CN111454817B - 一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法和装置 - Google Patents
一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法及装置，将用空气热泵脱水后的酒糟中的70％的稻壳分离出来进行化学催化水解处理产生单糖、双糖、低聚糖做为微生物发酵的理想的碳源，利用廉价的无机氮即铵类为主和脱稻壳后的白酒糟中的有机氮为辅经驯化的高渗微生物转化成菌体蛋白，使白酒糟中的粗蛋白含量由原来的15％左右增加到35％左右，此法优于外加昂贵的碳源和氮源材料，采用多种酶类和多种微生物分解稻壳制造碳源和发酵生产蛋白饲料原料的方法，工艺流程简单，生产成本低，有较好的经济效益和生态环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及饲料原料加工领域，特别是一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法和装置。
背景技术
1、我国利用年产粮食总量的23％做为饲料，我国又是蛋白质资源缺乏的国家，大豆进口量占需求量的80％，榨油后的豆粕基本上做为饲料蛋白原料，利用含蛋白的固体废物如白酒糟、啤酒糟、醋糟类制发酵蛋白饲料原料，减少大豆进口有非常重要的战略意义。
2、白酒厂用粮食发酵制白酒，产生大量含水量达80％左右的白酒糟，但其中稻壳占70％，容易发酵变质，污染环境。白酒糟不经任何处理直接卖到养殖厂做牛羊饲料原料是不可行的，易发生流行性传染病。按2017年8月31日国家生态环境保护部颁布的国家标准《GB34330－2017固体废物鉴别通则》中规定：“利用固体废物产生的产物要符合国家、地方制定或行业通行的被替代原料生产的产品质量标准，不作固体废物管理，按照相应的产品管理。”起码要处理到含水量≤13％的干白酒糟的饲料原料标准，由于稻壳含量高，粗蛋白含量低在15％左右，即使脱水到干白酒糟原料的含水量标准加上脱水成本，生产厂家没啥经济效益，积极性不高。
3、将白酒糟经预处理后，另加入含蛋白的原料或非蛋白氮原料经微生物转化成蛋白氮，含量提高到25％及以上，是个很好的选择。
4、采用什么方法进行预处理使稻壳中的粗纤维降解成微生物发酵，需要的碳源是个关键问题，第二个关键问题加入什么廉价含蛋白原料来提高粗蛋白含量，国内有代表性的做法:
(1)将白酒糟自然晾干后进行筛分，去掉稻壳用于做燃料的补充料。加麦麸补充碳源。(发明专利公开号CN104982651A公开的一种高蛋白酒糟饲料的生产方法)，此种方法的问题是由于去掉了70％的稻壳，使饲料原料的产量很低，加麦麸解决碳源和补充蛋白源，成本很高，经济效益不是很好。
(2)发明专利公开号CN108902446A公开的一种高蛋白白酒糟饲料及其制备方法中稻壳不做预处理，添加麦麸做为碳源，加量为白酒糟的12.5％－20％，有机氮用蚕蛹粉占鲜白酒糟的12％做氮源和含蛋白的比较高的啤酒糟掺进来，含粗蛋白25％左右做补充氮源。添加非蛋白氮氨盐做速效氮源，加量为鲜白酒糟重量的10％－14％，采用能分解粗纤维的微生物黄孢原毛平革菌、杏鲍菇菌、白腐真菌、木霉和黑曲霉来降解稻壳中的纤维素、半纤维素、木质素，分步降解。蚕蛹粉本身含粗蛋白54％，啤酒糟含蛋白25％，具有足够的蛋白源，所加的多菌种都是在分解粗纤维，解决碳源问题下了功夫，但关键问题是没有添加形成新的菌体蛋白的微生物是一大缺憾。啤酒糟和白酒糟中的残存的酵霉菌还被灭活了。多菌种发酵步骤非常复杂，所加碳源麦麸和蛋白氮蚕蛹粉成本很高。此专利发酵结果使粗纤维含量只降低了12％－15％，粗蛋白含量增加到25％－28％，不发酵也能达到，花费了那么高成本和代价，得到的发酵蛋白饲料原料的粗蛋白含量不高。
