蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法

摘要

本发明公开了一种蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法，将淀粉类生物质原料装入汽爆机进行爆破；收集爆破后物料，控制温度，加入麸皮，调整含水量和pH值，加入中温淀粉酶和糖化酶对其进行固态糖化；将活化的粘性丝孢酵母菌种接种培养成粘性丝孢酵母种子液，再将该粘性丝孢酵母种子液按一定接种量接种入糖化后的固态物料中进行固态发酵；将发酵产物干燥、粉碎，即可得到饲料产品。本发明综合考虑生物学和物理学处理方法，对淀粉类原料先爆破处理和糖化，再加入粘性丝孢酵母进行固体发酵，采用较低的成本生产出了高质量的富含脂肪酸的饲料原料，为畜牧养殖业的发展提供了一种更经济有效的能量饲料原料生产方法。

说明书

技术领域

本发明涉及生物饲料生产技术领域，尤其是涉及一种蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法。

背景技术

人们最初在动物日粮中添加油脂的目的是提供高浓度能量，满足动物快速生长过程中对能量的需求。随着动物营养研究的深入和油脂在饲料中的广泛使用，人们发现了油脂更多的使用价值，比如必需脂肪酸（亚油酸和a-亚麻酸）是动物快速增长饲料中必需添加的，它可以促进脂溶性色素和微量元素等营养成分的吸收；可以带来愉悦的油香味增加适口性；增加水产饲料在水中的稳定性；降低饲料加工过程中粉尘的产生及饲料制粒的能耗。目前畜禽饲料中使用的油脂多为动物性和植物性油脂，由于我国是众所周知的饲料生产和使用大国，饲料配方中的植物油脂和动物油脂应用导致人类食用的植物油价格上涨，其价格波动带动饲料、农产品及其副产品价格的变化，增加了畜牧养殖业的风险。因此在开发新的油脂资源已经成为目前急待解决的问题。

微生物油脂（Microbial oils）又称单细胞油脂，是由藻类、真菌类等微生物利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂为碳源，在菌体内转化为油脂储存。目前微生物油脂正在得到广泛的研究和应用，它有植物油脂和动物油脂不可比拟的优势：①微生物油脂是可再生资源；②微生物油脂比大豆油、棕榈油和葵花籽油等营养价值更高；③可利用淀粉质类低成本原料进行生产；④含有植物和动物不能或少量合成的脂肪酸，如亚油酸、亚麻酸等。

蒸汽爆破预处理是近年来发展起来的一种最有前景的原料预处理技术，其原理通过爆破装置，利用饱和水蒸气将原料加热至一定的压力，使蒸汽在压力作用下渗入物料组织结构内部，形成强大的压缩气体能并在短时间内爆破释放，从而从分子水平打破物料大分子晶格结构，对物料的物理结构和化学组成具有很强的重构作用，便于后续处理及应用。

发明内容

本发明提供一种蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法，目的在于通过两种方法联合起来对淀粉类生物质进行处理以得到价格低廉且富含脂肪、脂肪酸的动物饲料原料。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法包含下述步骤：

第一步，将含水量为10～15%的淀粉类生物质原料装入汽爆机，密封后通入160～215℃的饱和蒸汽，待压力达到0.4～1.0MPa后维持0.5～5min，在0.00875s内打开所述汽爆机的气动阀门进行爆破；

第二步，收集爆破后物料，控制物料温度在50～60℃，按重量比加入40～50%的麸皮，调整含水量为40～50%，同时用Ca(OH)₂调整pH值 6.0～7.5，加入中温淀粉酶和糖化酶对其进行固态糖化后备用；

第三步，将活化的粘性丝孢酵母菌种接种培养成粘性丝孢酵母种子液，再将该粘性丝孢酵母种子液按10%接种量接种入第二步糖化后的固态物料中进行固态发酵；

第四步，将发酵产物干燥、粉碎，即可得到富含脂肪酸饲料原料产品。

所述淀粉类生物质原料为玉米、小麦和高粱中的一种或几种。

所述第二步中加入的中温淀粉酶的用量为50～80U/g，所述糖化酶的用量为210～250U/g；所述固态糖化时间为8～12h。

所述第三步中的固态发酵条件为：发酵温度28～30℃，发酵初始pH为5.0～6.5，发酵周期为4～8d。

所述第三步中粘性丝孢酵母种子液的培养过程为：斜面挑取粘性丝孢酵母菌种接种入培养瓶，培养得到一级种子液；然后再在种子液培养基中经过二级培养扩增，得到粘性丝孢酵母二级种子液；所述种子液培养基组成为：葡萄糖15 g/L、(NH₄)₂SO₄ 2.5 g/L、酵母膏l g/L、蛋白胨7 g/L、KH₂PO₄ 7 g/L、Na₂HPO₄ 2 g/L、MgSO₄·7H₂ O 2 g/L，pH 6.0。

本发明综合考虑生物学和物理学处理方法，对玉米、小麦和高粱等淀粉类原料先进行爆破处理和糖化后，再加入粘性丝孢酵母进行固体发酵，采用较低的成本生产出了高质量的富含脂肪酸的饲料原料，同时减少了废水排放和有害物质的生成，为畜牧养殖业的发展提供了一种更经济有效的能量饲料原料生产方法。

