CN105961839A - 一种秸秆饲料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种秸秆饲料及其制备方法。该制备方法包括：培养极端嗜盐古菌——解淀粉盐颗菌，菌体培养完成后，利用水裂解法裂解细胞，经离心处理后，固体主要包括生物可降解塑料PHBV和部分胞内物质，可用于PHBV提取，上清中包含大量营养物质，添加到秸秆中，可以有效提高秸秆中蛋白质等营养物质的含量，提高秸秆的营养价值。

Description

一种秸秆饲料的制备方法
技术领域
本发明属于饲料制备技术领域，具体涉及一种经济环保的秸秆饲料的制备方法。
背景技术
我国农作物秸秆资源十分丰富，年产量达8亿多吨，秸秆品种主要以玉米、水稻和小麦为主，其中玉米秸秆占有量最大。秸秆主要由纤维素，半纤维素和木质素三种物质组成。粗蛋白含量低，维生素缺乏，营养价值不高。因此，秸秆成了主要的农业废弃。我国广大农村地区秸秆废弃焚烧现象十分严重，这不仅造成了资源的巨大浪费，而且增加了大气污染，使我国雾霾天气雪上加霜，严重违背了我国可持续发展的理念。
秸秆由于主要含有纤维素、半纤维素和木质素，粗蛋白含量低，维生素缺乏，因而是一种营养价值不高的粗饲料。因此，提高秸秆的营养价值，具有重要的意义。
PHA(聚羟基脂肪酸酯)是多种细菌和某些极端嗜盐古菌在非平衡(碳源过量而其它营养因素限制)的营养条件下产生的一类胞内聚合物。这类聚合物主要作为胞内的一种碳源、能源及还原力的储备物而存在。它们与传统的石油化工塑料如聚乙烯、聚丙烯等具有相似的材料学性质。PHA不但可由能再生的碳源(如碳水化合物等)合成，而且可以完全降解进入自然界的生态循环。因此，被认为是一种“绿色塑料”。它可以替代石油化工来源的不可降解塑料，以缓解日益严重的“白色污染”问题。此外，PHA良好的生物相容性及生物可降解性使其在组织工程领域具有高附加值的应用前景。因此，PHA早已引起世界各国科学界和产业界的广泛重视。
极端嗜盐古菌是一类可以积累PHBV的微生物。研究发现解淀粉盐颗菌(极端嗜盐古菌中的一种)TNN88以葡萄糖为碳源可以在胞内积累类似PHA的颗粒状物质。气相色谱-质谱法(GC-MS)和核磁共振(NMR)分析表明，该颗粒状物质为PHBV，为PHA的一种。透射电子显微镜(TEM)分析显示，细胞内存在大量PHA颗粒。有趣的是，解淀粉盐颗菌TNN58以葡萄糖为碳源积累的PHBV，3HV(3-羟基戊酸，3-hydroxyvalerate)的摩尔比例高达20-21％。这是目前已报道的，利用非基因工程菌和非相关碳源积累PHBV的最高值。通过发酵条件优化，DCW达29g/L，PHBV浓度达到14g/L。通过材料学性能分析发现，解淀粉盐颗菌产的PHBV具有良好的材料学性能和血液相容性，因此该材料在加工成与血液接触的生物制品方面，具有更大的潜力。
PHBV为胞内颗粒物，目前，采用水解法破碎解淀粉盐颗菌细胞。破碎后，胞内的大量蛋白质和维生素等营养物质在上清中，上清为PHBV制备过程中的废弃物。由于含有大量的有机物，直接排放到环境中会带来严重的环境污染问题。可以通过活性污泥等污水处理方法处理，但是会提高PHBV的成本。如何既能消除PHBV生产中的污染问题，又不增加处理成本，现在还没有一个很好的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种秸秆饲料的制备方法。不仅可以提高秸秆的营养价值，而且可以减少PHBV生产过程中的废水排放，具有重要的经济价值和环保意义。
为了实现上述目的，本发明提供一种秸秆饲料的制备方法，包括如下步骤：
1)发酵培养极端嗜盐古菌；
2)收集极端嗜盐古菌菌体，用水裂解法裂解菌体，离心，收集上清液；
3)将秸秆粉碎；
4)将上清液直接与秸秆混合，或将上清液浓缩后再与秸秆混合。
优选地，所述极端嗜盐古菌为解淀粉盐颗菌TNN58。
优选地，步骤1)所述发酵培养步骤为：用接种环将菌种接种于种子培养基，37℃，220r/min，培养24h获得种子培养液；然后将种子培养液按3-5％的接种量接种于发酵培养基培养。
