专利名称：达玉米营养水平秸秆生物转化饲料及其工艺流程和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及饲料产品，具体地说是指秸秆生物转化饲料，即一种达玉米营养水平秸秆生物转化饲料及其工艺流程和设备。
畜禽产品需求大量增加，加剧由于人口增加耕地减少造成粮食供求紧张，形成人畜争粮的严峻局面。同时由于煤、电普遍使用，每年生产5亿吨秸秆处理成为难题，英国法律已明文禁止在农田焚烧大量秸秆。所以废物秸秆的利用引起国内外学者极大兴趣，也引起我们国家有关部门的重视。在5亿吨秸杆和粮食的副产品上作文章，只有将种植业的产品，副产品和废物“吃干榨尽”才能减轻养殖业饲料对粮食的压力，解决人畜争粮问题。成熟秸杆成分一般包括干物94.5％、木质素11.6％、纤维素37.9％、半纤维素30.9％，即其中80.4％为不易消化物，余下14％，除去灰分和3.7％粗蛋白外，脂肪、碳水化合物及维生素已不多了，秸秆营养特点是利用率及报酬率低，适口性差，消化率低，一般低于50％，秸秆用作饲料的量很少。
秸秆作饲料，国内外学者进行了广泛的探索。其中的途径和方法归纳起来主要有I.物理化学方法如氨化，碱处理，膨化等。II.青贮以青绿多计秸秆为原料，在厌气条件下用乳酸杆菌，无机酸、有机酸和甲醛等抑制其它微生物发酵而成，III.微贮以微生物制成发酵剂或曲种与秸秆拌匀，堆放或塑料袋发酵而成，使用菌种主要有黑里曲霉、白地霉、康宁木霉，好食脉孢菌及酵母等。IV.酶解方法。V.复合菌制成发酵剂，目前仅停留在实验室水平，如Yadav J.S.et al(Folia Microbiol 36(3)294-301.1991)利用白地霉和酵母菌，尿素等秸秆拌匀后，装袋发酵而成，粗纤维稍有下降，蛋白质含量达5-7％。张博润等(微生物学通报23(3)136-138.1996)用异常汉逊酵母、白地霉、康宁木霉，植物乳酸杆菌按一定比例配制秸秆发酵剂与秸秆拌匀，堆积发酵，以上五种方法对营养含量均有所提高，但缺点也很明显。
分析可知，现有技术中存在的缺点主要有1.方法和菌种单一，如物理化学方法，只是起软化纤维，便于微生物进一步降解作用；青贮、微贮、酶解菌种和方法单一，作用也单一，如酵母把秸秆少量碳水化合物转化为菌体蛋白，植物乳酸杆菌把碳水化合物转化为乳酸，改善口感，当然由于细菌生长菌体蛋白有少量增加，酶解用较贵的纤维素酶把纤维素降解为碳水化合物，这样蛋白质及维生素等营养物改变甚少。2.工艺流程落后，它不可能在无杂菌干扰的机械化环境中，保证接种菌最优的生长条件下生长，因为无菌操作是发酵成功的关键。发酵就是保证接人菌极大生长而无杂菌生长及干扰接入菌生长，甚至带来毒素。青贮、微贮甚至复合菌发酵剂是把未灭菌秸秆简单与发酵剂拌匀，房内堆积的开放式发酵，难免无杂菌污染，青贮用甲醛等化学物灭菌将带来化学物滞留的后果。3.畜禽产品是人类食品，对人类健康关系极大，现已证明使用白地霉和黑曲霉有诱发肿瘤和黑霉毒病。4.产品质量不理想，如氨化秸秆，粗蛋白质可达14-20％，但它是非蛋白氮，氨多可引起中毒，青贮仅改善口感。