5、发明专利公开号CN1049050A公开的白酒糟酶解发酵生产蛋白饲料原料的方法，白酒糟经预处理，采用180℃－250℃，压力0.5Mpa－2.0Mpa，时间1min－10min进行蒸汽爆破，能将稻壳中的纤维素、半纤维素、木质素三者脱离开，只是其中半纤维素得到部分降解，纤维素和木质素，没有降解。但有利于下一步的微生物和生物酶的降解(但没有本发明的水解处理，降解成糖类做为微生物理想的碳源好)。此发明稻壳进行了预处理后，加入了蛋白酶、纤维素酶、木聚糖酶、植酸酶、淀粉酶、糖化酶，但缺乏关键的降解木质素的木霉、漆酶。活菌为热带假丝酵母菌，芽孢杆菌、植物乳杆菌。所加的木聚糖酶、植酸酶、蛋白酶毫无用处，活菌只有热带丝酵母菌有用，能形成新的菌体蛋白。总之该专利采用原料蒸汽爆破预处理和生物酶解，加活菌发酵，最终使饲料原料粗蛋白含量从白酒糟的15.05％增加到25.25％、25.85％、26.14％，没加任何碳源和氮源的原料，但加6种生物酶的成本也很高，工艺流程复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于针对现有技术采用白酒糟生产发酵饲料原料所存在的上述不足而提供一种生产成本不高且粗蛋白含量较高的利用酒糟生产发酵饲料原料的方法。
本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种生产成本不高且粗蛋白含量较高的利用酒糟生产发酵饲料原料的装置。
作为本发明第一方面的利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，包括如下步骤：
步骤一：酒糟处理
将酒糟用空气热泵进行加压、释压同时向固定靶冲击的方法进行脱水，然后筛分，分离出酒糟中的稻壳，得到脱稻壳酒糟；
步骤二：将步骤一得到的稻壳加催化剂进行化学催化水解处理后经离心分离，产生含单糖、双糖、低聚糖溶液做为微生物碳源，同时分离出木质素和二氧化硅的渣做有机肥料的原料；
步骤三：配料
将步骤一得到的脱稻壳酒糟和步骤二得到的含单糖、双糖、低聚糖溶液作为碳源以及无机铵作为非蛋白的氮源及相适应的经驯化筛选的高渗菌液和添加剂按比例进行电脑混合配料；
步骤四：发酵
将步骤三配好的物料进行固体发酵处理，将单糖、双糖、低聚糖和非蛋白氮铵类为主、酒糟中有机氮为辅的混合氮源经微生物转化成菌体蛋白的饲料原料；
步骤五：脱水、包装
利用空气热泵将步骤五的饲料原料进行低温脱水后进行计量包装、产品入库。
在本发明的一个优选实施例中，步骤一中，所述酒糟为含稻壳白酒糟、含稻壳啤酒糟或含稻壳醋糟。
在本发明的一个优选实施例中，步骤一中，用空气热泵进行加压、释压同时向固定靶冲击的方法进行脱水时的空气热泵的压力控制在0.1MPa－0.8MPa，加压时间为10min－30min，释压到常压产生气溶胶，同时向固定靶进行冲击产生的冲击力，二次释放气溶胶形式负压脱水，往复加压、释压向固定靶冲击的次数以含水量达20％－50％，自然产生的压缩热使物料升温60℃－90℃。
在本发明的一个优选实施例中，步骤二中，所述化学催化水解采用空气热泵进行控制，所控制空气热泵的压力为1.0MPa－3.0MPa，压缩热产生的温度为100℃－200℃，水解时间为1h－6h。
