CN112458137A - 基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白及其制备方法和应用，步骤包括：将秸秆进行微波酸解获得秸秆固形物和水解上清液，将畜禽粪便加入水解上清液中，经微波酸解后，酸解液与秸秆固形物混合，固液分离后的液体发酵，干燥后获得菌体蛋白固形物。与现有技术相比，本发明的菌体蛋白是在畜禽粪便的安全无害化处置和资源化利用基础上制备而成的，原料廉价易得，成本低廉，可实现在养殖场原位无害化处置和利用，形成生态链；通过微波酸解处理，可以充分彻底杀灭畜禽粪便中的病原菌、虫卵，降解抗生素，显著缩短发酵时间，提高菌体蛋白生产效率。

Description

基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白及其制备方法和 应用

技术领域

本发明属于畜牧养殖技术领域，具体涉及一种菌体蛋白饲料添加剂，尤其涉及一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白及其制备方法和应用。

背景技术

我国每年产生大量各类作物的秸秆等含有纤维素的物质，这些作物秸秆资源化利用率不足10％，而剩下的大多采用焚烧处理，近年来在政府推动下大量采用秸秆还田方法进行处理，秸秆还田是把不宜直接作饲料的秸秆，直接或堆积腐熟后施入土壤的一种方法。秸秆还田虽然有改良土壤的优点，但会造成病虫害加重、与作物争肥、氮肥消耗大等问题，造成增大农药使用量、农残高，作物生长受限，减产、品质差等。另外，秸秆中虽然存在各类营养元素，但多以结合状态存在，如存在于木质素和半纤维素结构中，随着被植物吸收,并不能达到增肥效果。此外,秸秆如果在土壤表面或耕作层，会使种子发芽后根系无法扎根到土壤中，根系会因为长期接触不到土壤而不能吸收水分和养分，会引发病害、弱苗等，造成作物减产。而秸秆类物质的堆积腐熟后再施入土壤中，则费工费时，堆积腐熟品质无法保障。

畜禽粪便主要指畜禽养殖业中产生的一类农村固体废物，包括猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪、鸭粪等。随着规模化养殖的普及，养殖场每天都会产生大量的畜禽粪便，这些粪便大多会当做土壤肥料就地施用，但对于过于集中的畜牧养殖区，这些粪便的产量过大，传统处理方法无法消纳，大量堆放对大气、土壤和水环境都造成了严重污染，另外由于大量化肥的使用，导致有机粪肥闲置，形成对环境的污染。

目前，畜禽粪便大多用于土壤肥料，将其回收再利用至畜牧领域较少，畜禽粪便中含有大量抗生素、病菌、虫卵、以及重金属等，较难彻底去除，是制约其规模化生产的重要因素之一。目前有人采用畜禽粪便发酵液体制备水溶肥进行回收利用，但并不能将抗生素、病菌、虫卵，尤其是重金属等完全去除，并且发酵过程还会产生环境污染，制约了其在畜牧养殖产业中的发展利用。

我国是畜牧养殖大国，随着家禽饲养及畜牧业的快速发展，对饲料添加剂菌体的蛋白需求量越来越大，目前普遍认为菌体蛋白是最具前景的蛋白质新资源之一，可解决蛋白质资源不足问题，目前工业化生产主要以发酵菌体蛋白为主，废弃材料的资源化利用对拓广蛋白饲料来源、减少环境污染起到积极的作用。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白及其制备方法和应用，以提供一种合适的方法，将畜禽粪便和秸秆等废弃物进行资源化回收利用，并加工生产新的菌体蛋白饲料添加剂产品。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：秸秆微波水解

将秸秆破碎后加入酸溶液中进行酸解，获得秸秆酸解液；利用微波辐照处理对秸秆酸解液进行微波辐照改性，经固液分离后，收集秸秆固形物并进行干燥处理，收集液体获得秸秆微波水解上清液；

步骤S2：畜禽粪便微波水解

将畜禽粪便加入秸秆微波水解上清液中，加入酸，并进行微波辐照处理，经微波酸解后，会得到含有丰富多肽及复合氨基酸的水解液，经固液分离，收集滤液，得到畜禽粪便酸解液；

步骤S3：发酵

将步骤S2的畜禽粪便酸解液与步骤S1的秸秆固形物混合，固液分离后将滤液加入中和剂调整pH在3.5-7.5，得到发酵培养液，在发酵培养液中接种发酵菌进行发酵，获得发酵液；

