。收集该细颗粒部分的样品，并且评估其液体保持能力。如在表8中所示，处理过的玉米秸秆的细颗粒部分相比于未经处理的剪切的玉米秸秆具有更好的液体保持能力。

表8.剪切的秸秆和处理过的细部分、玉米秸秆的细部分的液体保持能力(LCH)。

存在着可以使用诸如风选或筛分之类的方法从该处理过的玉米秸秆的其余部分分离的处理过的玉米秸秆的一个部分或多个部分。这可以提供用于形成混合饲料的优点，因为具有有益营养素含量的大量的液体饲料成分可以被混合到该处理过的液体保持玉米秸秆部分中。在本质上，该处理过的液体保持玉米秸秆部分可以取代诸如玉米种皮(麸)或大豆皮之类的纤维残余物，这些纤维残余物常用作作为副产物产生的液体成分的载体。

实例8.分离处理过的秸秆用于饲料评估。

生物质的剪切或研磨可能是一个能源密集的过程，对于细的或粗的剪切或研磨，每质量单位使用了大量的能源。诸如反刍动物之类的动物能够利用粗纤维，并且甚至受益于具有粗纤维，因为粗纤维刺激咀嚼和唾液的产生，能够自然地缓冲瘤胃发酵。精细剪切或研磨的生物质可以改善生物质的机械处理特性并且提供更多的饲料消费。然而，精细剪切或研磨的生物质可以减少潜在可消化的纤维在肠中的停留时间，这可能减弱饲料消化。因而，一系列的颗粒大小和属性对于处理过的生物质以及在包含处理过的生物质和其他饲料成分的总的饲料制剂中可以是有利的。

进行了一项研究来评估该连续剪切加工系统对颗粒大小级别之内的处理效果的影响。如在实例1中所述用石灰溶液剪切并处理玉米秸秆。在该试验中使用了已经在厌氧条件下在塑料袋中储存1个月的处理过的和未处理的玉米秸秆的样品。通过筛分(使用ASAE标准S424.1)分离了大约2个加仑体积的生物质，并且测定了不溶性膳食纤维的含量。结果呈现在表9中。

在该剪切-处理工艺中使用的滚筒研磨机的筛子尺寸影响了该处理过的玉米秸秆的颗粒大小分布，当剪切筛的孔径增加时，观察到更大的较粗颗粒的累积重量。未处理的玉米秸秆的不溶性膳食纤维含量跨颗粒大小是相似的，而用石灰处理玉米秸秆导致对于所有颗粒大小的膳食纤维的显著溶解。对于更细的颗粒的处理效果是更好的，每100克干重有20克或更多的膳食纤维溶解。最细颗粒大小的玉米秸秆(来自底部盘)的大部分纤维溶解，例如在滚筒研磨机中使用76mm筛子时。

表9.颗粒大小对用石灰处理之后的玉米秸秆的不溶性纤维含量的影响。

表9的结果表明，该剪切/处理工艺溶解了跨系列的生物质颗粒大小的膳食纤维。在本发明的处理工艺中使用细剪切/研磨导致细颗粒部分的累积，该细颗粒部分具有更少的不溶性膳食纤维或更多的可溶性纤维，并且因而具有更好的可消化性。这个细部分还具有有利的材料处理特性，并且它的饲料价值可以提高，使得它适合于非反刍动物，例如妊娠和/或生长期的猪。

