CN111758840A - 以苏氨酸母液为原料的饲料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及苏氨酸母液再利用技术领域，尤其涉及以苏氨酸母液为原料的饲料及其制备方法。本发明以发酵法生产的苏氨酸母液为原料，利用多效蒸发器对苏氨酸母液进行蒸发浓缩，后将浓缩后的母液与辅料按不同比例混合，经喷雾干燥或喷浆造粒设备生产，所得饲料中，水分含量为低于5％，产品流动性好，不结块。解决了现有技术中因苏氨酸母液粘度过高无法造粒的问题，避免了因丢弃或焚烧苏氨酸母液而导致的浪费或污染问题，且本发明提供的方法简单，能够满足工业大生产的要求。
Description
技术领域
本发明涉及苏氨酸母液再利用技术领域，尤其涉及以苏氨酸母液为原料的饲料及其制备方法。
背景技术
L-苏氨酸(L-Threonine)又称L-羟基丁氨酸，L-异赤丝藻氨基酸，化学名为L-α-氨基-β-羟基丁酸或L-2-氨基-3-羟基丁酸，分子式C4H9NO3，相对分子质量119.12，为白色斜方晶体，无臭，味微甜。苏氨酸具有保水、保护细胞膜、促进磷脂合成、抗脂肪肝等多种功能，其也可作为营养强化剂，提高谷物、糕点和乳制品的营养价值，并能与色氨酸一样缓解机体疲劳，促进动物的生长发育。因目前畜牧生产行业中广泛使用的玉米-豆粕日粮中的苏氨酸水平与动物的实际需求不匹配，导致在低蛋白日粮的大背景下日粮中的苏氨酸无法满足动物的生长需求，而需要向饲粮中单独添加，由此使得苏氨酸成为玉米-豆粕日粮中猪的第二限制性氨基酸和家禽的第三限制性氨基酸。除调节氨基酸平衡外，苏氨酸还具有改善肉品质、提高饲料消化率、降低饲料成本等多种作用。
苏氨酸的生产方式主要有化学合成法、蛋白质水解法和发酵法。随着菌种改良与发酵工艺技术的发展，发酵法生产苏氨酸因其生产过程中更加环保且具有低成本的优势成为目前生产苏氨酸的主要方式。苏氨酸的发酵主要以玉米淀粉水解糖为碳源，氨为氮源通过特定的工程菌发酵生产，但在因提取工艺的限制导致生产苏氨酸会产生大量的发酵母液的产生。
目前最常用的处理苏氨酸母液的通用方式是将其焚烧，这不但为生产企业增添成本，产生环境污染，还会造成资源的极大浪费。另有专利以苏氨酸母液为原料生产菌体蛋白，该专利通过添加产朊假丝酵母、干酪乳杆菌、水华鱼腥草等菌种经10～14天发酵处理生产菌体蛋白和肥料，该方法尽管能在一定程度上发挥苏氨酸母液的饲用价值，但该技术操作复杂，需要多步操作并培育驯化多个菌种，同时该技术发酵处理时间长，长期占用工厂空间，耗费较高的人力成本和设备折旧成本，而产品相对于生产成本具有较低利润的特点，因此未被广泛使用。
在苏氨酸母液的再利用中，所面临的最主要的困难是苏氨酸母液的浓缩和干燥步骤。苏氨酸母液中含有大量的游离氨基酸(特别是苏氨酸)、蛋白、寡糖等多种具有高饲用价值的营养成分，但也因其较高的糖含量而导致高粘度使其长久以来无法被顺利生产成为粉料或颗粒饲料。从苏氨酸母液的性质角度出发解决其在喷雾干燥或喷雾造粒中生产过程中由于粘度过高导致的堵喷头与黏设备内壁的问题不但会消除处理废液所产生的成本并减少焚烧污染，还能够为饲料企业和养殖企业提供廉价的高能量高蛋白饲料，也为苏氨酸生产企业带来可观的经济效益。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供以苏氨酸母液为原料的饲料及其制备方法，成功解决了苏氨酸母液浓缩和干燥过程中因物料粘度过高造成的无法工业化大规模连续生产的问题。
本发明提供的饲料的原料包括：浓缩苏氨酸母液和辅料；
所述辅料选自：玉米芯粉、稻壳粉、花生壳粉、秸秆粉、淀粉、麦芽糊精、碳酸钙、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化镁中至少一种；
