1、甘肃省企业技术创新项目资金申请报告（重大新产品研发专项）项 目 名 称 ：以柠檬酸渣和玉米秸秆为原料生产微生态高蛋白饲料的研究1以柠檬酸渣和玉米秸秆为原料生产微生态高蛋白饲料的研究一、立项理由1、项目建设的必要性和条件 我公司为河西走廊规模较大的玉米深加工企业，现具有年产 5 万吨玉米淀粉生产线和年产 4 万吨的柠檬酸生产线各一条，柠檬酸废渣是柠檬酸发酵液压榨废弃物，目前每产 1 吨柠檬酸约排放 2 吨左右废渣，其主要成分(60烘 45)为：粗蛋白(干基) 8.8%,粗纤维25.66%,粗脂肪 8.69%,无氮浸出物 37.23%，大部分是纤维素，蛋白质含量低，含有较高残酸，直接用来喂养动物，
2、适口性和消化性都很差，到目前为止国内外还没有对柠檬酸渣有很好的生物处理方法。随着市场竞争的日趋激烈和国家相关政策的完善，副产品的综合利用和附加值提升已成为产品占领市场和参与市场竞争的重要组成部分，同时工业“三废”治理也已成为玉米深加工企业生存和发展的“门票” ，所以如何综合开发利用玉米深加工过程中产生的副产品也成为玉米深加工企业亟待解决的问题。张掖是我省重要的产粮地区，尤其随着近年制种业的发展，玉米的种植面积不断增加，达到 100 万亩以上。玉米秸秆具有丰富粗纤维和高能量的特点，但由于纤维素具有水不溶性的高结晶构造，其外围又被木质素包围着，要把它水解成可利用的葡萄糖相当困难，所以到目前为止产生
3、的玉米秸秆除少量用作饲料外，均大部分作为燃料或废料焚烧，既浪费资源又污染环境。微生物能将纤维素物质降解转化为2糖、乙醇、甲烷等容易利用的小分子有机物，是自然界中碳素转化的主要环节。将作物秸秆经过微生物技术处理，通过微生物降解秸秆中纤维素成分，使其变成质地柔软、营养丰富的畜禽饲料，既提高了资源的利用效率又通过秸秆的过腹还田实现了生态农业，对于农业的可持续发展也具有重要的意义。2、目前的形势与发展趋势随着经济的发展,人民生活水平的提高，人类对蛋白质尤其是营养价值高的动物蛋白质的需求愈来愈多。大量的需求刺激了畜牧业和养殖业的发展，而依靠传统方式提供饲料已不能满足迅猛增长的饲料市场。据联合国粮农组织(
4、 FAO) 统计， 在 20 世纪末， 全球的蛋白质短缺量约为 2 500 万吨。据有关资料报道， 我国蛋白质饲料的缺口每年至少达 1200 万吨，蛋白资源长期短缺态势已成人们共识。联合国蛋白质咨询小组曾召开过三次国际单细胞蛋白会议专题讨论研究，开发发酵饲料已被世界公认为是解决饲料蛋白紧缺的主要途径。单细胞蛋白( single cell protein) 亦称微生物蛋白，是指细菌、真菌和微藻在其生长过程中利用各种基质，在适宜的培养条件下培养细胞或丝状微生物的个体而获得的菌体蛋白。单细胞蛋白营养物质丰富，菌体中蛋白质含量高达 40 %80 % ，其中氨基酸组分齐全，赖氨酸等必需氨基酸含量较高，同
5、时富含维生素，可作为维生素的替代品。与豆粉相比，单细胞蛋白的蛋白质含量高出 10 %20 % ，可利用的氮比大豆高 20 % ，在有蛋氨酸添加时可利用氮甚至能超过 95 %。因此利用非食用资源和废弃资源(如农副产品下脚料和工业废液等 ) 开发和推3广微生物生产单细胞蛋白成为补充饲料蛋白质来源不足的重要途径,意义十分重大。单细胞蛋白在饲料加工中的应用前景与传统农业生产蛋白质饲料相比，单细胞蛋白生产的突出特点在于能够进行大规模工业化生产。具体表现为：第一，原料广泛，可以就近取材。充分利用价格低廉的工农业废料、化工原料和废料。第二，生产周期短、生产效率高。在适宜的条件下，细菌需 0.51h ，酵母
6、13h 即可增殖 1 倍。据估计，1 头 500kg 的牛，每天生产蛋白质 0.4kg ，而质量相同的酵母每天至少要生产蛋白质 500kg ，生产效率提高了 1000 多倍。第三，劳动生产率高。单细胞蛋白生产不受季节气候制约，易于人工控制，同时利用大型发酵罐立式培养，占地面积少。如年产 10 万 t 单细胞蛋白的工厂，1 年可产蛋白质 45 000 t 。大豆按 1/ 15 公顷产计，可产大豆 200 kg ，折算为蛋白质含量为 80 kg ，因此一个单细胞蛋白所产的蛋白质相当于 37500m2 土地所产的大豆的蛋白质量。2008 年中国饲料行业面临良好的发展机遇。目前饲料占畜牧业生产成本的