实例9.处理过的生物质在饲料混合物中的用途。

进行研究来评估石灰处理过的玉米秸秆用于形成复合饲料的效用。在一项研究中，使用实例1中描述的系统剪切并处理玉米秸秆。使用在滚筒研磨机中的127mm筛子剪切玉米秸秆。使用未处理的和处理过的玉米秸秆在转鼓混合器中形成含有玉米秸秆、处于50％湿度的改性的玉米湿酒糟(MCWDG)、以及已知为玉米浆(CSL)的处于50％湿度的浓缩的发酵的玉米提取物的饲料混合物。向未处理的玉米秸秆加水以使含湿量平衡。表10显示了研究的结果并且表明，含有处理过的玉米秸秆的饲料混合物具有降低的不溶性膳食纤维含量，这表明该处理工艺溶解了膳食纤维，因而提高了该饲料的可消化性和饲料价值。与未处理的玉米秸秆比较，这种含有处理过的玉米秸秆的混合物也具有增加的非纤维碳水化合物含量。非纤维碳水化合物包括诸如可被动物消化的可溶性糖的一类营养素。

表10.含有与水解剂接触过的剪切的处理过的生物质的饲料混合物的蛋白质和膳食纤维含量。

在另一项研究中，在该连续剪切-处理系统中，使用76mm的筛子，用石灰处理的玉米秸秆用来在高剪切混合器中形成饲料，以便评估饲料的pH、营养素组成、和物理形式。与转鼓式混合器比较，高剪切混合改善了饲料的处理特征。相比于与该处理过的玉米秸秆混合的单独的成分的pH，处理过的玉米秸秆作为载体被包括在内提高了饲料的pH。一些饲料含有高比例的呈制剂形式的液体成分(玉米浆)，表明处理过的玉米秸秆可以用作饲料中的液体和/或液体饲料的载体。基于在此描述的分析的组成，可以形成许多各种不同的饲料，这些组成将满足如在表11中显示的许多动物对于蛋白质和钙的营养需求，然而还提供了作为能量的可消化的碳水化合物。此外，一些饲料展现出更高的pH，并且这样的饲料可以按饲料的形式使用以便缓冲动物的胃肠道，这些动物被饲喂酸性饮食或在反刍动物的前胃中发酵(产生短链脂肪酸，例如乳酸、乙酸、丙酸、或丁酸)的饮食。

表11.含有用石灰处理的剪切的玉米秸秆的饲料的化学组成。

这个实例证明了处理过的玉米秸秆在饲料中的效用。可以选择和/或组合不同的水解剂，使得处理过的玉米秸秆的矿物质组成与动物对于这些矿物质的需求一致。同样，可以对剪切/研磨设备的选择以及任选的具有独特特征的处理过的玉米秸秆的较小尺寸颗粒的分离进行选择，以便优化饲料。因而，可以优化与不同的副产物组合的不同的处理过的生物质的剪切/处理和混合，以便使用处理过的生物质来生产类似于酒糟的饲料或玉米蛋白饲料。

实例10.处理过的生物质的饲料价值。

进行饲喂试验来评估水解剂和处理过的生物质的储存方法对营养特征和饲料价值的影响。使用装配有25mm筛子的滚筒研磨机来剪切玉米秸秆。将剪切的玉米秸秆输送到一个开放的商品仓(commodity bay)，以备进一步加工。在一个批量工艺中使一部分剪切的玉米秸秆与水解剂接触，包括将该玉米秸秆置于饲料混合车中，润湿玉米秸秆至大约50％的湿度，并且加入按重量计5％的氧化钙粉末，同时将该玉米秸秆用该饲料车中的拖链式螺旋钻(chain-drag auger)混合。在混合大约十分钟之后，将处理过的玉米秸秆置于大的塑料袋(Ag袋)中，压实，并且在厌氧条件下储存至少30天，然后收集样品。

在如描述于美国公开案20080220125中的一台里德考(Readco)连续加工装置中通过连续挤出加工来自该商品仓的剪切的玉米秸秆的另一部分，但是增加了一个预润湿步骤来改进该剪切的玉米秸秆在该挤出机中的流动。用氢氧化钙或者处于5:0、4:1、或3:2的氧化钙:氢氧化钠浓度(生物质的重量％)的氢氧化钙与氢氧化钠的组合来处理该剪切的且预润湿的玉米秸秆。在处理过程中该剪切的玉米秸秆的含湿量是大约50％，并且在挤出机中的停留时间是大约15秒。将该处理过的玉米秸秆从该挤出机中排出并储存在一个开放的商品仓中，在春天和夏天的几个月期间并没有在有氧条件下压实。在至少30天之后，收集有氧储存的、处理过的玉米秸秆的样品。评估了该处理过的并储存过的玉米秸秆的化学特征，并且进行了肉牛饲喂试验来确定这种处理过的玉米秸秆的饲料价值。

