CN107279464A - 一种工程化发酵生物质饲料的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工程化发酵生物质饲料的工艺，解决了目前生物质饲料的发酵时间较长的问题。本发明包括(1)获得水份含量为20％～30％的粉料；(2)采用物理方法对粉料进行处理制成半成品A；(3)将半成品A和复合菌种A组成的混合料加入固态发酵装置中进行固态好氧发酵，当固态好氧发酵的基质中活菌数大于109个/克后，出料得到半成品B；(4)将半成品B、复合菌种B和灭菌水加入液态发酵装置中，进行液态厌氧发酵，当液态厌氧发酵的基质中活菌数大于109个/毫升且pH在4.0～5.0之间后，全部出料得到生物质发酵饲料。本发明具有降低成本的同时缩短发酵时间的优点。

Description

一种工程化发酵生物质饲料的工艺
技术领域
本发明涉及一种饲料的生产工艺，具体涉及一种工程化发酵生物质饲料的工艺。
背景技术
生物质饲料是指以动物性、植物性或微生物性原料作为饲料，一般而言饲料的消化率决定了饲料用途的广泛性，对一般动物言，饲料的消化率大小为动物性>微生物性>植物性饲料；然而藉由微生物发酵可以增加动物对动物性及植物性饲料的消化率。目前由于我国的畜牧业有了长足的发展，对饲料的要求日益增加。随着世界性鱼粉、乳清粉、肉骨粉、玉米、豆粕、麸皮、小麦等饲料原料价格增长过快，其中近十几年突出表现在鱼粉、乳清粉、玉米、豆粕的价格上涨了20％以上，快速上涨的饲料成本制约了养殖业的发展。如何高效的利用畜禽下角料、血粉及虾蟹壳粉等动物性饲料，开发植物性小分子蛋白及纤维糖化饲料，是解决饲料原料紧缺问题的新途径。
目前常见的技术为传统的厌氧固态发酵工艺，如CN201410319938.X-一种制备饲喂牛和猪的白酒糟饲料的方法-其采取将白酒糟、糙米和菌种混合均匀，然后袋装密封或窖贮，厌氧发酵28天以上；上述专利在实际应用中存在的问题主要为：其一，发酵28天，发酵时间长且占用资金。其二，袋装密封或窖贮，需要人工打开取料及密封不佳时，氧气进入常常导致霉烂。
现有改进技术为厌氧固态发酵加入好氧固态发酵的工艺，如CN201310359106.6-一种二次接种分段固态发酵生产发酵豆粕的方法，其采取先接种好氧固态发酵，再接种厌氧固态发酵整个发酵过程接近7～15天；上述专利在实际应用中存在的问题主要为：其一，发酵7～15天，发酵时间仍太长。其二，一样使用袋装密封或窖贮，耗费人工及霉烂问题无解。
目前缩短发酵时间的技术为加入酶制剂至工艺中，如CN200710116422.5-羽毛制品及其加工工艺和用途，其采用活化的H菌发酵鲜血羽毛，经酶解，水解处理，再与复合微生物厌氧发酵，制得成品；上述专利在实际应用中存在的问题主要为：虽然利用酶制剂缩短发酵时间，但是发酵后的产品需经干燥粉碎及添加酶制剂的成本高。
目前较成熟的生物质饲料工艺流程为：经过预处理、酶解、发酵三步完成，但其中物理化学法预处理的过程中产生毒性物质(如处理秸秆会产生乙酸、糠醛、苯酚等)严重抑制发酵，不利于缩短发酵时间，如CN200910066018.0-富含小肽和多酶菌体的蛋白饲料及制备方法，其采用高压蒸汽汽爆，瞬间释放汽爆锅内的混合饲料，后将混合饲料送入固态发酵仓降温接菌发酵72小时装袋，制得成品。上述专利在实际应用中存在的问题主要为：其一，气压升至1～2MPa，温度升至140～200℃，保压4～6min，相对非常消耗能源；其二，有利用微生物产生酶缩短发酵时间，发酵仍需3天；其三，固态发酵后的产品需经干燥粉碎及高压蒸汽汽爆消耗能源的成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：目前生物质饲料的发酵时间较长的问题，目的在于提供一种工程化发酵生物质饲料的工艺，本发明结合固态好氧发酵及液态厌氧发酵，并在复合菌群的协同共生下，达到菌酶同步降解的目的，在降低成本的同时缩短发酵时间。
本发明通过下述技术方案实现：