所述辅料与浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为(4～100)kg:100L。
本发明中，玉米芯粉、稻壳粉、花生壳粉或秸秆粉单独添加与浓缩后苏氨酸母液的质量体积比为(8～12)kg:100L。
本发明中，淀粉或麦芽糊精单独添加与浓缩后苏氨酸母液的质量体积比为(20～40)kg:100L。
本发明中，碳酸钙、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化镁单独添加与浓缩后苏氨酸母液的质量体积比为(4～20)kg:100L。
本发明中，玉米芯粉、稻壳粉、花生壳粉或秸秆粉中的一种与碳酸钙、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠或氢氧化镁中的一种与浓缩后苏氨酸母液的质量体积比为(4～10)kg:(4～10)kg:100L。
一些实施例中，所述饲料的原料中二氧化硅和浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为12kg:100L；
一些实施例中，所述饲料的原料中淀粉和浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为20kg:100L；
一些实施例中，所述饲料的原料中玉米芯粉、碳酸钙和浓缩苏氨酸母液的质量-质量-体积比为6kg:4kg:100L；
一些实施例中，所述饲料的原料中氢氧化钠和浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为6:100L。
本发明中，所述苏氨酸母液的浓缩方法，采用三效浓缩，其中一效浓缩的温度为70～90℃，二效浓缩的温度为60～70℃，三效浓缩的温度为50～60℃，浓缩至含水量为45％～62％。
本发明实施例中，一效浓缩的温度为80～82℃，二效浓缩的温度为68～69℃，三效浓缩的温度为58～60℃，浓缩至含水量为57.2％～60.1％。
一些实施例中，一效浓缩的温度为82℃，二效浓缩的温度为69℃，三效浓缩的温度为58℃，浓缩至含水量为57.2％。
一些实施例中，一效浓缩的温度为80℃，二效浓缩的温度为69℃，三效浓缩的温度为60℃，浓缩至含水量为58.8％。
一些实施例中，一效浓缩的温度为80℃，二效浓缩的温度为68℃，三效浓缩的温度为58℃，浓缩至含水量为60.1％。
本发明所述饲料的制备方法，包括：
将浓缩苏氨酸母液与辅料搅拌混合后，喷雾干燥或喷浆造粒；本发明中，所述辅料的粒度小于20目。
所述喷雾干燥或喷浆造粒的步骤中，进风温度60℃～160℃，出风温度40℃～100℃。本发明实施例中，进风温度140℃～130℃，出风温度63℃～85℃。其中，喷雾干燥的方案中，进风温度为130℃、110℃、120℃，出风温度65℃、75℃、85℃。喷浆造粒的方案中，进风温度为140℃，出风温度63℃。
所述喷雾干燥或喷浆造粒的步骤中，喷嘴气流压力为0.2～1.0Mpa、进风速度35m3/h～240m3/h。其中，喷雾干燥的方案中，喷嘴气流压力为0.4Mpa、进风速度35m3/h～40m3/h。一些实施例中，所述进风速度为35m3/h或40m3/h。所述喷浆造粒的方案中，喷嘴气流压力为0.6Mpa、进风速度240m3/h。
本发明中，所述搅拌混合的转速为40～200rpm，搅拌10min以上。
本发明中，所述混合后物料输送至喷嘴的速度为1L/h～6L/h。一些实施例中，所述混合后物料输送至喷嘴的速度为1L/h或6L/h。
本发明中，所述喷雾干燥后，含水量低于5％。一些实施例中，干燥后的物料的含水量为4.5％、3.9％、4.1％或4.8％。
以本发明所述制备方法制得的饲料。
