CN115226810B - 固态发酵饲料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种固态发酵饲料的制备方法，针对固态发酵饲料升温快、散热困难、物料之间温度差异大等困难，采用酶解干热糊化淀粉的方式缓释酵母可发酵糖替代直接可发酵糖。即通过控制酵母发酵产热速度以控制物料的升温速度，使高温物料有足够长的散热时间，减少物料之间的温度差，同时使生产菌长时间处于适宜的生长代谢状态，从而大幅度提高发酵饲料的产品质量。本方法操作简便，容易控制，不仅适用于常规饲料原料的厚层固态发酵，也适用于处理廉价的高水分农副产品，具有很好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及饲料加工领域，具体地说，涉及一种固态发酵饲料的制备方法。
背景技术
在大规模工业化厚层固态发酵饲料生产过程中，控制发酵速度、消除发酵物料之间的温度差是确保发酵产品质量的关键。在发酵产热高峰期，如果不进行翻拌散热，中心区域的物料和表层物料之间的温度差经常达到20℃以上。中心区域的物料温度已经超过60℃了，而物料的表面温度只有40℃左右。为了消除这种温度差，科研人员花费了大量的人力物力，尝试了很多方法，但是效果都不理想。目前最有效的方法还是借助机械翻拌散热。但是这种方式不仅设备投资大，而且操作繁琐。最理想的方式还是希望实现静态厚层固态发酵(不翻料发酵)。
发酵饲料的生产菌主要是酵母菌和乳酸菌，酵母发酵产热是固态发酵饲料发热的主要原因，占整个发热量的80％以上。控制了酵母菌的发酵速度就基本控制了物料的升温速度。
2010年左右，微生物发酵饲料的生产与应用课题组经过大量试验，在这方面取得了一定突破，在5-10立方米容积的发酵罐中，借助夹套循环水冷却的方式，采用酶解糊化淀粉替代酵母直接可发酵糖，适度延长固态发酵时间，将物料温度差控制在15℃以内，基本达到了静态发酵的目的。但是这种方式存在着很多问题。第一，蒸煮淀粉比较繁琐，而且需要消耗大量的加热蒸汽。第二，产生的糊化淀粉的粘度较大，与大宗发酵饲料原料很难均匀混合。如果加大水量稀释糊化淀粉以降低粘度，不仅会增加物料的整体含水量，从而增加后续干燥能耗。而且还会挤压其它原料的含水量空间，对原料的选择造成很多困难。如果将糊化淀粉预先进行适度的液化、糖化处理，虽然可以降低粘度，但是可代谢糖的“缓释效应”就会明显减弱，无法控制发酵速度。
另一种方法是对糊化淀粉进行适度液化(单独用淀粉酶处理)，然后在发酵过程中再用糖化酶处理。这种方式对节点控制的要求很高，在实际操作中有很大困难。糖化酶的活力受水分含量、温度和酸碱度的影响很大。往往是发酵越旺盛的区域酶活力越高，分解液化淀粉产生可代谢糖的速度也越快，最后形成的差异性就越来越大。而且随着发酵体积越大，不均匀性也越大。
目前存在的主要问题有：①缓释糖源的来源问题。这种缓释糖源制作方便，能与其它大宗发酵原料很容易均匀混合。②可代谢糖的释放速度问题。要尽可能慢，使发酵热有足够的时间得到释放，从而能轻松应用于大体积发酵。因此，亟需开发一种适用于固态发酵饲料生产的新工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种固态发酵饲料的制备方法。
为了实现本发明目的，本发明提供一种固态发酵饲料的制备方法，将干热熟化后的玉米豆粕粉按4-8％的重量比混合到发酵饲料原料中，将混合物料的含水量调至30-40％之间，然后向每公斤混合物料中添加0.25-0.75标准活力单位的淀粉酶(优选中温α-淀粉酶)和500-1500标准活力单位的糖化酶，以及0.033-0.050g酵母菌粉和0.066-0.100g乳酸菌粉，混匀后于环境温度不超过35℃条件下静置厌氧发酵168-190h。