一种工程化发酵生物质饲料的工艺，包括：
(1)对生物质原料进行预处理，获得水份含量为20％～30％的粉料；
(2)采用破坏分子间氢键和结晶态结构的物理方法对粉料进行处理制成半成品A；
(3)将半成品A和复合菌种A组成的混合料加入固态发酵装置中进行固态好氧发酵，当固态好氧发酵的基质中活菌数大于109个/克后，出料得到半成品B；
(4)将半成品B、复合菌种B和灭菌水加入液态发酵装置中，进行液态厌氧发酵，当液态厌氧发酵的基质中活菌数大于109个/毫升且pH在4.0～5.0之间后，全部出料得到生物质发酵饲料。
本发明采用适用于液态厌氧发酵的复合菌种B，结合适用于固态好氧发酵的复合菌种A及其酶活力，在液态发酵装置中藉由复合菌种B调降pH及复合菌种A及其酶活力加强体外酶解作用，以达到菌酶同步降解的目的，缩短了发酵时间，使整体发酵时间只需36～60小时即可完成，达到最大工程化促进生物质饲料的消化率提升。
同时，由于传统生物质发酵饲料基本是湿料，必须烘干才可与其他干饲料混合成全价料，本发明产出可直接液态饲喂的发酵饲料，对所有生物质原料皆可发酵，故可以做发酵的全价饲料而省略了干燥的流程。并且本发明制成的生物质发酵饲料其适口性及消化率皆有所提高，是一种降低饲料成本，提高养殖效益、兼顾环境友好和低能耗的工程化发酵饲料工艺。
进一步，所述步骤(3)中固态好氧发酵的条件为：培养温度25～39℃；当温度超过38℃时进行搅拌；所述步骤(4)中液态厌氧发酵的条件为：培养温度25～39℃，连续搅拌。
优选地，所述混合料中复合菌种A的加入量为半成品A重量百分比的5～10％；所述复合菌种B的加入量为半成品B总重量的5～20％。
所述复合菌种A通过筛选后制成，复合菌种A的筛选方法为：
挑选适合生物质原料的多种菌种，分别经过含3～5％半成品A的琼脂平板和混合共生发酵测试后，再通过试管培养、摇床培养、一级菌种罐、二级菌种罐的液态深层发酵测试后获得的活菌数大于109个/毫升的菌液；培养温度为28～37℃，培养时间为24～72h；
所述复合菌种B通过筛选后制成，复合菌种B的筛选方法为：
挑选适合生物质原料的多种菌种，分别经过含3～5％半成品A的琼脂平板和混合共生发酵测试后，再通过厌氧驯化产业化培养测试后获得的活菌数大于109个/毫升的菌液。
为了达到最佳地筛选效果，所述混合共生发酵测试以及菌种罐液态深层发酵测试的培养基由以下重量的物质构成：
3～5％半成品A，糖蜜或红糖1.5～2.5％，麸皮或豆粕1.0～3.0％，磷酸二氢钾120～200ppm，硫酸镁10～12.5ppm，硫酸锰3～10ppm，硫酸锌3～10ppm，氯化钴1.5～5ppm，余量为水，并将初始pH值调至6.5～7.0；
所述琼脂平板通过在混合共生发酵测试以及菌种罐液态深层发酵测试的培养基中加入1.5～2.5％的琼脂粉后，再经过灭菌、倒平板、冷却制成。
当所述生物质原料为稻秆时，复合菌种A包括：凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌纳豆亚种、米曲霉、纤维二糖乳杆菌、产阮假丝酵母菌；所述复合菌种B包括：短小芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、两歧双歧杆菌、沼泽红假单胞菌。
通过上述筛选方法制成的复合菌种A中凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌纳豆亚种、米曲霉的菌数或孢子量大于2×109个/毫升，纤维二糖乳杆菌、产阮假丝酵母菌的量大于2×108个/毫升；所述复合菌种B中短小芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌的菌数量大于2×109个/毫升，两歧双歧杆菌、沼泽红假单胞菌的菌数含量大于2×108个/毫升。
进一步，所述步骤(4)内半成品B中加入复合菌种B和灭菌水后的固液比为1:2.5～3.5。
