CN113080314A - 一种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物饲料技术领域，具体提供了一种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，以棕榈粕为原料，先通过含乳酸的屎肠球菌发酵上清废液浸泡原料进行预处理，实现废物利用，再采用复合酶制剂和益生菌菌剂相结合的方法，制得富含益生菌、小分子肽、有机酸、低聚寡糖、消化酶、氨基酸、维生素、矿物质等的生物饲料，其中低聚寡糖含量达18‑25％，小肽含量达到47‑50％，乳酸含量达到5‑10％，具有可促进动物采食、提高动物免疫力的安全、易吸收等特点，为养殖业提供了一种替代抗生素的新型饲料资源，用于养殖业可降低了养殖成本，提高养殖经济效益。
Description
技术领域
本发明属于生物饲料技术领域，具体涉及一种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法。
背景技术
棕榈粕是棕榈果肉提炼棕榈油的过程中所产生的一种残留物质，其粗纤维含量约21％-23％，粗蛋白含量约14％-19％，因价格低、无毒性、无副作用，目前常用于反刍动物如牛、羊、鹿等的饲养。由于其粗纤维含量较高，以及单胃动物对其能量和粗蛋白的利用率较低，雏鸡和小猪无法使用，使得这种廉价的原料无法发挥大规模的经济效益。
棕榈粕有一定苦涩味，适口性差，因此在饲料中添加比例受到限制。而且棕榈粕中具有较强抗营养作用的甘露聚糖含量高达30-35％，能引起畜禽肠道免疫系统应激反应和能量利用障碍，若在饲料中使用过高，会造成稀便、采食量下降等问题。
中国发明专利(CN101248835A)公开了一种用酶降解棕榈粕、棕榈仁粕的方法，该方法主要是将干燥的棕榈粕或棕榈仁粕与含有甘露聚糖酶的酶溶液混合，并置于40～100℃的温度下进行酶解反应4-80个小时后制得饲料得原料成品。然而，该方法需要通过专用设备和特定工艺流程对棕榈粕进行前处理来满足饲料生产的需要，增加了饲料的生产周期和成本。
中国专利CN201910852590公开了一种棕榈粕生产生物饲料的方法，该方法主要是采用酶解与微生物发酵相结合的方式，第一步温度控制在36-38℃、酶解水分37-40％酶解90分钟，第二步加入微生物菌株培养基进行微生物发酵饲料湿料，其富含益生菌、小分子肽、乳酸以及生物酶等，最后通过气流式干燥得到生物发酵饲料。然而，该方法得到的产品并没有评估抗营养因子甘露聚糖降解情况。
为提高棕榈粕在常规饲料中的添加量，提高其适口性以及能量与蛋白质的利用率，降低养殖成本，提高养殖效益，本发明以棕榈粕为原料，采用复合酶酶解制备高含量的甘露寡糖再补加一定的复合原料进行微生物发酵，得到的产品富含益生菌、小分子肽、有机酸以及低聚寡糖等。采用本发明，极大提高棕榈粕在动物常规日粮中能量与蛋白原料的代替量，缓解饲料原料的短缺；同时，为无抗饲料的开发与利用提供了一条有效的途径。
发明内容
本发明的目的是提高棕榈粕在动物常规日粮中能量与蛋白原料的代替量，缓解饲料原料的短缺，为无抗饲料的开发与利用提供一条有效的途径。
为此，本发明提供了一种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其包括以下步骤：
(1)称取棕榈粕原料，对大颗粒原料进行粗粉碎；
(2)原料预处理：将棕榈粕原料和屎肠球菌发酵上清废液混合，混合物的水分含量控制在50-80％，室温下浸泡处理4-8h；
(3)酶解：向步骤(2)的混合物中加入复合酶制剂，混合均匀后进行酶解反应，得到酶解产物；
(4)复配及发酵：在酶解产物中添加辅料，然后加入益生菌剂混合均匀并进行发酵，得到发酵产物；
(5)干燥：发酵产物使用流化床干燥设备进行烘干，待烘干产物降至室温后，得饲料成品。
具体的，上述棕榈粕发酵生物饲料的加工方法中包括以下重量份的生物质材料：60-80份棕榈粕、120-200份屎肠球菌发酵上清废液、120-260份辅料、5-10份益生菌剂、10-20份复合酶制剂。
具体的，上述步骤(1)中大颗粒原料是指粒径≥2.0mm的原料，粉碎粒度控制在0.5-1.5mm之间。
具体的，上述步骤(2)中屎肠球菌发酵上清废液的干物质含量为8-12％。