本发明中，所述干热熟化后的玉米豆粕粉的制备方法如下：将玉米粉和豆粕粉按9:1的重量比混合，于95-105℃翻炒30min。
经过干热熟化以后的玉米淀粉得到部分糊化，糊化度受加热时间和加热温度影响，很容易控制和调节。
优选地，所述干热熟化后的玉米豆粕粉中玉米淀粉的糊化度为80-85％。含水量在4.0-4.2％。
优选地，所述酵母菌粉为酿酒酵母菌粉，菌含量为不低于100亿cfu/g；所述乳酸菌粉为粪肠球菌菌粉，菌含量为不低于500亿cfu/g。
进一步地，还包括向混合物料中添加混合物料总重0.2-0.3％的酵母直接可发酵糖的步骤。
所述酵母直接可发酵糖可以是蔗糖。
前述的方法，静置发酵可以在密闭的桶内进行，物料装载量为桶容积的95-100％。
在本发明的一个具体实施方式中，本发明固态发酵饲料的制备方法如下：
1、制备干炒熟化料：将900公斤玉米粉和100公斤豆粕粉均匀混合，加入到容积为1.5立方米的干热熟化罐中。罐体为圆柱型，直径1.0米，高2.0米，外壁有石棉保温层，顶部装一个15kw的搅拌电机，转速调节到2-3rpm(每分钟转2-3圈)。底部通入干热空气，温度控制在95-105℃之间，持续翻炒30分钟左右。
2、发酵原料：
干炒熟化料400公斤，含水量在4.2％，淀粉糊化度为79.3％。
玉米粉(含水量12.3％)7600公斤。
豆粕粉(含水量11.2％)2000公斤。
中温α-淀粉酶5克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为3000酶活单位/克)。
糖化酶100克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为15万酶活单位/克)。
蔗糖20公斤。
酵母粉500克(安琪酵母粉，酿酒酵母活菌数不低于100亿cfu/g)。
乳酸菌粉1000克(北京好实沃生物技术有限公司，粪肠球菌活菌数不低于500亿cfu/g)。
3、具体操作过程：
(1)先将玉米粉、豆粕和干炒熟化料均匀混合，待用。
(2)取清水100公斤，加热到50℃左右，加入20公斤蔗糖，搅拌溶解。再加入5克中温淀粉酶和100克糖化酶，再次搅拌5分钟，然后静置20分钟。降温到35-40℃，加入500克酵母粉，搅拌5分钟。接着再加入1000克乳酸菌粉，静置20分钟。最后全部加入到2400公斤清水中，搅拌1分钟。
(3)将这些溶液均匀加入到已经混合好的发酵原料中(环境温度不超过35℃)。然后分装在发酵桶内，厌氧发酵。发酵桶的容积为250升。跟踪整个发酵过程，物料之间的最大温度差不超过12℃。
发酵7天后，物料发酵成熟，含水量为30.2％(以乳酸含量为判定依据)。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点及有益效果：
(一)本发明用干热熟化的玉米淀粉替代酵母直接可发酵糖与使用直接可发酵糖相比，有效发酵时间延长了3倍以上。能有效控制物料温度的大幅波动，大幅度提升发酵质量。
(二)用发酵桶的方式生产固态发酵饲料，并向起始物料中添加0.2％左右的直接可发酵糖启动酵母有氧代谢，快速消耗发酵桶内残余的氧气，快速建立厌氧环境，可有效防止霉变。
(三)可以大比例提升高水分含量农副产品在发酵原料中的比例。
(四)整个发酵过程不需要翻拌散热，节省人力物力。
(五)通过延长发酵时间，使发酵热有充分的散热时间，使生产菌长时间处于适宜的代谢温度条件下，菌体长时间处有效的代谢状态，可以对原料进行长时间“深度加工”。
(六)从成本上，所添加的糊化淀粉降解酶(淀粉酶和糖化酶的混合物)的数量少，一吨发酵料也就10多克饲料酶(饲料级成品)，价格不到1元人民币。但是酶的添加量一定要控制好，绝对不能太多，只能适当偏低。操作过程中一定预先使酶蛋白充分溶解，确保其能均匀分布到物料中。这也是该技术操作的关键。