在本发明的一个优选实施例中，步骤二中，所述催化剂为盐酸或有机酸，加量为饲料级工业标准浓度为准，为稻壳干基重量的2％－8％。
在本发明的一个优选实施例中，所述有机酸为醋酸、丙酸、丁酸、乳酸，中的一种或者任意两者以上的组合。
在本发明的一个优选实施例中，步骤三中，所述无机铵为液氨、氨水、碳酸氢铵、硫酸铵中的一种或任意两种以上的混合。
在本发明的一个优选实施例中，步骤三中，所述无机铵加量以N计为脱稻壳白酒糟质量的5％－15％。
在本发明的一个优选实施例中，步骤三中，所述相适应的经驯化筛选的高渗菌液为以5％－18％的铵盐溶液以不同浓度多次驯化筛选以适应利用有机蛋白氮为辅，非蛋白氮铵类为主的高渗微生物。
在本发明的一个优选实施例中，步骤三中，所述相适应的经驯化筛选的高渗菌液为以5％－18％的铵盐溶液以不同浓度多次驯化筛选以适应利用有机蛋白氮为辅，非蛋白氮铵类为主的曲霉菌中的黑曲霉、米曲霉、酵母菌的混合发酵高渗菌液。
在本发明的一个优选实施例中，步骤三中，所述添加剂用于调节混合电脑配料只合适的pH值。
在本发明的一个优选实施例中，步骤三中，所述添加剂为所述添加剂为微生物发酵必须的营养元素，具体为含钙、镁、锰的盐和生物素。
作为本发明第二方面的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的装置，包括加压释压冲击流脱水装置、筛分分离装置、第一空气热泵、化学催化水解装置、第二空气热泵、离心分离装置、脱稻壳酒糟槽、固体发酵装置、电脑混合配料装置、低温脱水装置、第三空气热泵、计量包装装置；所述加压释压冲击流脱水装置的进料口与酒糟槽的出料口相连，所述加压释压冲击流脱水装置的进气口与所述第一空气热泵的出气口相连；所述加压释压冲击流脱水装置的出料口与所述筛分分离装置的进料口相连；所述筛分分离装置的稻壳出口与所述化学催化水解装置的稻壳入口连接；所述筛分分离装置的脱稻壳酒糟出口与所述脱稻壳酒糟槽的进料口相连，所述化学催化水解装置的催化剂入口连接催化剂槽的出口，所述化学催化水解装置的出料口与所述离心分离装置的进料口对接，所述化学催化水解装置的空气入口与所述第二空气热泵的出气口相连；所述离心分离装置的液体出料口与所述电脑混合配料装置的单糖、双糖、低聚糖溶液进料口相连，所述电脑混合配料装置的添加剂进口与所述添加剂槽的出口连接，所述电脑混合配料装置的无机铵的氮源进口与无机铵的氮源槽的出口相连，所述电脑混合配料装置的经驯化筛选的高渗微生物菌液入口与经驯化筛选的高渗微生物菌液槽出口相连，所述电脑混合配料装置的出料口与所述固体发酵装置的进口相连，所述固体发酵装置的空气入口与所述第三空气热泵的第一出口相连；所述固体发酵装置的空气物料出口与所述低温脱水装置的进料口相连，所述低温脱水装置的空气入口与所述第三空气热泵的第二出口相连，所述低温脱水装置的出料口与所述计量包装装置的进料口相连。
由于采用了如下的技术方案，本发明的关键技术特点如下：
1.是酒糟中的稻壳经水解制成单糖、双糖、低聚糖做为微生物发酵的理想碳源。
2.是加入非蛋白氮铵类为主，白酒糟中有机氮为辅的经驯化筛选的耐高浓度铵发酵液的高渗微生物发酵将非蛋白氮转化成微生物菌体蛋白。
本发明的优越性在于：
1.不外加如麦麸的碳源，也不外加含蛋白氮的氮源如蚕蛹粉之类，降低发酵饲料原料成本。
2.占70％的稻壳分离后水解制单糖、双糖、低聚糖做为微生物发酵理想的碳源，大大降低粗纤维含量，保证发酵饲料原料产量和质量。
3.利用非蛋白氮铵类，代替蛋白氮降低发酵饲料原料成本。