具体的，上述步骤(3)中复合酶制剂包括100 000-250 000U/g蛋白酶、100 000-150 000U/g木聚糖酶、8 000-12 000U/g阿拉伯糖酶、10 000-30 000U/g纤维素酶、10 000-20 000U/g甘露聚糖酶、30 000-70 000U/g果胶酶和5 000-8 000U/g氨肽酶，其质量比为5-10：1-5：1-5：5-10：10-20：1-5：1；复合酶制剂的pH值控制在5-8。
具体的，上述步骤(3)中酶解反应温度为30-60℃，酶解时间为4-72h；酶解产物中甘露聚糖的降解率﹥30％、中性洗涤纤维降解率﹥40％、酸性洗涤纤维的降解率﹥20％。
具体的，上述步骤(4)中益生菌剂包括质量比为1-3：2-5：1-2的1000-2000cfu/g嗜酸乳杆菌、100-260cfu/g产朊假丝酵母和1000cfu/g枯草芽孢杆菌；益生菌剂添加量以每吨原料计添加0.3-1％。
具体的，上述步骤(4)的辅料包括质量比为1：3：5的玉米蛋白粉、麸皮和棕榈粕；辅料添加量与酶解产物的质量比为0.5-3：1。
具体的，上述步骤(4)中发酵温度为25-45℃，发酵时间为24-96h。
具体的，上述步骤(4)的发酵产物中乳酸菌的含量≥1×1011cfu/g，酵母菌的含量≥5×108cfu/g，小肽≥20％，pH值在4.0-5.0之间。
具体的，上述步骤(5)中流化床烘干温度为50-85℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明提供的这种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，先通过含乳酸的发酵废液上清浸泡原料进行预处理，使物料细胞壁的结构变得疏松、蓬散，组织内各孔隙和比表面积增大，再利用复合酶在合适的温度下进行酶解，缩短酶解时间，大大降低了棕榈粕中的抗营养因子，另外酶解后产生的甘露寡糖及降解的小分子营养物质有利于下一步发酵过程中益生菌的增殖。
2、采用本发明提供的方法制得的发酵饲料富含益生菌、小分子肽、有机酸、低聚寡糖、消化酶、氨基酸、维生素、矿物质等，其中低聚寡糖含量达18-25％，小肽含量达到47-50％，乳酸含量达到5-10％，具有可促进动物采食、提高动物免疫力的安全、易吸收等特点，为养殖业提供了一种替代抗生素的新型饲料资源，用于养殖业可降低了养殖成本，提高养殖经济效益。
3、本发明对屎肠球菌发酵上清废液在发酵饲料中的高值化再利用，节约了发酵上清废液污水处理费用，并且上清废液中富含的有机酸被有效地保留在发酵饲料成品中，避免了有效物质的浪费，是发酵行业发展循环经济的创新型做法；经过测算，在该工艺技术条件下，每利用1吨上清废液，新增饲料收入及节约环保治理投入合计可达1000元以上。
4、本发明采用先高水分酶解后加入辅料将发酵水分降低，大大节约了后期发酵产物的烘干成本，经济环保，利于实际生产的实现和转化；另外辅料添加一定比例的玉米蛋白粉，将产品的粗蛋白提高至30-40％，且抗营养因子少，为养殖业高蛋白饲料原料的选择提供了一个新选择。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经详细描述了本发明的代表性实施例，但是本发明所属技术领域的普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种修改和改变。因此，本发明的范围不应局限于实施方案，而应由所附权利要求及其等同物来限定。
本发明提供了一种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其包括以下步骤：
(1)按重量份称取60-80份棕榈粕原料，对粒径≥2.0mm的大颗粒原料进行粗粉碎，粉碎粒度控制在0.5-1.5mm之间；
(2)原料预处理：将棕榈粕原料和120-200份屎肠球菌发酵上清废液混合，混合物的水分含量控制在50-80％，室温下浸泡处理4-8h；其中所述屎肠球菌发酵上清废液的干物质含量为8-12％；
(3)酶解：向步骤(2)的混合物中加入10-20份复合酶制剂，每克棕榈粕的复合酶用量为300-700个单位，混合均匀后进行酶解反应，酶解反应温度为30-60℃，酶解时间为4-72h，得到酶解产物；
