一种利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质清洁化生产甲壳素的工艺

摘要

本发明公开了一种利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质清洁化生产甲壳素的工艺，为：向虾蟹加工废弃物中加入富含糖质的培养基，拌料混匀，接种微生态菌剂进行固态密闭发酵，发酵结束后固液分离生物质，得料渣和料液；向料液加入固体基料，混合，干燥，形成微生态饲料添加剂；料渣采用现有的酸碱法生产甲壳素。本发明利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质，一方面能够切实减少后续甲壳素生产过程的酸碱用量，形成工艺路线简单、生产成本低、适于工业化生产的甲壳素清洁化生产工艺，另一方面，还能够变废为宝，开发具有多种营养价值的第三代微生态饲料添加剂。

说明书

技术领域

本发明涉及甲壳素生产技术，尤其涉及一种利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质清洁化生产甲壳素的工艺。 

背景技术

甲壳素是一种天然高分子聚合多糖，广泛存在于真菌类、藻类的细胞壁，虾、蟹、昆虫等节肢动物的外壳，以及高等植物的细胞壁中，是仅次于纤维素的第二大生物质资源。甲壳素及其脱乙酰衍生物壳聚糖具有天然无毒、生物相容性好、可生物降解等优良特性，在食品、医药、化工、材料等领域均已得到广泛应用。 

目前获得甲壳素的主要途径是以虾头虾壳、蟹或蟹壳等水产加工废弃物为原料，依次通过碱浸脱除蛋白质、酸浸去除矿物质等多个步骤。该生产工艺方法简单，实用性强，但过程中产生大量的酸碱废水，且未对原料中残存的有机质进行有效利用，资源浪费的同时也给下游废水处理增加了压力，从而造成严重的环境污染。因此，如何减少废水使用量及排放量，实现废弃物的资源化利用，是甲壳素生产过程中的首要问题，也是实现甲壳素清洁化生产的关键所在。 

目前针对甲壳素的生产过程，已发展出多种清洁生产工艺，并取得较好的应用效果，代表性的技术主要如下：一是优化酸碱处理流程，减少酸碱使用量和废水生成量。如中国专利CN 100347197采用回收套用酸浸液与碱浸液、结合生化与物化方法处理废水等手段，减少废物排放量。显然，这些方法不彻底，仅减少了酸碱的使用，而大量的生物质仍然进入到废水中。二是利用物理方法进行生物质回收，并将回收的蛋白、脂肪制备成动物饲料。如中国专利CN 1865291在虾蟹下脚料进行化学处理之前增加一步物理挤压和水洗环节，通过去除蛋白、减少直接进行化学处理物料量的方法来降低酸碱的使用量。然而，相对一部分的蛋白是与甲壳紧密集合在一起，因而单纯的机械法并不能完全实现生物质的回收。三是利用生物酶技术进行生物质的回收，并通过多种酶的联合应用，可以较大程度实现虾蟹壳中生物质的回收，同时回收到的蛋白、多肽可以制备成为营养价值更高的饲料添加剂。中国专利ZL200510038285.9报道了这种技术，该发明利用复合酶水解虾加工下脚料回收富含虾青素的蛋白质，酸碱用量分别减少了20%和60%左右。但由于生物酶价格高、用量大，而且生产过程需联合使用多种酶制剂，酶解过程也需要专门化的设备，回收生物质必须浓缩、干燥等辅助过程，其投入的生产设备、生产成本较高，客观上限制了该技术的广泛应用。 

随着甲壳素行业清洁生产技术的迫切性，出现了一些新型生物技术的应用，具有代表性的是微生物处理技术的发展。通过微生物的生长和代谢，对甲壳中生物质进行分解、转化，减少后道工序的酸碱处理量，或者利用特定微生物提取功能活性物质，如中国专利ZL200710159248.2使用邻单胞杆菌先从虾壳中提取虾青素和蛋白，之后再制备粗品甲壳素。周湘池等采用乳杆菌BR-3进行甲壳素的清洁生产，当接种量为10%、葡萄糖浓度为4.5%、固液比为1:3、发酵温度为(35±2)℃、发酵时间为3-4d时，平均灰分去除率达95.67%（周湘池等，2008）。虽然在接种微生物、接种量、培养基配比、发酵方式等方面存在需要很大改进的地方，但仍然不失为一种有益的尝试。综上所述，尽管目前在甲壳素清洁生产技术领域，从降低酸碱用量、回收利用废弃资源角度提出了一些新工艺、新方法，但总体上还存在着资源利用程度不足，回收成本过高、过程经济性不足等问题，离真正实现甲壳素的清洁化生产尚有一段距离。 