进一步，所述步骤(1)中的物理方法为超声波、空化、微波法中的一种或多种。本发明不使用高能耗物理化学法，如：高压蒸汽爆破、二氧化碳爆破法、氨纤维爆破法，也不采用高污染化学法，如：稀酸处理、碱处理、高温热水处理、氧化处理。本发明中生物质原料的预处理方法采取机械粉碎法和物理法，物理法为超声波、空化、微波法中的一种或多种，上述物理法能通过能量的产生，破坏分子间氢键和结晶态结构，降低大分子物质的聚合度，提高发酵速率。因而，本发明能有效兼顾环境友好和低能耗原则。
为了减少发酵时间，最大化的降低成本，所述步骤(3)中半成品B的出料量为固态好氧发酵总量的10％～80％，半成品B出料后再向固态发酵装置中补充加入混合料继续进行固态好氧发酵。补充加入的混合料的总量与半成品B的出料量相同；补充加入混合料后每24小时进行一次半成品B的出料，每2～4个月清空固态发酵装置。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在复合菌群的协同共生下，采用固态好氧发酵后进行液态厌氧发酵的方法，达到了菌酶同步降解的目的，在降低生产成本的同时极大地缩短了发酵时间，可以将发酵时间缩短到36～60小时，极大地提高了工业化生产效率；
2、本发明生产的成品为可直接液态饲喂的发酵饲料，因而可省略干燥流程，进一步缩短工业生产周期，并且节约了干燥成本，并且生产出的生物质发酵饲料其适口性及消化率皆有所提高，效果十分显著；
3、本发明具有降低饲料成本，提高养殖效益、兼顾环境友好和低能耗等优点。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种工程化发酵生物质饲料的工艺，稻秆水分为12.2％，将稻秆经由粉碎机粉碎至粒度过0.08mm筛网获得，送入混合搅拌机；按重量百分比喷雾加入9.8％灭过菌的清水，使稻秆粉料的水分达到20％以上；将加湿稻秆粉料送入隧道式微波炉，进行微波处理，其频率为2600MHz，功率为1000W，处理时间为60秒处理，处理后为半成品A；将半成品A送入固态发酵罐并接入复合菌种A，复合菌种A的量为加入半成品A重量百分比的5％，控制培养温度25～39℃，固态发酵罐每天搅拌8次，固态好氧发酵15天后的活菌数大于109个/克后，出料获得半成品B，该半成品B的酶活性进行检测，检测结果如表1所示。
表1、稻秆半成品B酶活性检测表
上述表1中的数据均是采用平均值±标准差的表达方式，其中每种测试的数量设置为n，n≥3。
半成品B出料量为固态发酵总量的10％；出料后重新加入固态发酵装置的半成品A及复合菌种A的总量等于半成品B出料量，再次进入下一批次固态发酵，之后每24小时出一批次，每三个月清空固态发酵装置重来一次；入半成品B料前液态搅拌罐已有少量清水，将半成品B输送至液态搅拌罐；并同时补充为半成品B总重量20％的复合菌种B至液态搅拌罐；加料及加菌需同时搅拌；液态搅拌罐配置有定量秤重装置控制加入灭过菌的清水调整液态搅拌罐内的固液比1：2.5，加清水同时搅拌；进行液态厌氧发酵，控制培养温度25～39℃及连续搅拌36小时，液态厌氧发酵液体的pH在4.0～5.0之间，复合活菌总数大于109个/毫升后，全部出料为稻秆发酵饲料，该稻秆发酵饲料已是可液态方式饲喂的饲料。由于稻秆发酵饲料是液态，因而必须冻干后才易于检验，本实施例调整水分数据与稻草粉一致后对稻秆发酵饲料进行检测，检测结果如下表2。
表2、稻秆发酵饲料冻干粉末与稻草粉成分分析对照表
通过上述表2可知，本发明中粗蛋白质的含量增加了30％，粗脂肪、无氮浸出物和粗灰分均有增加，粗纤维的含量有极大降低。
本实施例中上述复合菌种A及复合菌种B都是通过筛选的已知市面上可购得的菌种，其复合菌种A组成为凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌纳豆亚种、米曲霉的菌数或孢子量大于2×109个/毫升，纤维二糖乳杆菌、产阮假丝酵母菌的量大于2×108个/毫升，复合菌种B组成为短小芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌的菌数量大于2×109个/毫升，两歧双歧杆菌、沼泽红假单胞菌的菌数含量大于2×108个/毫升。
