CN108013212B - 一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法，通过负载离子液体生物炭处理木薯渣，提高木薯淀粉溶出率，再利用反胶束‑酶进行淀粉水解，然后与木薯酒精废醪混合，接种复合菌进行发酵，将发酵后的混合物干燥即可得到饲料添加剂。生物炭负载离子液体提高了其降解效率，有效降解木质素和纤维素产淀粉，降低了成本，同时降低了浓醪对菌的抑制作用，反胶束能提高酶活性和酶稳定性，同时反胶束能提高离子液体的回收率。本发明的饲料添加剂蛋白质含量高，降低了能耗，提高了原料利用率，缩短了发酵周期，具有很好发展前景。
Description
技术领域
本发明属于饲料添加剂制备技术领域，特别涉及一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法。
背景技术
目前，饲料添加剂正向高效、安全、环保、多功能方向发展，尤其是生物技术的引人，饲料添加剂工业将进入新的历史阶段—生物饲料添加剂阶段，利用工业废弃物生产生物饲料，减少废弃物污染，降低生产成本是一个重要的课题。
木薯发酵生产酒精是我国的重要产业，木薯原料产酒精产生大量的木薯渣和发酵后的废醪液，两者处理困难，对环境污染大，因此急需新技术解决两者的处理。木薯渣具有很高的淀粉含量，木薯酒精废醪液中含有大量的有机物质，两者结合通过发酵可制备高含蛋白质、多肽的饲料添加剂。
发明专利CN201410367606.9，利用辣蓼和木薯渣为原料发酵生产饲料添加剂的方法，该方法使用工业废弃物木薯渣为主要原料配以辣蓼，以同步糖化发酵方式进行发酵，工艺简单，操作强度下降，效率提高，可以有效降低生产成本，变废为宝，有利于工业化生产。通过该方法得到的饲料添加剂蛋白质含量为14.98％以上，黄酮浸出率18％以上，且容易被动物消化吸收，适口性好，能够有效提高动物的机体免疫力，改善肉质。
发明专利CN201110107304.4，一种木薯渣猪用生物饲料添加剂及其制备方法，包括下列重量百分比的原料：木薯渣50%–55%、桔杆粉30%–35%,豆粕10%–14%、微生物菌种1%。该发明的技术效果是：一种生态环保绿色的微生物猪用饲料添加剂、其主要成份每克有益活菌数含量大于16个亿，饲料中添加2%-8%取代猪饲料内添加抗生素药物，又解决了木薯淀粉厂的木薯渣对环境的严重污染问题，该品含有的大量有益菌在猪体内创造有利猪生长的微生态环境，维持猪肠道正常生理功能，促进猪肠道内营养物质的消化和吸收，提高饲料的利用率5%-10%同时有益菌的代谢产物降低了猪肠道的PH值，有效抑制病原菌的生长。
发明专利CN201310710252.9，一种利用木薯渣和酒精废醪液生产生物饲料添加剂的方法，它是将酒精废醪液和木薯渣按5～10︰3～4的重量比进行配料混合，进行灭菌并接入菌种，接入的菌种为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和黑曲霉1～2︰1～3︰1～4的菌群数量比配置而成，菌种与潮湿的木薯渣混合物的重量比为5-10%，然后进行发酵，将发酵后的木薯渣混合物进行干燥最终得出含有大量微生物菌体的生物饲料添加剂。该发明的优点是生产出的生物饲料添加剂中粗蛋白质≥16%，氨基酸≥1.6%，每克含有益生菌芽胞杆菌≥1.0×105，能保证足够的营养，且在发酵中接受了PH值=3.0左右的高度驯化，有利于通过养殖对象胃酸的考验，起到促进生长的作用，同时抑制氨气（NH3）、硫化氢（H2S）及粪臭素的产生，养殖场空气环境得到改善。
现有技术中，木薯渣和酒精废醪制备饲料添加剂原料利用率过低，添加剂中的蛋白质等有机物质含量低。
发明内容
针对现有技术中利用木薯渣和酒精废醪制备饲料添加剂存在的不足，本发明提供一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法，包括以下步骤：
A.按重量份数比，取木薯渣4~10份，与0.4~0.6g/L酵母膏、0.10~0.14g/L尿素、1.4~1.6g/L蛋白胨、20~30mg/L硫酸钙在60~80℃温水中混合，配置成25~35%（W/V）的木薯渣溶液；
B.在木薯渣溶液中加入5~10倍量的负载离子液体生物炭进行反应2~3h，然后加入反胶束-酶和3~5份酒精废醪混合均匀，在45~55℃下进行生料水解30~60min，2000~2500r/min下离心分离，取上相溶液，得到糊浆；
所述反胶束-酶组成为：214~264IU/g木薯粉的α-淀粉酶和392~694IU/g木薯粉的糖化酶；
C.调节糊浆初始pH为5.5~6.0，然后接种8%~10%的复合菌液，于50~60℃下进行发酵48~72h，得到混合物料；
D.将混合物料进行干燥至含水量为5~10%的固体料，即为饲料添加剂；
步骤B所述负载离子液体生物炭的制备方法如下：