微生态菌剂是一种活性很强的有益微生物菌群，具有快速繁殖、发酵、除臭、杀虫、和杀菌等多种功能，有利于形成稳定的良性菌群生态，目前在生物有机肥料的制备（CN102531801）、微生物饲料添加剂等方面都有良好的应用。 

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质清洁化生产甲壳素的工艺，以废弃虾蟹加工废弃物为原料，利用微生态菌剂进行固态发酵，过程中不产生有害气体，不孳生蚊蝇与病原菌，无异味，发酵后物料经压榨、水洗、混合等工艺，形成微生态饲料。处理后的虾蟹壳用于生产甲壳素，从而形成一条甲壳素清洁生产的工艺。 

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质清洁化生产甲壳素的工艺：向虾蟹加工废弃物中加入富含糖质的培养基，拌料混匀，接种微生态菌剂进行固态密闭发酵，发酵结束后固液分离生物质，得料渣和料液；向料液加入固体基料，混合，干燥，形成微生态饲料添加剂；料渣采用现有的酸碱法生产甲壳素。

所述利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质清洁化生产甲壳素的工艺，具体步骤如下： 

（1）拌料与接种

虾蟹废弃物加入质量比为1：0.2~1的培养基，混合，接种微生态菌剂，使接种后物料中微生物的含量不低于106个/g；在培养基中，含有质量百分数2.0~10%的糖质成分；

（2）固态发酵

采用发酵罐或者发酵池进行固态密闭发酵，控温发酵时温度为15~50℃，发酵时间3-7d；

（3）生物质回收

发酵结束后，采用机械分离方式回收生物质，得料液和料渣，在料渣加入0.5～2.0倍体积的水洗涤，再次挤压，合并料液；

（4）微生态饲料添加剂制备

在料液加入0.5～2.0倍质量的固体基料，使水分含量低于40%，混合，干燥使终产品水分低于12%；固体基料选自玉米淀粉、麦麸和豆粕；

（5）料渣脱蛋白、脱矿物质制备甲壳素

按照公知的酸碱法，将分离后的料渣用于甲壳素生产，即可。

所述的微生态菌剂为EM菌剂。 

利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质清洁化生产甲壳素的工艺所制备的微生态饲料添加剂。 

所述的微生态饲料添加剂在牲畜养殖中的应用。 

所述的微生态饲料添加剂在水产养殖中的应用。 

本发明从提高资源综合利用效率、降低回收成本、开发新型产品的角度，采用复合微生态菌剂对虾废弃物中的生物质进行转化和回收。本发明提供的生产工艺，能够在不影响甲壳素品质的基础上，大幅度降低酸碱使用量，还能够生产微生态饲料添加剂，其技术过程经济，容易实现产业化，综合效益显著。 

有益效果：与现有技术方案相比，本发明所具有的创新点在于： 

（1）采用复合微生态菌剂进行生物法处理，既不同于生物酶需要外源添加到足够的比例并控制适宜的温度和较长的时间，也不同于单一的乳酸菌需要优化的培养基和较为严格的纯种发酵，而是集成了多菌种协同发酵和高效转化的优势，且微生态菌剂已有商品化供应，在成本和效率上具有更大优势。

（2）采用固态发酵方式进行生物质转化，对生产场所、生产设备要求低，硬件投资少，发酵时间短。更为重要的是，固态发酵减少了水的使用量，无论是后续的生物质回收，还是废水处理的成本都大幅度降低了，这是酶法处理和液体发酵方式所不具有的节水和减排优点。 

