一种利用制糖剩余物制备反刍动物用饲料的方法和应用

摘要

本发明提供了一种利用制糖剩余物制备反刍动物用饲料的方法和应用，属于饲料加工技术领域，本发明以甘蔗渣、甘蔗尾叶、甘蔗糖蜜等制糖副产物和菠萝渣为主要原料，采用连续式蒸汽爆破和高压脉冲电场破壁及多酶发酵法制备反刍动物用饲料，本发明的特点在于农业副产物的有效利用，减少污染、制备方法简单、低成本，容易实现产业化；制备的饲料营养价值高，产品气味芳香，适口性大为改善；本发明的反刍动物用饲料相比于传统的甘蔗渣饲料，能够减少家畜对粮食和牧草的消耗，同时调节青绿饲料的余缺，是促进草食牲畜发展的重要措施。

说明书

技术领域

本发明涉及饲料加工技术领域，尤其涉及一种利用制糖剩余物制备反刍动物用饲料的方法和应用。

背景技术

近年来，我国对牛肉和羊肉等反刍动物的需求量日益增多，导致反刍动物饲料需求量巨大，而栽培牧草的成本大于畜产品的收益，从而使畜牧产业化进展缓慢。而我国南方的甘蔗渣/尾叶、糖蜜是甘蔗糖厂的副产物，我国是第三大产糖国，年产甘蔗渣3000万吨左右，蔗稍约2000万吨。目前90％蔗渣用作锅炉燃料，少量用作造纸原料，蔗稍/叶在蔗田里燃烧，造成CO

甘蔗渣和甘蔗稍的粗纤维含量达30～50％，蛋白质2～9％，无机灰分在6％以上，甘蔗渣和甘蔗尾叶蓄积了充足的能量；甘蔗糖蜜中含有30％多的糖分，多种风味成分，其中的多酚类物质还有一定的抑菌特性和抗炎性；甘蔗渣和甘蔗尾叶、糖蜜具有量大而集中和价格低的特点，用来饲喂牛、羊等反刍家畜，是理想的优质饲料源。

目前以甘蔗渣为原料制备饲料的方法主要是甘蔗渣青贮或将甘蔗渣进行碱化或铡切粉碎等简单预处理，再与含淀粉与蛋白的配料混合，但是上述方法制备的饲料消化性和适口性都较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用制糖剩余物制备反刍动物用饲料的方法和应用，本发明的方法制备得到的反刍动物用饲料消化性和适口性好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种利用制糖剩余物制备反刍动物用饲料的方法，包括以下步骤：

1)调节甘蔗渣和甘蔗尾叶的含水量至70wt％～86wt％进行连续式蒸汽爆破，得到爆破产物；所述连续式蒸汽爆破的温度为180～200℃，压力为1.0～10Mpa；

2)对所述爆破产物进行高压脉冲电场处理，得到裂解产物；所述高压脉冲处理的条件包括：1～5kV/cm脉冲电场，30～50个脉冲数，脉冲放电电压为0～20kV，脉冲宽度为40～100μs；