上述复合菌种A及复合菌种B的筛选方法如下：
挑选适合稻秆的不同菌种，稻秆主要成分为纤维素及木聚糖，因此挑选可生产外切型纤维素分解酶、内切型纤维素分解酶、β-葡萄糖苷酶、植酸分解酶及聚木糖分解酶等菌种群。
菌种群使用含半成品A的琼脂平板的培养基进行培养。该琼脂平板的培养基的组成为：5％半成品A，红糖2.5％，豆粕3.0％，2.5％的琼脂粉，磷酸二氢钾200ppm，硫酸镁12.5ppm，硫酸锰10ppm，硫酸锌10ppm，氯化钴5ppm，余量为水，并将初始pH值调至6.5～7.0，经灭菌、倒平板、冷却后制成。平板检测培养3天，培养温度30℃，检测各菌种在含稻秆的5％半成品A琼脂平板培养基上生长的菌落大小，检测结果如下表3所示：
表3
菌种 菌落大小(mm)
米曲霉 6.4±1.2
凝结芽孢杆菌 5.6±1.8
枯草芽孢杆菌纳豆亚种 3.4±0.9
产阮假丝酵母菌 4.7±0.5
短小芽孢杆菌 3.2±0.2
纤维二糖乳杆菌 ND
嗜酸乳杆菌 ND
两歧双歧杆菌 ND
沼泽红假单胞菌 ND
表3中的ND表示可生长但迟缓，维持最原先接种时2mm菌落大小，该表3中数据的表达方式采用平均值±标准差，其中每种菌种检测的次数为n，n≥3。
菌种群以5％半成品A，红糖2.5％，豆粕3.0％，磷酸二氢钾200ppm，硫酸镁12.5ppm，硫酸锰10ppm，硫酸锌10ppm，氯化钴5ppm，余量为水，并将初始pH值调至6.5～7.0的培养基进行混合共生发酵测试，混合共生发酵测试的培养时间为24小时，培养温度37℃。
菌种群在进行混合共生发酵测试同时进行菌种罐液态深层发酵测试。菌种罐液态深层发酵测试的过程为：通过一般实验室级培养基进行试管培养、摇床培养，然后接种一级菌种罐培养测试，再按10％接入二级菌种罐中进行发酵测试。其中，一级菌种罐培养测试与二级菌种罐培育所采用的培养基与进行混合共生发酵测试的培养基相同。发酵测试的培养时间为24小时，培养温度37℃。通过混合共生发酵测试以及液态深层发酵测试挑选出有最快发酵速度且总活菌数达到大于109个/毫升的配比组合，该配比组合即为本实施例中的复合菌种A。
本实施例方式挑选出的复合菌种A中每毫升外切型纤维素分解酶活性1.62±0.05U、内切型纤维素分解酶活性9.18±0.61U、β-葡萄糖苷酶活性3.10±0.29U、植酸分解酶活性7.65±0.52U、聚木糖分解酶活性44.35±1.30U。
菌种群在进行混合共生发酵测试同时进行液体厌氧驯化培养测试，液体厌氧驯化培养测试的检测时间为72小时，培养温度为28℃；挑选出有最快发酵速度，且总活菌数达到大于109个/毫升，液体的pH快速降低在4.0～5.0之间的配比组合，该配比组合即为本实施例中的复合菌种B；复合菌种B挑选原则主要为配合消化复合菌种A所产生的代谢产物，减少复合菌种A生成酶的产物反馈抑制作用，加速整体反应朝向降解一方进行。
本发明采用本实施例的稻秆发酵饲料液态饲喂生猪，饲喂方式以及结果如下：
2015年11月-2016年4月，用于台湾省屏东县卑南乡养猪场，该猪场采用液态饲喂系统养猪，饲养种类三元肉猪；饲养头数359头；所饲养的猪从平均体重＞30kg开始，对照组采用常规猪饲料进行饲养，实验组以等量干物质的稻秆发酵饲料取代常规猪饲料中10％粮食进行饲养。对照组生猪饲料配比如表4所示，稻秆发酵饲料生猪饲料配比如表5所示。
表4
成分 高床(31-60公斤) 中猪(61-90公斤) 大猪(91-120公斤)
玉米 641 661 671
麸皮 50 90 140
豆粕 280 224 168
盐份 5 5 4.5
豆油(油) 0 0 0
磷酸氢钙 11 10 9
石粉 7 6 6
赖氨酸 2 1 0
