专利名称：一种制备秸秆生物饲料的方法
技术领域：
本发明属于秸杆的综合利用，具体涉及一种制备秸杆生物饲料的方法。
背景技术：
2013年I月10日中国海关总署发布数据显示，2012年中国进口大豆5838万吨，增加11.2%，再创新高；国内大豆大约1200万吨，对外依存度80%左右。不幸的是，进口大豆有取代国产大豆的趋势，国产大豆亩产120公斤，亩产价值780元，农民种植玉米，亩产500公斤，价值1200左右,净收益大于大豆种植,今后几年大豆种植面积将大幅度下滑。目前，中国饲料总量大约1.8亿吨，而豆饼作为饲料的最主要的蛋白源，严重依赖进口，不能自给，对我国粮食安全构成威胁，脉孢霉利用农作物秸杆和化肥转换成菌体蛋白，可以代替部分豆饼，本发明从成本上和技术上解决秸杆综合利用问题，秸杆饲料不与人争粮，打破外国资本对大豆市场的垄断。根据发改委，财政部，农业部2011年发布的“十二五”农作物秸杆综合利用实施方案，全国秸杆理论资源量为8.4亿吨，可收集资源量约为7亿吨。秸杆品种以水稻、小麦、玉米等为主。其中，稻草约2.11亿吨，麦秸约1.54亿吨，玉米秸约2.73亿吨，棉杆约2600万吨，油料作物秸杆(主要为油菜和花生)约3700万吨，豆类秸杆约2800万吨，薯类秸杆约2300万吨。2011年农业部下发了农业部关于印发《全国畜牧业发展第十二个五年规划(2011-2015年)》，提到资源利用，秸杆饲用量增加1000万吨，饲用秸杆处理利用率达到50%。杂柏、糟渣、食品加工副产品等存量较大的非粮饲料资源优质化处理利用水平明显提闻。国内研究秸杆生物饲料已有几十年的历史，比较成熟的技术有青贮，微贮，但这类技术处理时间长，一般要一个月以上，真蛋白提高也不多。脉孢霉生长迅速，在高温高湿，适宜的PH下，6小时萌发，每小时生长4毫米以上，24小时可以长满整个培养基，脉孢霉酶系全，能够利用纤维素，半纤维素，木质素，淀粉，把化肥转化成动物能够利用的氨基酸，可以取代部分猪粮，因此有工业化价值。无论是国外还是国内，所有的文献都支持脉孢霉无毒，是养猪的好饲料。国内60年代的文献记载，以稻草为主要培养基，效果比对照组要提高40%以上。七五科技攻关项目，泥炭好食性链抱霉固体发酵饲料的研究(泥炭好食性链抱霉固体发酵饲料的研究，东北师大学报自然科学版，陈淑云薛宏基”郎惠卿杨德兴“李波，1994年)，东北师范大学做过诱变试验，试验结果判定为阴性，泥炭发酵产物，经毒理试验，证明安全无毒。美国FDA认为脉抱霉为安全菌种(Evidence for Safety of Neurospora Speciesfor Academic and Commercial Uses Appl Environ Microbiol.2000December;66(12):51075109.Copyright 2000, American Society for Microbiology);在这篇文献中提到,巴西人利用脉孢霉发酵木薯，法国人利用脉孢霉发酵奶酪，这些应用有几百年历史，至今没有毒副作用的报告。
在秸杆收获的6月，7月，8月，9月，我国普遍温度30度以上，可以利用自然温度发酵，把培养基放置在水泥屋顶下，2天以后即可，节省能源，从而保证低成本。
发明内容