4.利用经驯化筛选的高渗微生物混合菌的发酵进行微生物转化将非蛋白氮转化成菌体蛋白使发酵饲料原料的粗蛋白含量高达35％左右，高于传统发酵技术生产发酵蛋白饲料原料的粗蛋白的含量的25％－28％。
本发明是将稻壳分离出来进行优于蒸汽爆破处理的化学催化水解处理将稻壳中的纤维素、半纤维素直接水解成小分子单糖和双糖、低聚糖，直接做为微生物发酵的理想碳源。氮源是用非蛋白氮的无机铵类，采用能利用以无机氮为主，少量白酒糟中残留的有机氮即氨基酸氮、蛋白肽类为辅的发酵微生物如曲霉类、酵母类进行发酵，将廉价的无机氮转化成微生物菌体蛋白，结果使总的粗蛋白含量高达36％，而且生产成本不高，低于上述专利中的生产成本，粗蛋白含量比上述专利的都高，工艺流程比上述专利的简单。
附图说明
图1为本发明的利用酒糟生产发酵饲料原料的装置及方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。
参见图1，图中所示的利用酒糟生产发酵饲料原料的装置，包括加压释压冲击流脱水装置10、筛分分离装置20、第一空气热泵30、化学催化水解装置40、第二空气热泵170、离心分离装置50、脱稻壳酒糟槽60、固体发酵装置70、电脑混合配料装置80、低温脱水装置90、第三空气热泵100、计量包装装置110。
加压释压冲击流脱水装置10的进料口11与酒糟槽120的出料口121相连，加压释压冲击流脱水装置10的进气口12与第一空气热泵30的出气口31相连；加压释压冲击流脱水装置10的出料口13与筛分分离装置20的进料口21相连。
筛分分离装置20的稻壳出口22与化学催化水解装置40的稻壳入口41连接；筛分分离装置20的脱稻壳酒糟出口23与脱稻壳酒糟槽60的进料口61相连。
化学催化水解装置40的催化剂入口42连接催化剂槽130的出口131，化学催化水解装置40的出料口43与离心分离装置50的进料口51对接，化学催化水解装置40的进气口44与第二空气热泵170的出气口171相连。
离心分离装置50的液体出料口52与电脑混合配料装置80的单糖、双糖、低聚糖溶液进料口81相连，离心分离装置50的固体出料口53输出木质素和二氧化硅的渣。
电脑混合配料装置80的添加剂进口82与添加剂槽140的出口141连接，电脑混合配料装置80的无机铵的氮源进口83与无机铵的氮源槽150的出口151相连，电脑混合配料装置80的经驯化筛选的高渗微生物菌液入口84与经驯化筛选的高渗微生物菌液槽160的出口161相连，电脑混合配料装置80的脱稻壳酒糟85与脱稻壳酒糟槽60的出料口62相连，电脑混合配料装置80的出料口86与固体发酵装置70的进口71相连。
固体发酵装置70的空气入口72与第三空气热泵100的第一出口101相连；固体发酵装置70的空气物料出口74与低温脱水装置90的进料口91相连，低温脱水装置90的空气入口92与第三空气热泵100的第二出口102相连，低温脱水装置90的出料口93与计量包装装置110的进料口111相连。
本发明的酒糟为含稻壳白酒糟、含稻壳啤酒糟或含稻壳醋糟。下面以白酒糟为例来说明利用酒糟生产发酵饲料原料的方法。
利用白酒糟生产发酵饲料原料的方法，包括如下步骤：
步骤一：将含水量80％左右的白酒糟加入到加压释压冲击流脱水装置10中，用第一空气热泵30进行加压、释压到常压同时向固定靶冲击的方法二次产生气溶胶形式进行脱水，空气热泵的压力控制在0.4Mpa，加压时间为加压时间为10min，释压到常压产生气溶胶，同时向固定靶进行冲击产生的冲击力，二次释放气溶胶形式脱水，往复加压、释压向固定靶冲击的次数以含水量达40％为准，往复次数为3次。自然产生的压缩热使物料升温至60℃进行筛分，分出稻壳和其它白酒糟。