蛋氨酸 1 0.5 0
苏氨酸 1 1 0
维生素 1 0.5 0.5
微量元素 1 1 1
总量 1000 1000 1000
总能量 3260 3260 3260
粗蛋白 18.04 16.03 14.01
水 2437 2374 2311
发酵菌液 63 126 189
表5
成分 高床(31-60公斤) 中猪(61-90公斤) 大猪(91-120公斤)
发酵稻秆 50 100 150
玉米 651 664 671
麸皮 0 0 0
豆粕 280 224 168
盐份 5 4 3
豆油(油) 0 0 0
磷酸氢钙 5 0 0
石粉 8 8 8
赖氨酸 0 0 0
蛋氨酸 0 0 0
苏氨酸 0 0 0
维生素 0.5 0 0
微量元素 0.5 0 0
总量 1000 1000 1000
总能量 3284.77 3239.12 3172.03
粗蛋白 18.73 16.11 13.82
水 2437 2374 2311
发酵菌液 63 126 189
表4中的发酵菌液等量外加至液态喂饲桶槽，且不经发酵。表5中的发酵菌液为全部加至发酵稻秆后的总量，发酵稻秆为折算干基10％水分的量。
稻秆发酵饲料生猪饲养效果：平均81～83天从30kg长至100kg，消耗饲料折算原料176～178kg(干基10％水含量)，猪料:肉的质量比<2.55：1，而对照组中的猪料:肉的质量比＝2.75:1。并且，本实施例中猪的育肥生长中减少额外补充磷饲料、维生素及微量矿盐，经济效益十分显著。
通过本实施例的检测数据可知：经由菌种诱导驯化培养，被选用于接种稻秆进行固态发酵以降解纤维质、酶生产，在液态厌氧发酵时利用固态发酵时生成酶对稻秆粉进行持续降解，加上批次连续生产可提升发酵速度、可溶性磷含量、粗蛋白质含量、酶生产及饲料体外消化分解率。利用本发明工艺接种多功能微生物于稻秆粉中进行固态及液态协同发酵转换为单胃动物能量替代饲料是可行方式，且配合复合菌株筛选接种技术，值得农业、畜牧业及永续经营之推广。
实施例2
本实施例中的生物质原料采用豆粕，本实施例中该生物质发酵饲料的制备方法如下：
豆粕水分为10％，将豆粕经由粉碎机粉碎至过2.5mm筛网，送入混合搅拌机；按重量百分比加入18.6％灭过菌的清水，使豆粕粉料的水分达到25％；将加湿豆粕粉料送入超声波隧道，进行超声波处理，采用频率为50kHz，声强为8000W/m2，处理时间为120秒，处理后为半成品A；将半成品A送入固态发酵罐并接入复合菌种A，复合菌种A的量为加入半成品A重量百分比的10％，控制培养温度25～39℃，固态发酵罐每天搅拌2次，固态好氧发酵5天后的总活菌数大于109个/克后，出料获得半成品B，该半成品B的酶活性进行检测，检测结果如表6所示。
表6、豆粕半成品B酶活性检测表
上述表6中的数据均是采用平均值±标准差的表达方式，其中每种测试的数量设置为n，n≥3。
半成品B出料量为固态发酵总量的80％；出料后重新加入固态发酵装置的半成品A及复合菌种A的总量等于半成品B出料量，再次进入下一批次固态发酵，之后每24小时出一批次，每三个月清空固态发酵装置重来一次；入半成品B料前液态搅拌罐已有少量清水，将半成品B输送至液态搅拌罐；并同时补充为半成品B总重量5％的复合菌种B至液态搅拌罐；加料及加菌需同时搅拌；液态搅拌罐配置有定量秤重装置控制加入灭过菌的清水调整液态搅拌罐内的固液比1：3.5，加清水同时搅拌；进行液态厌氧发酵，控制培养温度25～39℃及连续搅拌12小时，液态厌氧发酵液体的pH在4.0～5.0之间，复合活菌数大于109个/毫升后，全部出料为豆粕发酵饲料，该豆粕发酵饲料已是可液态方式饲喂的饲料。由于豆粕发酵饲料是液态，因而必须冻干后才易于检验，本实施例调整水分数据与豆粕粉一致后对豆粕发酵饲料进行检测，检测结果如下表7。
表7、豆粕发酵饲料冻干粉末与豆粕粉成分分析对照表
通过上述表2可知，本发明中粗蛋白质的含量增加了15％，粗脂肪、粗灰分有增加，粗纤维、无氮浸出物的含量有极大降低，降低有25％以上。