为了解决现有技术秸杆生物饲料生产时间长，真蛋白含量低的问题，本发明提供了一种新的秸杆生物饲料制备方法，利用脉孢霉生长迅速的特点，处理粉碎的农作物秸杆，使真蛋白成倍的提高，为秸杆综合利用提供了广阔的空间。本发明所采取的技术方案是:一种制备秸杆生物饲料的方法，包括以下步骤:( I)将农作物秸杆粉碎，按重量份计，每份秸杆中加入0.1-0.01份氧化钙，再加入5-20份水浸泡I个小时以上；(2)将步骤(I)的物料放入容器蒸煮30分钟以上，温度70-100°C，用无机酸调pH为4.8-7,以质量计,再加入液固总量2%-4%的硫酸铵或者氯化铵,液固总量0.5%-3%的磷酸氢二钾；蒸煮后固体物质备用，蒸煮容器中剩余为废水；(3)用底部透气的器物承载步骤(2)所得固体物质，接种脉孢菌，移入发酵设备、恒温室或发酵池；(4)废水用淀粉质材料吸收，移入发酵设备或者恒温室，接种脉孢菌，随同农作物秸杆一起发酵；也可以用粉碎的农作物秸杆吸收废水，接种，进入发酵装置；(5)温度控制28-38度，发酵48-72小时；(6)烘干，包装。上述步骤(I)中氧化钙优选为0.1份。步骤(2)中pH优选为5.5。上述方法中，农作物秸杆为稻草、小麦杆、油菜杆、杂草等木质纤维素，以稻草培养基效果最好，粉碎细度至关重要，太细了，增加能耗和成本，秸杆碎片堆积在一起，减少了比表面积，不利于孢子粉的堆积，太粗了，不利于菌丝的穿插，酶解水平不高，粉碎秸杆平均宽度为2-4毫米，收割机处理后的稻草符合要求。上述方法中，所述的脉孢菌为粗糙脉孢霉(Neurospora crassa),好食脉孢霉(Neurospora sitophila),中间脉抱霉(Neurospora intermedia)中的至少一种。还可以添加木霉，酵母，黑曲霉或/和根霉。其中脉孢菌接种量为稻草重量的0.1%_2%，所添加的木霉，酵母，黑曲霉或/和根霉添加量总和不超过0.3%。本发明所用菌种为常规菌种，均可以购买得到，二级培养扩大至50厘米*50厘米的竹筐或者木框中。保存收集的孢子粉，可使用简单而经济的办法:与烘干的稻壳粉混合，放置在留孔的玻璃器皿中。本发明中所说的用于承载培养基的底部透气的器物优选木筐或者竹筐，规格为可以是0.5米*0.5米*0.08米，在0.03米高处用不锈钢丝穿插结网，网眼大小为3厘米*4厘米，木框大小和不锈钢丝网的大小根据发酵装置大小而定，木框要留4个以上的通气孔。框架和网眼大小根据发酵装置空间而定，底部透气的发酵装置对脉孢霉发酵有特效，不需要翻曲，事实上，适合所有抗杂菌能力强的菌种发酵。不论用何种器物承载培养基，应保证扩大程秸杆和空气的接触面积。脉孢霉是好氧菌，增大与空气的接触面积，有利于脉孢菌的快速生长，抑制住杂菌，这是发酵成功的关键之一。本方法抛弃传统的固体发酵罐发酵、托盘发酵、浅盘发酵和发酵池发酵生产方式，采用底部通气器物承载，就是为了提高发酵效率。
本发明方法中，应在光照下进行发酵培养。白炽灯效果比日光灯效果好，自然光比白炽灯好。本发明方法中，所述淀粉质材料是玉米、木薯渣、甘薯渣、豆腐渣或米糠。用稻草做培养基，发酵样品送到中国农业科学院饲料研究所检测，18种氨基酸12.07%,赖氨酸0.66%,苏氨酸0.59%,蛋氨酸+胱氨酸0.41%,色氨酸0.28%,超过母猪蛋白需求标准，适合做肉牛，奶牛饲料。2公斤玉米+1公斤稻草生物饲料，连续饲养母猪2个月，无异常。按照2012年玉米价格2400元每吨，稻草生物饲料1500元每吨，取代母猪料三分之一，总的配合母猪料2100元每吨，比市场价3000元便宜900元每吨，毛利30%。五万吨的产能，4500万的毛利，市场前景很好。与现有技术相比，本发明具有下述优点:1.工艺简单:用氧化钙浸泡，常压水煮处理，无机酸中和处理，接种后发酵，收获。不依赖专业的固体发酵设备，如发酵罐；也不需要严格的灭菌，工艺简单便于掌握。2.原料成本低廉:全部采用农村能经济获得的资源作为原材料:化肥(或硫酸铵或氯化铵)，氧化钙，秸杆。