CN110037176A - 一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法 - Google Patents

一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110037176A
CN110037176A CN201810036857.7A CN201810036857A CN110037176A CN 110037176 A CN110037176 A CN 110037176A CN 201810036857 A CN201810036857 A CN 201810036857A CN 110037176 A CN110037176 A CN 110037176A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lactic acid
treatment
feed
straw
steam pre
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810036857.7A
Other languages
English (en)
Inventor
鲍杰
韩昫身
张建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanxi Institute of synthetic biology Co.,Ltd.
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN201810036857.7A priority Critical patent/CN110037176A/zh
Publication of CN110037176A publication Critical patent/CN110037176A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/10—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
    • A23K10/12—Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes by fermentation of natural products, e.g. of vegetable material, animal waste material or biomass
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K10/00—Animal feeding-stuffs
    • A23K10/30—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms
    • A23K10/37—Animal feeding-stuffs from material of plant origin, e.g. roots, seeds or hay; from material of fungal origin, e.g. mushrooms from waste material
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K40/00—Shaping or working-up of animal feeding-stuffs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23K—FODDER
    • A23K50/00—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals
    • A23K50/10—Feeding-stuffs specially adapted for particular animals for ruminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/56—Lactic acid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00—Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/80—Food processing, e.g. use of renewable energies or variable speed drives in handling, conveying or stacking
    • Y02P60/87—Re-use of by-products of food processing for fodder production

Abstract

本发明公开一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法。农作物秸秆的主要成分是木质纤维素，其致密结构阻碍了在瘤胃中的水解和发酵。蒸汽预处理可以有效破坏其致密结构，提高饲喂价值。而在蒸汽预处理过程中，秸秆中的水溶性糖易降解为羟甲基糠醛等抑制物，对反刍动物及饲养员的健康带来危害，同时造成了糖的浪费。乳酸厌氧发酵简单易行，且产生的乳酸易被反刍动物利用，本发明在秸秆的储存期进行固态发酵，将其中的水溶性糖转化为乳酸，接着对原料进行蒸汽预处理生产饲料。内源转化产生的乳酸可以有效的催化半纤维素和乙酰基在预处理过程的水解，提高饲料的可消化性能，减少水溶性糖的资源浪费，同时大幅度降低羟甲基糠醛的产生。