如在表12中所示，出现了一个出人意料的结果，当该挤出的玉米秸在有氧条件下储存时，湿度出现损失，在这种情况下，与在挤出之后当时的处理过的玉米秸秆的大约41％的含湿量比较，该含湿量降低到13.7％-15.4％。该有氧储存的玉米秸秆没有可见的变质，这可能是由于大于10的升高的pH所致。虽然该有氧储存的玉米秸秆在溶解的膳食纤维方面具有轻微的优势，但是该有氧储存的玉米秸秆对于生产是更经济的，因为避免了压实和覆盖的步骤。

表12.用水解剂处理的玉米秸秆的膳食纤维的溶解和干物质消化。

这种有氧储存的经处理的玉米秸秆的pH在10以上，如在表12中所示。通过在这个实例中评估的所有接触/储存方法，溶解了至少15g/100g的膳食纤维。在该连续挤出工艺中，使用水解剂的组合显得具有益处，尤其是对于改善膳食纤维的溶解而言。还通过在含有瘤胃微生物的缓冲溶液中孵育该处理过的玉米秸秆的样品，评定了不同的接触/储存方法的影响，已知这些微生物具有一系列的能够水解复合生物质的酶类。在体外孵育48小时之后，使用氢氧化钙与氢氧化钠的组合作为水解剂相比于氢氧化钙自身显出一种优势。组合氢氧化钙和氢氧化钠的另一个优势在于，该处理过的玉米秸秆对于动物是更富有营养的，原因在于所存在的钙和钠的量接近于这些矿物质的推荐供给量。

当用来取代玉米粒和未处理的玉米秸秆时，启动肉牛饲喂试验来测试处理过的玉米秸秆的饲料价值。六十头肉用阉牛分组收容在饲料仓中，并且饲喂全混合日粮持续60天。这些阉牛圈养在围栏里，每个圈里6头阉牛，并且两个圈被指定包含该处理过的玉米秸秆的每种日粮。用Gro-Safe电子标签监测这些阉牛的单独的饲料摄取，并且在该研究的开始和结束时将每一阉牛单独称重。对牛进行加工以收集胴体数据。日粮的组成显示于表13中。以该日粮的干重的20％饲喂处理过的玉米秸秆。

表13.在饲喂试验中使用的饮食的组成。

表14显示了该处理过的玉米秸秆饲喂的肉牛的性能。注意到对于以对照日粮饲喂的牛或以该处理过的玉米秸秆日粮饲喂的牛的最终体重没有差异。日体重增益未受处理的影响，但是倾向于以对照日粮或者含有用3:2的氧化钙:氢氧化钠处理的玉米秸秆的日粮饲喂的牛是更大的。饲料摄取(P<.01)随着含有处理过的玉米秸秆的日粮而降低。与以玉米对照日粮饲喂的牛比较，对于含有处理过的玉米秸秆的日粮，饲料转化效率(增益:饲料)倾向于(P＝.17)提高。这出人意料地表明，用该水解剂处理该玉米秸秆提高了处理过的玉米秸秆的饲料价值，并且包含该处理过的玉米秸秆的日粮具有等同于含有高玉米粒量的日粮的饲料价值。当在连续接触过程中施用5％的氧化钙或者比率为3:2的氧化钙:氢氧化钠作为水解剂时，这是最显著的。