现有技术中，张博润的秸秆发酵剂虽仅是一篇实验报告的论文是现有技术的代表，为了正确的评估其价值，有必要进行具体深入的分析，①它违背了微生物基本操作技术一无菌操作原则。当然四种菌可能在无菌操作下进行培养，但制成发酵剂后与未灭菌秸秆拌匀，室内堆放发酵是违背无菌操作原则，这是缺点的关键所在。②忽视饲料安全性-无毒，无污染、无公害，使用白地霉作发酵菌种，中国医学科学院基础所杨简教授和肿病研究所发现，白地霉可诱发食管癌，是河南林县食管癌高发区食管癌的病因之一。③工艺流程和设备没有保证和创造为四种菌协同作用和在无杂菌干扰的最佳条件和环境下发酵，如四种菌中其中三种虽然生长速度不一样，但其最佳生长环境是好气，22-25℃，PH6-7，生长条件是相同的，而乳酸杆菌是厌气，30℃，PH6-7，生长条件是相同的，而乳酸杆菌是厌气，30℃，PH3-5，因此四种菌之间不可能在同一条件下同步生长，协同作用，相反互相拮抗，抑制作用。④营养成分的变化，实验数据说明，使用20％发酵剂粗纤维从43.6％(对照组)降至30.2％(实验组)，粗蛋白从4.3％(对照组)增至14％(实验组)。粗纤维下降数相当于粗蛋白和水分增加数，即粗纤维减少数被粗蛋白增加数所取代，粗蛋白来源是评估此方法可行性的关键。从文中描述，培养基含有2％(NH4)2SO4，28％豆饼粉、29％麦芽根粉，20％麦皮，30％白酒槽培养后，另加2％尿素，那么20％发酵剂在100斤发酵秸秆中含0.4斤(NH4)2SO4，0.4斤尿素(以上二种氮含30-40％左右)，5.6斤豆饼粉，4斤麦芽根粉，4斤麸皮，6斤白酒糟(以上四种粗蛋白达15-30％左右)，含有大量丰富蛋白质和非蛋白氮，说明增加10％粗蛋白大部分或部分是培养基带来的。⑤加入菌种一般为10％左右，量过大会引起发酵过猛而过热，引起微生物死亡的反作用。综上所述，现有技术对秸秆营养有所改善，它对反刍动物消化有利，对猪禽等单胃动物未能从根本解决问题。
本发明目的在于提供一种达玉米营养水平秸秆生物转化饲料及其工艺流程和设备。根据秸秆含有80％无营养价值的物质且形成紧密结构，把它降解为饲料，这反应和变化过程是复杂的，单靠单一方法、单一菌种、落后的工艺流程及设备，难以完成这复杂的反应和变化过程，也不可能进行机械化，工业化生产，以解决畜牧业发展和人畜争粮的问题，只有采用吸收国内外先进的，有效的技术优点，在无杂菌干扰的机械化环境下可实现。通过三年多数百次实验，进行小试、中试、工业化生产及动物试喂，未用物理、化学、微生物学，生化等各种手段和方法综合处理、创造、科学性强，合理，针对性强的先进工艺流程，优良，安全系数高，效益好，能协同作用菌种和先进保证在无杂菌干扰机械化环境的设备下工业化地生产出使80％纤维转化为畜禽易消化吸收达玉米营养水平秸秆生物转化饲料(以下简单称秸秆生物转化饲料)。
本发明所提供的达玉米营养水平秸秆生物转化饲料是按如下工艺流程制备的将秸秆(稻草)粉碎，用4％碱液预处理二天，然后装入本发明所特制的固体发酵装置中，将锅炉输出蒸气管道与储液管口接好，通入蒸气灭菌，按无菌操作从储液管口加入4-10％(重量百分比)食用菌培养液，22-25℃、PH6-7下好气发酵7-15天，在此期间，转动固体发酵装置，使菌液在秸秆中分布均匀，从储液管口输入经棉花和其它烧结材料过滤除菌的空气以供装置内菌生长，然后接种酵母菌，用4-10％(重量百分比)接种酵母菌发酵，于22-25℃、PH6-7下好气发酵4-15天，转动装置，保持4天，接种1％(重量百分比)左右，根据动物口感增减植物乳酸杆菌培养液，在30℃保持1-1.5天，加入1-5％(重量百分比)纤维素酶液50℃保持1-2天，出料，晒干得产品。