本实施例中上述复合菌种A及复合菌种B都是通过筛选的已知市面上可购得菌种，其复合菌种A的组成为凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌纳豆亚种的菌数量分别大于4×109个/毫升，产阮假丝酵母菌大于4×108个/毫升，复合菌种B组成为啤酒酵母菌、植物乳杆菌、两歧双歧杆菌、屎肠球菌的菌数量分别大于4×109个/毫升。
本实施例中复合菌种A及复合菌种B的筛选方法为：
挑选适合豆粕的不同菌种，豆粕主要成分为蛋白质、木聚糖、β-葡聚糖、甘露聚糖、半乳聚糖等非纤维多糖及少量的纤维素，因此挑选可生产蛋白质分解酶、内切型纤维素分解酶、植酸分解酶、聚木糖分解酶及聚甘露糖酶等菌种群。
复合菌种A及复合菌种B使用含半成品A的琼脂平板的培养基进行琼脂平板培养实验，培养温度30℃。琼脂平板的组成为：3％半成品A，糖蜜1.5％，麸皮1.0％，1.5％的琼脂粉，磷酸二氢钾120ppm，硫酸镁10ppm，硫酸锰3ppm，硫酸锌3ppm，氯化钴1.5ppm，余量为水，并将初始pH值调至6.5～7.0，经灭菌、倒平板、冷却后制成。平板检测培养3天后，检测各菌种在含豆粕的3％半成品A琼脂平板培养基上生长的菌落大小，检测结果如下表8所示：
表8
菌种 菌落大小(mm)
凝结芽孢杆菌 6.8±0.2
枯草芽孢杆菌(纳豆亚种) 3.9±0.5
产阮假丝酵母菌 4.9±0.8
啤酒酵母菌 2.2±0.6
两歧双歧杆菌 ND
植物乳杆菌 ND
屎肠球菌 ND
表8中的ND表示可生长但迟缓，维持最原先接种时2mm菌落大小，该表3中数据的表达方式采用平均值±标准差，其中每种菌种检测的次数为n，n≥3。
复合菌种A及复合菌种B再以3％半成品A，糖蜜1.5％，麸皮1.0％，磷酸二氢钾120ppm，硫酸镁10ppm，硫酸锰3ppm，硫酸锌3ppm，氯化钴1.5ppm，余量为水，并将初始pH值调至6.5～7.0的培养基进行混合共生发酵测试，混合共生发酵测试的培养温度为37℃，培养时间为24h。
菌种群在进行混合共生发酵测试同时进行菌种罐液态深层发酵测试。菌种罐液态深层发酵测试过程为：通过一般实验室级培养基进行试管培养、摇床培养，然后接种一级菌种罐培养测试，再按5％接入二级菌种罐进行发酵测试，其中，一级菌种罐培养测试与二级菌种罐培育所采用的培养基与进行混合共生发酵测试的培养基相同。发酵测试的培养时间为24小时，培养温度37℃。通过混合共生发酵测试以及液态深层发酵测试挑选出有最快发酵速度且总活菌数达到大于109个/毫升的配比组合，该配比组合即为本实施例中的复合菌种A。
本实施例方式挑选出的复合菌种A中每毫升中性蛋白分解酶活性51.72±0.45U、内切型纤维素分解酶活性8.22±0.27U、植酸分解酶活性4.12±0.92U、聚木糖分解酶活性24.05±5.66U、聚甘露糖分解酶活性28.43±0.99U。
菌种群在进行混合共生发酵测试同时进行液体厌氧驯化培养测试，液体厌氧驯化培养测试的检测时间为72小时，培养温度为28℃；测试挑选出有最快发酵速度，且总活菌数达到大于109个/毫升，液体的pH快速降低在4.0～5.0之间的配比组合，该配比组合即为本实施例中的复合菌种B，测试复合菌种B中相关非淀粉多糖及胰蛋白酶抑制因子的去除率、相关抗营养因子，检测结果如下表9所示。
表9
分析项目 检测数据 标准 分析项目 检测数据 标准
寡糖 0.38％ ＜1％ 黄豆抗原蛋白 0.5 以log2表示力价＜1
凝集素 0.08ppm ＜1ppm 尿素酶 0.004mg/g氮 ＜0.1mg/g氮
β-大豆球蛋白 0.2ppm ＜1ppm 抗胰蛋白酶 0.6mg/g ＜1mg/g蛋白
大豆球蛋白 1.1ppm ＜2ppm 皂化物 无检出 无检出
以上表9中的数据均以水产养殖动物标准参考，不同动物及阶段可以适度放宽标准。
本发明采用本实施例的发酵豆粕饲料液态饲喂生猪，饲喂方式以及结果如下：