表14.以含有作为玉米粒和未处理生物质的代用品的处理过的玉米秸秆的日粮饲喂的肉牛的性能。

牛的胴体重未受玉米秸秆处理的影响，但是当以玉米对照、批量处理的玉米秸秆、或用比率为3:2的氧化钙:氢氧化钠作为水解剂处理过的玉米秸秆饲喂牛时，存在着对于胴体的更多选择分级的数字趋势。

实例11.加工过的玉米籽粒果皮纤维和玉米秸秆的组成。

启动了加工研究，以评估从玉米的籽粒部分获得的玉米纤维(果皮纤维)或从去除籽粒的全株材料(玉米秸秆)获得的玉米纤维的碱处理。将加工过的材料与饲料成分混合、干燥、并且致密化，以形成适合于饲喂肉牛、奶牛、和猪的饲料混合物。使用利特福德(Littleford)300L牌的密闭加工容器，以一种连续的方式进行果皮纤维和该玉米秸秆与水解剂混合物的接触。向该容器中加水，使这些纤维材料水化到50％的湿度，加入碱性试剂(在秸秆的情形下为2％CaO+3％NaOH wt:wt；在果皮重量的情形下为1.5％CaO+1.5％NaOH wt:wt)，并且将这些材料在该容器中加工15分钟。在处理之后，使用施魏科(Sweco)振动分离器分离该处理过的秸秆的一部分，该振动分离器装配有一个5/16”的筛子，以将该处理过的玉米秸秆分离成一个细部分和一个粗部分。为了形成动物饲料产品，使用利特福德(Littleford)150L牌混合器，将这些处理过的纤维与一种液体饲料(即，液体玉米浆)、湿酒糟、或它们的组合相混合。将这些混合产品的多个部分进行带式干燥，并且通过造粒或活塞压块使其致密化。

在该连续混合工艺中，在一个密闭容器中，以适度的水分浓度，并且持续一段短的反应时间用这些水解剂进行处理，这个实例令人惊讶地溶解了高量的膳食纤维。在玉米秸秆和玉米秸秆的细部分的情形下，大约百分之20单位的纤维被溶解，而对于该粗部分，大约16个单位的纤维被溶解。在玉米籽粒果皮的情形下，用水解剂处理溶解了大约14单位的纤维。这个实例证实了一种新颖的用于将全秸秆分离成具有改进属性的细部分或粗部分的方法，并且不同大小的材料可以适合地用于某些家畜饲料。例如，较粗的材料可以更适用于肉牛，而较细的部分可以被证明更适合于奶牛和妊娠母猪。

这些加工过的纤维(秸秆和果皮)含有低于典型地饲喂家畜的供给量的蛋白质水平。然而如在表15中所示，与农业副产物成分混合导致饲料混合物具有干重的12％到20％的蛋白质浓度。这些加工的纤维与其他饲料成分的混合还改善了纤维与蛋白质之间的平衡，从而使这些混合材料更适合于饲喂诸如肉牛、奶牛、和猪之类的家畜。饲料混合物的干燥和致密化产生了稳定的并且可以在散装仓或商品楼中储存延长时期的材料。这样的干燥且致密化的材料也可以按照用于运输诸如谷物和油料种子之类的商品的相似方式进行运输。

表15.加工对玉米秸秆和玉米籽粒果皮的特征、以及含有改进材料的混合饲料产品的组成的影响。

DM＝干物质；CP＝粗蛋白；WDG＝湿酒糟；CSL＝玉米浆

实例12.玉米秸秆残余物的分离和加工方案。

改进的用于收集作物残余物的方法是一个活跃的研究领域，其中许多研究旨在开发新的设备或工艺来优化从田野取回的材料的量或质量。一种方法使用了修改的联合收割机头，其容许同时收集籽粒和籽粒以外的材料(MOG)。对于玉米，这种MOG包所收集的穿过联合收割机的除了籽粒以外的玉米植物部分。在本质上，该MOG是具有更少玉米杆的玉米秸秆，因为这些玉米杆不被联合收割机拾取。通过常规的方法处理这种籽粒，同时该MOG被形成捆包。与通过常规的耙拢和捆包收集的玉米秸秆比较，MOG材料可以具有有利的特性，因为收集了相对于玉米秆的更多的玉米皮、叶、和芯，并且MOG具有更少的土壤污染。