本发明以发酵法生产的苏氨酸母液为原料，利用多效蒸发器对苏氨酸母液进行蒸发浓缩，后将浓缩后的母液与辅料按不同比例混合，经喷雾干燥或喷浆造粒设备生产，所得饲料中，水分含量为低于5％，产品流动性好，不结块。解决了现有技术中因苏氨酸母液粘度过高无法造粒的问题，避免了因丢弃或焚烧苏氨酸母液而导致的浪费或污染问题，且本发明提供的方法简单，能够满足工业大生产的要求。
具体实施方式
本发明提供了以苏氨酸母液为原料的饲料及其制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明采用的试材皆为饲料级产品，皆可于市场购得。
苏氨酸母液经浓缩后其中溶解的糖也被进一步浓缩，因此造成喷雾干燥或喷雾造粒时的颗粒表面温度高于其玻璃化转变温度，导致喷雾颗粒出现堵喷头、粘设备内壁的情况。本发明采用三种不同的方法避免上述情况的发生。第一种是利用廉价植物纤维粉末(如玉米芯粉、稻壳粉、花生壳粉、秸秆粉等)疏松多孔的结构使其吸收苏氨酸母液，并在喷雾干燥或喷雾造粒过程中由于水分挥发，苏氨酸母液体积减小，收缩于植物纤维粉末内部，因此使喷雾干燥过程中颗粒间或颗粒与设备间主要以植物纤维接触为主，隔绝高糖物质的直接接触，从而解决生产中遇到的堵喷头、粘设备内壁的问题，该方法也可使用抗结剂(如碳酸钙、二氧化硅等)达到类似效果。第二种是通过向苏氨酸母液中添加淀粉或麦芽糊精，使得喷雾干燥或喷雾造粒过程中颗粒的玻璃化转变温度大幅度提高，当颗粒的玻璃化转变温度低于设备干燥室温度时则不会发生堵喷头、粘设备内壁的问题，从而保证顺利生产。第三种是用金属的氢氧化物与苏氨酸母液中的糖发生反应生成金属-糖络合物，而络合物的玻璃化转变温度要显著高于糖的玻璃化转变温度，因此解决喷雾干燥或喷雾造粒过程中堵喷头、粘设备内壁的问题，另一方面，金属氢氧化物所提供的碱性条件还可以使苏氨酸母液中的游离氨挥发，降低产品中的氨态氮，从而提高饲料品质。
具体的，本发明所述饲料的制备方法，包括以下步骤：
(1)浓缩：将苏氨酸发酵液经过陶瓷膜过滤除菌体和苏氨酸结晶后的母液使用三效蒸发器进行蒸发浓缩。因苏氨酸母液含糖量高导致粘度高，因此三效蒸发器的设置条件为：一效70-90℃，二效60-70℃，三效50-60℃。控制浓缩后的苏氨酸母液的干燥含水量在50％-70％之间。
(2)配料：将玉米芯粉、稻壳粉、花生壳粉、秸秆粉、淀粉、麦芽糊精、碳酸钙、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化镁中的一种或几种(配料均需低于20目)与浓缩后的苏氨酸母液按质量体积比4:100至100:100混合均匀，并在喷雾干燥或喷雾造粒送料前持续搅拌，保持稳定均匀的悬浊液。
(3)喷雾：将配好的料液经蠕动泵将料液送至喷嘴，维持喷嘴气流压力为0.2-1.0MPa。料液在喷嘴因巨大压差膨胀雾化，大大增加了与热风接触的表面积,十分有利于缩短干燥时间，并且有利于提高产品粉末的流动性。在热风干燥塔内雾状湿料与热风接触进行加热，进风温度控制60℃-160℃，出风温度控制在40-100℃，达水分控制点的干料从塔顶送出，经旋风回收(如使用沸腾造粒则按需求放料)。通过调整热风进风温度、出风温度、风量和料液流量等因素控制产品水分至5％以下。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1
利用苏氨酸母液生产能量蛋白饲料方法，其包括如下步骤：(1)将苏氨酸母液经三效蒸发器蒸发浓缩，具体参数为一效蒸发温度控制在82℃，二效蒸发温度控制在69℃，三效蒸发温度控制在58℃，浓缩至苏氨酸母液的干燥含水量为57.2％；(2)将二氧化硅与浓缩后的苏氨酸母液按质量体积比12:100混合均匀，并持续搅拌制成悬浊液；(3)将配制好的料液经蠕动泵以1L/h的速率送至喷雾干燥机的喷嘴，维持喷嘴气流压力为0.4MPa，40m3/h进风温度，130℃进风温度，85℃出风温度，干燥后的粉末经旋风回收。该实例喷雾干燥过程中未出现干燥粉末堵喷头，粘设备内壁等问题的发生。喷雾干燥产品的主要参数见表1：
