CN1247103C - 混合固态发酵汽爆秸秆制备蛋白饲料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合固态发酵汽爆秸秆制备蛋白饲料的方法,包括以下步骤:秸秆、蒸汽爆碎处理、汽爆料、按配方制成发酵用培养基、灭菌、接入发酵菌种、浅盘固态发酵、烘干、蛋白饲料,其中:发酵用培养基是汽爆秸秆和麸皮与无机盐溶液的混合物,发酵采用的菌种为斜卧青霉菌、黄孢原毛平革菌、和热带假丝酵母的混合物;制得的蛋白饲料产品蛋白质含量可达20%以上,粗纤维降解率在60%以上,可以完全代替粮食组成的精料。此外,产品中富含活性酵母和各种消化酶,尤其富含纤维素酶。
Description
本发明属于应用微生物技术领域,特别是关于蛋白饲料的生产方法。
在利用秸秆生产蛋白饲料的领域,探索秸秆处理措施,提高秸秆的营养价值,扩大适用范围,已成为世界各国广泛关注的重大课题。目前生产秸秆蛋白饲料的主要方法有物理法(包括切碎、泡软、蒸煮)、化学法(包括氨化、碱化、酸化等)和生物法,这些方法的主要目的是提高其适口性和消化利用率,但是物理法没有解决秸秆消化率低和营养物质含量少的根本问题,化学法又有生产成本高,占地面积大、生产周期长,对环境污染严重等缺点,使其推广应用受到很大限制。此外,通过物理法和化学法处理的秸秆只能作为反刍动物的能量饲料。要使秸秆饲料成为配合饲料的原料,适合畜禽的饲喂,最基本的要求就是粗纤维降解率不得低于30%,粗蛋白含量不得低于10%。生物法是利用微生物将秸秆中的纤维素、半维素降解并转化为菌体蛋白的方法。生物法由于具有污染少、效率高、利于工业化等特点,从而成为今后秸秆利用的主导趋势。我国在1958年和1968年曾两次掀起全国性的“发酵饲料”群众运动。名目繁多,但实质都是秸秆堆集自然发酵。既使人工接种,接入的也多是分解淀粉的糖化菌。在生产实践的检验下,很快消声匿迹了。在总结上述经验的基础上,原农林部于1975年提出了“利用微生物提高粗饲料营养价值”的研究课题,由于粗蛋白含量较低(9%),培养时间长(15天),未能推广应用[陈洪章,粮食与饲料工业,1993,(5):30-33]。
本发明是在多年研究纤维素资源综合利用的基础上[陈洪章,纤维素科学与技术,1999,(2):30],选择高效低成本的蒸气爆碎处理秸秆技术,筛选出了具有较高纤维素酶活、半纤维素酶活的高蛋白含量的菌株。用该菌株发酵秸秆,可快速降解汽爆秸秆中的粗纤维,在高蛋白菌丝体增殖的同时,积累大量的纤维素酶和半纤维素酶,从而对秸秆持续降解。为了进一步增加秸秆饲料的蛋白质含量,并使氨基酸组成保持平衡,开发出混合高营养酵母菌,即在秸秆纤维充分降解的基础上,再接入优选的酵母菌种。这样制得的秸秆饲料产品蛋白质含量可达20%以上,粗纤维降解率在60%以上,可以完全代替粮食组成的精料。此外,产品中富含活性酵母和各种消化酶,尤其富含纤维素酶,因此可增强畜禽免疫性能,降低发病率,减少死亡率,促进生长,提高饲料利用率。这种秸秆产品实际上是一种兼备保健功能的蛋白饲料,使得秸秆蛋白饲料的工业化生产成为现实。
本发明的目的主要有二。一方面,目前国内蛋白饲料严重短缺,生产成本高;而现有利用秸秆作饲料的技术,只是提高秸秆饲料的适口性,根本不能提高其蛋白质含量,克服上述缺点是本发明的目的之一。另一方面,我国农作物秸秆资源十分丰富,各类秸秆年总量达7亿多吨,但大部分被农民无用焚烧,既浪费了宝贵的资源,又污染了环境,开发利用丰富易得的秸秆资源,变废为宝,是本发明的又一目的。
本发明的技术方案如下:以汽爆处理的秸秆为主要培养料,按一定配方制成发酵用培养基,采用特定的菌种组合,用固态发酵的方式生产蛋白饲料。这样制得的蛋白饲料产品蛋白质含量可达20%以上,粗纤维降解率在60%以上,可以完全代替粮食组成的精料。此外,产品中富含活性酵母和各种消化酶,尤其富含纤维素酶。