(七)本方法操作简便，容易控制，不仅适用于常规饲料原料的厚层固态发酵，也适用于处理廉价的高水分农副产品，具有很好的应用价值。
具体实施方式
本发明提供一种缓释酵母可代谢糖的方法及其在固态发酵饲料生产中的应用。
本发明使用干热炒熟的玉米粉(或者其它饲用淀粉质原料)作为糖源，结合适量的α-淀粉酶和糖化酶(也称“葡萄糖淀粉酶”)，逐步释放酵母菌和乳酸菌可以代谢利用的糖。这种方法比使用蒸煮产生的糊化淀粉容易多了，这种干热熟化淀粉很容易与其它原料均匀混合，操作方便。而且由于水分含量很低，酶解速度容易控制。
本发明采用如下技术方案：
具体工艺如下：玉米粉和豆粕粉混合物→干热炒熟→混合到大宗原料中→调节物料的含水量→接种(同时补充α-淀粉酶和糖化酶)→布料→厌氧发酵→干燥或分装等后续操作。
考虑到实际需要，本发明对干炒熟化料的组成进行了调整：玉米粉90％、豆粕粉10％。最终熟化料的含水量在4％左右，淀粉糊化度为80-85％。加入少量的豆粕粉是为了给酵母菌和乳酸菌提供合成菌体细胞的可溶性蛋白。考虑到水分、温度对淀粉酶和糖化酶活力的影响，在发酵体系中的表现活力估计只有标准活力(理想活力)的10-30％。干热熟化玉米淀粉的糊化度达到80-85％，以4-8％的比例均匀混合到发酵饲料原料中。混合后发酵物料的含水量调节在30-40％，在每公斤发酵物料中均匀添加0.25-0.75标准活力单位的中温淀粉酶和500-1500标准活力单位的糖化酶。将有效主发酵时间控制在80-120小时之间(有效主发酵时间是指在这段时间内产生的发酵热占整个发酵产热量的80-90％)，在静态厚层固态发酵条件下，物料之间的最大温度差不超过15℃。
使用这种方式可以充分延长可代谢糖的供应时间，使有效发酵时间延长3-6倍都没有问题。甚至可以在不使用循环冷却水的条件下实现静态大池子厚层固态发酵，一次性投料可以达到100立方米以上。
在实际操作过程中，发酵温度是控制好了，但是由于延长了发酵时间，发生霉变的概率也增加了。为了避免出现霉变的风险，本发明采用发酵桶生产方式。同时为了快速消耗桶内的残余氧气，在起始阶段，在物料中添加0.2-0.3％的直接可发酵糖，使酵母快速发酵，在开始的时候利用酵母快速消耗桶内的残余氧气，快速产生二氧化碳，保持桶内正压的环境。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。
以下实施例中使用的中温α-淀粉酶、糖化酶均购自夏盛(北京)生物科技开发有限公司。
本发明中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指100mL溶液中含有溶质的克数。
实施例1固态发酵饲料生产工艺
1、制备干炒熟化料：将900公斤玉米粉和100公斤豆粕粉均匀混合，加入到容积为1.5立方米的干热熟化罐中。罐体为圆柱型，直径1.0米，高2.0米，外壁有石棉保温层，顶部装一个15kw的搅拌电机，转速调节到2-3rpm(每分钟转2-3圈)。底部通入干热空气，温度控制在95-105℃之间，持续翻炒30分钟左右。
2、发酵原料：
干炒熟化料400公斤，含水量为4.2％，淀粉糊化度为79.3％。
玉米粉(含水量12.3％)7600公斤。
豆粕粉(含水量11.2％)2000公斤。
中温α-淀粉酶5克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为3000酶活单位/克)。
糖化酶100克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为15万酶活单位/克)。
蔗糖20公斤。
酵母粉500克(安琪酵母粉，酿酒酵母活菌数不低于100亿cfu/g)。