表1
实施例2
利用苏氨酸母液生产能量蛋白饲料方法，其包括如下步骤：(1)将苏氨酸母液经三效蒸发器蒸发浓缩，具体参数为一效蒸发温度控制在80℃，二效蒸发温度控制在69℃，三效蒸发温度控制在60℃，浓缩至苏氨酸母液的干燥含水量为58.8％；(2)将淀粉与浓缩后的苏氨酸母液按质量体积比20:100混合均匀，并持续搅拌制成悬浊液；(3)将配制好的料液经蠕动泵以1L/h的速率送至喷雾干燥机的喷嘴，维持喷嘴气流压力为0.4MPa，35m3/h进风温度，110℃进风温度，65℃出风温度，干燥后的粉末经旋风回收。该实例喷雾干燥过程中未出现干燥粉末堵喷头，粘设备内壁等问题的发生。喷雾干燥产品的主要参数见表2。
表2
实施例3
利用苏氨酸母液生产能量蛋白饲料方法，其包括如下步骤：(1)将苏氨酸母液经三效蒸发器蒸发浓缩，具体参数为一效蒸发温度控制在82℃，二效蒸发温度控制在69℃，三效蒸发温度控制在58℃，浓缩至苏氨酸母液的干燥含水量为57.2％；(2)将玉米芯粉、碳酸钙与浓缩后的苏氨酸母液按质量体积比6:4:100混合均匀，并持续搅拌制成悬浊液；(3)将配制好的料液经蠕动泵以1L/h的速率送至喷雾干燥机的喷嘴，维持喷嘴气流压力为0.4MPa，35m3/h进风温度，120℃进风温度，75℃出风温度，干燥后的粉末经旋风回收。该实例喷雾干燥过程中未出现干燥粉末堵喷头，粘设备内壁等问题的发生。喷雾干燥产品的主要参数见表3。
表3
实施例4
利用苏氨酸母液生产颗粒能量蛋白饲料方法，其包括如下步骤：(1)将苏氨酸母液经三效蒸发器蒸发浓缩，具体参数为一效蒸发温度控制在80℃，二效蒸发温度控制在68℃，三效蒸发温度控制在58℃，浓缩至苏氨酸母液的干燥含水量为60.1％；(2)将氢氧化钠与浓缩后的苏氨酸母液按质量体积比6:100混合均匀；(3)以0.5mm粒径以下的颗粒或粉末为底料，将配制好的料液经蠕动泵以6L/h的速率送至流化造粒床喷嘴，维持喷嘴气流压力为0.6MPa，240m3/h进风温度，140℃进风温度，63℃出风温度，产生的粉末经旋风回收反投入造粒床内，待颗粒粒径达到1-2mm后卸料。该实例喷雾造粒过程中未出现干燥粉末堵喷头，粘设备内壁等问题的发生，同时产品颗粒完整，无团聚结块。喷雾造粒产品的主要参数见表4。
表4
对比例1
利用苏氨酸母液生产能量蛋白饲料方法，其包括如下步骤：(1)将苏氨酸母液经三效蒸发器蒸发浓缩，具体参数为一效蒸发温度控制在82℃，二效蒸发温度控制在69℃，三效蒸发温度控制在58℃，浓缩至苏氨酸母液的干燥含水量为55.7％；(2)浓缩后的苏氨酸母液经蠕动泵以0.4L/h的速率送至喷嘴，维持喷嘴气流压力为0.4MPa，35m3/h进风温度，110℃进风温度，75℃出风温度，干燥后的粉末经旋风回收。实验过程中喷雾开始即发生粉尘粘设备现象；喷雾10分钟后粉尘铺满设备视镜，无法观察内部情况；喷雾25分钟后喷嘴处出现物料粉末堵喷嘴现象，导致喷嘴无法彻底雾化料液，喷嘴处出现液滴，导致无法生产被迫停机。设备停机后内部粘满喷出粉尘，且不易脱落，旋风集尘器中粉尘为深黄棕色，粉尘结块。喷雾干燥产品的主要参数见表5。
表5
对比例2
利用苏氨酸母液生产能量蛋白饲料方法，其包括如下步骤：(1)将苏氨酸母液经三效蒸发器蒸发浓缩，具体参数为一效蒸发温度控制在82℃，二效蒸发温度控制在69℃，三效蒸发温度控制在58℃，浓缩至苏氨酸母液的干燥含水量为55.7％；(2)以0.5mm粒径以下的颗粒或粉末为底料，将配制好的料液经蠕动泵以2L/h的速率送至流化造粒床喷嘴，维持喷嘴气流压力为0.6MPa，240m3/h进风温度，110℃进风温度，65℃出风温度，产生的粉末经旋风回收反投入造粒床内。开始喷雾5分钟后造粒床内流化状态开始减弱；15分钟后床内出现大颗粒结块；20分钟后完全塌床，导致无法生产被迫停机。设备停机后打开发现内部形成多个大块，未形成块的颗粒粘于设备内壁或喷枪表面。喷雾造粒产品的主要参数见表6。
