一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法

2023-05-02 14:28:21

專利名稱：一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法
技術領域：
本發明涉及菊芋生產乙醇後的廢糟渣的回收利用，具體的說是一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法。
背景技術：
面對石油資源的日益減少，不斷加劇的能源危機和造成的環境汙染，世界各國都在尋求以可再生、清潔的能源替代化石能源。以生物質為原料發酵生產的燃料乙醇是一種可再生、清潔的能源。在我國，燃料乙醇主要由玉米生產，然而由於玉米乙醇以糧食為原料， 須佔用大量耕地，與國家糧食安全存在矛盾，我國已叫停糧食乙醇的開發，要求今後生物燃料的發展必須滿足不佔用耕地、不消耗糧食和不破壞生態環境為前提。在這方面，菊芋具有獨特的優勢一是菊芋抗逆性強，耐貧瘠，耐寒，耐旱，特別適合在沙漠、灘涂、鹽鹼荒地等非農業耕地種植，不與糧爭地；二是產量高，其塊莖幹物質畝產可達1.2噸以上，超過玉米生物量單產水平，與甘薯的產量相當；菊芋塊莖的菊粉含量很高，可佔乾重的80%左右，比甘蔗高出30% ；三是菊粉是由D-呋喃果糖經β -2，1-糖苷鍵聚合而成的一種果聚糖，呈直鏈結構，末端常含有一個葡萄糖基，易於轉化為可發酵的單糖， 不需液化，節省能耗。因此，菊芋作為一種新型的能源植物，由於其優異的經濟、環保和能源開發價值，日益受到廣泛的關注和重視。利用菊芋為原料，採用酒精酵母發酵生產乙醇後會獲得大量的廢棄液，即菊芋糟液。菊芋糟液中含有豐富營養物質，如蛋白質和糖，具有很高營養價值及開發價值，同時由於菊芋糟液屬於高濃度有機廢水，不經處理直接排放，不僅浪費了寶貴的資源，還會對生態環境造成嚴重的影響。目前，對澱粉質原料酒糟的綜合利用主要是直接把酒糟乾燥生產飼料，或是用來進行沼氣發酵和生產飼料酵母。由於菊芋糟液蛋白含量低，直接乾燥製成飼料營養價值偏低，而進行沼氣發酵所需的設備較複雜，建設投資高，且廢水中主要含有菊粉，產甲烷細菌不能利用菊粉，需先把菊粉分解成單糖才能進行沼氣發酵，增加了發酵環節，因此，我們針對菊芋原料燃料乙醇生產過程中產生的廢棄物主要是蒸餾乙醇後的高固含率廢水，含有大量纖維素和菊粉的特點，接入飼料酵母進行固態發酵生產蛋白飼料。

發明內容
為解決現有技術中廢糟渣和酒糟濾液回收利用中存在的問題，本發明提供了一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法，既解決了廢棄物處理及資源化利用的問題，又提高了菊芋糟液的飼料價值，且對環境保護具有十分重要的意義。本發明為解決上述技術問題採用的技術方案為一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法，將菊芋糟渣和麩皮按重量比為8. 5^9:1. 5^1的比例混合，再加入佔菊芋糟渣和麩皮混合後總重量1%的尿素和0. 5%的磷酸二氫鉀，配製成發酵基質，再按每IOOg發酵基質中加入上清濃縮液5mL、營養鹽液5mL和蒸餾水5mL的比例加入上清濃縮液、營養鹽液和蒸餾水，攪拌混勻，用濃度為0. lmol/L的氫氧化鈉溶液調節pH值至5. 5，放入高壓滅菌鍋內，在121°C條件下滅菌30min，製得固體發酵基質，冷卻後在固體發酵基質中接種混合菌液，接種的混合菌液的體積佔接種後培養液總體積的5%，滅菌玻璃棒拌勻後，在30°C恆溫條件下培養5d，培養結束後，80°C恆溫至乾燥，粉碎後製得菊芋糟渣蛋白飼料；
所述的菊芋糟渣和上清液濃縮液，其製備方法為取蒸餾提取乙醇後的糟液，在 4500r/min的條件下離心lOmin，獲得沉澱物即為菊芋糟渣；製備過程中獲得的上清液加熱濃縮，使其含糖量達到30%以上，即為上清液濃縮液；
所述的營養鹽液為常規方法配製，其成分為每升營養鹽液中含有MgSO4 · 7H2030g、 MnSO4 · H2O 0. 6g、FeSO4 · 7H20 0. 16g、ZnSO4 · 7H20 0. 5g 和 CaCl2 0. 7g，溶劑為蒸餾水；
所述的馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母組成的混合菌液，其組成成分的製備分別如下