3)将所述裂解产物和甘蔗糖蜜混合，得到混合物，将所述混合物、半纤维素酶和果胶酶混合，进行酶解，得到酶解产物；

4)将绿色木霉和产朊假丝酵母添加到菠萝渣中，进行发酵，得到发酵物；

5)将所述步骤3)得到的酶解产物和所述步骤4)得到的发酵物混合、干燥，得到含水量为13wt％～17wt％的反刍动物用饲料；

所述步骤1)～3)和步骤4)之间没有时间顺序限制。

优选的，所述步骤1)中甘蔗渣和甘蔗尾叶的质量比为(40～60)：(30～40)；

所述步骤3)中，所述裂解产物用甘蔗渣和甘蔗糖蜜的质量比为(40～60)：(15～25)；

所述步骤5)中，所述酶解产物用甘蔗渣和菠萝渣的质量比为(40～60)：(10～30)。

优选的，所述甘蔗渣的含水量为45wt％～55wt％。

优选的，所述甘蔗糖蜜的固形物含量为65wt％～83wt％。

优选的，所述菠萝渣的含水量为60wt％～80wt％。

优选的，所述半纤维素酶和果胶酶的总质量和裂解产物的质量比为(0.01～0.1)：100；所述半纤维素酶的酶活为0.5×10

优选的，所述绿色木霉和产朊假丝酵母的总有效活菌数为1×10

优选的，所述步骤4)中，发酵的温度为25～35℃；所述发酵的时间为4～6d。

本发明还提供了上述方案所述方法制备得到的反刍动物用饲料。

本发明还提供了上述方案所述反刍动物用饲料在反刍动物养殖中的应用。

本发明提供了一种利用制糖剩余物制备反刍动物用饲料的方法，本发明以甘蔗渣、甘蔗尾叶、甘蔗糖蜜等制糖副产物和菠萝渣为主要原料，采用连续式蒸汽爆破和高压脉冲电场破壁及多酶发酵制备反刍动物用饲料。本发明通过连续式蒸汽爆破能够在高温下使木质素发生转化，打开木质素对纤维素的包裹，能增加纤维的可消化性。本发明通过高压脉冲电场处理，利用穿孔效应处理高纤维类物质能提高其蓬松度。在本发明中，所述半纤维素酶和果胶酶的耦合酶解体系在降解大分子木质素的同时保留小分子纤维素提高整体蓬松感，从而从细胞中释放并实现纤维素的富集，提高甘蔗渣的营养价值。本发明将绿色木霉和产朊假丝酵母添加到菠萝渣中，进行发酵，经过发酵，发酵物的粗蛋白含量提高，产品气味芳香，适口性大为改善，作为动物养殖的饲料原料，使菠萝渣得到充分利用，能够解决因菠萝罐头厂废弃的菠萝渣腐烂而造成环境污染的问题。本发明的特点在于农业副产物的有效利用，减少污染、制做方法简单、低成本，容易实现产业化；制备的饲料营养价值更高，产品气味芳香，适口性大为改善；本发明的反刍动物用饲料相比于传统的甘蔗渣饲料，能够减少家畜对粮食和牧草的消耗，同时调节青绿饲料的余缺，是促进草食牲畜发展的重要措施。

附图说明

图1为未经过处理过的甘蔗渣电子显微镜600X下原始状态；

图2为甘蔗渣经过双螺杆经双螺杆挤压模拟蒸汽连续闪爆后电子显微镜600X下状态，甘蔗渣呈蓬松状；

图3为未经处理过的甘蔗渣横截面在电子显微镜6000X下原始状态；图4为甘蔗渣横截面经过双螺杆经双螺杆挤压模拟蒸汽连续闪爆后电子显微镜6000X下状态，甘蔗渣横截面孔径增长3X以上；

图5为未经处理过为未经过处理过的甘蔗渣电子显微镜1000X下原始状态；

图6为甘蔗渣经过高压脉冲电场处理后电子显微镜1000X下状态，甘蔗渣经处理后表面出现大小均匀且排列均匀的孔径。

具体实施方式

本发明提供了一种利用制糖剩余物制备反刍动物用饲料的方法，包括以下步骤：

1)调节甘蔗渣和甘蔗尾叶的含水量至70wt％～86wt％进行连续式蒸汽爆破，得到爆破产物；所述连续式蒸汽爆破的温度为180～200℃，压力为1.0～10Mpa；

2)对所述爆破产物进行高压脉冲电场处理，得到裂解产物；所述高压脉冲处理的条件包括：1～5kV/cm脉冲电场，30～50个脉冲数，脉冲放电电压为0～20kV，脉冲宽度为40～100μs；

3)将所述裂解产物和甘蔗糖蜜混合，得到混合物，将所述混合物、半纤维素酶和果胶酶混合，进行酶解，得到酶解产物；

4)将绿色木霉和产朊假丝酵母添加到菠萝渣中，进行发酵，得到发酵物；

5)将所述步骤3)得到的酶解产物和所述步骤4)得到的发酵物混合、干燥，得到含水量为13wt％～17wt％的反刍动物用饲料；

所述步骤1)～3)和步骤4)之间没有时间顺序限制。

本发明调节甘蔗渣和甘蔗尾叶的含水量至70wt％～86wt％进行连续式蒸汽爆破，得到爆破产物；所述连续式蒸汽爆破的温度为180～200℃，压力为1.0～10Mpa，处理速率优选为2min/kg。在本发明中，所述甘蔗渣优选为甘蔗提糖后的新鲜蔗渣，所述甘蔗渣的含水量优选为45wt％～55wt％，更优选为50wt％；所述甘蔗尾叶优选为收获蔗茎后的蔗稍；本发明对所述甘蔗尾叶的含水量没有特殊要求。在本发明中，所述甘蔗渣和甘蔗尾叶的质量比优选为(40～60)：(30～40)，更优选为50：35。在本发明中，所述连续式蒸汽爆破的温度优选为190℃，压力优选为2～5Mpa。