为了评定MOG对本发明的加工技术的响应性，使用通过常规耙拢和捆包收集的秸秆包、以及MOG包进行了试验。在商用滚筒研磨机中粉碎常规的秸秆和MOG，以减小材料的颗粒大小。使用在此描述的施用歧管施用氢氧化钙溶液。以基于wt:wt的5％CaO施用石灰悬浮液，其目标是在加工过程具有50％的湿度。将秸秆连续研磨并以每分钟大约750lbs进行加工，并且以每分钟大约750lbs磅加工MOG。在处理之后将这些加工的材料在有氧条件下以堆叠的形式储存。在处理之后一天，收集加工过的材料的样品，并且将其递交给实验室，以便在处理的10天之内进行测定。该试验的结果呈现在表16中。

表16.用水解剂处理对秸秆和籽粒以外的材料(MOG)的组成和可消化性的影响。

在有氧储存条件下与处于大约50％的湿度的水解剂的接触足以产生观察到的在表16中呈现的膳食纤维的溶解。与常规的秸杆比较，该MOG具有更少的灰分并且内在上是更易消化的。用石灰处理溶解了膳食纤维，并且改善了常规的秸杆和MOG的可消化性，但是该MOG倾向于对在这个试验中使用的加工方案更少作出响应。这个实例证明，已经证实对于改进常规的秸杆是有用的连续加工方案也可以适合于用来提高材料例如MOG的饲料价值。

实例13.用于动物饲料的研磨秸杆的分离。

在跨家畜类别和家畜类别之内的生产阶段，包括在动物饮食中的草料量和类型变化很大，其中高产量的动物典型地饲喂了更少量的草料和更高量的淀粉精饲料(例如玉米粒)。然而，向高产量的家畜(例如泌乳奶牛)饲喂高精料饲粮，可以引起消化紊乱、不良生产性能、以及甚至代谢性酸中毒所致的死亡。因此，高产量家畜的日粮将含有一定比例的草料，其中重点放在草料的物理特征和化学特征上，从而优化该动物的摄取、消化、和健康。通常，含有高量的具有长颗粒长度的不溶性纤维的饲喂日粮倾向于降低全日粮的摄取，由此限制了对于生长和产奶必需的营养素的摄取。因此，重要的是评定草料和作物残余物的可消化性和颗粒特征，以确定它们在饲料日粮中的潜在效用。

为了做出这些评定，使用装配有0.25英寸筛子的圆筒筛(威猛(Vermeer)圆筒筛-型号TR521)分离了实例12的这些材料，由此产生针对常规秸杆和MOG的粗部分(>.25”)和细部分(<.25”)。在这些材料已经被连续研磨并用石灰处理之后的24小时之内完成这些处理过的材料的分离。这些不同部分的特征呈现在表17中。

表17.在处理和分离之后的常规秸杆和MOG的组成。

如在实例12中论述的，与MOG比较，这些材料与水解溶液的接触对于玉米秸秆而言是更有效的，其证据为相对于秸秆的MOG的更少的溶解膳食纤维量。以相对于细部分的粗部分的更大的平均颗粒大小为证，这些材料成功地分离成粗部分和细部分。估计在这两个部分中的总重量的比例为在粗部分与细部分之间的按重量百分比计大约60比40或者40比60。常规的秸秆最初具有更高的灰分，并且因此与MOG比较，在该处理过的秸秆的细部分中具有更多的灰分累积。该灰分可以通过进一步的筛分进行分离，或者任选地这个部分可以用作肥料的来源，例如，进一步证明将这些材料分离成优选的颗粒大小或化学特征的效用。常规的和MOG的细部分展现出所希望的消化特征，并且如果与其他饲料混合以平衡蛋白质和其他营养素，这些材料可以用作奶牛以及可能地用作妊娠母猪或育肥猪的饲料。