步骤S4：菌体蛋白制备

将发酵液进行气流干燥，得到所述菌体蛋白。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中，酸溶液为体积百分比为0.5％-10％的醋酸、乳酸、柠檬酸、草酸、盐酸中的一种或多种混合酸溶液，酸解的条件为：酸解温度50-70℃下，150-250rpm搅拌1-10h。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中，微波辐照处理的条件为：微波频率1000-3000MHz，辐照时间为2-30min。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中，酸为醋酸、乳酸、柠檬酸、草酸、盐酸中的一种或多种混合酸，酸的添加浓度为1-15％体积百分比，酸解的条件为：酸解温度50-70℃下，150-250rpm搅拌1-10h。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中，微波辐照的条件为：微波频率为500-5000MHz，微波时间为15-120min，微波温度为50-130℃。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3中，中和剂为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化镁中的一种或多种混合物。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3中，发酵菌为乳杆菌、酵母菌、芽孢杆菌、保加利亚乳杆菌、黑曲霉、米曲霉、双歧杆菌、粪肠球菌、乳酸肠球菌、嗜热链球菌中的一种或多种混合菌，接种量为1-10％体积百分比，发酵温度为26-34℃，发酵时间为18-24h。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S4中，将发酵液进行气流干燥并过40 目筛，制成菌体蛋白粉。

本发明还提供了一种利用上述方法制备获得的菌体蛋白。

本发明还提供了上述菌体蛋白作为畜禽饲料添加剂中的应用。

本发明的有益效果在于：

1)本发明的菌体蛋白是在畜禽粪便的安全无害化处置和资源化利用基础上制备而成的，原料廉价易得，成本低廉，可实现在养殖场原位无害化处置和利用，形成生态链；

2)通过微波酸解处理，可以充分彻底杀灭畜禽粪便中的病原菌、虫卵，降解抗生素，因抗生素热稳定性较差，通过微波酸解可彻底分解抗生素；

3)微波水解可将秸秆、粪便这两种废弃物转变成完全无菌且营养丰富的菌体蛋白培养基，几乎无需添加外源营养，再以此作为培养液制备菌体蛋白，可显著缩短时间，提高菌体蛋白生产效率。

4)利用秸秆微波水解后的固形物可以吸附畜禽粪便的重金属，无需添加重金属吸附剂，即可去除重金属。

具体实施方式

下面对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例提供了一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：秸秆微波水解

将秸秆破碎至0.5cm-0.1mm，加入酸溶液中进行酸解，获得秸秆酸解液；其中，酸溶液选自醋酸、乳酸、柠檬酸、草酸、盐酸中的一种或多种混合酸溶液，酸溶液的体积浓度为0.5％-10％，酸解的条件为：酸解温度50-70℃下，150-250rpm搅拌1-10h；

利用微波辐照处理对秸秆酸解液进行微波辐照改性，经固液分离后，收集固形物并进行干燥处理，收集液体获得秸秆微波水解上清液；其中，微波辐照处理的条件为：微波频率1000-3000MHz，辐照时间为2-30min，干燥处理的步骤为：将固形物置于 50-100℃下干燥1-10h，至固形物含水量为1％-10％质量百分比。

步骤S2：畜禽粪便微波水解

将畜禽粪便加入秸秆微波水解上清液中，加入酸，并进行微波辐照处理，经微波酸解后，会得到含有丰富多肽及复合氨基酸的水解液，经固液分离，收集滤液，得到畜禽粪便酸解液；其中，酸为醋酸、乳酸、柠檬酸、草酸、盐酸中的一种或多种混合酸，酸的添加浓度为1-15％体积百分比，酸解的条件为：酸解温度50-70℃下，150-250rpm 搅拌1-10h；微波辐照的条件为：微波频率为500-5000MHz，微波时间为15-120min，微波温度为50-130℃。

步骤S3：发酵

将步骤S2的畜禽粪便酸解液与步骤S1的秸秆固形物混合，搅拌0.5-3小时后进行固液分离，将滤液加入中和剂调整pH在3.5-7.5，得到发酵培养液，在发酵培养液中接种发酵菌进行发酵，获得发酵液；所述中和剂选自碳酸钙、氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化镁中的一种或多种混合物，所述发酵菌选自乳杆菌、酵母菌、芽孢杆菌、保加利亚乳杆菌、黑曲霉、米曲霉、双歧杆菌、粪肠球菌、乳酸肠球菌、嗜热链球菌中的一种或多种混合菌，发酵菌的接种量为1-10％体积百分比，发酵温度为26-34℃，发酵时间为18-24h。

步骤S4：菌体蛋白的制备

将发酵液进行气流干燥并过40目筛，即可制成菌体蛋白粉。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中，酸溶液为终体积浓度为0.5％-10％的醋酸、乳酸、柠檬酸、草酸、盐酸中的一种或多种混合酸溶液，酸解的条件为：酸解温度50-70℃下，150-250rpm搅拌1-10h。

