CN104904993A - 固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法，包括：液体培养酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、米曲霉菌；并按比例制成混合菌液；将小麦或玉米秸秆等按比例混合，加入氧化钙混合后装入爆缸，在一定条件下进行蒸汽爆破；将气爆后物料与混合菌液进行混合，加入酶制剂制成混合物料；将混合物料送入专用的模块化固态生物原料连续发酵装置内进行酶解与发酵，发酵物料经干燥即可得到牛羊饲料。本方法采用模块化自动发酵装置，爆破后的物料与发酵菌液及酶制剂混合后装入该自动发酵装置中进行酶解与生物发酵，实现自动控温、控湿、控通风量的要求，生物转化率高，发酵周期短，损耗少，成本低，可实现机械化、规模化的生产需求。

Description

固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法

技术领域

本发明涉及牛羊饲料，尤其是涉及一种固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法。

背景技术

随着我国畜牧业的快速发展，牛羊等复胃动物养殖业也面临许多问题，主要为两个方面：一是饲料成本高，优质饲料少，饲料配方同质化，饲料原料单一化，优质粗饲料缺乏，大量的非常规原料没有得到充分的利用；二是滥用抗生素等造成动物抗病能力降低，养殖风险越来越高。

微生物发酵技术和产品对解决牛羊养殖中存在的难题有着明显的优点和巨大的发展潜力。通过生物发酵技术生产牛羊饲料，可以有效利用非常规饲料资源，降低成本，拓宽饲料原料的选择范围，变废为宝；发酵饲料能使粗饲料原料中的营养成分迅速转化，有增强消化、吸收利用的效果。

目前很多常规的生物发酵方法均可以很好的分解原料中的抗营养因子，提高消化率。如中国专利（公开号CN103609841A）就公开了一种苹果渣经发酵配制的牛羊饲料及其配制方法。但该方法存在机械化、规模化程度低，劳动强度大，工艺粗糙，发酵周期长，物料损耗大，成本高，抗营养因子降解不完全的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种可实现机械化、规模化生产的固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法包括下述步骤：

第一步，液体发酵

a、将培养活化的酿酒酵母菌种用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到发酵培养基中培养20~24h，得到酿酒酵母发酵液；

b、将培养活化的枯草芽孢杆菌种用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到液体发酵培养基中培养发酵18~24h，得到枯草芽孢杆菌发酵液；

c、将培养活化的米曲霉菌用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到液体发酵培养基中培养发酵18~22h，得到米曲霉菌发酵液；

d、将上述三种发酵液按一定的比例制成混合菌液备用；

第二步，固体酶解与发酵

a、将小麦秸秆或玉米秸秆、麸皮、花生粕或/和棉籽粕、DDGS混合后，加入原料总量0.5%~0.7%的氧化钙混合均匀，装入爆缸，爆缸罐体密封后通入180~250℃的饱和蒸汽，当爆缸压力达到 1.0~2.0Mpa 后维持 1~5min，在0.00875s内打开气动阀门进行蒸汽爆破；

b、将气爆后的物料与第一步制备的混合菌液按1:0.4~0.5的重量比例进行混合，并加入纤维素酶30~80 FPU/g原料，木聚糖酶按25~80 IU/g原料，中温淀粉酶15~25 U/g原料，糖化酶120~180 U/g原料混合均匀，调节水分35~45%，制成混合物料；

c、将混合物料送入专用的模块化固态生物原料连续发酵装置内进行酶解与发酵，设定酶解与发酵温度28~45℃，相对湿度60~90%，发酵时间32~49h：

混合物料由提升机送入摆式布料器，再进入刮板布料器，由刮板布料器均匀将其分布到自下而上设有N层发酵室的塔架最顶层发酵室的各箱体单元的上开口箱体内，当物料达到设定的布料高度后，顶层各箱体单元底部的下翻式翻板门自动打开，将物料翻转卸入下方第N-1层发酵室的上开口箱体内进行发酵；卸料完毕后的顶层下翻式翻板门关闭，开始下一轮布料；当第N-1层发酵室的上开口箱体内的物料发酵到设定值时，再通过其底部的下翻式翻板门将物料翻转卸到第N-2层发酵室的上开口箱体内继续发酵，卸料完毕的第N-1层下翻式翻板门关闭，迎接顶层上开口箱体内翻转卸下的物料，顶层上开口箱体内再进行新一轮布料，依次类推，实现物料的连续发酵；当物料翻转卸到底部第一层上开口箱体内发酵后，第一层的下翻式翻板门打开，发酵完成的物料从缓冲出料斗卸到出料刮板输送机上；