保证了低成本，从而确保大规模彻底的解决秸杆综合利用问题。氢氧化钠脱除木质素能力更强，本方法中用氧化钙来预处理，发酵效果与氢氧化钠相近，但成本只有氢氧化钠的十分之一，同时，氧化钙在农村更够经济的获得，算上原材料成本，人工，设备，能源等每吨成本1500元，远远低于现有饲料3000元每吨。鉴于盐酸和硫酸属于管制化工产品，在农村可以用磷酸和乙酸代替，大规模生产用盐酸，硫酸经济。3.发酵水平高:农作物秸杆粗蛋白低，蛋白质品质低，以稻草为例，粗蛋白3%左右，真蛋白2%左右，经脉孢霉转换，48小时后，直接把农作物秸杆、化肥转换成真蛋白，经中国农业科学院饲料研究所测定，18种氨基酸达12.07%,赖氨酸0.66%，苏氨酸0.59%，至少提高了 6倍，达到母猪，大猪，肉牛，奶牛的蛋白需要，可以取代豆饼资源。现有的秸杆生物饲料通常都提粗蛋白，而对单胃动物而言，蛋白需要是真蛋白需要，而不是粗蛋白需要，大幅度提高秸杆的真蛋白意义重大，假设全国可以收集的农作物秸杆利用率为40%，可生产真蛋白7亿吨*40%*12.07%=3379万吨，相当于9400万吨进口大豆的蛋白含量，这比2012年全国消耗大豆总和还要多2400万吨，这些秸杆饲料不与人争粮，大幅度提升草变肉所占比例，大力发展秸杆生物饲料，足以确保我国粮食安全。4.有助于解决秸杆综合利用问题:秸杆综合利用难解决的核心在于目前的秸杆利用价值低，政府补贴每亩几元到几十元，不足以调动农民的积极性，提高补贴又增加财政负担，采用本发明方法，以亩产500公斤稻草为例，可以生产560公斤真蛋白12%以上的饲料，全部用于饲养母猪，价值1680，减去成本860元，相当于秸杆亩产价值860，不要说860元，只要收集一亩秸杆价值超过200元，远远高于社会日平均工资，秸杆综合利用就不需要政府操心，农民自行把分散的秸杆充分利用，秸杆综合利用最终解决方案是利用科技和市场手段，本发明从农村资源出发，开发出经济高效的生产方式，用分散的农民应对分散的秸杆，以资源化为手段，有望彻底解决这个难题。5.采用竹筐或不锈钢丝网承载培养基，且重叠发酵成本低、时间短、效率高:传统的生物发酵采用固体发酵罐，浅盘发酵，发酵池发酵，缺点是成本高，菌种无法利用培养基底面，需要翻曲，增加工作量，延长了时间和消耗大量能源，而采用竹筐或者不锈钢丝网承载培养基就解决了上述问题，在实际生产过程中发现，只要接种培养基的上面，48小时后，培养基的底面和正面一样高产，这是之前文献没有报道的。同时，竹筐和不锈钢丝在农村可以廉价的获得。为了避免感染杂菌，竹筐或者木框不锈钢丝网应该叠在一起发酵，同时还节约大量空间，提高厂房生产效率和极大降低能源消耗，减少成本。6.节能:秸杆产生的时候正是高温季节，6-10月，我国普遍28度以上，用不锈钢丝网承载培养基放在水泥屋顶下，可以保持到晚间12点，温度还在28度左右，完全不需要固体发酵罐等专门设备，也不消耗能耗，简单有效，独特。7.绿色环保:本来用碱处理秸杆的缺点是需要治理污水，本发明用玉米、甘薯渣、米糠、木薯渣、葛根渣等淀粉质材料吸收，随同秸杆一起发酵，无废水，废气，废渣排放，属于绿色发明工艺。也可以用粉碎的农作物秸杆吸收废水。8.独特的菌种收集与保藏:首先对从保藏机构购买的菌种复活，二级扩大培养至50厘米*50厘米的培养容器中，然后收集孢子粉。用烘干的稻壳粉与孢子粉混合，放置玻璃容器内，留置通气孔，可以保存3个月以上。菌种保藏一般需要专门的设备和方法，比如专用冰箱，冷冻真空干燥法，液态氮超低温冻结法，沙土管法，麸皮法等等，需要一定的技能和设备，本发明采用农村容易获得稻壳，稻壳是中空结构，有利于吸附脉孢霉孢子粉，待接种时，接种稻壳孢子粉就行了，简单，有效，经济，这也是区别于传统菌种保藏的一种新方法。脉孢霉为安全菌种，在生产过程中发现，蛆和一些昆虫喜欢啃食脉孢霉菌丝和孢子粉，也间接说明脉孢霉无毒和蛋白品质高。连续喂母猪2个月，也没有异常。本发明由于采用的方法简单，投资很小，适合农户小作坊经营，有利于彻底解决秸杆综合利用问题。