在本发明中，进行连续式蒸汽爆破的装置优选为螺杆式蒸汽爆破机；本发明的螺杆式蒸汽爆破机优选为LTE-16(瑞典)螺杆式蒸汽爆破机。螺杆式蒸汽爆破机能够对温度、压力、反应时间等工艺进行控制，适应性更强，可实现高性能长植物纤维的制备。本发明通过连续式蒸汽爆破能够在高温下使木质素发生转化，打开木质素对纤维素的包裹，增加纤维的可消化性。

得到爆破产物后，本发明对所述爆破产物进行高压脉冲电场处理，得到裂解产物；所述高压脉冲处理的条件包括：1～5kV/cm脉冲电场，30～50个脉冲数，脉冲放电电压为0～20kV，脉冲宽度为40～100μs。在本发明中，所述高压脉冲处理的条件优选的包括：2～3kV/cm脉冲电场，40个脉冲数，脉冲放电电压为5～10kV，脉冲宽度为50～80μs。在本发明中，所述高压脉冲处理使用的设备优选为高压脉冲电场提取仪。

在本发明中，在爆破产物进行高压脉冲处理前，优选的还包括对所述爆破产物进行粉碎，得到粉碎物；所述粉碎物的粒径以能够通过30目筛为准。本发明通过高压脉冲电场处理，利用穿孔效应处理高纤维类物质能提高其蓬松度。

得到裂解产物后，本发明将所述裂解产物和甘蔗糖蜜混合，得到混合物，将所述混合物、半纤维素酶和果胶酶混合，进行酶解，得到酶解产物。在本发明中，所述甘蔗渣和甘蔗糖蜜的质量比优选为(40～60)：(15～25)，更优选为50：20。

在本发明中，所述甘蔗糖蜜优选为甘蔗提糖后的末段糖蜜；所述甘蔗糖蜜的固形物含量优选为65wt％～83wt％，更优选为70wt％～80wt％。在本发明中，添加甘蔗糖蜜可提高反刍动物用饲料中粗蛋白、和可溶性糖的含量，降低粗纤维的含量，提高消化率，改善饲料气味芳香和适口性。

在本发明中，所述半纤维素酶和果胶酶的总质量和裂解产物的质量的比例优选为(0.01～0.1)：100，更优选为0.05：100；所述半纤维素酶和果胶酶的酶活分别优选为1.5×10

本发明将绿色木霉和产朊假丝酵母添加到菠萝渣中，进行发酵，得到发酵物。在本发明中，所述菠萝渣优选为菠萝加工厂的副产物；所述菠萝加工厂的副产物优选的包括菠萝外皮、两端、果眼和压榨提汁后的果肉中的一种或几种；所述菠萝渣的含水量优选为60wt％～80wt％，更优选为70wt％。在本发明中，所述菠萝渣优选经过粉碎、过40目筛处理，进行发酵的原料优选为为菠萝渣颗粒。在本发明中，所述甘蔗渣和菠萝渣的质量比优选为(40～60)：(15～30)，进一步优选为50：(20～25)。在本发明中，所述绿色木霉和产朊假丝酵的总有效活菌数优选为1×10

在本发明中，所述发酵的温度优选为25～35℃，进一步优选为30℃；所述发酵的时间优选为4～6d，进一步优选为5d。在本发明中，所述发酵的体系中优选的还包括麸皮、硫酸铵、尿素和水。经过发酵，发酵物的粗蛋白含量提高，产品气味芳香，适口性大为改善，可作为动物养殖的饲料原料，使菠萝渣得到充分利用，能够解决因菠萝罐头厂废弃的菠萝渣腐烂而造成环境污染的问题。

得到酶解产物和发酵物后，本发明将所述酶解产物和发酵物混合、干燥，得到含水量为13wt％～17wt％的反刍动物用饲料。在本发明中，所述反刍动物用饲料的含水量优选为15wt％。在本发明中，所述干燥的方式优选为利用热风式滚筒干燥机对所述酶解产物和发酵物混合后的物料进行干燥，进风温度优选为80～100℃，更优选为90℃，末端出风温度优选为40～48℃，更优选为45℃。

