CN114052121A - 一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，包括以下步骤：1、将棕榈粕含量在85‑95％的基质干物料与水混合至含水量为43‑47wt％，添加占干物料含量0.4‑2％的铵盐，灭菌处理后，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；2、将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵，得到好氧发酵物；3、将步骤2得到的好氧发酵物接种干酪乳杆菌液态菌种，并将物料水分补充至42‑50wt％进行堆积厌氧发酵，发酵结束后得到厌氧发酵物；4、将步骤3得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为10‑12wt％，得到发酵棕榈粕。本方法在发酵处理过程中，每个阶段均为单菌株发酵，因此可有效避免菌种间的竞争抑制并能有效保障菌株的最佳生长条件，使微生物发酵效果达到最佳。
Description
技术领域
本发明涉及生物饲料技术领域，具体为一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法。
背景技术
棕榈粕是棕榈仁脱壳榨油后的副产品，由于其价格相对低廉，可在成品饲料中替代部分玉米或麸皮等营养成分相近的原料，使饲料在营养价值基本不变的前提下，成本显著降低。但因其纤维素含量高且对于单胃动物的蛋白质及能量利用率较低，而且动物适口性较差，导致其应用范围和用量均受到较大限制。
现有的棕榈粕固态发酵技术，有单菌种发酵及混菌发酵两类，单菌种发酵法无法同时兼顾产酶与产有机酸，导致发酵产物性状改良程度低，有益产物含量少。混菌发酵例如专利号为：CN201510498368.X名称为一种多菌种两步联合发酵饲料的方法的专利，采用多菌种先一块好氧发酵，再一起厌氧发酵的方式，虽然可提高发酵饲料中的蛋白质含量，但混菌发酵由于不同菌种的最佳培养条件不同，且不同菌株间存在竞争性抑制等因素，导致微生物生长状况一般，发酵效率不高，虽然能够部分降解棕榈粕中的粗蛋白及其非淀粉多糖等大分子成分，并能产生少量有机酸等有益代谢产物，但存在原料整体降解程度低，有益代谢产物含量少及需要额外添加高比例高值辅料等问题，不仅发酵效率低还导致发酵原料成本偏高，棕榈粕实际应用比例偏低等问题。
此外，对于棕榈粕发酵技术的研究多处于实验室操作或简易设施小规模发酵试验阶段，大多数技术难以在大规模生产条件下保持产品性质均一稳定。
发明内容
为解决上述问题，本发明本技术将两个单菌株发酵过程结合起来，对棕榈粕原料进行固态发酵处理，由于每个阶段均为单菌株发酵，因此可有效避免菌种间的竞争抑制并能有效保障菌株的最佳生长条件，使微生物发酵效果达到最佳；发酵过程无需额外添加蛋白酶及纤维素酶等酶制剂，既降低了发酵成本又简化了发酵工艺。
本发明技术方案如下：
本发明提供了一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，包括以下步骤：
(1)将棕榈粕含量在85-95％的基质干物料与水混合至含水量为43-47wt％，添加占干物料含量0.4-2％的铵盐，灭菌处理后，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；
(2)将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵，得到好氧发酵物；
(3)将步骤(2)得到的好氧发酵物接种干酪乳杆菌液态菌种，并将物料水分补充至42-50wt％进行堆积厌氧发酵，培养环境温度在35-37℃之间，物料温度在42-47℃之间，发酵结束后得到厌氧发酵物；
(4)将步骤(3)得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为10-12wt％，得到发酵棕榈粕。
进一步的，步骤(1)中基质干物料除棕榈粕外，还包括玉米或小麦麸。所述铵盐为硫酸铵或氯化铵，此两种铵盐热稳定性好，便于添加到棕榈粕干料中高温灭菌处理，所述硫酸铵的添加量占干物料含量的0.4-2％，当采用氯化铵或其他铵盐时，可按相同氮添加量换算。
优选的，采用硫酸铵时，其添加量占干物料含量2％。当硫酸铵的添加量占干物料含量2％时，棕榈粕的米曲发酵物能够最高效率的将硫酸铵中的氮元素转化为蛋白氮，而添加量再继续升高时，无机氮的转化总量基本不变。