图1是培养基承载器物示意图。
具体实施例方式下面结合实例对本发明进一步说明为保证高产，本发明有如下关键点:1.粉碎度:太小了，秸杆碎片堆积在一起，秸杆之间没有缝隙，不利于菌丝分解培养基，太粗了，木质素降低酶的活性。2.选用氧化钙，氧化钙微溶于水，但对粉碎的农作物秸杆而言，还是能溶解部分木质素，有利于酶活提高，同时为动物补充钙。3.采用的竹框或者不锈钢丝网装载培养基进行发酵(图1)，实际上增加了秸杆碎片比表面积，在实际生产过程中发现，只要接种培养基的表面，培养基的底面产量和表面一样高产，这是传统发酵方式，采用托盘，浅盘，发酵池所无法达到的，这样一来，不需要翻曲，有利于减少发酵时间和增加产量。从长远的效果来看，采用不锈钢材料效果更好一些，这个根据自身情况而定，总之，采用的工具一定要有利于培养基全方面的接触空气，不论是上面，底面，还是培养基中间，第I条要为第3条做准备。实施例1取一份粉碎稻草，加入10份水，0.1份氧化钙，浸泡24小时，放入容器蒸煮30分钟以上，少量盐酸中和，PH调制5-6，3%的硫酸铵，1%的磷酸氢二钾，接种1%的稻壳孢子粉，竹筐承载，移入发酵罐、恒温室、或者发酵池中，温度控制在30-38度，36小时后用15瓦白炽灯照射，48小时后即可。实施例2取一份粉碎小麦杆，加入10份水,0.1份氧化|丐,浸泡24小时,放入容器蒸煮30分钟以上，少量硫酸中和，PH调制5-6，3%的硫酸铵，1%的磷酸氢二钾，接种2%的稻壳孢子粉，竹筐承载，移入发酵罐、恒温室、或者发酵池中，温度控制在30-38度，36小时后通自然光，温度控制在30-38度，48小时后即可。实施例3取一份粉碎玉米杆，加入10份水，0.1份氧化钙，浸泡24小时，放入容器蒸煮30分钟以上，少量硫酸中和，PH调制5-6，2%的氯化铵，1%的磷酸氢二钾，接种0.1%的木霉，接种2%的稻壳孢子粉，木框钢丝网承载，移入发酵罐、恒温室、或者发酵池中，温度控制在30-38度，36小时后用15瓦白炽灯照射，48小时后即可。实施例4取一份粉碎杂草，加入10份水，0.1份氧化钙，浸泡24小时，少量硫酸中和，PH调制5-6，2%的氯化铵，1%的磷酸氢二钾，接种0.1%的木霉，接种0.5%的酵母，接种2%的稻壳孢子粉，木筐不锈钢丝网承载，移入发酵罐、恒温室、或者发酵池中，温度控制在30-38度，36小时后用15瓦白炽灯照射，48小时后即可。实施例5取一份粉碎稻草,加入10份水,0.05份氧化韩,浸泡24小时,放入容器蒸煮30分钟以上，少量盐酸中和，PH调制5-6，3%的硫酸铵，1%的磷酸氢二钾，接种1%的稻壳孢子粉，木筐承载，移入发酵罐、恒温室、或者发酵池中，温度控制在30-38度，36小时后用15瓦白炽灯照射，48小时后即可。实施例6取一份粉碎稻草,加入10份水,0.067份氧化韩,浸泡24小时,少量硫酸中和，PH调制5-6，2%的氯化铵，1%的磷酸氢二钾，接种2%的稻壳孢子粉，木筐不锈钢丝网承载，移入发酵罐、恒温室、或者发酵池中，温度控制在30-38度，36小时后用15瓦白炽灯照射,48小时后即可。
权利要求