已经参考某些示例性和说明性的实施例、组合物及其用途对本发明进行了描述。然而，具有本领域普通技能的人员应该认识到，在不背离本发明的范围的情况下，可以对任何这些示例性实施例做出各种替换、改变或组合。因此，本发明并不受这些示例性和说明性的实施例的描述限制，而是受所附权利要求书的限制。

Claims (50)

1.一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的连续工艺，该工艺包括：

将生物质粉碎成更小的部分；并且

使这些更小的部分在25％-55％的含湿量下在环境温度和环境压力下与一种水解剂和水接触，从而产生处理过的生物质。

2.如权利要求1所述的工艺，进一步包括将该处理过的生物质储存至少24小时。

3.如权利要求1所述的工艺，其中粉碎该生物质包括研磨、剪切、或研磨并剪切该生物质。

4.如权利要求1所述的工艺，其中该接触在粉碎该生物质的一个装置中进行。

5.如权利要求1所述的工艺，进一步包括：

将该生物质置于一个装置中用于将该生物质粉碎成更小的部分；并且

用一个移动这些更小的部分的运载装置从用于粉碎该生物质的装置移除这些更小的部分；

其中对这些更小的部分用该运载装置上的水溶液进行喷雾。

6.如权利要求1所述的工艺，进一步包括将一种农业副产物与该处理过的生物质混合。

7.如权利要求1所述的工艺，其中该含湿量在45％-55％之间。

8.如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂是一种选自下组的无机水解剂，该组的包括：氧化物、氢氧化物、过氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，以及它们任何一种的组合。

9.如权利要求1所述的工艺，其中该生物质选自下组，该组的组成为：生物燃料作物、生物能源作物、多年生草、作物残余物、食物废物、藻块、甘蔗、玉米芯、玉米皮、玉米秸秆、小麦秸秆、小麦壳、柳枝稷、芒草、玉米纤维、大豆纤维、大豆皮、大豆秸秆、可可豆皮、干酒糟、带有可溶物的干酒糟、大麦秆、稻草、亚麻壳、小麦胚芽粉、玉米胚芽粉、棉籽壳、棉籽废弃物、谷物秸秆、高粱、草、以及它们的任何组合。

10.如权利要求2所述的工艺，其中该处理过的生物质在有氧条件下储存。

11.如权利要求1所述的工艺，进一步包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部分。

12.如权利要求11所述的工艺，其中分离这些更小的部分包括：

使这些更小的部分穿过一个表面中的至少一个开口；

收集通过该至少一个开口的这些更小的部分，因而产生该细部分；并且收集未通过该至少一个开口的这些更小的部分，因而产生该粗部分。

13.如权利要求11所述的工艺，其中与这些更小的部分比较，该细部分具有改进的液体保持特征、改进的可消化性或它们的组合。

14.如权利要求11所述的工艺，其中分离这些更小的部分包括使这些更小的部分通过一个空气流。

15.如权利要求11所述的工艺，其中该分离在这些更小的部分与该水解剂接触之后进行。

16.如权利要求11所述的工艺，进一步包括：

用该细部分饲喂第一种动物；并且

用该粗部分饲喂不同于该第一种动物的第二种动物。

17.如权利要求16所述的工艺，其中该第一种动物是肉牛。

18.如权利要求17所述的工艺，其中该第二种动物是奶牛或猪。

19.如权利要求1所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少350千克的生物质。

20.如权利要求1所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少450千克的生物质。

21.如权利要求1所述的工艺，进一步包括使该处理过的生物质致密化。

22.如权利要求21所述的工艺，进一步包括在该致密化之前将该处理过的生物质与一种液体饲料成分混合。

23.如权利要求21所述的工艺，其中使该处理过的生物质致密化包括选自下组的行动，该组的组成为：将该处理过的生物质造粒，将该处理过的生物质压块，和它们的组合。

24.如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂包括选自下组的矿物质，该组的组成为：钙、钠、钾、镁、和它们的任何组合，进一步包括：