优选地，所述种子培养基配方为：Bacto casamino acids 5g/L，Bacto yeastextract 5g/L，Sodium glutamate 1g/L，Trisodium citrate 3g/L，MgSO4·7H2O 20g/L，KCl 2g/L，NaCl 200g/L，FeSO4·7H2O 0.005g/L，MnCl2·4H2O 0.005g/L，pH7.0；所述发酵培养基配方为：Bacto yeast extract 1g/L，Sodium glutamate 1g/L，MgSO4·7H2O 20g/L，KCl 2g/L，NaCl 180g/L，FeSO4·7H2O 0.05g/L，MnCl2·4H2O0.005g/L，PIPES 5g/L，KH2PO4 0.0375g/L，pH 7.0。
优选地，所述秸秆为玉米秸秆，小麦秸秆，燕麦秸秆，水稻秸秆中的一种或者多种的组合。
优选地，步骤2)中所述水裂解法为：将菌体5000r/min离心30min收集细胞，加入1倍体积的水，搅拌至液体变得均一。
优选地，步骤2)中所述离心为10000转/分钟，离心10分钟，或5000转/分钟，离心30分钟。
优选地，步骤4)所述上清液直接添加到秸秆中是按照体积质量比将上清液与秸秆按比例的进行混合；所述将上清液浓缩后再与秸秆混合是将上清液进行减压浓缩1-5倍后，再与秸秆按比例进行混合。
本发明所用极端嗜盐古菌为解淀粉盐颗菌TNN58，也叫解淀粉盐颗粒形菌TNN58，拉丁名为Halogranum amylolyticum TNN58，简称H.amylolyticum TNN58，为江苏大学崔恒林教授惠赠。该菌分离自江苏省台南盐场。崔教授也将该菌保藏于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，编号为CGMCC 1.10121，和保藏于日本微生物菌种保藏中心(JCM)，编号为JCM 16428。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种秸秆饲料的制备方法，将淀粉盐颗菌TNN58发酵制备PHBV过程中，通过水裂解法产生的大量含有细胞内营养物质的上清液直接或浓缩后添加到秸秆中，不仅减少PHBV生产过程的含有大量有机物的废水排放，还提高了秸秆的营养价值，减少秸秆的焚烧量，对于解决环境问题和饲料紧张都具有重要的意义。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明所用培养基如下：
种子培养基配方为：Bacto casamino acids(Difco)5g/L，Bacto yeast extract(Oxoid)5g/L，Sodium glutamate 1g/L，Trisodium citrate 3g/L，MgSO4·7H2O 20g/L，KCl 2g/L，NaCl 200g/L，FeSO4·7H2O 0.05g/L，MnCl2·4H2O 0.005g/L，pH7.0。
发酵培养基配方为：Bacto yeast extract(Oxoid)1g/L，Sodium glutamate 1g/L，MgSO4·7H2O 20g/L，KCl 2g/L，NaCl 180g/L，FeSO4·7H2O 0.05g/L，MnCl2·4H2O0.005g/L，PIPES 5g/L，KH2PO4 0.0375g/L，pH 7.0。
本发明所述“体积质量比”为L/kg。
实施例1：
(1)菌体培养
用接种环将H.amylolyticum TNN58接种于种子培养基，37℃，220r/min，摇床培养24h，然后将120mL种子培养液，接种于装有3L发酵培养基的7.5L发酵罐中(型号Biotech-7BG-3)。发酵条件为：温度37℃，pH 7.0，搅拌速度为400r/min，空气流动速度3vvm，发酵时间为180h。
补料液配方：葡萄糖100g/L，酵母膏10g/L，NaCl 180g/L。
补料策略为，定时取样测定发酵液中的残糖浓度。当残糖浓度低于0.5g/L时，补充葡萄糖浓度至10g/L，补充的料液体积，由计算得出。
(2)上清液制备：
细胞发酵结束后，5000r/min离心30min收集细胞。将细胞加入1倍体积的水中，搅拌至液体变得均一，细胞即得到彻底裂解，然后5000r/min离心30min。沉淀物用于PHBV提取，上清液用于秸秆饲料制备。
