废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法

摘要

本发明涉及一种汽爆废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法，属于蔬菜废弃物资源化利用技术领域。汽爆废弃蔬菜秧或藤蔓生产蛋白饲料的步骤为：将废弃蔬菜藤杆进行除杂破碎后，进行汽爆预处理，酶解处理后物料中加入微生物菌及辅料进行固态发酵，发酵产物经干燥、破碎后即可得到蛋白饲料原料产品。该蛋白饲料的生产方法，原料适用范围广，对干新鲜程度无特殊要求，生产周期短、成本低，能源消耗少，过程清洁环保，灭菌彻底，物料利用效率高。通过蔬菜废弃物的循环利用，变废为宝，解决其带来的环境污染、资源浪费和占压土地等问题，实现废弃物减量化、资源化利用目标。

说明书

技术领域

本发明属于蔬菜废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种利用废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法。

背景技术

蔬菜废弃物产生量逐年攀升，大规模无法利用的废弃蔬菜造成严重的资源浪费和环境污染问题，还会占用土地，影响交通和生产生活环境。如处理不当（如污染防治措施不到位、肥料腐熟不彻底），则会产生二次污染，滋生蚊蝇和病虫害，带来不良环境卫生问题和蔬菜种植区病虫害大面积传播的潜在风险。因此，废弃蔬菜治理及资源化利用已成为亟需解决的难题。

蛋白饲料短缺已成为畜牧业发展的重要瓶颈问题，蔬菜废弃物因其产量大、品种多、来源广，原料易得，成本低廉，成为畜牧业蛋白质来源的重要途径，其资源化利用对应对环境和资源危机具有重要意义。

CN1262050A提供了一种植物秸秆菌类蛋白饲料，是将粉碎的植物秸秆和根、茎、叶、壳为原料，加入菌种，使菌种与清洁水溶合均匀，再加到原料中，装入容器内进行培养，当料温上升至45℃时，发出苹果香味，即可饲喂畜禽。

上述方法存在以下缺陷：

（1）上述方法没有进行灭菌处理，在发酵过程中容易引入杂菌，降低饲料质量；

（2）预处理仅是简单的粉碎，导致后期发酵周期长，发酵不充分，不利于大规模生产；

（3）未经过酶解，产出的蛋白质饲料蛋白含量低，且不利于动物食用和消化吸收。

因此，需要针对上述的缺陷进行改进，发明一种以废弃蔬菜秧或藤蔓为原料的发酵周期短、发酵充分且蛋白含量高的蛋白饲料的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法，以解决上述背景技术提出的问题，本发明中，原料来源广泛、低廉易得，利用要求低，生产过程清洁，周期短，产品得率及附加值高，有利于实现蔬菜废弃物减量化、资源化利用这一目标，同时还能变废为宝，产生巨大的经济效益。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法，包括如下步骤：

S1：将废弃蔬菜秧或藤蔓除杂、破碎后，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽和压缩空气进行汽爆处理。汽爆处理有三重作用，一是粉碎破壁物料，破坏植物致密结构，使其多孔性增加，提高酶可及性，促进微生物生长；二是水热降解物料纤维素、半纤维素和蛋白质等结构成分，促进低聚糖和短链活性肽等物质释放；三是灭菌，汽爆的高温高压处理除去杂菌；

S2：在经汽爆处理后的物料中加入辅料，混合，再加入微生物菌剂发酵处理，经固态发酵生产蛋白饲料。

或者是，S1：将废弃蔬菜秧或藤蔓除杂、破碎后，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽和压缩空气进行汽爆处理；

S2：在经汽爆处理后的物料中加入酶制剂进行酶解；

S3：酶解后的物料经收集后与辅料混合，再加入微生物菌剂发酵处理，经固态发酵生产蛋白饲料。

优选的，S1中，废弃蔬菜秧或藤蔓选自苦瓜、黄瓜、冬瓜中的任一种收获后拔秧产生的干、鲜废弃藤杆中的至少一种；

除杂步骤为：去除废弃蔬菜秧或藤蔓中的非藤杆类物质；

将废弃蔬菜秧或藤蔓除杂、破碎后，置于汽爆罐中先后通入饱和蒸汽和压缩空气进行低温维持高压瞬时爆破预处理。

优选的，S1中，废弃蔬菜秧或藤蔓的含水率不作调整或调整至30～70%。

优选的，S1中，低温维持高压瞬时爆破汽爆预处理是将物料置于汽爆反应罐中，165℃~191℃下通入饱和水蒸汽维持压力0.7~1.3 MPa，反应时间3~15 min后，通入压缩空气继续升压至1.3~2.0 MPa，随即迅速泄压将物料爆出。