用该处理过的生物质饲喂一种动物；并且

将一定量的矿物质置于喷雾到这些更小的部分上的水溶液中，使得由该动物消费的矿物质的量与该动物的膳食指导方针相对应。

25.如权利要求1所述的工艺，其中使这些小的部分与该水溶液接触包括用该水溶液对这些小的部分进行喷雾。

26.如权利要求1所述的工艺，其中将该生物质粉碎成更小的部分在一台联合收割机中进行。

27.如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂和水在一种水溶液中。

28.如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂是一种固体。

29.如权利要求1所述的工艺，其中该水解剂以按重量计大约2％到大约10％的量存在。

30.一种用于生产动物饲料的连续工艺，该工艺包括：

将生物质粉碎成更小的部分；

使这些更小的部分与一种包含无机水解剂和水的浆料接触，使得这些被接触的更小的部分的含湿量在25％-55％之间，从而产生处理过的生物质；

储存该处理过的生物质持续至少24小时；并且

用该储存的生物质饲喂一种动物。

31.如权利要求30所述的连续工艺，其中该生物质是玉米秸秆。

32.如权利要求30所述的连续工艺，其中粉碎该生物质包括研磨、撕碎、或研磨并撕碎该生物质。

33.如权利要求30所述的连续工艺，进一步包括移动这些更小的部分离开用于粉碎该生物质的一个装置，并且移动到被配置为用于使这些更小的部分与该浆料接触的装置上。

34.如权利要求30所述的连续工艺，其中使这些小的部分与该浆料接触包括：

将该浆料从一个容器泵送到用于喷雾该浆料到这些更小的部分上的装置；并且

将该浆料喷雾到该这些更小的部分上。

35.如权利要求30所述的连续工艺，进一步包括从田野收集该生物质。

36.如权利要求35所述的连续工艺，其中所述的收集该生物质包括从田野耙拢并捆包该生物质。

37.如权利要求35所述的连续工艺，其中所述的收集该生物质包括从一台联合收割机捆包该生物质。

38.如权利要求30所述的连续工艺，其中该无机水解剂选自下组，该组的组成为：氧化物、氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐、过碳酸盐、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化钾、氧化镁、氢氧化镁、石灰、碳酸钠、碳酸氢钠、过碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、过碳酸钾，以及它们任何一种的组合。

39.如权利要求30所述的连续工艺，其中该生物质在有氧条件下储存。

40.如权利要求30所述的连续工艺，其中该生物质在厌氧条件下储存。

41.如权利要求30所述的连续工艺，进一步包括将一种酸性农业副产物与该处理过的生物质混合。

42.如权利要求30所述的连续工艺，其中该酸性农业副产物是液体。

43.如权利要求30所述的工艺，其中该无机水解剂是石灰。

44.如权利要求30所述的工艺，其中该含湿量在45％-55％之间。

45.如权利要求30所述的工艺，其中该工艺是在环境压力和环境温度下进行的。

46.如权利要求30所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少350千克的玉米秸杆。

47.如权利要求30所述的工艺，其中该工艺能够每分钟加工至少450千克的生物质。

48.如权利要求30所述的工艺，进一步包括将这些更小的部分分离成细部分和粗部分。

49.一种用于将生物质转化为更易消化的动物饲料的系统，该系统包括：

一个用于将生物质粉碎成更小的部分的装置；

用于移动这些更小的部分离开该装置的输送带；和

用于将包含一种无机水解剂的水溶液喷雾到该输送带上的这些更小的部分上的工具。

50.如权利要求49所述的系统，进一步包括用于将这些更小的部分分离成粗部分和细部分的设备。