进一步的，步骤(1)中灭菌处理温度在115-125℃之间，灭菌时间在20-30min之间。
如上所述的棕榈粕生物饲料大规模制备方法中，米曲霉发酵菌株能够将硫酸铵或氯化铵转化为蛋白质为主的有机氮，可提高产物蛋白质含量，而且米曲霉菌株代谢产生的酶系丰富，对棕榈粕中含有的粗蛋白及非淀粉多糖等难以被单胃动物消化吸收利用的成分有着极好的降解效果，并能产生丰富的L-乳酸等生物活性物质，发酵产物中大部分粗蛋白得到降解。
进一步的，为保证菌种的质量，所述米曲霉菌种采用麸皮基质固态培养得到，将米曲霉菌种培养至米曲霉孢子数达到20-30亿个/g，中性蛋白酶活力达到1200U/g以上。优选的，还可在麸皮基质中添加0-20％的稻壳，可以起到支撑作用，使基质透气性更好。
且米曲霉菌种的接种量为棕榈粕发酵培养基干料质量的0.5-1.0wt％，然后在25-35℃培养25-32h，得到米曲发酵物。由于本法主要是通过对棕榈粕进行发酵来提升营养价值，生产优质饲料的。如果菌种达不到此范围的话，后期固态发酵效果会变差，产品性能会不达标，造成后续发酵产物中粗纤维，大分子蛋白等难消化物质的降解效果变差，以及有机酸的代谢产生变少。
优选的，本制备方法中使用的米曲霉为菌种保藏号CICC 2013所保藏的菌种。
如上所述的棕榈粕生物饲料大规模制备方法中，所述干酪乳杆菌液态菌种采用液态发酵罐培养干酪乳杆菌得到，干酪乳杆菌菌数培养至6×109cfu/mL。
进一步的，所述干酪乳杆菌液态菌种的接种量在3-5％之间。
优选的，所述干酪乳杆菌为菌种保藏号CICC 6117所保藏的菌种。
通过本发明棕榈粕生物饲料大规模制备方法可以得到的一种棕榈粕生物饲料。可实现单批次产量15-20吨，经检测，产物中粗蛋白的小肽及游离氨基酸比例达到50％以上，L-乳酸含量达到5％以上。
本发明的有益效果在于：
1、本发明一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，将两个单菌株发酵过程结合起来，对棕榈粕原料进行固态发酵处理，由于每个阶段均为单菌株发酵，因此可有效避免菌种间的竞争抑制并能有效保障菌株的最佳生长条件，使微生物发酵效果达到最佳；发酵过程无需额外添加蛋白酶及纤维素酶等酶制剂，既降低了发酵成本又简化了发酵工艺。
2、本发明一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，固态发酵过程以纯棕榈粕为主要发酵基质，添加一定比例的硫酸铵无机氮源能够促进微生物的生长，实验结果证实，米曲霉发酵菌株能够将硫酸铵转化为蛋白质为主的有机氮，可提高产物蛋白质含量，而且米曲霉菌株代谢产生的酶系丰富，对棕榈粕中含有的粗蛋白及非淀粉多糖等难以被单胃动物消化吸收利用的成分有着极好的降解效果，并能产生丰富的L-乳酸等生物活性物质，发酵产物中大部分粗蛋白得到降解。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
在附图中：
图1为实施例得到的发酵棕榈粕与普通棕榈粕及常规好氧或厌氧发酵对蛋白质分子的降解对比图。
具体实施方式
下面将结合附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。需要说明，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例
一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，包括以下步骤：
(1)将棕榈粕含量在85-95％的基质干物料与水混合至含水量为43-47wt％，添加占干物料含0.4-2％的铵盐，115-125℃之间灭菌处理，灭菌时间在20-30min之间，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；
(2)将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵。
其中，米曲霉采用菌种保藏号CICC 2013所保藏的菌种；
所述米曲霉的一级菌种采用种曲瓶培养。
培养基的组分包括麸皮85％，稻壳15％，物料含水量45％。
培养条件为：103.4kPa气压湿热灭菌30min，物料冷却至35℃以下，逐瓶接入琼脂平板培养米曲菌种，32℃恒温培养72小时，从种曲瓶中取出发酵物放置在灭菌牛皮纸上，40℃鼓风干燥24小时，使种曲水分降至12％以下。
所述米曲霉的二级菌种培养基包括麸皮100％，物料含水量45-50％，分层装入自动化种曲机中。103.4kPa气压湿热灭菌30min，物料冷却至32-36℃以下。然后按照0.2％重量比接入一级种曲。