物料在第一层至第N-1层发酵室的上开口箱体内进行连续发酵时，每层发酵物料的温湿度依靠连接在风道调节管路上的进风温湿度调节装置来控制；

第三步，干燥

出料刮板输送机将物料转送出去后，经80℃以下低温干燥至含水量低于12.5%，即可得到牛羊饲料产品，该产品中蛋白质含量为17~18 %，小肽含量为4~5%，赖氨酸含量0.65~0.75%。

所述第二步中发酵物料的温湿度调整方法为：

当任一层发酵室箱体单元的上开口箱体内物料发酵温度、湿度偏离设定值时，开启鼓风机和抽风机，同时打开该层发酵室内箱体单元上开口箱体的排风电动阀，并打开与该层相邻的下层发酵室各箱体单元上开口箱体的进风电动阀，鼓风机输送的风通过进风温湿度调节装置调节后，经进风通道进入与该层相邻的下层发酵室各箱体单元上开口箱体内，并经所述的该层发酵室箱体单元的下翻式翻边门的门缝、导风管的管壁缝隙，穿透所述的该层发酵室各箱体单元上开口箱体内的物料层后，自排风通道排出；当发酵室内的物料处于耗氧发酵期，按照上述步骤适度开启进风电动阀和排风电动阀进行通风供氧；在发酵稳定期，关闭或关小进风电动阀和排风电动阀。

所述第二步中所送风力的温湿度调节方法为：

当需要热风时，外部热工质进入列管式换热器的壳程，对通过管程的自然风进行加热，反之，外部冷工质进入列管式换热器的壳程，对通过管程的自然风进行降温；

当需要加湿时，外部水源通过管道进入加湿段，通过水帘对经过的自然风进行加湿和除尘。

本发明的优点在于采用气爆与酶解及生物发酵相结合的方式进行生物转化。利用蒸汽爆破技术对原料进行了预处理，通过爆破装置，利用饱和水蒸气将原料加热至一定的压力，使蒸汽在压力作用下渗入物料组织结构内部，形成强大的压缩气体能并在短时间内爆破释放，从而从分子水平打破物料大分子晶格结构，对物料的物理结构和化学组成具有很强的重构作用，分解抗营养因子，并使物料熟化，提高固态发酵阶段酶解与微生物发酵的转化利用率，缩短发酵周期；同时气爆能达到对原料灭菌的目的，使固体发酵过程中减少杂菌的污染，保证产品的品质。发酵过程中分泌与合成大量的有益菌、氨基酸、生化酶、促生长因子等营养类物质，调整和提高动物机体免疫力，达到预防疾病、提高成活率、促进生长、降低成本，增产增收等效果。

本方法采用模块化自动发酵装置进行固态发酵。经爆破后的物料与发酵菌液及酶制剂混合后装入模块化固态生物原料自动发酵装置中进行酶解与生物发酵，实现自动控温、控湿、控通风量的要求，生物转化率高，发酵周期短，损耗少，成本低，可实现机械化、规模化的生产需求。在生物转化过程中能产生大量的有益菌、小肽、消化酶等营养物质，减少或不需要额外添加益生菌、酶制剂等添加剂。

附图说明

图1是本发明中专用的模块化固态生物原料连续发酵装置的结构示意图。

图2是图1中进风温湿度调节装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法包括下述步骤：

第一步，液体发酵

a、将使用YPD培养基上培养活化的酿酒酵母菌种用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到发酵培养基中，发酵培养基含量包括：10%葡萄糖或糖蜜、0.5%硫酸铵、0.5%磷酸氢二钾、0.05%硫酸镁；按照通风量1:0.4，罐温30~32℃，罐压0.06~0.08Mpa培养20~24h，得到酿酒酵母发酵液；

b、将使用牛肉膏蛋白胨培养基培养活化的枯草芽孢杆菌种用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到液体发酵培养基中，发酵培养基含量包括：豆粕粉1.0~3.0%，玉米粉1.0~3.0%，硫酸镁0.2~0.6%，硫酸锰0.02~0.06%，氯化钠0.5~1.0%；培养条件：罐压0.05~0.1 Mpa，搅拌转速170~230 r/min，通风量1:0. 5~1.2，培养温度32~35℃，培养发酵18~24h，得到枯草芽孢杆菌发酵液；