（1）将粒度为250~420μm的生物炭分别与乙醇溶液、1mol/L盐酸溶液、去离子水按固液比1:2在20℃下磁力搅拌反应4h，过滤除去有机物及可溶性杂质，再用去离子水将生物炭洗至中性，烘干，得到处理后的生物炭；
（2）按质量份数比，称取10~15份离子液体1-乙基咪唑磷酸三甲酯盐（[EMIM][DMP]）于锥形瓶中，加入20~25份 PEG4000混合均匀，再加入30~45份处理后的生物炭，置于恒温振荡箱中，于20℃下振荡反应10~12h，过滤，置于85℃烘箱中干燥8~9h，得到负载离子液体生物炭；
步骤B所述反胶束-酶溶液的制备方法如下：
（1）取0.1~0.4mol/L的丁二酸二异辛盐磺酸钠AOT于烧杯中，按浓度比1:1加入0.1~0.4mol/L的异辛烷溶解至粉末完全消失，在磁力搅拌器上搅拌30min，定容制备成反胶束溶液；
（2）称取α-淀粉酶和糖化酶，按体积比1:1:1加入到柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中混合，得到酶缓冲液；
（3）将酶缓冲液和反胶束溶液按体积比1：（100~150）进行混合，振荡至澄清，即可得到反胶束-酶溶液。
利用生物炭负载离子液体处理木薯渣，能有效提高淀粉溶出率，通过反胶束处理后的淀粉酶和糖化酶活力和酶的稳定性更高，两者结合提高了发酵液中葡萄糖的含量，生物炭降低了浓醪发酵对酵母的抑制作用，同时其多孔、比表面积大和表面活性官能团多的特点，能促进复合菌的繁殖，提高复合菌发酵产有机物质效率，缩短发酵周期。
在45~55℃时，淀粉酶和糖化酶在反胶束中的活力和稳定性最大，能最大效率的降解淀粉和葡糖糖供复合菌生长和发酵。
少量钙离子能提高糖化酶的稳定性，降低酶活力消耗速度，钙离子还能分解木薯粉中的磷，提供给复合菌使其繁殖速度加快。
离子液体对纤维素具有很好的溶解能力，但离子液体价格昂贵，难以回收，因此将离子液体负载于多孔、比表面积大的生物炭上，降低成本，提高离子液体反应界面，同时生物炭易于回收；PEG4000能提高磷酸盐离子液体水解木质素，阻止了纤维素再结晶，从而提高酶解产率。
作为本发明的进一步改进，步骤B所述离心分离后，中相和下相为负载离子液体生物炭，回收用于再次水解，使用次数为4~5次。
作为本发明的进一步改进，步骤B所述的负载离子液体生物炭制备方法，所述离子液体与处理后生物炭质量比为1:（2~3）；所述PEG4000与[EMIM][DMP]比为1%（w/w）。
离子液体负载率随着离子液体浓度的增大而增大，但到一定比时负载率达到饱和，经过研究发现，离子液体和生物炭质量比为1:（2~3）时，离子液体负载率最高；低浓度的表面活性剂PEG4000能与反胶束液中的有机物协同提高酶解效率，过高浓度的PEG4000浓度会增加离子液体降解能力而抑制酶活性，破坏酶的稳定性，经过试验发现PEG4000与离子液体的质量浓度比为1%时，糖化酶和淀粉酶活力和稳定性最好，同时不影响复合菌的发酵。
作为本发明的进一步改进，步骤B所述的反胶束溶液的容水量ω0为32~40。
相同表面活性剂浓度下，随着反胶束容水量的增大，酶活性相比于水中增大；相同容水量情况下，酶活力随着表面活性剂浓度变化先增大后降低，是因为表面活性剂和酶之间的静电作用使酶失活。因而，以酶活最大为目的，确定最佳表面活性剂浓度为0.1~0.4mol/L和容水量为32~40。
作为本发明的进一步改进，步骤B所述的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液的pH为4.2~4.4。
反胶束容水量和pH均会影响酶的活性，容水量标示反胶束溶液中水与有机溶剂的摩尔质量比，过多的有机溶剂会抑制酶的活力，当容水量在32~40时，淀粉酶和糖化酶的活力呈上升趋势，在pH4.2~4.4时淀粉酶和糖化酶活力持续增长；反胶束还可以提高离子液体的表面张力，降低纤维素的结晶度，从而提高纤维素的降解率，协同双酶水解提高有机质的溶出和促进复合菌发酵，从而提高物料中的蛋白质等有机产物。
作为本发明的进一步改进，步骤C所述复合菌液为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和黑曲霉按照（1~2）︰（1~3）︰（1~3）的菌群数量比配置而成。
本发明的有益效果：
本发明利用离子液体和反胶束-酶对木薯渣进行处理后与酒精废醪混合进行复合菌发酵制备饲料添加剂，提高了木薯渣和酒精废醪的利用率，降低了发酵体系对复合菌的抑制作用，使得饲料添加剂整个发酵周期短，有机物质含量高具有很好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
A.按重量份数比，取木薯渣4份，与0.4g/L酵母膏、0.10g/L尿素、1.4g/L蛋白胨、20~30mg/L硫酸钙在60℃温水中混合，配置成25%（W/V）的木薯渣溶液；