Description

一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法
【技术领域】
本发明涉及农作物秸秆饲料生产加工领域，是一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法。
【背景技术】
我国是农业大国，农作物秸秆产量大、分布广、种类多，秸秆资源量每年可达7亿吨。秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素及木质素，纤维素大分子的高度聚合与结晶，及半纤维素的缠绕与木质素的包被，导致秸秆生物质的结构非常致密，这影响了其直接作为饲料资源喂养反刍动物的效率。
蒸汽预处理或汽爆预处理可以在高温高压条件下有效的破坏木质纤维素结构，使得木质素熔化、乙酰基断裂以及部分聚糖水解为寡糖单糖，提高后续纤维素半纤维素在瘤胃中的消化效率，因此可以作为一种有效的饲料加工手段用于产业化过程，用该方法加工农作物秸秆生产的饲料，在体外产气实验，体内消化实验及动物饲喂实验中均可得到较好的效果。
农作物秸秆原料中往往含有一定含量的水溶性糖，以玉米秸秆为例，其中的水溶性葡萄糖和果糖含量一般大于2％，这些糖由植物叶片或茎干细胞中叶绿体通过光合作用合成，主要用于维持种子淀粉合成。而在蒸汽预处理高温反应过程中，这些水溶性糖通常会被降解为羟甲基糠醛，对反刍动物及饲养员有毒害作用，并且造成了水溶性糖资源的极大浪费。
本发明首先在原料储存阶段将水溶性糖转化为耐热性强的乳酸，同时降低原料pH，有效避免储存阶段染杂菌。在预处理过程中，这些乳酸可以作为催化剂，催化乙酰基的断裂及半纤维素的水解，提高该物料作为饲料的消化性能且乳酸也可以被反刍动物利用。同时水溶性糖含量的降低可以减少预处理过程羟甲基糠醛的产生，避免糖资源的浪费。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法，其具体步骤为：
(1)将农作物秸秆原料粗切、除砂石及粉碎，调节固含量并接种乳酸菌，以秸秆所含的水溶性糖为底物进行固态发酵生产乳酸；(2)将步骤(1)得到的含有乳酸的秸秆进行蒸汽预处理，然后以预处理后的秸秆作为饲料或饲料添加剂使用。
本发明的优点：在同样预处理操作条件下，与传统蒸汽预处理相比，内源乳酸催化的蒸汽预处理过程将半纤维素水解为更多的单糖与寡糖，提高了饲料中纤维素及半纤维素的可消化率，有利于反刍动物对于饲料的消化及利用；降低了羟甲基糠醛的产生，对反刍动物及饲养员的健康有利；固态发酵过程产生的乳酸同样可以被反刍动物转化利用，避免水溶性糖资源的降解浪费。
【附图说明】
图1固态发酵工艺的应用对蒸汽预处理后玉米秸秆可消化性能的影响；
图2固态发酵工艺的应用对蒸汽预处理后玉米秸秆中羟甲基糠醛含量的影响；
【具体实施方式】
以下提供本发明一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法的具体实施方式。
实施例1
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM。饲料中羟甲基糠醛含量为0，纤维素酶水解得率为23.9％。
实施例2
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM，原料加入水调节固液比为2:1，拌匀后接入乳酸菌P.acidilactici TY112种子，压实后装进密封袋中于28℃厌氧发酵一周，此时乳酸产量为25.7mg/g DM。此时饲料中羟甲基糠醛含量为0，纤维素酶水解得率为23.1％。
实施例3
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM。使用玉米秸秆与水以2:1的固液比，于120℃、0.10MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为0，纤维素酶水解得率为23.8％。
实施例4
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM，原料加入水调节固液比为2:1，拌匀后接入乳酸菌P.acidilactici TY112种子，压实后装进密封袋中于28℃厌氧发酵一周，此时乳酸产量为25.7mg/g DM。使用该种固态发酵后的玉米秸秆物料于120℃、0.10MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为0，纤维素酶水解得率为25.4％。
实施例5
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM。使用玉米秸秆与水以2:1的固液比，于140℃、0.26MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为0.14mg/g DM，纤维素酶水解得率为25.6％。
实施例6
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM，原料加入水调节固液比为2:1，拌匀后接入乳酸菌P.acidilactici TY112种子，压实后装进密封袋中于28℃厌氧发酵一周，此时乳酸产量为25.7mg/g DM。使用该种固态发酵后的玉米秸秆物料于140℃、0.26MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为0.07mg/g DM，纤维素酶水解得率为30.2％。
实施例7
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM。使用玉米秸秆与水以2:1的固液比，于160℃、0.52MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为0.33mg/g DM，纤维素酶水解得率为36.4％。
实施例8
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM，原料加入水调节固液比为2:1，拌匀后接入乳酸菌P.acidilactici TY112种子，压实后装进密封袋中于28℃厌氧发酵一周，此时乳酸产量为25.7mg/g DM。使用该种固态发酵后的玉米秸秆物料于160℃、0.52MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为0.25mg/g DM，纤维素酶水解得率为38.4％。
实施例9
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM。使用玉米秸秆与水以2:1的固液比，于180℃、0.90MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为1.20mg/g DM，纤维素酶水解得率为50.0％。
实施例10
将风干的玉米秸秆粗切成0.1-10cm长，并除去大颗粒的石子砂砾，直接用锤式粉碎机粉碎至颗粒尺寸通过内径1cm的筛网，此时原料葡萄糖含量为24.7mg/g DM，果糖含量为32.0mg/g DM，原料加入水调节固液比为2:1，拌匀后接入乳酸菌P.acidilactici TY112种子，压实后装进密封袋中于28℃厌氧发酵一周，此时乳酸产量为25.7mg/g DM。使用该种固态发酵后的玉米秸秆物料于180℃、0.90MPa的条件下预处理5min；此时饲料中羟甲基糠醛含量为0.69mg/g DM，纤维素酶水解得率为52.7％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法，其特征在于，其具体步骤如下：
(1)将农作物秸秆原料粗切、除砂石及粉碎，调节固含量并接种乳酸菌，以秸秆所含的水溶性糖为底物进行固态发酵生产乳酸；(2)将步骤(1)得到的含有乳酸的秸秆进行蒸汽预处理，然后以预处理后的秸秆作为饲料或饲料添加剂使用。
2.根据权利要求1所述的一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，农作物秸秆选自玉米秸秆、麦秆、稻草、玉米芯等含有水溶性糖的生物质原料中一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，乳酸固态发酵的固体含量为30％-80％，以避免后续预处理过程产生废水。
4.根据权利要求1所述的一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法，其特征在于，在所述的步骤(1)中，接入的乳酸发酵菌种为可以利用水溶性糖发酵生产乳酸，且符合饲料安全的乳酸菌或者其他细菌、真菌中的一种或几种混合菌种。
5.根据权利要求1所述的一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，预处理方法为采用蒸汽直接加热的高温预处理，如蒸汽预处理和汽爆预处理，预处理时农作物秸秆的固体含量为30％-80％，预处理后无游离废水产生。
6.根据权利要求1所述的一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中，预处理后的秸秆可直接用作饲料或饲料添加物进行反刍动物饲喂。
CN201810036857.7A 2018-01-15 2018-01-15 一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法 Pending CN110037176A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810036857.7A CN110037176A (zh) 2018-01-15 2018-01-15 一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810036857.7A CN110037176A (zh) 2018-01-15 2018-01-15 一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110037176A true CN110037176A (zh) 2019-07-23