所述的馬克斯克魯維酵母種子液的製備過程為馬克斯克魯維酵母經斜面培養基活化48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為 50mL/250mL三角瓶種子培養基中，在150r/min、30°C恆溫條件下振蕩培養72h，即製得馬克斯克魯維酵母種子液；
其中，斜面培養基為常規方法製得，其成分為每升斜面培養基中含有酵母浸膏5g、牛肉膏Sg、葡萄糖IOg和瓊脂20g，溶劑為蒸餾水，配製好的斜面培養基在使用前需在121°C的條件下滅菌20min ；
種子培養基為豆芽汁蔗糖液體培養基，其製作方法為稱新鮮豆芽100g，放入燒杯中， 加蒸餾水IOOOmL,煮沸0. 5h，用紗布過濾除去豆芽；將剩餘的液體用蒸餾水補足IOOOmL,再加入蔗糖50g，加熱溶化，在121°C條件下滅菌20min，即製得種子培養基；
所述的白地黴種子液的製備過程為白地黴經斜面培養基活化48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為SOmLASOmL三角瓶種子培養基中，在150r/min、3(TC恆溫的條件下振蕩培養72h，即製得白地黴種子液；
其中，斜面培養基為馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基，其製備步驟為取馬鈴薯洗淨去皮，再稱取200g，切成小塊，加水煮沸2(T30min，用八層紗布過濾除去馬鈴薯後，在過濾液中加入 20g葡萄糖和15 20g瓊脂，繼續加熱攪拌至瓊脂完全溶解，再補足蒸餾水至IOOOmL,然後在121°C條件下滅菌20min ；
種子培養基為馬鈴薯葡萄糖液體培養基，其製備步驟為取馬鈴薯洗淨去皮，再稱取200g，切成小塊，加水煮沸2(T30min，用八層紗布過濾除去馬鈴薯後，在過濾液中加入 20g葡萄糖，繼續加熱攪拌均勻，冷卻後再補足蒸餾水至IOOOmL,然後在121°C條件下滅菌 20min ；
所述的產朊假絲酵母種子液的製備過程為產朊假絲酵母經斜面培養基活化 48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為 50mL/250mL三角瓶種子培養基中，在150r/min、30°C恆溫的條件下振蕩培養72h ；
其中，斜面培養基由常規方法製得，其成分為每升斜面培養基中含有酵母浸膏5g、牛肉膏Sg、葡萄糖IOg和瓊脂20g，溶劑為蒸餾水，配製好的斜面培養基在使用前需在121°C的條件下滅菌20min ；
種子培養基為豆芽汁蔗糖液體培養基，其製作方法為稱新鮮豆芽100g，放入燒杯中，加蒸餾水IOOOmL,煮沸0. 5h，用紗布過濾除去豆芽，然後將剩餘的液體用蒸餾水補足 lOOOmL，再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121°C條件下滅菌20min，即製得種子培養基；
將按照上述方法製備的馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母種子液按照體積比為1:1:1混合製成混合菌液。本發明中，所述的馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母均為常規菌種，在各實驗室和微生物保藏中心均可取得。本發明中，所述的pH自然，即為配製結束後無需加入酸或鹼調整其pH值。有益效果
1、解決了菊芋原料燃料乙醇生產廢棄物處理及資源化利用的問題。菊芋原料燃料乙醇生產過程中產生的廢棄物主要是蒸餾乙醇後的高固含率廢水， 是一種高濃度有機廢水，不加處理會嚴重汙染環境，而對廢水進行固液分離，清液經濃縮後與濾渣和麩皮混合，添加適量尿素，接入按體積比1:1:1進行混合的馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母的混合菌種進行發酵生產蛋白飼料，即有效地解決了菊芋原料燃料乙醇生產廢棄物處理問題，又對廢水中有價值的纖維素和菊粉進行了再利用。2、降低了菊芋原料燃料乙醇生產的廢物排放，減輕了對環境的汙染。本發明提供的以菊芋糟液為原料，採用多菌種組合進行固態發酵生產蛋白飼料的方法能有效減少菊芋原料燃料乙醇生產過程中廢水的排放。廢水排放的減少則減輕了菊芋原料燃料乙醇產業的發展對環境造成的汙染。3、提高了菊芋糟液的飼料價值。我國是飼料蛋白嚴重缺乏的一個國家，長期依靠國外進口魚粉等蛋白飼料來滿足國內需要。菊芋糟液中含有蛋白質，但直接乾燥製成飼料營養價值偏低，然而經微生物發酵可將其轉化為單細胞蛋白飼料，提高菊芋糟液的營養價值。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述。實施例1