实施例2

本实施例提供的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，包括以下步骤：

将秸秆破碎至0.5cm，加入体积浓度为0.5％的醋酸溶液中进行酸解，酸解的条件为：酸解温度50℃下，250rpm搅拌10h；然后，利用微波照射处理对秸秆酸解液进行微波辐照改性，微波辐照处理的条件为：微波频率1000MHz，辐照时间为30min；最后，将经微波辐照改性的液体进行固液分离，收集固形物，置于50℃下干燥10h，至固形物含水量为1％-10％质量百分比，同时收集秸秆微波水解上清液备用。

将畜禽粪便加入秸秆微波水解上清液中，加入体积比为1：1的乳酸和柠檬酸的混合酸，所述混合酸的添加浓度为1％体积比，酸解条件为：酸解温度50℃下，250rpm搅拌10h；然后进行微波辐照处理，微波辐照的条件为：微波频率为500MHz，微波时间为 120min，微波温度为50℃，获得含有丰富多肽及复合氨基酸的水解液；最后经固液分离，收集滤液，得到畜禽粪便酸解液。

将畜禽粪便酸解液与秸秆固形物混合，搅拌0.5-3小时后进行固液分离，将滤液加入碳酸钙进行中和，至pH为3.5-7.5之间，得到发酵培养基，然后接种1％体积比的酵母菌，置于26-34℃下发酵18h，获得发酵液。

将发酵液进行气流干燥并过40目筛，真空包装，即可制成菌体蛋白粉。

实施例3

本实施例提供的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，包括以下步骤：

将秸秆破碎至0.1mm，加入体积浓度为10％的草酸溶液中进行酸解，酸解的条件为：酸解温度70℃下，150rpm搅拌1h；然后，利用微波照射处理对秸秆酸解液进行微波辐照改性，微波辐照处理的条件为：微波频率3000MHz，辐照时间为2min；最后，将经微波辐照改性的液体进行固液分离，收集固形物，置于100℃下干燥1h，至固形物含水量为 1％-10％质量百分比，同时收集秸秆微波水解上清液备用。

将畜禽粪便加入秸秆微波水解上清液中，加入15％的草酸进行酸解，酸解条件为：酸解温度70℃下，150rpm搅拌1h；同时，进行微波辐照处理，微波辐照的条件为：微波频率为5000MHz，微波时间为15min，微波温度为130℃，获得含有丰富多肽及复合氨基酸的水解液；最后经固液分离，收集滤液，得到畜禽粪便酸解液。

将畜禽粪便酸解液与秸秆固形物混合，搅拌0.5-3小时后进行固液分离，将滤液加入氢氧化钠进行中和，至pH为3.5-7.5之间，得到发酵培养液，然后接种10％体积比的酵母菌，置于26-34℃下发酵24h，获得发酵液。

将发酵液进行气流干燥并过40目筛，真空包装，即可制成菌体蛋白粉。

实施例4

本实施例提供的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，包括以下步骤：

将秸秆破碎至0.1cm，加入体积浓度为5％的盐酸溶液中进行酸解，酸解的条件为：酸解温度60℃下，200rpm搅拌5h；然后，利用微波照射处理对秸秆酸解液进行微波辐照改性，微波辐照处理的条件为：微波频率2000MHz，辐照时间为15min；最后，将经微波辐照改性的液体进行固液分离，收集固形物，置于80℃下干燥5h，至固形物含水量为 1％-10％质量百分比，同时收集秸秆微波水解上清液备用。

将畜禽粪便加入秸秆微波水解上清液中，加入10％的乳酸进行酸解，酸解条件为：酸解温度60℃下，200rpm搅拌5h；同时，进行微波辐照处理，微波辐照的条件为：微波频率为2000MHz，微波时间为60min，微波温度为100℃，获得含有丰富多肽及复合氨基酸的水解液；最后经固液分离，收集滤液，得到畜禽粪便酸解液。

将畜禽粪便酸解液与秸秆固形物混合，搅拌0.5-3小时后进行固液分离，上清液加入氧化钙进行中和，至pH为3.5-7.5之间，得到发酵培养液，然后接种5％体积比的米曲霉，置于26-34℃下发酵20h，获得发酵液。