优选的，S2中，酶制剂包括纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶、蛋白酶。

优选的，酶制剂中，纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶和蛋白酶的总重量占物料总重的0.001～0.1%，纤维素酶、木聚糖酶、蛋白酶和淀粉酶的重量比为4～6：0.8～1.3：0.9～1.1：0.3~0.6。

优选的，S3中，辅料选自米糠、麸皮、玉米粉中的至少一种；以及蔗糖、红糖中的至少一种；以及尿素、磷酸二氢钾、硫酸铵、硫酸镁中的至少一种，汽爆处理后物料与辅料质量比为8~9：1~2。

优选的，S3中，微生物菌剂为酿酒酵母。

优选的，S3中，发酵条件为：发酵温度25~35℃，发酵2~3天。

优选的，固态发酵生产蛋白饲料的步骤为：

S1：将废弃蔬菜秧或藤蔓除杂、破碎后，新鲜的废弃蔬菜秧或藤蔓不做处理，干枯的或含水率较低的废弃蔬菜秧或藤蔓调整其含水率至30~70%，置于汽爆罐中通入饱和水蒸汽维持压力0.7~1.3 MPa，反应时间3~15 min后，通入压缩空气继续升压至1.3~2.0 MPa，随即迅速泄压将物料爆出；；

S2：在经蒸汽爆破处理后的物料中加入由酶制剂进行酶解；复合酶制剂占蒸汽爆破物料总重量的0.001～0.1%；

S3：收集经过S2中酶处理后的物料，再与辅料按质量比8~9:2~1混合，调整含水率至30%~70%，加入占混合物料质量0.5%~20%的酿酒酵母菌，置于培养箱中，在25~35℃下发酵2~3天后，取出物料烘干破碎，获得蛋白饲料产品。

与现有技术相比，本发明的优势和积极效果是：

（1）本发明采用的原料来源广，易于取得，对原料含水状况没有特殊要求，一般情况下无需特殊调整，为保障处理效果，仅需对过干物料进水复水处理，有利于简化生产工艺、节约生产成本、提高生产效率。

（2）针对生产高质量蛋白饲料，本发明在处理物料的过程中可以加入酶制剂进行酶解，使生产的蛋白饲料蛋白含量和营养物质进一步提高，且更有利于畜禽消化吸收；此外对于大型生产，不进行酶解的工艺更简单，成本更低，制备周期更短（2~3天），可以满足高生产效率的需要。

（3）本发明原料经汽爆预处理后，灭菌彻底，且有利于加快物料中物质溶出和发酵过程，过程快速、清洁、高效，通过废弃藤杆的循环利用，减少废弃物带来的环境污染和资源浪费及不良环境卫生问题，有利于加快实现蔬菜产业废弃物的减量化、资源化利用的目标。所得产品为以蔬菜废弃物为原料来源的富含蛋白饲料，减少了畜牧业生产对环境和资源的压力，实现了蔬菜产业和畜牧业的产业资源梯级利用，环境、经济效益明显。

附图说明

图1为酿酒酵母发酵苦瓜秧不同时间下制得蛋白饲料中蛋白含量；

图2为酿酒酵母发酵苦瓜秧不同酶解条件下制得蛋白饲料中蛋白含量；

图3为不同微生物菌剂发酵汽爆苦瓜秧蛋白饲料中粗蛋白含含量；

图4为汽爆前后苦瓜秧蛋白饲料中粗蛋白和粗纤维含量。

具体实施方式

对本发明实施例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。

酶制剂与酿酒酵母均为市售产品。

实施例1

为了证明本发明汽爆和发酵处理的有效性，以下为不进行汽爆的空白对照组试验和不同汽爆处理条件发酵前后的效果组试验：

废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法，步骤如下：

S1：将新鲜苦瓜秧除杂、破碎后，不调整物料含水率，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽维持一定压力5min后，通入压缩空气继续升压，随即迅速泄压将物料爆出；

S2：在经汽爆处理后的物料中按质量比90：10的比例加入辅料，调整含水率至60%，加入占混合物料质量10%的酿酒酵母菌，置于培养箱中，在30℃下发酵2、3、4、5天后，取出物料、50℃下烘干破碎，获得蛋白饲料产品。

经检测，不同发酵时间下苦瓜秧蛋白饲料中蛋白含量数据如图1所示。

注：汽爆条件为维压1 MPa、5min，泄压1.5 MPa。

在未汽爆，不发酵的情况下，苦瓜秧中蛋白含量仅为13.0%。汽爆后，粗蛋白含量有所提高，发酵后，汽爆苦瓜秧饲料中蛋白含量进一步提高，达到蛋白饲料标准要求，说明本发明汽爆和发酵处理的有效性。以本发明的方法进行汽爆和发酵，生产周期较短，仅需2~3天发酵物料中蛋白含量基本稳定。