一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法，具體步驟如下 一)原材料的製取和菌種的培養
菊芋糟渣和上清液濃縮液的製備方法為取蒸餾提取乙醇後的糟液，在4500r/min的條件下離心lOmin，獲得沉澱物即為菊芋糟渣；製備過程中獲得的上清液加熱濃縮，使其含糖量達到30%以上，即為上清液濃縮液；
配製營養鹽液，其成分為=MgSO4 · 7H20 30g/L、MnSO4 .H2O 0. 6g/L、FeSO4 · 7H20 0. 16g/ L、ZnSO4 · 7H20 0. 5g/L 和 CaCl2 0. 7g/L ；
馬克斯克魯維酵母種子液的製備過程為取馬克斯克魯維酵母，經斜面培養基活化 48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為 50mL/250mL三角瓶種子培養基中，在150r/min、30°C恆溫條件下振蕩培養72h，即製得馬克斯克魯維酵母種子液；
其中，斜面培養基的成分為酵母浸膏5g/L、牛肉膏8g/L、葡萄糖10g/L和瓊脂20g/L， PH值自然，配製好的斜面培養基在121°C下滅菌20min ；種子培養基為豆芽汁蔗糖液體培養基，其製作方法為稱新鮮豆芽100g，放入燒杯中， 加蒸餾水IOOOmL,煮沸0. 5h，用紗布過濾；用蒸餾水水補足原量，再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121°C條件下滅菌20min，即製得種子培養基；
白地黴種子液的製備過程為取白地黴，經斜面培養基活化48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為SOmLASOmL三角瓶種子培養基中，在150r/min、3(TC恆溫的條件下振蕩培養72h，即製得白地黴種子液；
其中，斜面培養基為馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基，其製備步驟為取馬鈴薯洗淨去皮，再稱取200g，切成小塊，加水煮沸2(T30min，用八層紗布過濾後，在過濾液中加入20g葡萄糖和15 20g瓊脂，繼續加熱攪拌至瓊脂完全溶解，再補足水分至IOOOmL,然後在121°C條件下滅菌20min ；
種子培養基為馬鈴薯葡萄糖液體培養基，其製備步驟為取馬鈴薯洗淨去皮，再稱取 200g，切成小塊，加水煮沸2(T30min，用八層紗布過濾後，在過濾液中加入20g葡萄糖，繼續加熱攪拌均勻，冷卻後再補足水分至IOOOmL,然後在121°C條件下滅菌20min ；
產朊假絲酵母種子液的製備過程為取產朊假絲酵母，經斜面培養基活化48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為50mL/250mL三角瓶種子培養基中，在150r/min、3(TC恆溫的條件下振蕩培養72h，即製得產朊假絲酵母種子液；
其中，斜面培養基的成分為酵母浸膏5g/L、牛肉膏8g/L、葡萄糖10g/L和瓊脂20g/L， PH值自然，配製好的斜面培養基在121°C下滅菌20min;
種子培養基為豆芽汁蔗糖液體培養基，其製作方法為稱新鮮豆芽100g，放入燒杯中， 加蒸餾水IOOOmL,煮沸0. 5h，用紗布過濾；用蒸餾水水補足原量，再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121°C條件下滅菌20min，即製得種子培養基；
將按照上述方法製備的馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母種子液按照體積比為1:1:1混合製成混合菌液。二)發酵培養
將鮮糟渣和麩皮按重量比為9: 1的比例混合，再加入重量為1%的尿素、0. 5%的磷酸二氫鉀，再按每IOOg發酵基質中加入上清濃縮液5mL、營養鹽液5mL和蒸餾水5mL的比例加入上清濃縮液、營養鹽液和蒸餾水，攪拌混勻，再用0. lmol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調節pH 值至5. 5，放入高壓滅菌鍋內，在121°C條件下滅菌30min，冷卻後接種混合菌液，接種量5%， 滅菌玻璃棒拌勻後，在30°C恆溫條件下培養5d，培養結束後，80°C恆溫至乾燥，粉碎後製得菊芋糟渣蛋白飼料。取製得的菊芋糟渣蛋白飼料IOg粉碎後溶於蒸餾水中，送入離心機中，以5000r/ min的離心速度離心20min，將沉澱物在60°C的條件下烘乾，稱取2g採用凱氏定氮法測粗蛋