本发明所提供的工艺流程其具体过程及其中的原理在于将秸秆粉碎，用NaoH预处理，用稀盐酸调PH后，加1％尿素，其中以上各步目的使纤维软化降解，为微生物作用创造条件，1％尿素是供十多天微生物营养之用，其不会滞留作产品的氮源；然后将其装入本发明所特制的固体发酵装置内按无菌操作进行灭菌，将蒸汽输入发酵装置，达到一定温度和时间以达到灭菌目的，这彻底克服传统的手工开放式操作，成为封闭式机械化工业生产流程，达到无杂菌干扰机械环境，这是本发明关键步骤之一，然后冷搅，加入4-10％接种食用菌，22-25℃、PH6-7下好气发酵7-15天，本发明使用美味营养丰富，并含有抑制肿病细胞生长、数十年食用证明对人体健康无害的食用菌，也是在饲料生产中首创使用这菌种，它使初步改变结构的纤维(预处理)降解为五、六碳糖，用4-10％接种酵母菌发酵5-7天，其最佳温度，PH和好气条件与食用菌相同，它把食用菌降解纤维素后变成五、六碳糖转化为菌体蛋白、维生素等营养物质，它们是协同作用，无拮抗作用，最后根据动物口感接种适量植物乳酸秆菌，增加饲料口感及少量菌体蛋白，促进食欲和消化，于30℃，PH5密封厌气条件下发酵1-2天，这时食用菌、酵母发酵已完成，虽被抑制也不影响产品质量，将纤维素酶处理，50℃作用，24-48小时，上述三种菌已完成其使命，使余下纤维素进一步降解为葡萄糖，单糖等营养物，也进一步增加口感纤维素酶对纤维素降解有专一性，对其它营养成分无破坏作用。灭菌，进一步防止活菌副作用，便于贮存，然后烘干，得产品。
本发明提供了一种达玉米营养水平秸秆生物转化饲料及其工艺流程及设备，其效果体现在1.达到和部分超过玉米营养成分，生物转化饲料在实验阶段，数百试验样品由生化专家测试，部分样品送北京市营养源研究所分析，分析结果表明，对照组的玉米、稻米、小麦数据是摘自权威机构，自然科学基金项目中国预防医学院营养研究所1992年出版的“全国食物成分表”表中数据说明秸秆生物转化饲料营养四大要素，粗蛋白，能量，矿物质和维生素方面指标已达到或超过玉米的指标，有些已达到稻米和小麦的水平，粗蛋白达9.3％(玉米8.44％)，氨基酸含量达粗蛋白含量的80.6％，，说明主要是易消化吸收的菌体蛋白而非氨类合物，同时也不是培养基带来的，因为液体培养基主要是豆芽及马铃薯汁。赖氨酸和蛋氨酸是玉米主要限制性氨基酸，而生物转化饲料赖氨酸为255mg/100克，蛋氨酸为85mg/100克，且18种基本氨基酸齐全，热能为1952.6千焦尔/100克，玉米为1386千焦尔/100克，维生素B含量丰富，其中不能在高等动植物组织中产生，植物性饲料中缺乏的维生素B12在秸秆生物转化饲料可含124μg/kg。核黄素是鸡最易缺乏的维生素之一，玉米含0.9-3％，而本饲料含15.5mg/kg，矿物质钙、磷含量也达指标，钙0.5％，磷为0.2％，而玉米钙为0.05％，磷为0.24％，经山西省榆次南关和北京丰台区大瓦窑的羊、猪、鸡试喂15天，证明羊、猪、鸡口感好，爱吃，动物精神状态，皮毛，声音正常，无不良反应，体重有所增加，鸡继续下蛋，粪便正常，猪每天平均增重1.53斤，而秸杆生物转化饲料组每天平均增重1.5斤，两组相差0.03斤，其中包括饲料种类改变适应期体重在内，说明纤维已被转化和吸收。
2.在无杂菌干扰的机械环境中并保证各菌种生长最佳条件下发酵，适合规模化，工业化生产，克服了现有技术的关键，要害的缺点，①首次在饲料生产的固体发酵中采用技术较先进的固体发酵装置，摆脱了传统的开放式手工操作工艺流程，为进行工业化，自动化生产创造条件，也是在固体发酵饲料中首先使用封闭式机械化生产，它保证本发明目标、工艺流程、多菌种协同作用实现，使秸秆主要成分纤维充分降解成动物所需的全面营养成分。②首次在秸杆饲料生产中以纤维转化为目标，而采用多学科，多菌种，多方法的综合处理，包括物理化学方法，微生物学方法，生化酶解方法，而且针对性很强，③采用先进测试，动物试喂，经过实验室，小试、中试、并以稻草、玉米秆、麦秆等进行比较，从而保证实验的客观性，证明工艺流程，技术成熟，可靠，设计，工艺流程科学性强，合理，技术先进，保证纤维转化率高，营养全面，达到或超过玉米水平。