乳酸菌粉1000克(北京好实沃生物技术有限公司，粪肠球菌活菌数不低于500亿cfu/g)。
3、具体操作过程：
(1)先将玉米粉、豆粕和干炒熟化料均匀混合，待用。
(2)取清水100公斤，加热到50℃左右，加入20公斤蔗糖，搅拌溶解。再加入5克中温淀粉酶和100克糖化酶，再次搅拌5分钟，然后静置20分钟。降温到35-40℃，加入500克酵母粉，搅拌5分钟。接着再加入1000克乳酸菌粉，静置20分钟。最后全部加入到2400公斤清水中，搅拌1分钟。
(3)将这些溶液均匀加入到已经混合好的发酵原料中(环境温度不超过35℃)。然后分装在发酵桶内，厌氧发酵。发酵桶的容积为250升。跟踪整个发酵过程，物料之间的最大温度差不超过12℃。
发酵7天后，物料发酵成熟，含水量为30.2％(以乳酸含量为判定依据)。
实施例2固态发酵饲料生产工艺
1、根据实施例1的情况，我们发现有很大的加水空间。可以利用这些空间，使用含水量较高的廉价的农副产品，如豆渣。豆渣的含水量在80％左右。将发酵原料的组成调整如下：
玉米粉(含水量12.4％)7000公斤。
豆粕粉(含水量11.2％)1800公斤。
干炒熟化料(制作方法同实施例1)500公斤，含水量为4.0％，淀粉糊化度为86.2％。
豆渣(含水量80.2％)3000公斤。
中温α-淀粉酶5克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为3000酶活单位/克)。
糖化酶100克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为15万酶活单位/克)。
蔗糖20公斤。
酵母粉500克(安琪酵母粉，酿酒酵母活菌数不低于100亿cfu/g)。
乳酸菌粉1000克(北京好实沃生物技术有限公司，粪肠球菌活菌数不低于500亿cfu/g)。
2、具体操作过程：
(1)先将玉米粉、豆粕和豆渣均匀混合，然后再与干炒熟化料均匀混合，待用。
(2)取清水100公斤，加热到50℃左右，加入20公斤蔗糖，搅拌溶解。再加入5克中温α-淀粉酶和100克糖化酶，再次搅拌5分钟，然后静置20分钟。降温到35-40℃，加入500克酵母粉，搅拌5分钟。接着再加入1000克乳酸菌粉，静置20分钟。
(3)将这些溶液均匀加入到已经混合好的发酵原料中(环境温度不超过35℃)。然后分装在发酵桶内，厌氧发酵。发酵桶的容积为250升。跟踪整个发酵过程，物料之间的最大温度差不超过13℃。
发酵7天后，物料发酵成熟，含水量为30.2％(以乳酸含量为判定依据)。
实施例3固态发酵饲料生产工艺
1、根据实施例2的情况，对发酵原料的组成再次调整，发酵物料的含水量提升到35％左右，可以提升豆渣的占比。由于增加了含水量，需要适当减少淀粉酶和糖化酶的添加量。
玉米粉(含水量12.4％)6900公斤。
豆粕粉(含水量11.2％)1600公斤。
干炒熟化料(制作方法同实施例1)500公斤，含水量为4.2％，淀粉糊化度为82.6％。
豆渣(含水量80.2％)4400公斤。
中温α-淀粉酶4克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为3000酶活单位/克)。
糖化酶80克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为15万酶活单位/克)。
蔗糖20公斤。
酵母粉500克(安琪酵母粉，酿酒酵母活菌数不低于100亿cfu/g)。
乳酸菌粉1000克(北京好实沃生物技术有限公司，粪肠球菌活菌数不低于500亿cfu/g)。
2、具体操作过程：
(1)先将玉米粉、豆粕和豆渣均匀混合，然后再与干炒熟化料均匀混合，待用。