其中所述复合酶制剂包括100 000-250 000U/g蛋白酶、100 000-150 000U/g木聚糖酶、8 000-12 000U/g阿拉伯糖酶、10 000-30 000U/g纤维素酶、10 000-20 000U/g甘露聚糖酶、30 000-70 000U/g果胶酶和5 000-8 000U/g氨肽酶，其质量比为5-10：1-5：1-5：5-10：10-20：1-5：1；复合酶制剂的pH值控制在5-8；
酶解产物中甘露聚糖的降解率﹥30％、中性洗涤纤维降解率﹥40％、酸性洗涤纤维的降解率﹥20％；
(4)复配及发酵：在酶解产物中添加120-260份辅料，辅料添加量与酶解产物的质量比为0.5-3：1；5-10份益生菌剂，混合均匀并进行发酵，发酵温度为25-45℃，发酵时间为24-96h，得到发酵产物；发酵产物中乳酸菌的含量≥1×1011cfu/g，酵母菌的含量≥5×108cfu/g，小肽≥20％，pH值在4.0-5.0之间；
其中所述益生菌剂包括质量比为1-3：2-5：1-2的1000-2000cfu/g嗜酸乳杆菌、100-260cfu/g产朊假丝酵母和1000cfu/g枯草芽孢杆菌，益生菌剂添加量以每吨原料计添加0.3-1％；所述辅料包括质量比为1：3：5的玉米蛋白粉、麸皮和棕榈粕；
(5)干燥：发酵产物使用流化床干燥设备在50-85℃进行烘干，待烘干产物降至室温后，得饲料成品。
下面通过具体实施例对本发明棕榈粕发酵生物饲料的加工方法的效果进行研究。
实施例1：
本实施例提供的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取60份棕榈粕，对粒径≥2.0mm的大颗粒原料进行粗粉碎，粉碎粒度控制在0.5-1.5mm之间；
(2)原料预处理：将60份棕榈粕和120份屎肠球菌发酵上清废液混合均匀，调节物料的含水量至50％，静置浸泡5h；其中屎肠球菌发酵上清废液的干物质含量9％；
(3)酶解：向浸泡液中加入10份复合酶的酶溶液混合均匀，其中每克棕榈粕的复合酶用量为400个单位；将上述混合物料置于45℃下进行酶解反应，酶解时间为30h，得到酶解产物；
其中复合酶制剂包括120 000U/g蛋白酶、100 000U/g木聚糖酶、8 000U/g阿拉伯糖酶、10 000U/g纤维素酶、20 000U/g甘露聚糖酶、30 000U/g果胶酶、5 000U/g氨肽酶，质量比为5：1：1：5：10：1：1，pH值控制在5.5；
(4)将180份辅料加入到酶解产物中，加入5份益生菌剂混合均匀，将上述混合物料置于30℃的温度下进行发酵，发酵时间为48h，得到发酵产物。
其中益生菌剂由质量比为1：2：1的1000cfu/g嗜酸乳杆菌、100cfu/g产朊假丝酵母、1000cfu/g枯草芽孢杆菌组成，益生菌剂添加量以每吨原料计添加0.3％；辅料中玉米蛋白粉：麸皮：棕榈粕的质量比为1：3：5；
(5)干燥：发酵产物采用流化床干燥设备在65℃进行烘干，待烘干产物降至室温后，即得饲料成品。
检测相关指标如下：发酵饲料产品粗蛋白38.47％、甘露寡糖18％、总酸7.82％、小肽(酸溶蛋白占粗蛋白含量)47％、乳酸6.32％、蛋白消化率68％、粗纤维12.5％，发酵湿样的活菌数为酵母菌5.0×108cfu/g、乳酸菌4×1011cfu/g、芽孢杆菌2×107cfu/g，产品含丰富的代谢产物和酶。
实施例2：
本实施例提供的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法包括以下步骤：
(1)按重量份称取80份棕榈粕；对粒径≥2.0mm的大颗粒原料进行粗粉碎，粉碎粒度控制在0.5-1.5mm之间；
(2)原料预处理：将80份棕榈粕和130份屎肠球菌发酵上清废液混合均匀，调节物料的含水量至80％，静置浸泡4h；其中屎肠球菌发酵上清废液的干物质含量12％；
(3)酶解：向浸泡液中加入20份复合酶的酶溶液混合均匀，其中每克棕榈粕的复合酶用量为700个单位；将上述混合物料置于60℃的温度下进行酶解反应，酶解时间为48h，得到酶解产物；