B.在木薯渣溶液中加入5倍量的负载离子液体生物炭进行反应2h，然后加入反胶束-酶和3份酒精废醪混合均匀，在45℃下进行生料水解30min，2000r/min下离心分离，取上相溶液，得到糊浆；
所述反胶束-酶组成为：214IU/g木薯粉的α-淀粉酶和398IU/g木薯粉的糖化酶；
C.调节糊浆初始pH为5.5，然后接种8%%的复合菌液，于50℃下进行发酵48h，得到混合物料；所述复合菌液为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和黑曲霉按照1︰3︰1的菌群数量比配置而成；
D.将混合物料进行干燥至含水量为5%的固体料，即为饲料添加剂；
步骤B所述负载离子液体生物炭制备方法如下：
（1）将粒度为250μm的生物炭分别与乙醇溶液、1mol/L盐酸溶液、去离子水按固液比1:2在20℃下磁力搅拌反应4h，过滤除去有机物及可溶性杂质，再用去离子水将生物炭洗至中性，烘干，得到处理后的生物炭；
（2）按质量份数比，称取10份离子液体1-乙基咪唑磷酸三甲酯盐（[EMIM][DMP]）于锥形瓶中，加入20份 PEG4000混合均匀，再加入30份处理后的生物炭，置于恒温振荡箱中，于20℃下振荡反应10h，过滤，置于85℃烘箱中干燥8h，得到负载离子液体生物炭；
所述离子液体与处理后生物炭质量比为1:3；所述PEG4000与[EMIM][DMP]比为1%（w/w）。
步骤B所述反胶束-酶溶液先经过反胶束液处理，具体如下：
（1）取0.1mol/L的丁二酸二异辛盐磺酸钠AOT于烧杯中，按浓度比1:1加入0.1mol/L的异辛烷溶解至粉末完全消失，在磁力搅拌器上搅拌30min，定容制备成容水量ω0为32的反胶束溶液；
（2）称取α-淀粉酶和糖化酶，按体积比1:1:1加入到pH为4.2的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中混合，得到酶缓冲液；
（3）将酶缓冲液和反胶束溶液按体积比1：100进行混合，振荡至澄清，即可得到反胶束-酶溶液。
实施例2
A.按重量份数比，取木薯渣10份，与0.6g/L酵母膏、0.14g/L尿素、1.6g/L蛋白胨、30mg/L硫酸钙在80℃温水中混合，配置成35%（W/V）的木薯渣溶液；
B.在木薯渣溶液中加入10倍量的负载离子液体生物炭进行反应3h，然后加入反胶束-酶和5份酒精废醪混合均匀，在55℃下进行生料水解60min，2500r/min下离心分离，取上相溶液，得到糊浆；
所述反胶束-酶组成为：224IU/g木薯粉的α-淀粉酶和694IU/g木薯粉的糖化酶；
C.调节糊浆初始pH为6.0，然后接种10%的复合菌液，于60℃下进行发酵72h，得到混合物料；
D.将混合物料进行干燥至含水量为10%的固体料，即为饲料添加剂；
步骤C所述复合菌液为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和黑曲霉按照2︰3︰1~3的菌群数量比配置而成。步骤B所述负载离子液体生物炭制备方法如下：
（1）将粒度为420μm的生物炭分别与乙醇溶液、1mol/L盐酸溶液、去离子水按固液比1:2在20℃下磁力搅拌反应4h，过滤除去有机物及可溶性杂质，再用去离子水将生物炭洗至中性，烘干，得到处理后的生物炭；
（2）按质量份数比，称取15份离子液体1-乙基咪唑磷酸三甲酯盐（[EMIM][DMP]）于锥形瓶中，加入25份 PEG4000混合均匀，再加入30份处理后的生物炭，置于恒温振荡箱中，于20℃下振荡反应12h，过滤，置于85℃烘箱中干燥9h，得到负载离子液体生物炭；
所述离子液体与处理后生物炭质量比为1:2；所述PEG4000与[EMIM][DMP]比为1%（w/w）；
步骤B所述反胶束-酶溶液先经过反胶束液处理，具体如下：
（1）取0.4mol/L的丁二酸二异辛盐磺酸钠AOT于烧杯中，按浓度比1:1加入0.4mol/L的异辛烷溶解至粉末完全消失，在磁力搅拌器上搅拌30min，定容制备成容水量ω0为40的反胶束溶液；
（2）称取α-淀粉酶和糖化酶，按体积比1:1:1加入到pH为4.4的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中混合，得到酶缓冲液；
（3）将酶缓冲液和反胶束溶液按体积比1：150进行混合，振荡至澄清，即可得到反胶束-酶溶液。
实施例3
A.按重量份数比，取木薯渣8份，与0.5g/L酵母膏、0.12g/L尿素、1.5g/L蛋白胨、28mg/L硫酸钙在68℃温水中混合，配置成30%（W/V）的木薯渣溶液；
B.在木薯渣溶液中加入8倍量的负载离子液体生物炭进行反应3h，然后加入反胶束-酶和4份酒精废醪混合均匀，在50℃下进行生料水解50min，2000r/min下离心分离，取上相溶液，得到糊浆；