培养条件为：
(1)0-10h，33℃，通氧20S，加水0S/min；
(2)11-18h，34℃，通氧20S，加水4S/min；
(3)19-50h，34℃，通氧20S，加水5S/min；
(4)51-60h，33℃，通氧20S，加水0S/min
培养完成后，45℃静置干燥24小时，水分降至12％以下即可。
通过上述培养方式将米曲霉菌种培养至米曲霉孢子数达到20-30亿个/g，中性蛋白酶活力达到1200U/g以上；
所述米曲霉菌种的接种量为棕榈粕发酵培养基干料质量的0.5-1.0wt％，然后在25-35℃培养25-32h，得到米曲发酵物；
(3)将步骤(2)得到的好氧发酵物接种干酪乳杆菌液态菌种，干酪乳杆菌液态菌种的接种量在3-5％之间。
其中，所述干酪乳杆菌为菌种保藏号CICC 6117所保藏的菌种。
所述干酪乳杆菌一级液体菌种为实验室菌种，采用三角瓶培养；
培养基的组分包括：蛋白胨10.0g、牛肉浸取物10.0g、酵母提取液5.0g、葡萄糖20.0g、乙酸钠5.0g、柠檬酸二胺2.0g、吐温-801.0g、磷酸氢二钾0.4g、硫酸镁0.58g、硫酸锰0.29g、碳酸钙15.0g；
培养方式：将上述培养基依次加入蒸馏水并将蒸馏水补充到1000mL，搅拌后加热溶解，降至室温，pH调至6.2，在121℃灭菌30min。
所述干酪乳杆菌二级液体菌种采用液态发酵罐培养；
培养基的组分包括：乳清粉3％，蛋白胨1.4％、酵母浸粉1.4％、葡萄糖2％、乙酸钠0.4％、磷酸氢二钾0.1％、硫酸镁0.01％、柠檬酸三铵0.05％，吐温-800.05％，轻质碳酸钙1％；
培养方式：121℃灭菌30min。然后冷却至35-40℃，按照2％重量比接入一级菌种。
通过上述培养方式将干酪乳杆菌菌数培养至6×109cfu/mL。
然后将上述物料水分补充至42-50wt％进行堆积厌氧发酵，培养环境温度33-38℃，物料温度40-50℃，发酵结束后得到厌氧发酵物。
(4)将步骤(3)得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为10-12wt％，得到发酵棕榈粕。
下面结合几种不同的实施方式来介绍本发明棕榈粕生物饲料大规模制备方法的具体步骤。
实施例1
(1)将91％的棕榈粕与9％小麦麸混合成发酵基质干物料，将干物料与水混合至含水量为46.1％，添加占干物料含量0.5％的硫酸铵，121℃，25min灭菌处理后，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；
(2)将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵。
其中，米曲霉采用菌种保藏号CICC 2013所保藏的菌种；
所述米曲霉菌种采用麸皮基质固态培养得到，将米曲霉菌种培养至米曲霉孢子数达到20-30亿个/g，中性蛋白酶活力达到1200U/g以上；
所述米曲霉菌种的接种量为棕榈粕发酵培养基干料质量的0.8％；
单批次发酵干物料总量：17吨；圆盘状发酵容器：直径16m，面积192m2；料层厚度：24cm。
发酵条件：入池料温：32℃，培养时间25h，湿物料温度：28-33℃，通风量：1m3湿物料2.4m3/min。
(5)将步骤(2)得到的好氧发酵物接种5％的干酪乳杆菌液态菌种，并将物料水分补充至46.5％进行堆积厌氧发酵，培养环境温度35-37℃，物料温度42-47℃，发酵结束后得到厌氧发酵物。
其中，所述干酪乳杆菌为菌种保藏号CICC 6117所保藏的菌种。所述干酪乳杆菌液态菌种采用液态发酵罐培养干酪乳杆菌得到，干酪乳杆菌菌数培养至6×109cfu/mL。
(6)将步骤(3)得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为11％，得到发酵棕榈粕。
实施例2
(1)将92％的棕榈粕与8％小麦麸混合成发酵基质干物料，将干物料与水混合至含水量为43.6％，添加占干物料含量0.8％的氯化铵，120℃，23min灭菌处理后，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；
(2)将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵。
其中，米曲霉采用菌种保藏号CICC 2013所保藏的菌种；
所述米曲霉菌种采用麸皮基质固态培养得到，将米曲霉菌种培养至米曲霉孢子数达到20-30亿个/g，中性蛋白酶活力达到1200U/g以上；