本发明的工艺流程如下:
秸秆→蒸汽爆碎处理→汽爆料→按配方制成发酵用培养基→灭菌→接入发酵菌种→浅盘固态发酵(30℃,4d)→烘干→蛋白饲料
本工艺流程中:
(1)蒸汽爆碎处理是指先将原料秸秆粗切至20-30mm长,再装入汽爆罐,于1.3-1.7Mpa维压10分钟,瞬间减压释放即得汽爆料;
(2)发酵用培养基包括80~90%(重量)汽爆秸秆、10~20%(重量)麸皮和含有2%(NH4)2SO4、0.2%MgSO4和0.5%KH2PO4的无机盐溶液,其中固体(汽爆秸秆和麸皮)和液体(无机盐溶液)的比例为1∶3(按重量计);
(3)灭菌方法为常规蒸汽灭菌方法;
(4)发酵采用斜卧青霉菌(Penicillium decumbens JU-A 10)、黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium ME-446)和热带假丝酵母(Candidatropicalis AS 2.402)的三株混合菌种,它们的配比为1∶1∶1(重量);
(5)浅盘固态发酵和烘干均采用常规方法,其中浅盘固态发酵的条件是在30℃下发酵4天。
采用本发明方法制得的秸秆饲料产品蛋白质含量可达20%以上,粗纤维降解率在60%以上,可以完全代替粮食组成的精料。此外,产品中富含活性酵母和各种消化酶,尤其富含纤维素酶,因此可增强畜禽免疫性能,降低发病率,减少死亡率,促进生长,提高饲料利用率。这种秸秆产品实际上是一种兼备保健功能的蛋白饲料,使得秸秆蛋白饲料的工业化生产成方现实。
下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
实施例:混合固态发酵汽爆秸秆制备蛋白饲料的方法
1.汽爆麦草
将已粗切至约25mm长的麦草80kg装入1M3汽爆罐中,通入蒸汽,待排出罐内冷空气后,关闭装料阀,升压到1.5Mpa,维压10min,打开放料阀,瞬间减压释放即得汽爆麦草。
2.发酵用培养基的制备及灭菌
培养基的配方如下:90%汽爆秸秆,10%麸皮,无机盐溶液为含有2%(NH4)2SO4、0.2%MgSO4和0.5%KH2PO4的溶液,固液比为1∶3。于大型灭菌锅中灭菌,0.1Mpa,维持50分钟。
3.接种及装盘发酵
将已灭菌的培养基打散,于无菌室接入如下表1第2列所示的各菌种(菌种试管斜面及茄子瓶斜面制作同微生物常规操作法)进行比较试验,混匀,装入已灭菌的搪瓷盘。移入发酵室,30℃静置培养4天,期间注意保湿。
4.利用汽爆秸秆混合固态发酵蛋白饲料的条件实验结论
(1)斜卧青霉菌(Penicillium decumbens JU-A 10),黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium ME-446)发酵料的粗纤维降解率高,并且分别具有较高的纤维素酶活和木质素酶活;而混合培养酵母菌热带假丝酵母(Candidatropicalis AS 2.402),一是酵母菌可利用酶降解纤维素、半纤维素的糖,降低降解产物对酶的反馈抑制,二是发挥酵母菌的高营养性,因此,混合培养上述三菌种可使粗蛋白质达到了21.8%,粗纤维降解了43.7%,并具有较高酶活。结果见表1。
(2)以几种主要农作物秸秆为底物,固态发酵后均使粗蛋白质提高到10%以上,其中经过汽爆处理秸秆的发酵料蛋白质含量到20.87%。这说明汽爆处理,可提高了微生物对秸纤维素的降解性。结果见表2。