所述反胶束-酶组成为：264IU/g木薯粉的α-淀粉酶和392IU/g木薯粉的糖化酶；
C.调节糊浆初始pH6.0，然后接种9%的复合菌液，于58℃下进行发酵65h，得到混合物料；
D.将混合物料进行干燥至含水量为8%的固体料，即为饲料添加剂；
步骤C所述复合菌液为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和黑曲霉按照2︰2︰3的菌群数量比配置而成。
步骤B所述负载离子液体生物炭制备方法如下：
（1）将粒度为350μm的生物炭分别与乙醇溶液、1mol/L盐酸溶液、去离子水按固液比1:2在20℃下磁力搅拌反应4h，过滤除去有机物及可溶性杂质，再用去离子水将生物炭洗至中性，烘干，得到处理后的生物炭；
（2）称取12份离子液体1-乙基咪唑磷酸三甲酯盐（[EMIM][DMP]）于锥形瓶中，加入24份 PEG4000混合均匀，再加入36份处理后的生物炭，置于恒温振荡箱中，于20℃下振荡反应11h，过滤，置于85℃烘箱中干燥9h，得到负载离子液体生物炭；
所述离子液体与处理后生物炭质量比为1:3；所述PEG4000与[EMIM][DMP]比为1%（w/w）；
步骤B所述反胶束-酶溶液先经过反胶束液处理，具体如下：
（1）取0.3mol/L的丁二酸二异辛盐磺酸钠AOT于烧杯中，按浓度比1:1加入0.3mol/L的异辛烷溶解至粉末完全消失，在磁力搅拌器上搅拌30min，定容制备成容水量ω0为35的反胶束溶液；
（2）称取α-淀粉酶和糖化酶，按体积比1:1:1加入到pH为4.3的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中混合，得到酶缓冲液；
（3）将酶缓冲液和反胶束溶液按体积比1：120进行混合，振荡至澄清，即可得到反胶束-酶溶液。
用本发明的饲料添加剂进行动物饲养试验实例：
试验实施例：利用上述实施例1的饲料喂猪，试验用80头杜洛克小猪，按试验设计分别随机分成2组，每组4个重复，每个重复10头，对照组用全价饲料喂养，试验组减少全价饲料15%用生物饲料添加剂代替，采用同一营养指标饲料喂养，按常规饲养进行管理，饲养周期120天。
表1 饲料营养指标
表2 结果分析
表2分析结果表明：成活率试验组比对照改善率达4.25%，瘦肉率比对照改善了9.3%，肌肉蛋白质对照提高了11.54%，肌肉水份比对照下降了11.42%，胆固醇含量比对照组下降2.56%，说明肉质改善极为显著。
实施例2和3的饲料添加剂用于杜洛克小猪实验结果与上述试验实施例结果差距不大，因此不再描述。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.按重量份数比，取木薯渣4~10份，与0.4~0.6g/L酵母膏、0.10~0.14g/L尿素、1.4~1.6g/L蛋白胨、20~30mg/L硫酸钙在60~80℃温水中混合，配置成25~35%（W/V）的木薯渣溶液；
B.在木薯渣溶液中加入5~10倍量的负载离子液体生物炭进行反应2~3h，然后加入反胶束-酶和3~5份酒精废醪混合均匀，在45~55℃下进行生料水解30~60min，2000~2500r/min下离心分离，取上相溶液，得到糊浆；
所述反胶束-酶组成为：214~264IU/g木薯粉的α-淀粉酶和392~694IU/g木薯粉的糖化酶；
C.调节糊浆初始pH为5.5~6.0，然后接种8%~10%的复合菌液，于50~60℃下进行发酵48~72h，得到混合物料；所述复合菌液为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和黑曲霉按照（1~2）︰（1~3）︰（1~3）的菌群数量比配置而成；
D.将混合物料进行干燥至含水量为5~10%的固体料，即为饲料添加剂；
步骤B所述负载离子液体生物炭的制备方法如下：
（1）将粒度为250~420μm的生物炭分别与乙醇溶液、1mol/L盐酸溶液、去离子水按固液比1:2在20℃下磁力搅拌反应4h，过滤除去有机物及可溶性杂质，再用去离子水将生物炭洗至中性，烘干，得到处理后的生物炭；
（2）按质量份数比，称取10~15份离子液体1-乙基咪唑磷酸三甲酯盐（[EMIM][DMP]）于锥形瓶中，加入PEG4000混合均匀，再加入30~45份处理后的生物炭，置于恒温振荡箱中，于20℃下振荡反应10~12h，过滤，置于85℃烘箱中干燥8~9h，得到负载离子液体生物炭；所述PEG4000与[EMIM][DMP]比为1%（w/w）；
步骤B所述反胶束-酶溶液的制备方法如下：
（1）取0.1~0.4mol/L的丁二酸二异辛盐磺酸钠AOT于烧杯中，按浓度比1:1加入0.1~0.4mol/L的异辛烷溶解至粉末完全消失，在磁力搅拌器上搅拌30min，定容制备成反胶束溶液；
（2）称取α-淀粉酶和糖化酶，按体积比1:1:1加入到柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液中混合，得到酶缓冲液；