所述米曲霉菌种的接种量为棕榈粕发酵培养基干料质量的0.5％；
单批次发酵干物料总量：17吨；圆盘状发酵容器：直径16m，面积192m2；料层厚度：25cm。
发酵条件：入池料温：33℃，培养时间24h，湿物料温度：28-33℃，通风量：1m3湿物料2.4m3/min。
(3)将步骤(2)得到的好氧发酵物接种4％的干酪乳杆菌液态菌种，并将物料水分补充至42.3％进行堆积厌氧发酵，培养环境温度35-37℃，物料温度42-47℃，发酵结束后得到厌氧发酵物。
其中，所述干酪乳杆菌为菌种保藏号CICC 6117所保藏的菌种。所述干酪乳杆菌液态菌种采用液态发酵罐培养干酪乳杆菌得到，干酪乳杆菌菌数培养至6×109cfu/mL
(4)将步骤(3)得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为10％，得到发酵棕榈粕。
实施例3
(1)将90％的棕榈粕与10％小麦麸混合成发酵基质干物料，将干物料与水混合至含水量为45.8％，添加占干物料含量2％的硫酸铵，119℃，27min灭菌处理后，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；
(2)将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵。
其中，米曲霉采用菌种保藏号CICC 2013所保藏的菌种；
所述米曲霉菌种采用麸皮基质固态培养得到，将米曲霉菌种培养至米曲霉孢子数达到20-30亿个/g，中性蛋白酶活力达到1200U/g以上；
所述米曲霉菌种的接种量为棕榈粕发酵培养基干料质量的0.5％；
单批次发酵干物料总量：17吨；圆盘状发酵容器：直径16m，面积192m2；料层厚度：25cm。
发酵条件：入池料温：33℃，培养时间24h，湿物料温度：27-32℃，通风量：1m3湿物料2.5m3/min。
(3)将步骤(2)得到的好氧发酵物接种3.5％的干酪乳杆菌液态菌种，并将物料水分补充至48.2％进行堆积厌氧发酵，培养环境温度35-37℃，物料温度43-47℃，发酵结束后得到厌氧发酵物。
其中，所述干酪乳杆菌为菌种保藏号CICC 6117所保藏的菌种。所述干酪乳杆菌液态菌种采用液态发酵罐培养干酪乳杆菌得到，干酪乳杆菌菌数培养至6×109cfu/mL
(4)将步骤(3)得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为12％，得到发酵棕榈粕。
实施例4
(1)将93％的棕榈粕与7％小麦麸混合成发酵基质干物料，将干物料与水混合至含水量为46.5％，添加占干物料含量1.5％的氯化铵，122℃，27min灭菌处理后，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；
(2)将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵。
其中，米曲霉采用菌种保藏号CICC 2013所保藏的菌种；
所述米曲霉菌种采用麸皮基质固态培养得到，将米曲霉菌种培养至米曲霉孢子数达到20-30亿个/g，中性蛋白酶活力达到1200U/g以上；
所述米曲霉菌种的接种量为棕榈粕发酵培养基干料质量的0.85％；
单批次发酵干物料总量：17吨；圆盘状发酵容器：直径16m，面积192m2；料层厚度：25cm。
发酵条件：入池料温：32℃，培养时间30h，湿物料温度：27-32℃，通风量：1m3湿物料2.5m3/min。
(3)将步骤(2)得到的好氧发酵物接种4.7％的干酪乳杆菌液态菌种，并将物料水分补充至47.6％进行堆积厌氧发酵，培养环境温度35-37℃，物料温度43-47℃，发酵结束后得到厌氧发酵物。
其中，所述干酪乳杆菌为菌种保藏号CICC 6117所保藏的菌种。所述干酪乳杆菌液态菌种采用液态发酵罐培养干酪乳杆菌得到，干酪乳杆菌菌数培养至6×109cfu/mL
(4)将步骤(3)得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为10％，得到发酵棕榈粕。
对比试验：
1、棕榈粕发酵物中营养成分对比分析
将实施例1-4制成的棕榈粕生物饲料与棕榈粕原料进行对比，具体检测结果如下图表1所示：
表1
通过上述检测结果可以看出，通过实施例1-4处理后的棕榈粕发酵物中的粗蛋白、小肽及乳酸等营养成分均显著提升，而粗脂肪、粗纤维及挥发性盐基氮等难以被动物消化吸收或者影响适口性的成分显著降低，说明原料的营养价值得到了大幅提升。