将发酵液进行气流干燥并过40目筛，真空包装，即可制成菌体蛋白粉。

为验证本发明制备获得的菌体蛋白品质，下面以实施例4制备获得的菌体蛋白为例，对菌体蛋白营养成分进行鉴定，同时设置对照组：

对照组1：实施例4的经微波酸解后的秸秆原料固形物

对照组2：实施例4的经微波酸解后的畜禽粪便酸解液。

试验例1

样品成分含量测定及其感官特征

表中，如对照组1的结果可以看出，微波酸解可将秸秆、粪便这两种废弃物转变成完全无菌且营养丰富的菌体蛋白培养基，秸秆和粪便经微波酸解后，形成含有丰富多肽和复合氨基酸的成分的物质，秸秆固形物和粪便酸解液作为碳源和氮源的供应者，两者物理状态相辅相成，营养成分相互补充，无需干燥或添加水分，无需添加外源营养即可达到最佳发酵条件，从而可直接作为发酵培养基制备菌体蛋白，显著缩短了发酵时间，提高菌体蛋白生产效率。此外，由于体系中和含有钙，钙与肽类，蛋白，氨基酸可以鳌合，形成一种高钙的菌体蛋白。

实施例4的结果与对比例1结果比较，可以看出，本发明通过将秸秆与畜禽粪便结合使用，利用秸秆固形物的吸附作用，可以很好地去除原畜禽粪便中的重金属，使得制备获得的蛋白粉不仅营养丰富，气味佳，而且重金属含量较低，无需添加额外重金属吸附剂，即可将畜禽粪便中的重金属指标降到标准以下。

试验例2

将实施例4制备的菌体蛋白粉作为肉鸡饲料添加剂，按照5％、10％、15％质量比添加到肉鸡日常饲料中，同时以寿光市百聚隆生物饲料有限公司购买的百聚隆生物蛋白饲料为对照，以7日龄白羽肉鸡，每隔7天检测肉鸡平均体重(g)。

添加量	7天	14天	21天	28天	35天
						0％	111	260	442	671	923
5％	113	272	456	691	973
						10％	119	284	471	707	1008
15％	120	291	469	715	1021
						百聚隆(10％)	115	278	459	694	982

上表可以看出，利用本发明的菌体蛋白作为肉鸡饲料添加剂，可以提高肉鸡生长性能，其效果优于市售百聚隆。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：秸秆微波水解

将秸秆破碎后加入酸溶液中进行酸解，获得秸秆酸解液；利用微波辐照处理对秸秆酸解液进行微波辐照改性，经固液分离后，收集秸秆固形物并进行干燥处理，收集液体获得秸秆微波水解上清液；

步骤S2：畜禽粪便微波水解

将畜禽粪便加入秸秆微波水解上清液中，加入酸，并进行微波辐照处理，经微波酸解后，会得到含有丰富多肽及复合氨基酸的水解液，经固液分离，收集滤液，得到畜禽粪便酸解液；

步骤S3：发酵

将步骤S2的畜禽粪便酸解液与秸秆固形物混合，固液分离后将滤液加入中和剂调整pH在3.5-7.5，得到发酵培养液，在发酵培养液中接种发酵菌进行发酵，获得发酵液；

步骤S4：菌体蛋白制备

将发酵液进行气流干燥，得到所述菌体蛋白。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，酸溶液为体积百分比为0.5％-10％的醋酸、乳酸、柠檬酸、草酸、盐酸中的一种或多种混合酸溶液，酸解的条件为：酸解温度50-70℃下，150-250rpm搅拌1-10h。

3.根据权利要求1所述的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，微波辐照处理的条件为：微波频率1000-3000MHz，辐照时间为2-30min。

4.根据权利要求1所述的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，酸为醋酸、乳酸、柠檬酸、草酸、盐酸中的一种或多种混合酸，酸的添加浓度为1-15％体积百分比，酸解的条件为：酸解温度50-70℃下，150-250rpm搅拌1-10h。

5.根据权利要求1所述的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，微波辐照的条件为：微波频率为500-5000MHz，微波时间为15-120min，微波温度为50-130℃。

6.根据权利要求1所述的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，中和剂为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠、氧化镁中的一种或多种混合物。

7.根据权利要求1所述的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，发酵菌为乳杆菌、酵母菌、芽孢杆菌、保加利亚乳杆菌、黑曲霉、米曲霉、双歧杆菌、粪肠球菌、乳酸肠球菌、嗜热链球菌中的一种或多种混合菌，接种量为0.2-10％体积百分比，发酵温度为26-34℃，发酵时间为18-24h。

8.根据权利要求1所述的一种基于微波水解畜禽粪便和秸秆的菌体蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，将所述固形物浓缩至含水量10％-45％，真空包装成菌体蛋白浸膏；或将其气流干燥并过40目筛，制成菌体蛋白粉。

9.一种菌体蛋白，其特征在于，该菌体蛋白为利用如权利要求1-8任一方法制备获得。

10.一种如权利要求9所述的菌体蛋白作为畜禽饲料添加剂中的应用。