3.产品安全系数高，达到无毒、无污染、无公害的三无绿色饲料，同时由于采用上述先进的工艺流程，即使秸秆在处理前污染有毒物质也可以通过微生物进行解毒作用，如未处理芝麻渣饲喂鸡可引起毒性反应-拉稀，上火(眼分泌物多，嘴角出现红肿)而经过处理的芝麻渣就没有呈现毒性反应。若细菌不能生长，说明毒性大，保证畜禽健康，可不用为了防止碱预处理不良反应，以稀盐酸中和使碱转化为食盐和水，如。美味食用菌及酵母和植物乳酸杆菌经数十年食用证明无毒无害，纤维酶生产用菌种是采用Hjortlejaer.R.Kotal(Food chem.Toxic24(1)55-63.1986)在大鼠、小鼠、狗等动物进行半致死量，吸入毒性，接触反应，对生育、胚胎影响等进行全面毒性检查，检测结果说明是无毒，无致病性结论的菌株，使用菌种均从中国菌种保藏中心购置，并使用该中心指定的培养基，只为了降低成本以10％黄豆芽计代替麦芽粉。最后又经过灭菌处理，杜绝活菌危害可能性，也防止微生物第二次发酵而变质，便于贮存。4.科技含量高，经济效益和社会效益高；①投资少，回报率高，操作简便，使大量农产品的废弃物变废为宝，在收集生产原料同时迅速增加广大农民的收入和增加和扩大就业机会；②解决人畜争粮，大力发展牧畜禽业，是扶贫好项目；③生产原料充足，我国年产5亿吨秸秆资源中品种多覆盖面广，它包括禾本科如秸秆加玉米秆、高梁秆、麦秆、谷秆、豆科秸秆如大豆秆、花生蔓、马铃薯和红薯蔓、牧草秸秆，它不受收获季节的影响；④产品含脂肪少，是瘦肉型无毒害、无污染、无公害的减少心血管病的录色食品。5.适合规模化工业化生产，由于采用固体发酵装置并用二步发酵法为规模化和工业化生产创造条件。
本发明所使用的固体发酵装置是一种改进的装置，包括壳体，传动机构，壳体外装设有齿轮或皮带轮，扶手及门扇，玻璃窥镜，壳体内设置有挡板，储液管；其特征在于储液管与锅炉连接将固体发酵装置及其内秸秆进行灭菌，设置一个温湿氧观察窗以连接双金属温度计等仪器，设置若干排气通道。
固体发酵装置的目的在于避免过去固体发酵开口发酵、工艺流程长、生产原料及设备不灭菌、设备笨重、不易移动等难以达到无杂菌干扰工业化生产，保证质量等现有技术中不足之处而提供一种在无菌操作条件下，采用液体菌液在封闭式装置中进行发酵饲料，饲料生产防止污染，保证质量，缩短工艺流程，降低成本的固体发酵装置。它包括壳体，传动机构，壳体外装设有齿轮，扶手及门扇，玻璃窥镜，壳体内设置有挡板，储液管；由于秸秆轻，体积大，因此固体发酵装置体积也大，内部通气，内部温度难以观察和控制，另外这样大构件放入高压消毒柜内灭菌，这样就增加投资和成本，也不可进行工业化，机械化生产。在经过一年多试生产实践探索的基础进行下列改进，并已进行中试，说明切实可行的，产品质量更进一步提高，达到玉米营养面分的秸秆生物转化饲料，经丰台试喂，猪每口平均增重达玉米水平(玉米组1.53斤/日/头，秸秆组为1.5斤/日/头，包括换饲料适应期在内)。进行下列改进①把储液管变为多功能构件，储液管与锅炉连接将固体发酵装置及其内秸秆进行灭菌，并进行接种液体及输入经棉花和其它烧结、过滤材料等过滤除菌等空气，以保证固体发酵装置中好气细菌的生长；②为了进一步掌握装置内细菌生长条件，温度变化增设一个温湿氧观察窗等仪表，连接双金属温度计等；③装置内好气细菌生长需要空气，细菌新陈代谢产生气体需要排出壳体外，另外固体发酵装置非压力设备，故增设几个排气通道；④为了便于卸料，可开二个门扇，所有通道均用消毒棉花等过滤输入输出空气。通过这样改进为过渡到自动化生产积累经验，提高产品质量。