实施例2

为了证明本发明酶解处理的有效性，以下为不进行酶解的空白对照组试验和不同酶解处理条件的效果组试验：

废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法，步骤如下：

S1：将新鲜苦瓜秧除杂、破碎后，自然晒干，干燥物料含水率至70%，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽，至1.0 MPa，维持该压力5min后，通入压缩空气继续升压至1.5 MPa，随即迅速泄压将物料爆出；

S2：在经汽爆处理后的物料中加入酶制剂进行酶解处理；

S3：收集经过S2中酶处理后的物料，再与辅料按质量比85：15混合，调整含水率至60%，加入占混合物料质量10%的酿酒酵母菌，置于培养箱中，在32℃下发酵3天后，取出物料烘干破碎，获得蛋白饲料产品。

经过酿酒酵母发酵处理后，不同酶解条件下苦瓜秧蛋白饲料中蛋白含量数据如图2所示。

注：复合酶质量比为纤维素酶：木聚糖酶：蛋白酶：淀粉酶=5: 1: 1: 0.5；酶解条件1：复合酶添加量0.01%；

酶解条件2：复合酶添加量0.05%。

由附图可知，汽爆物料经酶处理后粗蛋白含量进一步提高，说明本发明中酶解处理的有效性。

实施例3

为了进一步证明本发明发酵处理的有效性，以下为添加不同微生物菌剂的对比组试验：

废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法，步骤如下：

S1：将新鲜苦瓜秧除杂、破碎后，自然晒干，干燥物料含水率至30%，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽，至1.0 MPa，维持该压力5min后，通入压缩空气继续升压至1.5 MPa，随即迅速泄压将物料爆出；

S2：将物料中按质量比9:1的比例加入辅料，不加入或者分别加入占混合物料质量10%的酿酒酵母菌、产肟酵母菌、根霉和绿色木霉，置于培养箱中，在30℃下发酵5天后，取出物料、50℃下烘干破碎，获得蛋白饲料产品。

从附图3中可以看出，发酵汽爆苦瓜秧蛋白饲料中粗蛋白含量的效果：酿酒酵母＞产肟酵母菌＞根霉＞绿色木霉。

实施例4

为了进一步证明本发明发酵处理的有效性，以下为不进行汽爆发酵的对照组试验和添加其他微生物菌剂的对比组试验：

废弃蔬菜秧或藤蔓资源化利用生产蛋白饲料的方法，步骤如下：

S1：将新鲜苦瓜秧除杂、破碎后，自然晒干，干燥物料含水率至50%，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽，至1.0 MPa，维持该压力5min后，通入压缩空气继续升压至1.5 MPa，随即迅速泄压将物料爆出；

S2：将物料中按质量比80:20的比例加入辅料玉米粉，不汽爆或者汽爆后加入占混合物料质量10%的产肟假丝酵母、酿酒酵母，置于培养箱中，在30℃下发酵7天后，取出物料、50℃下烘干破碎，获得蛋白饲料产品。

从图4中可以看出，汽爆后苦瓜秧发酵蛋白质含量提高、粗纤维含量降低，说明本发明选取汽爆及酿酒酵母的有效性；并且，发酵饲料中粗纤维含量下降，有利于提高饲料消化性。

实施例5

为了进一步证明纤维素酶酶解处理的有效性，以下为不进行酶解对照组试验和纤维素酶酶解的对比组试验：

不进行酶解对照组试验按实施例1的方法进行。

纤维素酶酶解的对比组试验：

S1：将新鲜苦瓜秧除杂、破碎后，自然晒干，干燥物料含水率至50%，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽，至1.0 MPa，维持该压力5min后，通入压缩空气继续升压至1.5 MPa，随即迅速泄压将物料爆出；

S2：在经汽爆处理后的物料中加入0.05%的纤维素酶酶制剂进行酶解处理；

S3：在经酶解后的物料中按质量比80:13的比例加入辅料，调整含水率至60%，加入占混合物料质量1%的酿酒酵母，置于培养箱中，在35℃下发酵的第2、3、4、5天，分别取出物料、50℃下烘干破碎，获得蛋白饲料产品，测定其蛋白质含量，结果表明进行纤维素酶酶解的饲料相比不酶解的，蛋白含量显著提高。

实施例6

为了进一步证明木聚糖酶酶解处理的有效性，以下为不进行酶解对照组试验和木聚糖酶酶解的对比组试验：

不进行酶解对照组试验按实施例1的方法进行。

木聚糖酶酶解的对比组试验：

S1：将新鲜苦瓜秧除杂、破碎后，自然晒干，干燥物料含水率至50%，置于汽爆罐中通入饱和蒸汽，至1.0 MPa，维持该压力5min后，通入压缩空气继续升压至1.5 MPa，随即迅速泄压将物料爆出；