其中复合酶制剂包括蛋白酶150 000U/g、木聚糖酶150 000U/g、阿拉伯糖酶8000U/g、纤维素酶30 000U/g、甘露聚糖酶20 000U/g、果胶酶70 000U/g、氨肽酶8 000U/g的酶溶液，质量比为8：5：5：8：15：5：1，pH值控制在7.5；
(4)将240份辅料加入到酶解产物中，加入10份益生菌菌液混合均匀；将上述混合物料置于40℃的温度下进行发酵，控制发酵时间为96h，得到发酵产物；
其中益生菌剂由质量比为3：5：2的2000cfu/g嗜酸乳杆菌、150cfu/g产朊假丝酵母、1000cfu/g枯草芽孢杆菌组成，益生菌剂添加量以每吨原料计添加0.8％；辅料中玉米蛋白粉：麸皮：棕榈粕的质量比为1：3：5。
(5)发酵产物采用流化床干燥设备在75℃进行烘干，待烘干后的产物降至室温后，即得饲料成品。
检测相关指标如下：发酵饲料产品粗蛋白41.28％、甘露寡糖25％、总酸8.02％、小肽(酸溶蛋白占粗蛋白含量)49.6％、乳酸7.58％、蛋白消化率72％、粗纤维11.23％，发酵湿样的活菌数为酵母菌6×108cfu/g、乳酸菌8×1011cfu/g、芽孢杆菌1×107cfu/g，产品含丰富的代谢产物和酶。
比较例1：
采用与实施例1相同的方法，区别在于未进行步骤(2)中的原料预处理。
检测相关指标如下：发酵饲料产品粗蛋白39.75％、甘露寡糖18.28％、总酸6.57％、小肽(酸溶蛋白占粗蛋白含量)45.75％、乳酸6.32％、蛋白消化率68％、粗纤维12.5％，发酵湿样的活菌数为酵母菌5.75×108cfu/g、乳酸菌7.87×1011cfu/g、芽孢杆菌0.89×106cfu/g。
比较例2：
采用与实施例1相同的方法，区别在于复合酶制剂是包括10 000U/g纤维素酶、100000U/g木聚糖酶、20 000U/g甘露聚糖酶、120 000U/g蛋白酶的酶溶液。
检测相关指标如下：发酵饲料产品粗蛋白37.49％、甘露寡糖16.53％、总酸7.38％、小肽(酸溶蛋白占粗蛋白含量)44.65％、乳酸6.18％、蛋白消化率67.57％、粗纤维13.59％，发酵湿样的活菌数为酵母菌4.38×108cfu/g、乳酸菌4.21×1011cfu/g、芽孢杆菌1.93×107cfu/g。
比较例3：
采用与实施例1相同的方法，区别在于益生菌剂由1000cfu/g枯草芽孢杆菌、1000cfu/g乳酸菌、150cfu/g酵母菌组成。
检测相关指标如下：发酵饲料产品粗蛋白39.66％、甘露寡糖18.83％、总酸8.23％、小肽(酸溶蛋白占粗蛋白含量)48.25％、乳酸6.52％、蛋白消化率69.21％、粗纤维11.88％，发酵湿样的活菌数为酵母菌5.57×108cfu/g、乳酸菌4.89×1011cfu/g、枯草芽孢杆菌2.76×107cfu/g。
实施例3：
将上述实施例1、实施例2、比较例1、比较例2和比较例3中制备获得的棕榈粕发酵饲料按8％的添加量替代蛋鸡料原配方(对照组)中的部分玉米和豆粕，并选择300日龄蛋鸡进行连续42日喂养试验，实验结果如表1所示：
表1蛋鸡饲养结果表
| 对照组 | 实施例1 | 实施例2 | 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | |
| 平均日采食量(g) | 123.69 | 125.37 | 125.96 | 123.88 | 124.65 | 126.38 |
| 总产蛋数(枚) | 3833 | 4129 | 4215 | 3975 | 4012 | 4239 |
| 产蛋率(％) | 89.90 | 94.81 | 95.26 | 91.32 | 92.69 | 94.89 |
| 平均蛋重(g/枚) | 62.11 | 63.28 | 63.75 | 62.45 | 62.75 | 63.03 |
| 料蛋比 | 2.37：1 | 2.28：1 | 2.20：1 | 2.33 | 2.31：1 | 2.24：1 |
由实施例和表1结果可知，采用本发明提供的方法制得的发酵饲料富含大量益生菌、小分子肽、有机酸、低聚寡糖、消化酶、氨基酸、维生素、矿物质等，其中低聚寡糖含量达18-25％，小肽含量达到47-50％，乳酸含量达到5-10％。相对于未发酵的棕榈粕，降低了抗营养因子甘露聚糖的含量，增大了甘露寡糖、蛋白消化率含量的比例，具有可促进动物采食、提高动物免疫力的安全、易吸收等特点，在替代饲料配方中的部分玉米和豆粕后，可增加产蛋率和平均蛋重，降低料蛋比，为养殖业提供了一种替代抗生素的新型饲料资源，用于养殖业可降低养殖成本，提高养殖经济效益。