步骤二：分离出的稻壳送入化学催化水解装置40中，向化学催化水解装置40中加催化剂盐酸以标准浓度为37％为基准加量为稻壳干基重量的3％，配制浓度为10％的盐酸溶液，催化水解所控制第二空气热泵170的压力为0.9Mpa，压缩热产生的温度为160℃，水解时间为2h后进行离心分离出含单糖、双糖、低聚糖溶液做为微生物的碳源，不再外加碳源，离心分离的固相为未水解的木质素和二氧化硅做为生产有机肥的原料。
步骤三：将含单糖、双糖、低聚糖溶液的碳源和无机铵的氮源，加碳酸氢铵和硫酸铵1:1以N计为发酵料的5％，做为发酵料。多种微生物菌液除加氮源添加剂外，依次添加5％、10％、15％、18％的碳酸氢铵加硫酸铵1:1进行对菌种不同浓度的驯化筛选，制备高渗的微生物菌液，这已经是公开成熟技术。所述添加剂为所述添加剂为微生物发酵必须的营养元素，具体为含钙、镁、锰的盐和生物素，属于成熟的技术。
微生物菌种为能利用无机氮为主，有机氮为辅的耐高渗黑曲霉和耐高渗酵母菌，调解合适的PH4.5将驯化筛选制备的高渗菌液同单糖、双糖、低聚糖菌液和白酒糟固体料含N为5％计算的碳酸氢铵、硫酸铵1:1配料及添加剂按比例经电脑混合配料装置80电脑配料混合送入固体发酵装置70进行固体发酵。电脑配料比例和发酵技术为成熟已知公开技术。含水量控制在55％，进行固体发酵耐高渗微生物黑曲霉和酵母菌将碳源和非蛋白氮碳酸氢铵和硫酸铵，转化为菌体蛋白及剩余的非蛋白氮，符合标准要求，发酵控制条件已经是成熟公开技术，发酵完成后，利用空气热泵温度控制60℃进行干燥脱水到含水量≤13％即成发酵蛋白饲料原料，含粗蛋白高达36.2％。粗纤维为6.98％，粗灰分为12.96％。
Claims (10)
1.一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：酒糟处理
将酒糟用空气热泵进行加压、释压同时向固定靶冲击的方法进行脱水，然后筛分，分离出酒糟中的稻壳，得到脱稻壳酒糟；步骤一中，用空气热泵进行加压、释压同时向固定靶冲击的方法进行脱水时的空气热泵的压力控制在0.1MPa－0.8MPa，加压时间为10min－30min，释压到常压产生气溶胶，同时向固定靶进行冲击产生的冲击力，二次释放气溶胶形式负压脱水，往复加压、释压向固定靶冲击的次数使含水量达20％－50％，自然产生的压缩热使物料升温60℃－90℃；
步骤二：将步骤一得到的稻壳加催化剂进行化学催化水解处理后经离心分离，产生含单糖、双糖、低聚糖溶液做为微生物碳源，同时分离出木质素和二氧化硅的渣做有机肥料的原料；步骤二中，所述化学催化水解采用空气热泵进行控制，所控制空气热泵的压力为1.0MPa－3.0MPa，压缩热产生的温度为100℃－200℃，水解时间为1h－6h；
步骤三：配料
将步骤一得到的脱稻壳酒糟和步骤二得到的含单糖、双糖、低聚糖溶液作为碳源以及无机铵作为非蛋白的氮源及相适应的经驯化筛选的高渗菌液和添加剂按比例进行电脑混合配料；步骤三中，所述相适应的经驯化筛选的高渗菌液为以5％－18％的铵盐溶液以不同浓度多次驯化筛选以适应利用有机蛋白氮为辅，非蛋白氮铵类为主的高渗微生物；
步骤四：发酵
将步骤三配好的物料进行固体发酵处理，将单糖、双糖、低聚糖和非蛋白氮铵类为主、酒糟中有机氮为辅的混合氮源经微生物转化成菌体蛋白的饲料原料；
步骤五：脱水、包装
利用空气热泵将步骤五的饲料原料进行低温脱水后进行计量包装、产品入库。