(3)秸秆粉碎：
玉米秸秆粉碎至颗粒直径为0.5mm。
(4)上清液与秸秆混合：
将上清液和玉米秸秆粉按照1：2混合，烘干，即得具有较高营养价值的饲料。
实施例2：
(1)菌体培养：
用接种环将H.amylolyticum TNN58接种于种子培养基，37℃，220r/min，摇床培养24h。然后按5％的接种量，将种子培养液液接种于装有发酵培养基的三角瓶37℃，220r/min，摇床培养24h。
(2)上清液制备：
细胞发酵结束后，5000r/min离心30min收集细胞。将细胞加入1倍体积的0.1％的SDS水溶液中，搅拌至液体变得均一，细胞即得到彻底裂解。
5000r/min离心30min。沉淀物用于PHBV提取，上清液用于秸秆饲料制备。
(3)秸秆粉碎：
将小麦秸秆和燕麦秸秆等量粉碎至颗粒直径为1mm。
(4)上清液与秸秆混合：
将上清液减压浓缩2倍后和秸秆粉按照1：2混合，直接供动物食用。
进行浓缩是进一步提高上清液中营养物质含量，从而提高秸秆饲料的营养价值。
从上述实施例可以看出，本发明提供的秸秆饲料的制备方法，将秸秆饲料的制备与去除PHBV提取过程中的上清废液相结合，即提高了秸秆饲料的营养价值，也解决了PHBV提取上清液的污染问题，是一种一举两得的方法。

Claims (8)

1.一种秸秆饲料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)菌体培养：发酵培养极端嗜盐古菌；
2)上清液制备：收集极端嗜盐古菌菌体，用水裂解法裂解菌体，离心，收集上清液；
3)秸秆粉碎：将秸秆粉碎至颗粒直径为0.5-1mm；
4)上清液与秸秆混合：将上清液直接与秸秆粉混合，或将上清液浓缩后再与秸秆粉混合。
2.如权利要求1所述的秸秆饲料的制备方法，其特征在于，所述极端嗜盐古菌为解淀粉盐颗菌TNN58。
3.如权利要求1或2所述的秸秆饲料的制备方法，其特征在于，步骤1)所述发酵培养步骤为：用接种环将菌种接种于种子培养基，37℃，220r/min，摇床培养24h获得种子培养液；然后将种子培养液按3-5％的接种量接种于发酵培养基培养。
4.如权利要求3所述的秸秆饲料的制备方法，其特征在于，所述种子培养基配方为：Bacto casamino acids 5g/L，Bacto yeast extract 5g/L，Sodium glutamate1g/L，Trisodium citrate 3g/L，MgSO4·7H2O 20g/L，KCl 2g/L，NaCl 200g/L，FeSO4·7H2O 0.005g/L，MnCl2·4H2O 0.005g/L，pH7.0；所述发酵培养基配方为：Bacto yeast extract 1g/L，Sodium glutamate 1g/L，MgSO4·7H2O 20g/L，KCl 2g/L，NaCl 180g/L，FeSO4·7H2O 0.05g/L，MnCl2·4H2O 0.005g/L，PIPES 5g/L，KH2PO40.0375g/L，pH 7.0。
5.如权利要求1所述的秸秆饲料的制备方法，其特征在于，所述秸秆为玉米秸秆，小麦秸秆，燕麦秸秆，水稻秸秆中的一种或者多种的组合。
6.如权利要求1所述的秸秆饲料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述水裂解法为：将菌体5000r/min离心30min收集细胞，加入1倍体积的水，搅拌至液体变得均一。
7.如权利要求1所述的秸秆饲料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述离心为10000转/分钟，离心10分钟，或5000转/分钟，离心30分钟。
8.如权利要求1所述的秸秆饲料的制备方法，其特征在于，步骤4)所述上清液直接添加到秸秆中是按照体积质量比将上清液与秸秆按比例的进行混合；所述将上清液浓缩后再与秸秆混合是将上清液进行减压浓缩1-5倍后，再与秸秆按比例进行混合。
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