CN1294861A - 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杆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

混合固态发酵汽爆秸秆制备蛋白饲料的方法
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为现实。
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)
 1 P.decumbens2 C.eellulyticunm3 T.reesei4 Ph.chrysosporium5 Endomycopsis sp6 C.tmpicalis7本发明的三株混合菌种 17.413.414.713.910.058.521.8  40.29.8719.630.10032.4     58050.1410200105.00467.0  000102000600
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，其中固液比为1∶3；
(3)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三株混合菌种，它们的配比为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、玉米秆等植物原料。
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