白含量。在發酵前，鮮糟渣和麩皮的粗蛋白含量(％，乾重)為15. 48%，發酵後製得的菊芋糟渣蛋白飼料的粗蛋白含量(％，乾重)為30. 83%，發酵後的粗蛋白含量相比發酵前增長了 99. 16% ο實施例2
一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法，具體步驟如下一)原材料的製取和菌種的培養
原材料的製取和菌種的培養與實施例1中相同；
二)發酵培養
將鮮糟渣和麩皮按重量比為8. 75 1. 25的比例混合，再加入重量為1%的尿素、0. 5%的磷酸二氫鉀，再按每IOOg發酵基質中加入上清濃縮液5mL、營養鹽液5mL和蒸餾水7. 5mL的比例加入上清濃縮液、營養鹽液和蒸餾水，攪拌混勻，再用0. lmol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調節PH值至5. 5，放入高壓滅菌鍋內，在121°C條件下滅菌30min，冷卻後接種混合菌液， 接種量5%，滅菌玻璃棒拌勻後，在30°C恆溫條件下培養5d，培養結束後，80°C恆溫至乾燥， 粉碎後製得菊芋糟渣蛋白飼料。取製得的菊芋糟渣蛋白飼料IOg粉碎後溶於蒸餾水中，送入離心機中，以5000r/ min的離心速度離心20min，將沉澱物在60°C的條件下烘乾，稱取2g採用凱氏定氮法測粗蛋
白含量。在發酵前，鮮糟渣和麩皮的粗蛋白含量(％，乾重)為16. %，發酵後製得的菊芋糟渣蛋白飼料的粗蛋白含量(％，乾重)為30.沈％，發酵後的粗蛋白含量相比發酵前增長了 86. 33%。實施例3
一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法，具體步驟如下
一)原材料的製取和菌種的培養
原材料的製取和菌種的培養與實施例1中相同；
二)發酵培養
將鮮糟渣和麩皮按重量比為8. 5:1. 5的比例混合，再加入重量為1%的尿素、0. 5%的磷酸二氫鉀，再按每IOOg發酵基質中加入上清濃縮液5mL、營養鹽液5mL和蒸餾水IOmL的比例加入上清濃縮液、營養鹽液和蒸餾水，攪拌混勻，再用0. lmol/L的鹽酸或氫氧化鈉溶液調節PH值至5. 5，放入高壓滅菌鍋內，在121°C條件下滅菌30min，冷卻後接種混合菌液，接種量5%，滅菌玻璃棒拌勻後，在30°C恆溫條件下培養5d，培養結束後，80°C恆溫至乾燥，粉碎後製得菊芋糟渣蛋白飼料。取製得的菊芋糟渣蛋白飼料IOg粉碎後溶於蒸餾水中，送入離心機中，以5000r/ min的離心速度離心20min，將沉澱物在60°C的條件下烘乾，稱取2g採用凱氏定氮法測粗蛋
白含量。在發酵前，鮮糟渣和麩皮的粗蛋白含量(％，乾重)為16. 91%，發酵後製得的菊芋糟渣蛋白飼料的粗蛋白含量(％，乾重)為29. 14%，發酵後的粗蛋白含量相比發酵前增長了 72. 32%o
權利要求
1. 一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法，其特徵在於將菊芋糟渣和麩皮按重量比為8. 5、1. 5^1的比例混合，再加入佔菊芋糟渣和麩皮混合後總重量1%的尿素和0. 5% 的磷酸二氫鉀，配製成發酵基質，再按每IOOg發酵基質中加入上清濃縮液5mL、營養鹽液 5mL和蒸餾水5mL的比例加入上清濃縮液、營養鹽液和蒸餾水，攪拌混勻，用濃度為0. Imol/ L的氫氧化鈉溶液調節pH值至5. 5，放入高壓滅菌鍋內，在121°C條件下滅菌30min，製得固態發酵基質，冷卻後在固態發酵基質中接種混合菌液，接種的混和菌液的體積佔接種後培養液總體積的5%，滅菌玻璃棒拌勻後，在30°C恆溫條件下培養5d，培養結束後，80°C恆溫至乾燥，粉碎後製得菊芋糟渣蛋白飼料；所述的菊芋糟渣和上清液濃縮液，其製備方法為取蒸餾提取乙醇後的糟液，在 4500r/min的條件下離心lOmin，獲得沉澱物即為菊芋糟渣；製備過程中獲得的上清液加熱濃縮，使其含糖量達到30%以上，即為上清液濃縮液；所述的營養鹽液為常規方法配製，其成分為每升營養鹽液中含有MgSO4 · 7H2030g、 MnSO4 · H2OO. 6g、FeSO4 · 7Η200· 16g、ZnSO4 · 7H20 0. 