本发明中所涉及的菌种包括1、双孢蘑菇Agazicus bisporus，AS.5.477.AS.5.478，培基为马铃薯葡萄糖液体培养基，为了降低成本可以蔗糖代替葡萄糖，以下所有葡萄糖均用可以蔗糖代替。
2、具柄矛束孢霉Doratomyces stomonitia AS.3.1411，培基为马铃薯葡萄糖液体培养基。
3、产朊假丝酵母Candida utilis AS.2.1001，培基为麦芽酵母旦白胨葡萄糖液培养基，以10％黄豆芽汁代替麦芽、蔗糖代替葡萄糖。
4、酿酒酵母Saccharomyces cerevisiage，AS2.4，培基为麦芽酵母蛋白胨葡萄糖液体培养基(同3)。
5、植物乳酸秆菌Lactobacillus plantarum IFFI06009，培基为麦芽汁酵母液体培基(10％黄豆芽汁代替麦芽)。
6、绿色木霉Trichoderma Viride QM9414(美国)，AS.3.3711，培基为马铃署葡萄糖培养基。
图1为本发明的固体发酵装置示意图。其中图中符号分别表示为轴1、齿轮或皮带轮2、档板3、储液管4、门扇(为了便于卸料可在对面再设一门扇、二门)5、玻璃窥镜6、壳体7、扶手8、温湿氧观察窗9、气孔(排气通道)10。
下面结合实施例对本发明予以详细说明实施例1将秸秆(稻草)粉碎，用4％碱液预处理二天，然后装入本发明所特制的固体发酵装置中，将锅炉输出蒸气管道与储液管口接好，通入蒸气灭菌，按无菌操作从储液管口加入10％双孢蘑菇液体培养液，转动固体发酵装置，使菌液在秸秆中分布均匀，室内保持25℃，从储液管口输入经棉花过滤的空气以供装置内菌生长，保持10天，然后接种10％产朊假丝酵母，转动装置，保持4天，接种1％左右植物乳酸杆菌培养液，在30℃保持1-1.5天，加入1-5％纤维素酶液50℃保持1-2天，出料，晒干得产品，经丰台区大瓦窑猪厂试喂，可代替玉米。正大饲料，平均每头猪每天增长1.53斤，而秸秆饲料为1.50斤/日/头，包括饲料适应期体重。
实施例2将秸秆(玉米秆)粉碎，用4％碱片预处理二天，然后装入本发明所特制的发酵装置，把锅炉输入蒸气管道与储液管口连接进行蒸气灭菌，从储液管加入10％具柄矛束袍霉，转动装置，于25℃保持10天并输入过滤空气，接种10％酿酒酵母，转动装置，保持4天，接种1％左右植物乳酸杆菌培养液，30℃保持1-1.5天，加入1-5％纤维素酶液，于50℃下1-2天，出料，晒干得产品，粗蛋白达9.86％，热能2737.6KJ/100克。
实例施3将秸秆(甘蔗渣)粉碎，加入4％碱片液预处理二天，装入本发明所特制的发酵装置中，把锅炉输入蒸气管道与储液管口连接进行蒸气灭菌，从储液管加入10％双孢蘑菇，转动装置，于25℃保持10天并输入过滤空气，接种产朊假丝酵母，转动装置，保持4天，接种1％左右植物乳酸杆菌培养液，30℃保持1-1.5天，加入1-5％纤维素酶液，于50℃下1-2天，出料，晒干得产品。
权利要求
1.达玉米营养水平秸秆生物转化饲料，其中是按如下工艺流程制备的将秸秆或稻草粉碎，用4％碱液预处理二天，然后装入本发明所特制的固体发酵装置中，将锅炉输出蒸气管道与储液管口接好，通入蒸气灭菌，按无菌操作从储液管口加入4-10％(重量百分比)食用菌液，22-25℃、PH6-7下好气发酵7-15天，在此期间，转动固体发酵装置，使菌液在秸秆中分布均匀，从储液管口输入经棉花过滤的空气以供装置内菌生长，然后接种酵母菌，用4-10％(重量百分比)接种酵母菌发酵，于22-25℃、PH6-7下好气发酵4-15天，转动装置，保持4天，接种1％(重量百分比)左右植物乳酸杆菌培养液，在30℃保持1-1.5天，加入1-5％(重量百分比)纤维素酶液50℃保持1-2天，出料，晒干得产品。