(2)取清水100公斤，加热到50℃左右，加入20公斤蔗糖，搅拌溶解。再加入4克中温α-淀粉酶80克糖化酶，再次搅拌5分钟，然后静置20分钟。降温到35-40℃，加入500克酵母粉，搅拌5分钟。接着再加入1000克乳酸菌粉，静置20分钟。
(3)将这些溶液均匀加入到已经混合好的发酵原料中(环境温度不超过35℃)。然后分装在发酵桶内，厌氧发酵。发酵桶的容积为250升。跟踪整个发酵过程，物料之间的最大温度差不超过14℃。
发酵7天后，物料发酵成熟，含水量为35.3％。(以乳酸含量为判定依据)。
实施例4固态发酵饲料生产工艺
1、根据实施例3的情况，对发酵原料的组成再次调整，发酵物料的含水量提升到40％左右，可以提升豆渣的占比。由于增加了含水量，需要适当减少淀粉酶和糖化酶的添加量。
玉米粉(含水量12.4％)6500公斤。
豆粕粉(含水量11.2％)1600公斤。
干炒熟化料(制作方法同实施例1)800公斤，含水量为4.1％，淀粉糊化度为84.3％。
豆渣(含水量80.2％)5800公斤。
中温α-淀粉酶2.5克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为3000酶活单位/克)。
糖化酶50克(夏盛生物科技开发有限公司，酶活标示值为15万酶活单位/克)。
蔗糖30公斤。
酵母粉500克(安琪酵母粉，酿酒酵母活菌数不低于100亿cfu/g)。
乳酸菌粉1000克(北京好实沃生物技术有限公司，粪肠球菌活菌数不低于500亿cfu/g)。
2、具体操作过程：
(1)先将玉米粉、豆粕和豆渣均匀混合，然后再与干炒熟化料均匀混合，待用。
(2)取清水100公斤，加热到50℃左右，加入30公斤蔗糖，搅拌溶解。再加入2.5克中温α-淀粉酶50克糖化酶，再次搅拌5分钟，然后静置20分钟。降温到35-40℃，加入500克酵母粉，搅拌5分钟。接着再加入1000克乳酸菌粉，静置20分钟。
(3)将这些溶液均匀加入到已经混合好的发酵原料中。然后分装在发酵桶内，厌氧发酵。发酵桶的容积为250升。跟踪整个发酵过程，物料之间的最大温度差不超过12℃。
发酵8天后，物料发酵成熟，含水量为40.4％(以乳酸含量为判定依据)。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (2)
1.固态发酵饲料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
（1）先将玉米粉、豆粕和干炒熟化料均匀混合，待用；
（2）取清水100公斤，加热到50℃，加入20公斤蔗糖，搅拌溶解；再加入5克中温淀粉酶和100克糖化酶，再次搅拌5分钟，然后静置20分钟；降温到35-40℃，加入500克酵母菌粉，搅拌5分钟；接着再加入1000克乳酸菌粉，静置20分钟；最后全部加入到2400公斤清水中，搅拌1分钟；
（3）将这些溶液均匀加入到已经混合好的发酵原料中，环境温度不超过35℃；然后分装在发酵桶内，厌氧发酵168-190h；发酵桶的容积为250升；跟踪整个发酵过程，物料之间的最大温度差不超过12℃；
其中，所述干炒熟化料的制备方法如下：将玉米粉和豆粕粉按9:1的重量比混合，于95-105℃翻炒30min；所述干炒熟化料按4-8%的重量比混合到发酵饲料原料中，将混合物料的含水量调至30-40%；
所述酵母菌粉为酿酒酵母菌粉，菌含量为不低于100亿cfu/g；所述乳酸菌粉为粪肠球菌菌粉，菌含量为不低于500亿cfu/g。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干炒熟化料中玉米淀粉的糊化度为80-85%。
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