将发酵料和酶解产物中得到的反刍动物饲料能够防止动物腹泻、提高饲料转化率、促进动物增重与消化吸收。

本发明还提供了上述方案所述方法制备得到的反刍动物用饲料。

本发明还提供了上述方案所述反刍动物用饲料在反刍动物养殖中的应用。在本发明中，所述反刍动物优选的包括牛。

在本发明中，所述反刍动物用饲料在用于反刍动物养殖时，将所述反刍动物用饲料和饲料添加剂混合后，饲喂反刍动物；所述饲料添加剂优选的选自氨基酸、微生物、酶制剂、抗氧化剂、防腐剂、防霉剂、酸度调节剂、着色剂、稳定剂和调味剂中的一种或几种。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

1、将甘蔗糖厂压榨提糖后的蔗渣和蔗田里收集的蔗稍/叶按3:1的质量比经铡切机切短，再均匀的喷入干净水进行润化，保持水分含量在70wt％左右，利用双螺杆挤压模拟蒸汽爆破机在180℃，10Mpa下对切碎润湿的甘蔗渣和尾叶进行连续式蒸汽爆破，得到爆破产物；

图1为未经过处理过的甘蔗渣电子显微镜600X下原始状态；图2为甘蔗渣经过双螺杆挤压模拟蒸汽连续闪爆后电子显微镜600X下状态，可见甘蔗渣呈蓬松状；图3为未经处理过的甘蔗渣横截面在电子显微镜6000X下原始状态；图4为甘蔗渣横截面经过双螺杆经双螺杆挤压模拟蒸汽连续闪爆后电子显微镜6000X下状态，可见甘蔗渣横截面孔径膨胀3X以上。

由图1对比图2(600X)、图3对比图4(6000X)可以看出，经双螺杆挤压模拟蒸汽连续闪爆后的蔗渣，其孔径膨化变大，可达未经处理物料的3X以上，可使糖蜜负载率提高80％以上。

2、将所述爆破产物在2kV/cm，30个脉冲数，放电电压为10kV，脉冲宽度为50μs的条件下进行高压脉冲电场处理得到裂解产物；

图5为未经处理过为未经过处理过的甘蔗渣电子显微镜1000X下原始状态；图6为甘蔗渣经过高压脉冲电场处理后电子显微镜1000X下状态，可见甘蔗渣经处理后表面出现大小均匀且排列均匀的孔径。由图5和图6(1000X)对比可以看出，经脉冲电场处理后遮渣表面出现微穿孔，可使糖蜜在物料中流速提高2.5倍，有利于糖蜜渗透及流动。

3、向上述裂解产物中加入占总物料量20wt％的甘蔗糖蜜充分搅拌混合均匀，再加入裂解产物质量的0.01％～0.1％、酶活为1.5×10

4)采用体积比为1：1的绿色木霉和产朊假丝酵母对10wt％总物料量的菠萝渣进行发酵，二者加入量与菠萝渣质量比(V：M)为0.01ml：5g，用活力单位表述，混合菌数量为1×10

5)将所述酶解产物和发酵物混合均匀后在滚筒式热风干燥机进行干燥，进风温度为80℃，末端出风温度为40℃，经过干燥，得到含水量为14.5wt％的饲料。

实施例2

1、将甘蔗糖厂的蔗渣和收集的蔗稍按3:1.5的质量比经粉碎机粉碎成1～3cm碎渣，加入自来水进行润湿，保持水分含量在73wt％左右，利用双螺杆挤压模拟蒸汽爆破机在190℃，8Mpa下对粉碎润湿的甘蔗渣和尾叶进行连续式蒸汽爆破，得到爆破产物；

2、将所述爆破产物在3kV/cm，35个脉冲数，放电电压为15kV，脉冲宽度为60μs的条件下进行高压脉冲电场处理得到裂解产物；

3、向上述裂解产物中加入占总物料量18wt％的糖蜜充分搅拌混合均匀，再加入裂解产物质量的0.01％～0.1％、酶活为1.5×10

4)采用体积比为1：1的绿色木霉和产朊假丝酵母对13wt％总物料量的菠萝渣进行发酵，二者加入量与菠萝渣质量比(V：M)为0.01ml：5g，用活力单位表述，混合菌数量为1×10