c、将使用PDA培养基培养活化的米曲霉菌用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到液体发酵培养基中，发酵培养基含量包括：玉米粉5%，豆粕粉2%，硝酸钠0.4%，磷酸氢二钾0.3%，硫酸镁0.1%，硫酸亚铁0.01%；培养条件：罐压0.05~0.1 Mpa，搅拌转速170~230 r/min，通风量1:0. 5~1.2，培养温度30~32℃，培养发酵18~22h，得到米曲霉菌发酵液；

d、将上述三种发酵液按一定的比例制成混合菌液备用；

第二步，固体酶解与发酵

a、将小麦秸秆或玉米秸秆、麸皮、花生粕或/和棉籽粕、DDGS混合后，加入原料总量0.5%~0.7%的氧化钙混合均匀，装入爆缸，爆缸罐体密封后通入180~250℃的饱和蒸汽，当爆缸压力达到1.0~2.0Mpa 后维持1~5min，在0.00875s内打开气动阀门进行蒸汽爆破；

b、将气爆后的物料与第一步制备的混合菌液按1:0.4~0.5的重量比例进行混合，并加入纤维素酶30~80 FPU/g原料，木聚糖酶按25~80 IU/g原料，中温淀粉酶15~25 U/g原料，糖化酶120~180 U/g原料混合均匀，调节水分35~45%，制成混合物料；

c、将混合物料送入专用的模块化固态生物原料连续发酵装置内进行酶解与发酵，设定酶解与发酵温度28~45℃，相对湿度60~90%，发酵时间32~49h，如图1所示，该连续发酵装置的塔架设有五层发酵室：

混合物料由提升机1送入摆式布料器2，再进入刮板布料器3，由刮板布料器3均匀分布到第五层发酵室的各箱体单元4的上开口箱体内，当物料达到设定的布料高度（即：被料位检测传感器5检测到并将数据传输给控制系统的工控机，工控机发出指令停止上游设备进料）后，箱体单元底部的翻板执行机构6控制下翻式翻板门自动打开，将物料翻转卸入下方第四层发酵室的上开口箱体内进行发酵，此时第四层发酵室各箱体单元的下翻式翻板门处于关闭状态，物料在撒落的过程中得到一次翻转；卸料完毕后的第五层下翻式翻板门经过设定的时间后，工控机控制其关闭，开始进入下一轮布料；当第四层发酵室的上开口箱体内的物料发酵到设定时间后，工控机发出指令，打开第四次发酵室各箱体单元4的下翻式翻板门，物料在重力作用下撒落到第三层发酵室各箱体单元4的上开口箱体内，物料在撒落过程中得到第二次翻料。经过设定的时间后，工控机控制第四层发酵室各箱体单元4的下翻式翻板门关闭，进入下一轮进料。

第三层发酵室、第二层发酵室的工作过程与第四层发酵室相同，不再重复；当物料翻转卸到第一层上开口箱体内中发酵后，工控机控制第一层的下翻式翻板门打开，发酵完成的物料从缓冲出料斗7卸到出料刮板输送机8上；

本发明专用的模块化固态生物原料连续发酵装置的塔架最顶层发酵室的各箱体单元4的上开口箱体仅起布料作用，不进行发酵，顶层以下的各层发酵室连续进行发酵工作；

物料依次在各层发酵室的上开口箱体内进行连续发酵时，每层发酵室内发酵物料的温湿度依靠连接在风道调节管路上的进风温湿度调节装置9来控制；

第三步，干燥

出料刮板输送机将物料转送出去后，经80℃以下低温干燥至含水量低于12.5%，即可得到牛羊饲料产品，该产品中蛋白质含量为17~18 %，小肽含量为4~5%，赖氨酸含量0.65~0.75%。

为保证物料发酵时的温湿度满足设计要求，各层发酵室内物料的温湿度调整可以按照下述方法进行：

以第三层为例，当工控机通过温湿度传感器检测到第三层发酵室箱体单元4的上开口箱体内物料发酵温度、湿度偏离设定值时，工控机发出指令，开启鼓风机10和抽风机11，同时打开通往第二层发酵室各箱体单元上开口箱体的进风电动阀12和通往第三层发酵室内箱体单元上开口箱体的排风电动阀13，鼓风机10输送的风通过进风温湿度调节装置9调节后，经进风通道14进入第二层发酵室各箱体单元上开口箱体内，并经第三层发酵室箱体单元的下翻式翻边门的门缝、导风管的管壁缝隙，穿透第三层发酵室各箱体单元上开口箱体内的物料层后，自排风通道15排出，即：风力从下方的第二层发酵室进入，穿透第三层发酵室内的物料后从第三层发酵室被排出，对第三层发酵室内的温湿度进行调整，调节方式巧妙且效果突出；当发酵室内的物料处于耗氧发酵期，按照上述步骤适度开启进风电动阀12和排风电动阀13进行通风供氧；在发酵稳定期，可关闭或关小进风电动阀12和排风电动阀13。