2、铵盐对棕榈粕固体发酵影响分析
实验方法：
将硫酸铵按照不同比例添加到棕榈粕固体培养基中进行米曲霉发酵。
A、棕榈粕90％+麸皮10％；
B、棕榈粕90％+麸皮10％+(NH4)2SO4(硫酸铵含量占物料总重的2％)；
C、棕榈粕90％+麸皮10％+(NH4)2SO4(硫酸铵含量占物料总重的4％)；
D、棕榈粕90％+麸皮10％+(NH4)2SO4(硫酸铵含量占物料总重的6％)；
一并制作上述A、B、C、D相同配方未发酵样品A＇、B＇、C＇、D＇；
然后以料：水＝6：5的比例，121℃灭菌30min，接种0.03％米曲霉，30℃培养。
实验结果参见下图表2所示：
表2
实验分析：
上述试验结果表明，在现有生长条件下，棕榈粕的米曲发酵能够将约2-4％的(NH4)2SO4中的氮元素转化为蛋白氮，其中，当(NH4)2SO4含量为2％时，转化效率最高，而含量再继续升高时，无机氮的转化总量基本不变。
3、蛋白质分子电泳分析
将实施例1制成的棕榈粕生物饲料与普通棕榈粕、常规好氧发酵棕榈粕和常规厌氧发酵棕榈粕进行蛋白质分子电泳分析，得出图1所示电泳图谱。
从图谱中可以看出，发酵处理能够降解棕榈粕中含有的蛋白质大分子，而采用实施例1处理的棕榈粕蛋白质大分子降解更为彻底，其发酵物中几乎所有蛋白质大分子都被降解为分子量14.3KD以下的小分子。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或增减替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将棕榈粕含量在85-95％的基质干物料与水混合至含水量为43-47wt％，添加占干物料含量0.4-2％的铵盐，灭菌处理后，得到棕榈粕固态好氧发酵培养基；
(2)将棕榈粕固态发酵培养基接种米曲霉菌种并进行通风好氧发酵，得到好氧发酵物；
(3)将步骤(2)得到的好氧发酵物接种干酪乳杆菌液态菌种，并将物料水分补充至42-50wt％进行堆积厌氧发酵，发酵结束后得到厌氧发酵物；
(4)将步骤(3)得到的厌氧发酵物干燥直至水分含量为10-12wt％，得到发酵棕榈粕。
2.根据权利要求1所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，步骤(1)中基质干物料除棕榈粕外，还包括玉米或小麦麸。
3.根据权利要求1所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述铵盐为硫酸铵或氯化铵，当采用硫酸铵时，其添加量占干物料含量2％。
4.根据权利要求2所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，步骤(1)中灭菌处理温度在115-125℃之间，灭菌时间在20-30min之间。
5.根据权利要求2所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述米曲霉菌种采用麸皮基质固态培养得到，将米曲霉菌种培养至米曲霉孢子数达到20-30亿个/g，中性蛋白酶活力达到1200U/g以上。
6.根据权利要求2所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，步骤(2)中米曲霉菌种的接种量为棕榈粕发酵培养基干料质量的0.5-1.0wt％，然后在25-35℃培养25-32h，得到米曲发酵物。
7.根据权利要求2所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，所述米曲霉为菌种保藏号CICC 2013所保藏的菌种。
8.根据权利要求2所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干酪乳杆菌液态菌种采用液态发酵罐培养干酪乳杆菌得到，干酪乳杆菌菌数培养至6×109cfu/mL。
9.根据权利要求2所述的一种棕榈粕生物饲料大规模制备方法，其特征在于，所述干酪乳杆菌为菌种保藏号CICC 6117所保藏的菌种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的棕榈粕生物饲料大规模制备方法得到的饲料。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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