5)将所述酶解产物和发酵物混合均匀后在滚筒式热风干燥机进行干燥，进风温度为90℃，末端出风温度为45℃，经过干燥，得到含水量为13wt％的饲料。

实施例3

1、将甘蔗糖厂的蔗渣和收集的蔗稍按3:2的质量比比经粉碎机粉碎成0.5～1cm的碎渣，向粉碎物喷淋清水使其润涨，保持水分含量在80wt％左右，利用双螺杆挤压模拟蒸汽爆破机在200℃，6Mpa下对粉碎润涨的甘蔗渣和尾叶进行蒸汽爆破，得到爆破产物；

2、将爆破产物在4kV/cm，45个脉冲数，放电电压为18kV，脉冲宽度为65μs的条件下进行高压脉冲电场处理得到裂解产物；

3、向上述裂解产物中加入占总物料量13wt％的糖蜜充分搅拌混合均匀，再加入裂解产物质量的0.01％～0.1％、酶活为1.4×10

4)采用体积比为1：1的绿色木霉和产朊假丝酵母对13wt％总物料量的菠萝渣进行发酵，二者加入量与菠萝渣质量比(V：M)为0.01ml：5g，用活力单位表述，混合菌数量为1×10

5)将所述酶解产物和发酵物混合均匀后在滚筒式热风干燥机进行干燥，进风温度为100℃，末端出风温度为48℃，经过干燥，得到含水量为12wt％的饲料。

效果例

通过以使用普通甘蔗渣饲料的奶牛日粮作为对照，普通甘蔗渣饲料系采用提取糖分后的甘蔗渣为原料，经滚筒式热风干燥制得。

以使用本发明实施例1制备的添加了反刍动物用饲料的奶牛日粮作为试验样品，观察给予这两种甘蔗渣饲料(分别记为“试验组”和“对照组”)对泌乳期奶牛产奶的影响。

试验组与对照组均为20头同样年龄的健康奶牛，两组奶牛均采取栓系饲养、传统精粗分饲饲喂的喂养方式，且其它饲养条件完全一致。

试验开始后，向对照组各奶牛的日粮中始终添加3kg普通甘蔗渣饲料；而对于试验组奶牛的日粮，第1天向日粮中添加2kg普通甘蔗渣饲料以及1kg本发明实施例1制备的甘蔗渣饲料，之后每隔2天将0.5kg的普通甘蔗渣饲料替换为本发明实施例1制备的甘蔗渣饲料，至第10～30天，用3kg本发明实施例1制备的甘蔗渣饲料完全替代普通甘蔗渣饲料，添加至日粮中。

试验结果参见表1，由表1的结果可以看出，本发明实施例1制备的添加了菠萝蛋白酶和甘蔗糖蜜的甘蔗渣饲料可显著提高奶牛的乳脂肪率，并且该饲料的饲喂量与牛奶乳脂肪率的提高呈现同步效应。在第10天以后，试验组奶牛的乳脂肪率比对照组奶牛的乳脂肪率平均高出9％。这表明本发明实施例1制备的添加了菠萝蛋白酶和甘蔗糖蜜的甘蔗渣饲料提高了瘤胃微生物的增殖速度，明显改善了奶牛对粗饲料的降解效果。

此外，本发明实施例1制备的反刍动物用饲料亦能明显提高牛奶的乳蛋白含及乳糖量。在第10天以后，试验组奶牛的平均乳蛋白率相比于试验初始平均值提高8.5％，乳糖含量提高25％，而对照组奶牛的平均乳蛋白率仅比试验初始平均值提高1.5％，并且试验组奶牛的乳蛋白率比对照组高出2.1％。

表1普通甘蔗渣饲料和本发明反刍动物用饲料的使用效果

同时，按照相同的试验方案，将本发明实施例2制备的添加了菠萝渣和甘蔗糖蜜的甘蔗渣/蔗叶饲料给予处于相同年龄的健康奶牛，在奶牛的乳脂肪率和乳蛋白率方面取得了基本等同；由于菠萝渣所发酵产生的菠萝蛋白存在，菠萝蛋白酶能够改变白细胞迁移和激活，在细胞粘附和激活中，菠萝蛋白酶改变了细胞表面分子的白细胞表达，还通过降低中性粒细胞向炎症位点的迁移，从而施加抗炎作用减少炎症反应的刺激。试验组中(1个月内)奶牛乳腺炎发病率为0％，对照组奶牛乳腺炎发病率为10％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。