1.一种制备秸杆生物饲料的方法，包括以下步骤: (1)将农作物秸杆粉碎，按重量份计，每份秸杆中加入0.1-0.01份氧化钙，再加入5-20份水浸泡I个小时以上； (2)将步骤(I)的物料放入容器蒸煮30分钟以上，温度70-100°C，用无机酸调pH为4.8-7,以质量计,再加入液固总量2%-4%的硫酸铵或者氯化铵,液固总量0.5%-3%的磷酸氢二钾；蒸煮后固体物质备用，蒸煮容器中剩余为废水； (3)用底部透气的器物承载步骤(2)所得固体物质，接种脉孢菌，移入发酵设备、恒温室或发酵池； (4)废水用淀粉质材料吸收，移入发酵设备或者恒温室，接种脉孢菌，随同农作物秸杆一起发酵；也可以用粉碎的农作物秸杆吸收废水，接种，移入发酵装置； (5 )温度控制28-38度，发酵48-72小时； (6)烘干，包装。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(I)中氧化钙为0.1份，步骤(2)中用无机酸调pH为5.5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粉碎秸杆平均宽度为2-4毫米。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中脉孢菌为粗糙脉孢霉(Neurosporacrassa),好食脉抱霉(Neurospora sitophila),中间脉抱霉(Neurospora intermedia)中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)和(4)中还接种了木霉，酵母，黑曲霉或/和根霉。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，脉孢菌接种量为培养基重量的0.1%-2%，所添加的木霉，酵母，黑曲霉或/和根霉添加量总和不超过0.3%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，底部透气的器物是木筐或者竹筐或者不锈钢框，常用的规格有，0.5米*0.5米*0.08米，在0.03米高处用不锈钢丝穿插结网，网眼大小为3厘米*4厘米。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述底部透气的器物的规格是0.5米*0.5米*0.08米，在0.03米高处用不锈钢丝穿插结网，网眼大小为3厘米*4厘米。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在光照下进行发酵培养。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉质材料是玉米、木薯渣、甘薯渣、豆腐渣或米糠，也可以用粉碎的农作物秸杆吸收废水，接种脉孢霉，并移入发酵设备中发酵。
全文摘要
本发明属于秸秆的综合利用，具体涉及一种制备秸秆生物饲料的方法。该方法是将农作物秸秆粉碎后用氧化钙浸泡，再进行蒸煮并添加铵盐和磷酸氢二钾制成固体物料，用底部透气的器物承载固体物料，接种脉孢菌，移入发酵设备、恒温室或发酵池；蒸煮过程中产生的废水用淀粉质材料吸收，移入发酵设备或者恒温室，接种脉孢菌，随同农作物秸秆一起发酵；发酵后烘干，包装即可。本发明由于采用的方法简单，投资很小，适合农户小作坊经营，有利于彻底解决秸秆综合利用问题。
文档编号A23K1/00GK103098983SQ20131006944
公开日2013年5月15日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者向拓, 费明强, 许晴 申请人:向拓, 费明强, 许晴