鼓风机输送的风力进入进风温湿度调节装置9（如图2所示）中后具体温湿度的调节方法为：

当发酵室内需要热风时，工控机控制电控三通阀16开启与外部冷源联通的阀门，外部热工质进入列管式换热器的壳程17，对通过管程18的自然风进行加热，以提高发酵室内发酵物料的温度；反之，工控机控制电控三通阀16开启与外部冷源联通的阀门，外部冷工质进入列管式换热器的壳程17，对通过管程18的自然风进行降温，以降低发酵室内发酵物料的温度；

当需要对发酵室内的物料进行加湿时，工控机控制电控阀19开启，外部水源通过管道20进入加湿管21内，形成的5~10cm厚的五道水帘22可对经过加湿管21的自然风进行加湿（每道水帘都由一个水龙头控制，可以根据发酵室内湿度计检测出的相对湿度的高低，通过启闭水龙头的数量来调节进入发酵室内空气的湿度，从而提高相对湿度；如果相对湿度高于90%时，可以通过开启鼓风机10和抽风机11来加大通风量，以降低发酵室内的相对湿度）；同时，通过加湿管21的风同时也可以得到除尘处理。当然，也可以同时对送入的自然风进行加湿和升温处理，或加湿和冷却处理。

下面通过具体实施例来对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

本发明所述的固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法包括下述步骤：

第一步，液体发酵

酿酒酵母发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液和米曲霉菌发酵液的制备方法同具体实施方式中所述，并将其按1:1:1的比例制成混合菌液备用；

第二步，固体酶解与发酵

a、将小麦秸秆440份、麸皮200份，花生粕40份，DDGS 200份混合后，加入4.9份氧化钙混合均匀，装入爆缸，装料系数60~80%，爆缸罐体密封后通入180~250℃的饱和蒸汽，当爆缸压力达到2.0Mpa后维持2min，在0.00875s内打开气动阀门进行蒸汽爆破；

b、将气爆后的物料与第一步制备的混合菌液按1:0.4的重量比例进行混合，并加入纤维素酶61 FPU/g原料，木聚糖酶按52 IU/g原料，中温淀粉酶20 U/g原料，糖化酶140 U/g原料混合均匀，调节水分42%，制成混合物料；

c、将混合物料送入本发明专用的（如图1所示）模块化固态生物原料连续发酵装置内进行酶解与发酵，设定酶解与发酵温度28~45℃，相对湿度60~90%，发酵时间36h：

第三步，干燥

出料刮板输送机将物料转送出去后，经80℃以下低温干燥至含水量低于12.5%，即可得到牛羊饲料产品，该产品中蛋白质含量为17.2 %，小肽含量为4.5%，赖氨酸含量0.68%。

得到的发酵饲料适口性好，可在牛羊全价料中当原料使用，使用比例5%~80%，降低了饲料成本。

实施例2

本发明所述的固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法包括下述步骤：

第一步，液体发酵

酿酒酵母发酵液、枯草芽孢杆菌发酵液和米曲霉菌发酵液的制备方法同具体实施方式中所述，并将其按2:1:1的比例制成混合菌液备用；

第二步，固体酶解与发酵

a、将玉米秸秆460份、麸皮150份，棉籽粕140份，DDGS 243份混合后，加入7份氧化钙混合均匀，装入爆缸，装料系数60~80%，爆缸罐体密封后通入250℃的饱和蒸汽，当爆缸压力达到1.5Mpa后维持5min，在0.00875s内打开气动阀门进行蒸汽爆破；

b、将气爆后的物料与第一步制备的混合菌液按1:0.5的重量比例进行混合，并加入纤维素酶65 FPU/g原料，木聚糖酶按54 IU/g原料，中温淀粉酶25 U/g原料，糖化酶130 U/g原料混合均匀，调节水分40%，制成混合物料；

c、将混合物料送入本发明专用的（如图1所示）模块化固态生物原料连续发酵装置内进行酶解与发酵，设定酶解与发酵温度28~45℃，相对湿度60~90%，发酵时间40h：

第三步，干燥

出料刮板输送机将物料转送出去后，经80℃以下低温干燥至含水量低于12.5%，即可得到牛羊饲料产品，该产品中蛋白质含量为18.0 %，小肽含量为4.8%，赖氨酸含量0.72%。