2015年11月-2016年2月，用于台湾省屏东县卑南乡养猪场，该猪场采用液态饲喂系统养猪，饲养种类三元肉猪；饲养头数180头；所饲养的猪从平均体重＞30kg开始，对照组采用常规猪饲料进行饲养，实验组以等量干物质的豆粕发酵饲料取代常规猪饲料中10％粮食进行饲养。对照组生猪饲料配比如表10所示，豆粕发酵饲料生猪饲料配比如表11所示。
表10
成分 高床(31-60公斤) 中猪(61-90公斤) 大猪(91-120公斤)
玉米 641 661 671
麸皮 50 90 140
豆粕 280 224 168
盐份 5 5 4.5
豆油(油) 0 0 0
磷酸氢钙 11 10 9
石粉 7 6 6
赖氨酸 2 1 0
蛋氨酸 1 0.5 0
苏氨酸 1 1 0
维生素 1 0.5 0.5
微量元素 1 1 1
总量 1000 1000 1000
总能量 3260 3260 3260
粗蛋白 18.04 16.03 14.01
水 3176.6 3241.3 3306.0
发酵菌液 323.4 258.7 194.0
表11
成分 高床(31-60公斤) 中猪(61-90公斤) 大猪(91-120公斤)
玉米 651 661 671
麸皮 40 90 140
豆粕(发酵) 280 224 168
盐份 5 5 4.5
豆油(油) 0 0 0
磷酸氢钙 11 10 9
石粉 7 6 6
赖氨酸 2 1 0
蛋氨酸 1 0.5 0
苏氢酸 1 1 0
维生素 1 0.5 0.5
微量元素 1 1 1
总量 1000 1000 1000
总能量 3321.20 3306.84 3292.49
粗蛋白 18.05 16.04 14.08
水 3176.6 3241.28 3305.96
发酵菌液 323.4 258.72 194.04
表10中的发酵菌液等量外加至液态喂饲桶槽中，且不经发酵。表11中的发酵菌液为全部加至发酵豆粕后的总量，发酵豆粕为折算干基10％水分的量。
豆粕发酵饲料生猪饲养效果：平均75天从30kg长至100kg，消耗饲料折算原料170kg(干基10％水含量)，猪料∶肉的质量比＜2.4∶1，而对照组中的猪料∶肉的质量比＝2.75：1。并且，本实施例中猪的育肥生长快速，精肉比低，节约粮食，经济效益十分显著。
通过本实施例的检测数据可知：经由菌种诱导驯化培养，被选用于接种豆粕进行固态发酵以降解非淀粉多糖、蛋白酶生产，加上液态厌氧发酵利用固态生成酶的持续降解豆粕，综合批次连续生产可提升发酵速度、可溶性短肽含量、粗蛋白质含量、酶生产及饲料体外消化分解率。
因此利用本发明工艺接种多功能微生物于脱壳大豆粕粉中进行固态及液态协同发酵转换为易于幼龄及水产动物吸收的蛋白饲料是可行方式，且相关粗蛋白质含量高达60％，完全可以取代传统使用高蛋白鱼粉及乳清粉进行动物饲喂，配合复合菌株筛选接种技术，减少饲料投入、从源头减量、进一步符合低碳养殖需求，值得农业、畜牧业及永续经营之推广。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中将稻秆换作酒糟，由于酒糟和稻秆均为纤维质物质，因而采用实施例1中纤维质发酵类似工艺即可。其菌种挑选增加酸性纤维素酶、硅酸盐类降解菌种即可。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于，本实施例中将豆粕换作羽毛粉即可，由于豆粕和羽毛粉均为高蛋白质含量的物质，因而采用实施例2中的蛋白质发酵类似工艺即可。其菌种挑选增加角蛋白、含硫蛋白酶降解菌种即可。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，包括：
(1)对生物质原料进行预处理，获得水份含量为20％～30％的粉料；
(2)采用破坏分子间氢键和结晶态结构的物理方法对粉料进行处理制成半成品A；
(3)将半成品A和复合菌种A组成的混合料加入固态发酵装置中进行固态好氧发酵，当固态好氧发酵的基质中活菌数大于109个/克后，出料得到半成品B；