（3）将酶缓冲液和反胶束溶液按体积比1：（100~150）进行混合，振荡至澄清，即可得到反胶束-酶溶液。
2.根据权利要求1所述的一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法，其特征在于，步骤B所述离心分离后，中相和下相为负载离子液体生物炭，回收用于再次水解，使用次数为4~5次。
3.根据权利要求1所述的一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法，其特征在于，步骤B所述的负载离子液体生物炭制备方法，所述离子液体与处理后生物炭质量比为1:（2~3）。
4.根据权利要求1所述的一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法，其特征在于，步骤B所述的反胶束溶液的容水量ω0为32~40。
5.根据权利要求1所述的一种利用木薯渣和其酒精废醪液生产饲料添加剂的方法，其特征在于，步骤B所述的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液的pH为4.2~4.4。
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Effective date of registration: 20210412 Address after: 251400 9 Xinglong Street, Jibei Development Zone, Jiyang District, Jinan City, Shandong Province Patentee after: JINAN SHENLAN ANIMAL HEALTH PRODUCTS Co.,Ltd. Address before: No. 246, bageng Road, Baishan Town, Mashan County, Nanning City, Guangxi Zhuang Autonomous Region, 530600 Patentee before: Luo Shaoqing |
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Denomination of invention: A method for producing feed additive by utilizing cassava residue and its alcohol waste mash Effective date of registration: 20220823 Granted publication date: 20210101 Pledgee: Ji'nan finance Company limited by guarantee Pledgor: JINAN SHENLAN ANIMAL HEALTH PRODUCTS CO.,LTD. Registration number: Y2022980013119 |
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Date of cancellation: 20231020 Granted publication date: 20210101 Pledgee: Ji'nan finance Company limited by guarantee Pledgor: JINAN SHENLAN ANIMAL HEALTH PRODUCTS CO.,LTD. Registration number: Y2022980013119 |
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Denomination of invention: A method for producing feed additives using cassava residue and its alcohol waste mash Effective date of registration: 20231027 Granted publication date: 20210101 Pledgee: Bank of Beijing Co.,Ltd. Jinan Branch Pledgor: JINAN SHENLAN ANIMAL HEALTH PRODUCTS CO.,LTD. Registration number: Y2023980063133 |
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