实施例1、2中各指标检测的结果优于比较例1，表明本发明提供的这种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，通过含乳酸的发酵废液上清浸泡原料进行预处理，使物料细胞壁的结构变得疏松、蓬散，组织内各孔隙和比表面积增大，有利于后续酶解和发酵，与未使用发酵废液上清液预处理的产品相比显著提高了饲料的各项营养指标，而且作为饲料使用时产蛋率和平均单重也都有所提高。比较例2和比较例3中各指标检测的结果低于本发明的实施例，由此可见本申请使用的复合酶制剂和益生菌剂更利于提高棕榈粕的发酵率。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取棕榈粕原料，并对大颗粒原料进行粗粉碎；
(2)原料预处理：将棕榈粕原料和屎肠球菌发酵上清废液混合，混合物的水分含量控制在50-80％，室温下浸泡处理4-8h；
(3)酶解：向步骤(2)的混合物中加入复合酶制剂，混合均匀后进行酶解反应，得到酶解产物；
(4)复配及发酵：在酶解产物中添加辅料，然后加入益生菌剂混合均匀并进行发酵，得到发酵产物；
(5)干燥：发酵产物使用流化床干燥设备进行烘干，待烘干产物降至室温后，得饲料成品。
2.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于，包括以下重量份的生物质材料：60-80份棕榈粕、120-200份屎肠球菌发酵上清废液、120-260份辅料、5-10份益生菌剂、10-20份复合酶制剂。
3.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于：所述步骤(2)中屎肠球菌发酵上清废液的干物质含量为8-12％。
4.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于：所述步骤(3)中的复合酶制剂包括100 000-250 000U/g蛋白酶、100 000-150 000U/g木聚糖酶、8 000-12000U/g阿拉伯糖酶、10 000-30 000U/g纤维素酶、10 000-20 000U/g甘露聚糖酶、30 000-70 000U/g果胶酶和5 000-8 000U/g氨肽酶，其质量比为5-10：1-5：1-5：5-10：10-20：1-5：1；复合酶制剂的pH值控制在5-8。
5.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于：所述步骤(3)中酶解反应温度为30-60℃，酶解时间为4-72h；所述酶解产物中甘露聚糖的降解率﹥30％、中性洗涤纤维降解率﹥40％、酸性洗涤纤维的降解率﹥20％。
6.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)中益生菌剂包括质量比为1-3：2-5：1-2的1000-2000cfu/g嗜酸乳杆菌、100-260cfu/g产朊假丝酵母和1000cfu/g枯草芽孢杆菌。
7.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)的辅料包括质量比为1：3：5的玉米蛋白粉、麸皮和棕榈粕；辅料添加量与酶解产物的质量比为0.5-3：1。
8.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)中发酵温度为25-45℃，发酵时间为24-96h。
9.如权利要求1所述的棕榈粕发酵生物饲料的加工方法，其特征在于：所述步骤(4)的发酵产物中乳酸菌的含量≥1×1011cfu/g，酵母菌的含量≥5×108cfu/g，小肽≥20％，pH值在4.0-5.0之间。
10.如权利要求1-9中任意一项所述棕榈粕发酵生物饲料的加工方法制备的棕榈粕发酵生物饲料。
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