(4)将半成品B、复合菌种B和灭菌水加入液态发酵装置中，进行液态厌氧发酵，当液态厌氧发酵的基质中活菌数大于109个/毫升且pH在4.0～5.0之间，全部出料为成品。
2.根据权利要求1所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述步骤(3)中固态好氧发酵的条件为：培养温度25～39℃；当温度超过38℃时进行搅拌；所述步骤(4)中液态厌氧发酵的条件为：培养温度25～39℃，连续搅拌。
3.根据权利要求1所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述混合料中复合菌种A的加入量为半成品A重量百分比的5～10％；所述复合菌种B的加入量为半成品B总重量的5～20％。
4.根据权利要求3所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述复合菌种A通过筛选后制成，筛选的方法为：
挑选适合生物质原料的多种菌种，分别经过含3～5％半成品A的琼脂平板和混合共生发酵测试后，再通过试管培养、摇床培养、一级菌种罐、二级菌种罐的液态深层发酵测试后获得的活菌数大于109个/毫升的菌液；培养温度为28～37℃，培养时间为24～72h；
所述复合菌种B通过筛选后制成，筛选的方法为：
挑选适合生物质原料的多种菌种，分别经过含3～5％半成品A的琼脂平板和混合共生发酵测试后，再通过厌氧驯化产业化培养测试后获得的活菌数大于109个/毫升的菌液。
5.根据权利要求4所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述混合共生发酵测试以及菌种罐液态深层发酵测试的培养基由以下重量的物质构成：
3～5％半成品A，糖蜜或红糖1.5～2.5％，麸皮或豆粕1.0～3.0％，磷酸二氢钾120～200ppm，硫酸镁10～12.5ppm，硫酸锰3～10ppm，硫酸锌3～10ppm，氯化钴1.5～5ppm，余量为水，并将初始pH值调至6.5～7.0；
所述琼脂平板通过在混合共生发酵测试以及菌种罐液态深层发酵测试的培养基中加入1.5～2.5％的琼脂粉后，再经过灭菌、倒平板、冷却制成。
6.根据权利要求4所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述生物质原料为稻秆，复合菌种A包括：凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌纳豆亚种、米曲霉、纤维二糖乳杆菌、产阮假丝酵母菌；所述复合菌种B包括：短小芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、两歧双歧杆菌、沼泽红假单胞菌。
7.根据权利要求1所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述步骤(4)内半成品B中加入复合菌种B和灭菌水后的固液比为1:2.5～3.5。
8.根据权利要求1所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的物理方法为超声波、空化、微波法中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，所述步骤(3)中半成品B的出料量为固态好氧发酵总量的10％～80％，半成品B出料后再在固态发酵装置中补充加入混合料继续进行固态好氧发酵。
10.根据权利要求9所述的一种工程化发酵生物质饲料的工艺，其特征在于，补充加入的混合料的总量与半成品B的出料量相同；补充加入混合料后每24小时进行一次半成品B的出料，每2～4个月清空固态发酵装置。
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