Family

ID=67272856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810036857.7A Pending CN110037176A (zh) 2018-01-15 2018-01-15 一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110037176A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1594584A (zh) * 2004-07-09 2005-03-16 哈尔滨工业大学 农作物秸秆发酵同时制取乳酸和饲料的方法
CN102379383A (zh) * 2010-09-03 2012-03-21 张永民 一种青贮玉米秸秆的方法
CN102586348A (zh) * 2011-01-14 2012-07-18 华东理工大学 一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法
CN103103224A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 华东理工大学 一种高温条件下由木质纤维素生产高浓度乳酸的方法
CN103392948A (zh) * 2013-06-27 2013-11-20 中国农业大学 一种汽爆玉米秸秆的微生物发酵方法
CN103461669A (zh) * 2013-10-09 2013-12-25 中机美诺科技股份有限公司 一种使用干黄玉米秸秆生产青贮饲料的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1594584A (zh) * 2004-07-09 2005-03-16 哈尔滨工业大学 农作物秸秆发酵同时制取乳酸和饲料的方法
CN102379383A (zh) * 2010-09-03 2012-03-21 张永民 一种青贮玉米秸秆的方法
CN102586348A (zh) * 2011-01-14 2012-07-18 华东理工大学 一种木质纤维素糖化与发酵生产乳酸的方法
CN103103224A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 华东理工大学 一种高温条件下由木质纤维素生产高浓度乳酸的方法
CN103392948A (zh) * 2013-06-27 2013-11-20 中国农业大学 一种汽爆玉米秸秆的微生物发酵方法
CN103461669A (zh) * 2013-10-09 2013-12-25 中机美诺科技股份有限公司 一种使用干黄玉米秸秆生产青贮饲料的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵鹏翔等: "乳酸预浸渍对小麦秸秆蒸汽爆破预处理效果的影响", 《可再生能源》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7198925B2 (en) Pre-treatment of bales of feedstock
WO2006092984A1 (ja) キノコ廃菌床の前処理及びその利用による糖、エタノールへの変換方法
CN104256086A (zh) 采用糟渣类原料发酵生产富dha饲料添加剂的工艺
CN104472855A (zh) 一种利用甜高粱秸秆和/或相关废渣生产菌体蛋白饲料的方法
CN103798512A (zh) 基于复合膨化及生物处理技术制备农作物秸秆饲料的方法
Mokomele et al. Using steam explosion or AFEX™ to produce animal feeds and biofuel feedstocks in a biorefinery based on sugarcane residues
KR101096183B1 (ko) 해조류로부터 당화액을 연속적으로 제조하는 방법
CN101857885B (zh) 竹子生物质废弃物生产燃料乙醇的工艺
Horita et al. On-farm solid state simultaneous saccharification and fermentation of whole crop forage rice in wrapped round bale for ethanol production
CN101775412A (zh) 利用木质纤维素制备沼气的方法
CN107027970A (zh) 一种利用麦秸制备饲料的方法
CN103361382A (zh) 农作物秸秆保质储存的预处理方法
CA2745382A1 (en) Methods of processing ensiled biomass
WO2020206863A1 (zh) 木质纤维素密化过程中加入碱或酸性试剂进行预处理及生物转化的方法
CN106858146A (zh) 一种固体发酵秸秆鸡饲料及其制备方法
CN110037176A (zh) 一种内源乳酸催化的蒸汽预处理秸秆饲料加工方法
CN104304668A (zh) 一种秸秆生物饲料及其制备方法和应用
CN105110947A (zh) 一种改性桑木片的香菇培养基及其制备方法
CN111793662A (zh) 密化过程中添加碱性试剂对木质纤维素进行预处理的方法
CN105110939A (zh) 一种中药渣香菇培养基及其制备方法
CN101381743A (zh) 秸秆类生物质通过固态酶解预处理生产氢气和乙醇的方法
CN111218490A (zh) 利用氨和助剂对木质纤维素进行预处理的方法
CN101260357A (zh) 用玉米秸秆为辅料酿造白酒的工艺
CN110372433A (zh) 一种果品加工固体废物快速减量资源化利用的方法和应用
CN106472818B (zh) 一种利用白蚁机体匀浆蒸汽爆破制备高糖原料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211021

Address after: 030001 Block C, No. 236, Huazhang street, science and technology innovation city, Shanxi comprehensive reform demonstration zone, Taiyuan City, Shanxi Province

Applicant after: Shanxi Institute of synthetic biology Co.,Ltd.

Address before: 200237 East China University of Science and Technology, 130 Meilong Road, Shanghai, Xuhui District

Applicant before: EAST CHINA University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

TA01 Transfer of patent application right