表6
比较上述实施例1～4和对比例1～2制备获得的产品，对比例1～2制得的产品仍难以避免发生结块现象，例如，对比例1的产品在55℃以上粉尘出现结块现并粘于同温度下光滑表面，对比例2的产品在60℃以上颗粒出现结块现象并粘于同温度下光滑表面。而实施例1～4的产品在达到115℃后，仍能保持良好的性质，不会结块或附着。其中实施例4的产品从堆积密度和物理性质的等方面都显著的优于其他实施例。
以上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来说，在不脱离本发明原理的前提下，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。
Claims (9)
1.一种饲料，其特征在于，其原料包括：浓缩苏氨酸母液和辅料；
所述辅料选自：玉米芯粉、稻壳粉、花生壳粉、秸秆粉、淀粉、麦芽糊精、碳酸钙、二氧化硅、氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠、氢氧化镁中至少一种；
所述辅料与浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为(4～100)kg:100L。
2.根据权利要求1所述的饲料，其特征在于，其原料中：
二氧化硅和浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为12kg:100L；
淀粉和浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为20kg:100L；
玉米芯粉、碳酸钙和浓缩苏氨酸母液的质量-质量-体积比为6kg:4kg:100L；
氢氧化钠和浓缩苏氨酸母液的质量-体积比为6kg:100L。
3.根据权利要求1或2所述的饲料，其特征在于，所述苏氨酸母液的浓缩方法，采用三效浓缩，其中一效浓缩的温度为70～90℃，二效浓缩的温度为60～70℃，三效浓缩的温度为50～60℃，浓缩至含水量为45％～62％。
4.权利要求1～3任一项所述饲料的制备方法，其特征在于，包括：
将浓缩苏氨酸母液与辅料搅拌混合后，喷雾干燥或喷浆造粒；
所述喷雾干燥的条件为：喷嘴气流压力为0.2～1.0Mpa，进风温度60℃～160℃，出风温度40℃～100℃。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述辅料的粒度小于20目。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌混合的转速为40～200rpm，搅拌10min以上。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述喷雾干燥或喷浆造粒后，含水量为低于5％。
8.根据权利要求4～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述苏氨酸母液的浓缩方法，采用三效浓缩，其中一效浓缩的温度为70～90℃，二效浓缩的温度为60～70℃，三效浓缩的温度为50～60℃，浓缩至含水量为为45％～62％。
9.权利要求4～8任一项所述制备方法制得的饲料。
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