5g 和 CaCl2 0. 7g,溶劑為蒸餾水；所述的馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母組成的混合菌液，其組成成分的製備分別如下所述的馬克斯克魯維酵母種子液的製備過程為馬克斯克魯維酵母經斜面培養基活化48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為 50mL/250mL三角瓶種子培養基中，在150r/min、30°C恆溫條件下振蕩培養72h，即製得馬克斯克魯維酵母種子液；其中，斜面培養基為常規方法製得，其成分為每升斜面培養基中含有酵母浸膏5g、牛肉膏Sg、葡萄糖IOg和瓊脂20g，溶劑為蒸餾水，配製好的斜面培養基在使用前需在121°C的條件下滅菌20min ；種子培養基為豆芽汁蔗糖液體培養基，其製作方法為稱新鮮豆芽100g，放入燒杯中， 加蒸餾水IOOOmL,煮沸0. 5h，用紗布過濾除去豆芽；將剩餘的液體用蒸餾水補足IOOOmL,再加入蔗糖50g，煮沸溶化，在121°C條件下滅菌20min，即製得種子培養基；所述的白地黴種子液的製備過程為白地黴經斜面培養基活化48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為SOmLASOmL三角瓶種子培養基中，在150r/min、3(TC恆溫的條件下振蕩培養72h，即製得白地黴種子液；其中，斜面培養基為馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基，其製備步驟為取馬鈴薯洗淨去皮，再稱取200g，切成小塊，加水煮沸2(T30min，用八層紗布過濾除去馬鈴薯後，在過濾液中加入 20g葡萄糖和15 20g瓊脂，繼續加熱攪拌至瓊脂完全溶解，補足蒸餾水至IOOOmL,然後在 121°C條件下滅菌20min ；種子培養基為馬鈴薯葡萄糖液體培養基，其製備步驟為取馬鈴薯洗淨去皮，再稱取200g，切成小塊，加水煮沸2(T30min，用八層紗布過濾除去馬鈴薯後，在過濾液中加入 20g葡萄糖，繼續加熱攪拌均勻，冷卻後再補足蒸餾水至IOOOmL,然後在121°C條件下滅菌 20min ；所述的產朊假絲酵母種子液的製備過程為產朊假絲酵母經斜面培養基活化 48 72h，無菌操作條件下，用金屬接種環挑取1 2環菌種接種於已滅菌的裝液量為 50mL/250mL三角瓶種子培養基中，在150r/min、30°C恆溫的條件下振蕩培養72h，即製得產朊假絲酵母種子液。
2.其中，斜面培養基由常規方法製得，其成分為每升斜面培養基中含有酵母浸膏5g、 牛肉膏8g、葡萄糖IOg和瓊脂20g，溶劑為蒸餾水，配製好的斜面培養基在使用前需在121°C 的條件下滅菌20min ；種子培養基為豆芽汁蔗糖液體培養基，其製作方法為稱新鮮豆芽100g，放入燒杯中，加蒸餾水IOOOmL,煮沸0. 5h，用紗布過濾除去豆芽，然後將剩餘的液體用蒸餾水補足 lOOOmL，再加入蔗糖50g，加熱溶化，在121°C條件下滅菌20min，即製得種子培養基；將按照上述方法製備的馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母的種子液按照體積比為1:1:1混合製成混合菌液。
全文摘要
一種利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料的方法，用離心機將酒精酵母發酵菊芋生產乙醇蒸餾後的糟液固液分離，獲得糟渣，然後將離心所得清液通過加熱濃縮使其總糖含量達到30%以上；將糟渣、清液濃縮液和麩皮混和，添加尿素、接入馬克斯克魯維酵母、白地黴和產朊假絲酵母的混合菌種，30℃培養5d，培養結束後，80℃恆溫至乾燥，粉碎製得菊芋糟液蛋白飼料。本發明利用菊芋糟渣發酵生產蛋白飼料，解決了菊芋原料燃料乙醇生產廢棄物處理及資源化利用的問題，降低了菊芋原料燃料乙醇生產的廢物排放，減輕了對環境的汙染，提高了菊芋糟液的飼料價值。
文檔編號A23K1/06GK102511650SQ20111040334
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者尤曉巖, 張勇法, 李淨淨, 汪倫記, 糾敏 申請人:河南科技大學