(3)由于近年来配合饲料的大量发展,摆脱了传统的单一粮食或青秸秆草的养殖方式,但现有配合饲料大多缺乏一定量的粗纤维或双歧生长因子,使之饲料利用较低,有时需添加酵母粉、双歧菌和乳酸菌。而本发明产品不仅具有高含量蛋白质和生物酶活,而且有酵母菌、粗纤维和半纤维素水解物等双歧生长因子存在,可大大提高饲料利用率。因此,我们不能把秸秆发酵产品仍简单地称之为粗饲料,应看到它的多营养性。
(4)本发明秸秆蛋白饲料产品的氨基酸组成分析
16种氨基酸总计为138.52mg/g,氨基酸组成齐全,因此,是一种较好的蛋白饲料(表3)。
表1不同菌株固态发酵蛋白饲料的比较(30℃,4天,汽爆麦草)
菌株 | 粗蛋白(%) | 滤纸酶(IU/g) | 木聚糖酶(IU/g) | 木质素酶(IU/g) | |
1234567 | P.decumbensC.cellulyicunmT.reeseiPh.chrysosporiumEndomycopsis spC.tropicalis本发明的三株混合菌种 | 17.413.414.713.910.058.521.8 | 40.29.8719.630.10032.4 | 58050.1410.200105.00467.0 | 0001020.00600 |
表2不同原料发酵比较(原料:麸皮=9∶1)
粗蛋白(%) | 粗纤维(%) | |
碎麦草汽爆麦草玉米秸稻草玉米棒 | 10.2320.8713.7113.6314.25 | 39.4126.3838.7836.4130.12 |
表3汽爆麦草生物蛋白饲料氨基酸分析
No. | Amino Acid | mg/g | No | Amino Acid | Mg/g |
1 | ASP | 15.85 | 9 | MET | 1.66 |
2 | THR | 7.85 | 10 | ILE | 6.60 |
3 | SER | 7.92 | 11 | LEU | 11.13 |
4 | GLU | 25.30 | 12 | TYR | 5.52 |
5 | PRO | 8.30 | 13 | PHE | 6.74 |
6 | GLY | 8.17 | 14 | HIS | 3.27 |
7 | ALA | 9.11 | 15 | LYS | 7.67 |
8 | VAL | 8.88 | 16 | ARG | 4.55 |
Claims (3)
1.一种混合固态发酵汽爆秸秆制备蛋白饲料的方法,其特征在于包括以下步骤:
秸秆、蒸汽爆碎处理、汽爆料、按配方制成发酵用培养基、灭菌、接入发酵菌种、浅盘固态发酵、烘干、蛋白饲料;
其中:
(1)蒸汽爆碎处理是指先将原料秸秆粗切至20-30mm长,再装入汽爆罐,于1.3-1.7Mpa维压10分钟,瞬间减压释放即得汽爆料;
(2)发酵用培养基包括80~90%汽爆秸秆、10~20%麸皮和含有2%(NH4)2SO4、0.2%MgSO4和0.5%KH2PO4的无机盐溶液,其中固液的重量比为1∶3;
(3)发酵采用的菌种为斜卧青霉菌JU-A 10(Penicillium decumbens JU-A10)、黄孢原毛平革菌ME-446(Phanerochaete chrysosporium ME-446)和热带假丝酵母AS 2.402(Candida tropicalis AS 2.402)的三株混合菌种,它们的重量配比为1∶1∶1。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于所说的浅盘固态发酵的条件是在30℃下发酵4天。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于所说的秸秆是指麦草、稻草、玉米秆植物原料。
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