2.权利要求1所述的达玉米营养水平秸秆生物转化饲料，其中所述的食用菌液是双孢蘑菇Agazicus bisporus，AS.5.477.AS.5.478或具柄矛束孢霉Dozatomycesstomonitia AS.3.1411。
3.权利要求1所述的达玉米营养水平秸秆生物转化饲料，其中所述的酵母菌是产朊假综酵母Candida utilis AS.2.1001或酿酒酵母Saccharomyces cezevisiago，AS2.4。
4.一种达玉米营养水平秸秆生物转化饲料工艺流程，其中包括将秸秆或稻草粉碎，用4％碱液预处理二天，然后装入本发明所特制的固体发酵装置中，将锅炉输出蒸气管道与储液管口接好，通入蒸气灭菌，按无菌操作从储液管口加入4-10％(重量百分比)食用菌液，22-25℃、PH6-7下好气发酵7-15天，在此期间，转动固体发酵装置，使菌液在秸秆中分布均匀，从储液管口输入经棉花过滤的空气以供装置内菌生长，然后接种酵母菌，用4-10％(重量百分比)接种酵母菌发酵，于22-25℃、PH6-7下好气发酵4-15天，转动装置，保持4天，接种1％(重量百分比)左右植物乳酸杆菌培养液，在30℃保持1-1.5天，加入1-5％(重量百分比)纤维素酶液50℃保持1-2天，出料，晒干得产品。
5.权利要求4所述的一种达玉米营养水平秸秆生物转化饲料工艺流程，其中所述的食用菌液是双孢蘑菇Agazicus bisporus，AS.5.477.AS.5.478或具柄矛束孢霉Dozatomyces stomonitia AS.3.1411。
6.权利要求4所述的一种达玉米营养水平秸秆生物转化饲料工艺流程，其中所述的酵母菌是产朊假综酵母Candida utilis AS.2.1001或酿酒酵母Saccharomycescezevisiago，AS2.4。
7.权利要求1、2或3中任意一项所述的达玉米营养水平秸秆生物转化饲料，其中所述的固体发酵装置包括壳体，传动机构，壳体外装设有齿轮，扶手及门扇，玻璃窥镜，壳体内设置有挡板，储液管；其特征在于储液管与锅炉连接将固体发酵装置及其内秸秆进行灭菌，设置一个温湿养观察窗以连接双金属温度计，设置若干排气通道。
8.权利要求7所述的达玉米营养水平秸秆生物转化饲料，其中所述的壳体外装设有皮带轮。
9.权利要求4、5或6所述的一种达玉米营养水平秸秆生物转化饲料工艺流程，其中所述的固体发酵装置包括壳体，传动机构，壳体外装设有齿轮，扶手及门扇，玻璃窥镜，壳体内设置有挡板，储液管；其特征在于储液管与锅炉连接将固体发酵装置及其内秸秆进行灭菌，设置一个温湿养观察窗以连接双金属温度计，设置若干排气通道。
全文摘要
达玉米营养水平秸秆生物转化饲料,其中是按如下工艺流程制备的:将秸秆或稻草粉碎,用4%碱液预处理,装入特制的固体发酵装置中,加入4—10%好气发酵7—15天,然后接种4—10%酵母菌,好气发酵4—15天,接种1%(重量百分比)左右植物乳酸杆菌培养液,保持1—1.5天,加入1—5%(重量百分比)纤维素酶液50℃保持1—2天,出料,晒干得产品。
文档编号A23K1/14GK1184597SQ9612097
公开日1998年6月17日 申请日期1996年12月9日 优先权日1996年12月9日
发明者梁德才 申请人:梁德才