本发明首先采用蒸汽爆破设备，利用爆缸内强大的压缩气体能，将淀粉类生物质原料爆破成浆状，并完成熟化过程，大大缩短了后续的糖化时间，提高了淀粉向糖类物质的转化率。在完成汽爆工艺后，本发明又利用粘性丝孢酵母对糖化后的蒸汽爆破物料进行固态发酵，酵母利用糖化后的糖分及其他淀粉类成分产生油脂，经测算，得到的成品中油脂含量达到8.6%～12.8%，脂肪酸含量达到6.5%～9.5%，提供了一条开发新的油脂资源的途径。

注：粘性丝孢酵母（Trichosporon mucoides）菌种购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号CICC32858。

具体实施方式

下面通过具体实施例来详细的阐述本发明的制备方法。

本发明中使用的粘性丝孢酵母种子液，通过以下方法制备：将活化的粘性丝孢酵母斜面挑取适量菌种，接入盛有25 mL种子液培养基的250 mL三角瓶中，转速150 r/min，28℃振荡培养22 h，获得一级种子液。然后再经过2级扩增培养，即可得到粘性丝孢酵母二级种子液；二级种子的培养条件如下：培养基仍为种子液培养基，培养温度28～30℃，培养周期为22 ～24h，接种量为10%。其中所用的种子液培养基组成为：葡萄糖15 g/L、(NH₄)₂SO₄ 2.5 g/L、酵母膏l g/L、蛋白胨7 g/L、KH₂PO₄ 7 g/L、Na₂HPO₄ 2 g/L、MgSO₄·7H₂ O 2 g/L，pH 6.0。

实施例1

本发明所述的蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法，其具体步骤如下：

a. 将水分含量12wt%的小麦除尘后备用；

b. 将小麦原料送入汽爆机，封闭后通入185℃饱和蒸汽，当汽爆机爆缸内压力达到0.5MPa后，维持1min，在0.00875s内打开汽爆机的气动阀门进行爆破；

c. 收集爆破后的物料，待物料温度降至50℃时，按重量比加入50%的麸皮，调整含水量为45%，同时用Ca(OH)₂调整pH为6.0，然后分别按50 U/g原料和210U/g原料的量加入中温淀粉酶和糖化酶，搅拌均匀后固态糖化12h；

d. 将糖化后的物料用Ca(OH)₂调整pH值至5.8，接入培养好的粘性丝孢酵母种子液，接种量10%，30℃发酵6d；

e. 将发酵后的物料经过烘干和粉碎过筛制得富含脂肪酸的饲料原料。

经测试，所得饲料原料产品中脂肪含量达到8.6%，脂肪酸含量达到6.5%。

实施例2

本发明所述的蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法，具体步骤是：

a. 将玉米自然晾干后除尘，测得水分含量11.2 wt%后备用；

b. 将玉米原料送入汽爆机，封闭后通入185℃饱和蒸汽，当汽爆机爆缸内压力达到0.5 MPa后，维持4min，在0.00875s内打开汽爆机的气动阀门进行爆破；

c. 收集爆破后物料，待物料温度降至60℃后，按重量比加入50%的麸皮，调整含水量为42%，同时用Ca(OH)₂调整pH为6. 5，分别按80U/g原料和250U/g原料的量加入中温淀粉酶和糖化酶，搅拌均匀后，固态糖化8 h；

d. 将糖化后的物料用Ca(OH)₂调整pH值至5.8，接入粘性丝孢酵母种子液，接种量10%，28℃发酵6d；

e. 将发酵后的物料经过烘干和粉碎过筛制得富含脂肪酸的饲料原料。

经测试，所得饲料原料产品中脂肪含量达到10.2%，脂肪酸含量达到8.16%。

实施例3

本发明所述的蒸汽爆破联合固态发酵制备富含脂肪酸饲料原料的方法，具体步骤是：

a. 将高粱自然晾干后除尘，测得水分含量为11.0 wt%时备用；

b.将高粱原料装入汽爆机，封闭后通入温度为215℃的饱和蒸汽，待汽爆机爆缸内压力达到1.0MPa后维持4min，在0.00875s内打开汽爆机的气动阀门进行蒸汽爆破；

c. 收集爆破后物料，待温度降至50℃后，按重量比加入40%的麸皮，调整含水量为41%，同时用Ca(OH)₂调整pH为6. 5，然后分别按75 U/g原料和220 U/g原料的量加入中温淀粉酶和糖化酶，搅拌均匀后，固态糖化10 h；

d. 将糖化后的物料用Ca(OH)₂调整pH值至5.5，接入粘性丝孢酵母种子液，接种量10%，30℃发酵6d。

e. 将发酵后的物料经过烘干和粉碎过筛制得富含脂肪酸的饲料原料。

经测试，所得饲料原料产品中脂肪含量达到9.6%，脂肪酸含量达到7.7%。

以上实施例中的汽爆机可以采用鹤壁正道生物能源公司生产的汽爆试验设备，所用中温淀粉酶和糖化酶均为市售产品。