S2：在经汽爆处理后的物料中加入0.05%的木聚糖酶酶制剂进行酶解处理；

S3：在经酶解后的物料中按质量比80:13的比例加入辅料玉米粉，调整含水率至60%，加入占混合物料质量1%的酿酒酵母，置于培养箱中，在35℃下发酵的第2、3、4、5天，分别取出物料、50℃下烘干破碎，获得蛋白饲料产品，测定其蛋白质含量，结果表明进行木聚糖酶酶解的饲料相比不酶解的，蛋白含量有所提高。

实施例7

一种废弃蔬菜秧（藤蔓）生产蛋白饲料的方法，步骤如下：

（1）将拔秧后干、鲜混合废弃苦瓜蔬菜秧去杂破碎后，投入汽爆罐，通入饱和蒸汽，1.0MPa维压5min，通入压缩空气继续升压至1.5 MPa，随即迅速泄压将物料爆出进行蒸汽爆破处理；

（2）45℃下，加入占蒸汽爆破后物料质量0.05%的复合酶制剂进行酶解，复合酶制剂由纤维素酶、淀粉酶、木聚糖酶、蛋白酶组成，复合酶质量比为纤维素酶：木聚糖酶：蛋白酶：淀粉酶=5: 1: 1: 0.5；

（3）酶解后按蒸汽爆破后物料与玉米粉质量比85:15加入玉米粉，将混合后的物料作为底物，添加占底物10%质量比例的市售产肟假丝酵母，然后再在上述底物中添加蔗糖2%、尿素1.0%、硫酸铵1.5%、硫酸镁0.5%、磷酸二氢钾0.5%（以上的比例为重量比），调整含水率至60%，充分混合均匀；

（4）自然pH值下，将（3）中的物料置于培养箱中，于30℃下，发酵96h，在50℃下烘干破碎后即为蛋白饲料产品。

实施例8

优选的，一种废弃蔬菜秧（藤蔓）生产蛋白饲料的方法，步骤如下：

（1）将拔秧后干、鲜混合废弃苦瓜蔬菜秧去杂破碎后，投入汽爆罐，通入饱和蒸汽，1.0MPa维压5min，通入压缩空气继续升压至1.5 MPa，随即迅速泄压将物料爆出进行蒸汽爆破处理；

（2）45℃下，加入占蒸汽爆破后物料质量0.05%的复合酶制剂进行酶解，复合酶制剂由纤维素酶、淀粉酶、木聚糖酶、蛋白酶组成，复合酶质量比为纤维素酶：木聚糖酶：蛋白酶：淀粉酶=5: 1: 1: 0.5；

（3）酶解后按蒸汽爆破后物料与玉米粉质量比9:1加入玉米粉，将混合后的物料作为底物，添加占底物8%质量比例的市售酿酒酵母，然后再在上述底物中添加蔗糖2%、尿素1.0%、硫酸铵1.5%、硫酸镁0.5%、磷酸二氢钾0.5%（以上的比例为重量比），调整含水率至55%，充分混合均匀；

（4）自然pH值下，将（3）中的物料置于培养箱中，于30℃下，发酵3d，在50℃下烘干破碎后即为蛋白饲料产品。

结果显示，实施例7和实施例8的蛋白饲料质量较其他实施例高，为优选方案。

以上实施例中所述及的百分比，若无特殊说明，均为质量百分比。

综上，未汽爆不发酵的情况下，物料蛋白含量低。当废弃蔬菜秧或藤蔓除杂、破碎后，经过微生物菌发酵处理，最终获得的产品中蛋白含量有提高。而经过汽爆发酵处理的饲料蛋白含量明显提高，这是因为汽爆处理实现彻底灭菌的同时，具有明显的破壁作用，显著改善固态基质多孔性能，使纤维素、半纤维素等细胞壁成分水解和热降解为大量糖类物质，促进胞内成分的释放和降解，增加物料最大持水量，明显提高固态基质的发酵性能。此外，汽爆破壁作用使细胞壁上出现的“孔洞”，既可以使得酶作用得更加充分，也有利于后续菌类的繁殖与生长；另一方面，酶类水解所获得的糖类等又可以作为酵母菌类发酵的营养成分，促使酵母菌更好的发挥作用，以达到提高产品中蛋白含量的目的。

在培养过程中，未经汽爆的样品组有杂菌的侵入，这证明了未经汽爆处理有引进杂菌的风险，而经过汽爆处理的实施例未曾发现该现象，汽爆预处理的灭菌作用进一步的保证了蛋白饲料的质量。

本发明的最优方案为酿酒酵母菌和产肟假丝酵母发酵，进一步的，加入纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、木聚糖酶能更好的酶解物料，使蛋白含量更高，鉴于蛋白饲料成本和工艺操作，此外，不加酶的发酵蛋白饲料质量成本比是最高的，便于大规模生产，可根据生产规模的蛋白饲料的要求灵活运用本发明的生产工艺。