（3）开发了富含蛋白、多肽和活性微生物的微生态饲料添加剂。通过微生态菌剂的处理，使甲壳中生物质大部分得到降解，并容易回收，回收产物中不仅含有蛋白、脂肪，还含有蛋白的降解产物多肽，更为重要的是，发酵过程使功能微生物得到大量增殖。 

综上，本发明利用微生态菌剂固态发酵转化虾蟹废弃生物质，一方面能够切实减少后续甲壳素生产过程的酸碱用量，形成工艺路线简单、生产成本低、适于工业化生产的甲壳素清洁化生产工艺，另一方面，还能够变废为宝，开发具有多种营养价值的第三代微生态饲料添加剂。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。 

实施例1 

向100Kg虾蟹废弃物中加入30Kg含工业葡萄糖3.0%的培养基，混合均匀；取EM菌液（市售）稀释200倍后喷洒在基质中，接种量0.3%，之后在发酵罐中密闭固态发酵，发酵温度35℃，发酵6d。发酵结束后对发酵物进行挤压回收生物质，一次压榨后的料渣中加入0.5倍体积的水再次压榨，合并料液。向料液中加入麦麸与玉米淀粉搅拌混合，混合组分的含水量为20%，进一步晾干得到微生态饲料添加剂，水分含量为5.0%。料渣经酸碱浸泡除杂生产甲壳素，共得到9.7Kg甲壳素样品。

实施例2 

向100Kg虾蟹废弃物中加入60Kg含淀粉9.0%的培养基，混合均匀后接种购买的EM菌剂，市售EM菌液稀释100倍后喷洒在基质中，接种量0.8%，活菌个数为8.9×10⁶个/g。之后在发酵池中密闭固态发酵，自然温度发酵，发酵4d。发酵结束后对发酵物进行挤压回收生物质，一次压榨后的料渣中加入等体积的水再次压榨，合并料液。向料液中加入玉米淀粉与豆粕粉搅拌混合，混合组分的含水量为27%，进一步晾干得到微生态饲料添加剂，水分含量为7.0%。料渣经酸碱浸泡除杂生产甲壳素，共得到10.6Kg甲壳素样品。

实施例3 

向100Kg虾蟹废弃物中加入100Kg含麦芽糊精7.0%的培养基，混合均匀后接种购买的EM菌剂，市售EM菌液稀释400倍后喷洒在基质中，接种量1.5%，活菌个数为1.7×10⁸个/g。之后在发酵池中密闭固态发酵，自然温度发酵，发酵3d。发酵结束后对发酵物进行挤压回收生物质，一次压榨后的料渣中加入两倍体积的水再次压榨，合并料液。向料液中加入麦麸与豆粕粉搅拌混合，混合组分的含水量为36%，进一步晾干得到微生态饲料添加剂，水分含量为10.0%。料渣经酸碱浸泡除杂生产甲壳素，共得到11.4Kg甲壳素样品。

实施例4 

微生态饲料添加剂在养猪行业的应用。实验分对照组与试验组，每组15只猪，实验时间60d，期间，对照组只喂食基础饲料（由玉米粉、麦麸、豆粕粉等组成），试验组喂食的饲料在基础饲料中添加10%的微生态饲料添加剂。结果显示，对照组平均日增重564g，试验组平均日增重651g，提高了15.4%，说明微生态饲料添加剂能有效提高增重；此外，试验组无生病记录，而对照组有5头患有轻微腹泻，可见，微生态饲料添加剂可增强家畜对疾病抵御的能力。

实施例5 

微生态饲料添加剂在鲫鱼养殖行业的应用。实验分为对照组与试验组，每组100尾鲫鱼，实验时间30d。期间，对照组只喂食基础饲料（由鱼粉、面粉、豆粕粉、玉米蛋白粉、菜粕等组成），实试验组喂食的饲料在基础饲料中添加0.6%的EM菌剂，EM菌剂稀释200倍喷洒于基础饲料表面，即时喂养。结果显示，试验组鲫鱼平均增重率比对照组高56.2%，成活率提高10.3%，说明微生态饲料添加剂中含有优良的蛋白质、氨基酸，营养价值高，同时可以改善机体内部的微生态环境，促进鱼类的摄食、消化和吸收，从而具备较高的抵抗力和较快的生长能力。