2.如权利要求1所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，步骤一中，所述酒糟为含稻壳白酒糟、含稻壳啤酒糟或含稻壳醋糟。
3.如权利要求1所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，步骤二中，所述催化剂为盐酸或有机酸，加量为饲料级工业标准浓度为准，为稻壳干基重量的2％－8％。
4.如权利要求3所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，所述有机酸为醋酸、丙酸、丁酸、乳酸，中的一种或者任意两者以上的组合。
5.如权利要求1所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，步骤三中，所述无机铵为液氨、氨水、碳酸氢铵、硫酸铵中的一种或任意两种以上的混合。
6.如权利要求5所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，步骤三中，所述无机铵加量以N计为脱稻壳白酒糟质量的5％－15％。
7.如权利要求1所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，非蛋白氮铵类为主的高渗微生物为曲霉菌中的黑曲霉、米曲霉、酵母菌的混合发酵高渗菌液。
8.如权利要求1所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，步骤三中，所述添加剂用于调节混合电脑配料只合适的pH值。
9.如权利要求8所述的一种利用酒糟生产发酵饲料原料的方法，其特征在于，步骤三中，所述添加剂为微生物发酵必须的营养元素，具体为含钙、镁、锰的盐和生物素。
10.一种实现权利要求1至9任一项所述的利用酒糟生产发酵饲料原料的方法的装置包括加压释压冲击流脱水装置、筛分分离装置、第一空气热泵、化学催化水解装置、第二空气热泵、离心分离装置、脱稻壳酒糟槽、固体发酵装置、电脑混合配料装置、低温脱水装置、第三空气热泵、计量包装装置；所述加压释压冲击流脱水装置的进料口与酒糟槽的出料口相连，所述加压释压冲击流脱水装置的进气口与所述第一空气热泵的出气口相连；所述加压释压冲击流脱水装置的出料口与所述筛分分离装置的进料口相连；所述筛分分离装置的稻壳出口与所述化学催化水解装置的稻壳入口连接；所述筛分分离装置的脱稻壳酒糟出口与所述脱稻壳酒糟槽的进料口相连，所述化学催化水解装置的催化剂入口连接催化剂槽的出口，所述化学催化水解装置的出料口与所述离心分离装置的进料口对接，所述化学催化水解装置的空气入口与所述第二空气热泵的出气口相连；所述离心分离装置的液体出料口与所述电脑混合配料装置的单糖、双糖、低聚糖溶液进料口相连，所述电脑混合配料装置的添加剂进口与所述添加剂槽的出口连接，所述电脑混合配料装置的无机铵的氮源进口与无机铵的氮源槽的出口相连，所述电脑混合配料装置的经驯化筛选的高渗微生物菌液入口与经驯化筛选的高渗微生物菌液槽出口相连，所述电脑混合配料装置的出料口与所述固体发酵装置的进口相连，所述固体发酵装置的空气入口与所述第三空气热泵的第一出口相连；所述固体发酵装置的空气物料出口与所述低温脱水装置的进料口相连，所述低温脱水装置的空气入口与所述第三空气热泵的第二出口相连，所述低温脱水装置的出料口与所述计量包装装置的进料口相连。
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