得到的发酵饲料适口性好，可在牛羊全价料中当原料使用，使用比例5%~80%，降低了饲料成本。

Claims (3)

1.一种固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步，液体发酵

a、将培养活化的酿酒酵母菌种用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到发酵培养基中培养20~24h，得到酿酒酵母发酵液；

b、将培养活化的枯草芽孢杆菌种用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到液体发酵培养基中培养发酵18~24h，得到枯草芽孢杆菌发酵液；

c、将培养活化的米曲霉菌用无菌生理盐水制成悬浮液，接种到液体发酵培养基中培养发酵18~22h，得到米曲霉菌发酵液；

d、将上述三种发酵液按一定的比例制成混合菌液备用；

第二步，固体酶解与发酵

a、将小麦秸秆或玉米秸秆、麸皮、花生粕或/和棉籽粕、DDGS混合后，加入原料总量0.5%~0.7%的氧化钙混合均匀，装入爆缸，爆缸罐体密封后通入180~250℃的饱和蒸汽，当爆缸压力达到1.0~2.0Mpa后维持1~5min，在0.00875s内打开气动阀门进行蒸汽爆破；

b、将气爆后的物料与第一步制备的混合菌液按1:0.4~0.5的重量比例进行混合，并加入纤维素酶30~80 FPU/g原料，木聚糖酶按25~80 IU/g原料，中温淀粉酶15~25 U/g原料，糖化酶120~180 U/g原料混合均匀，调节水分35~45%，制成混合物料；

c、将混合物料送入专用的模块化固态生物原料连续发酵装置内进行酶解与发酵，设定酶解与发酵温度28~45℃，相对湿度60~90%，发酵时间32~49h：

混合物料由提升机送入摆式布料器，再进入刮板布料器，由刮板布料器均匀将其分布到自下而上设有N层发酵室的塔架最顶层发酵室的各箱体单元的上开口箱体内，当物料达到设定的布料高度后，顶层各箱体单元底部的下翻式翻板门自动打开，将物料翻转卸入下方第N-1层发酵室的上开口箱体内进行发酵；卸料完毕后的顶层下翻式翻板门关闭，开始下一轮布料；当第N-1层发酵室的上开口箱体内的物料发酵到设定值时，再通过其底部的下翻式翻板门将物料翻转卸到第N-2层发酵室的上开口箱体内继续发酵，卸料完毕的第N-1层下翻式翻板门关闭，迎接顶层上开口箱体内翻转卸下的物料，顶层上开口箱体内再进行新一轮布料，依次类推，实现物料的连续发酵；当物料翻转卸到底部第一层上开口箱体内发酵后，第一层的下翻式翻板门打开，发酵完成的物料从缓冲出料斗卸到出料刮板输送机上；

物料在第一层至第N-1层发酵室的上开口箱体内进行连续发酵时，每层发酵物料的温湿度依靠连接在风道调节管路上的进风温湿度调节装置来控制；

第三步，干燥

出料刮板输送机将物料转送出去后，经80℃以下低温干燥至含水量低于12.5%，即可得到牛羊饲料产品，该产品中蛋白质含量为17~18 %，小肽含量为4~5%，赖氨酸含量0.65~0.75%。

2.根据权利要求1所述的固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法，其特征在于：所述第二步中发酵物料的温湿度调整方法为：

当任一层发酵室箱体单元的上开口箱体内物料发酵温度、湿度偏离设定值时，开启鼓风机和抽风机，同时打开该层发酵室内箱体单元上开口箱体的排风电动阀，并打开与该层相邻的下层发酵室各箱体单元上开口箱体的进风电动阀，鼓风机输送的风通过进风温湿度调节装置调节后，经进风通道进入与该层相邻的下层发酵室各箱体单元上开口箱体内，并经所述的该层发酵室箱体单元的下翻式翻边门的门缝、导风管的管壁缝隙，穿透所述的该层发酵室各箱体单元上开口箱体内的物料层后，自排风通道排出；当发酵室内的物料处于耗氧发酵期，按照上述步骤适度开启进风电动阀和排风电动阀进行通风供氧；在发酵稳定期，关闭或关小进风电动阀和排风电动阀。

3.根据权利要求1或2所述的固体酶解发酵生产牛羊饲料的方法，其特征在于：

所述第二步中所送风力的温湿度调节方法为：

当需要热风时，外部热工质进入列管式换热器的壳程，对通过管程的自然风进行加热，反之，外部冷工质进入列管式换热器的壳程，对通过管程的自然风进行降温；

当需要加湿时，外部水源通过管道进入加湿段，通过水帘对经过的自然风进行加湿和除尘。