7、70以上，对畜牧业的科技贡献率超过 40。2008 年畜禽产业发展形势良好，畜禽产销形势整体上好于 2007 年，畜产品价格趋于稳定，不会产生大的振荡。肉制品将会以每年 2的速度增长，特别是加快猪肉和禽肉增长，这将极大地促进发酵饲料长足的发展。国内市场对生物饲料的市场需求与日俱增，按全国配合饲料产量 1 亿吨计，年需发酵饲料 500 万吨以上，饲用复合酶 10 万吨，益生物菌微生态制剂 1 万吨，目前国内的生产能力与市场需求相差甚远。因此为解决企业的实际问题并结合张掖地区实际情况，我们进行以柠檬酸渣和玉米4秸秆为原料生产微生态高蛋白饲料的研究。从自然界分离纤维分解菌、氮素转化菌、增加适口性的菌
8、种，挑选的高产菌种诱变后进行菌种相容性试验，挑选最佳组合进行以柠檬酸废渣和玉米秸秆为培养剂发酵试验，确定最适的发酵工艺条件。其目的在于降解纤维素、提高蛋白质含量、增加适口性，增强企业副产品的综合利用和附加值，提高企业竞争力。同时充分利用玉米秸秆的丰富资源，建立节粮型畜牧业结构，实现农业由数量型向优质高效性增长。二 项目实施方案1、项目前期工作：生产单细胞蛋白饲料关键是菌种，从目前报道的资料来看, 发酵方式由单一菌种趋向于复合菌株的协同发酵， 并且注重不同微生物之间的协同性、互补性，总体上发挥出正组合效应。从组合情况看, 菌种应包括纤维分解菌、氮素转化菌、增加适口性的菌。霉菌、酵母菌和乳酸菌的组
9、合发酵为多数, 这是由于木霉、黑曲霉、根霉等霉菌同化淀粉、纤维素的能力强，可降解饲料中的结构性碳水化合物，将工业废渣中的淀粉和纤维素降解为酵母能利用的单糖、双糖等简单糖类物质，使酵母得以良好地生长繁殖， 而利用乳酸菌产生乳酸等则可改善发酵饲料的适口性。并且组合菌株发酵增加了发酵中许多基因的功能， 通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，可以代替某些基因重组工程菌来进行复杂的多种代谢反应，或促进生长代谢，提高生产效率。此外，在双菌或多菌混合发酵中，酶促作用生成的糖立即被发酵糖的微生物所利用，这样就维持了降解物的浓度，消除了酶合成作用受到的降解物的阻遏作用，也解除了反应终产物对
10、酶的反馈抑制，缩短发酵过程，这些体现了微生物之5间的互惠、偏利生等关系。协同发酵形式对各种原料的有效转化、蛋白饲料的品质提高起到了重要的积极作用。目前该项目依靠河西学院的技术力量及检测设备，已完成了菌种的筛选、分离及菌种相容性试验，分离高效纤维分解菌 3 株分别为康宁木霉、白地霉、米曲霉，氮素转化菌 4 株均为酵母，增加适口性菌株 3 株分别为乳杆菌、乳链球菌、乳酸菌，并已进行单菌发酵和多菌株联合发酵，试验结果表明多菌株联合发酵后柠檬酸渣和玉米秸秆混料纤维素含量下降到 15以下，蛋白含量提高 16以上，已达到了预期的要求。同时公司现有一条纤维干燥 生产线， 其干燥 采用公 司环保 站的沼气，工
11、艺稳定可靠，生产发酵饲料是完全可行的。2、项目开发的目标及创新点：本项目为院企合作开发项目，建设规模为年产 14000 吨发酵饲料，预期目标为柠檬酸渣和玉米秸秆纤维混合饲料,经发酵后蛋白质量提高到 28-30%，纤维素含量下降至 15%以下，饲料为质地柔软、甜香适口、营养丰富的高蛋白饲料。项目开发的技术创新点主要有以下几点: 粗蛋白(%) 总氮(%) 有机氮(%) 无机氮(%) 粗纤维(%)指标样品编号发酵前发酵后发酵前发酵后发酵前发酵后发酵前发酵后发酵前发酵后1 13.14 31.64 2.11 4.27 1.58 3.84 0.53 0.23 27.43 13.952 13.62 29.7
12、8 2.18 3.16 1.93 3.27 0.25 0.26 29.72 14.5562.1、以柠檬酸渣和玉米秸秆纤维为原料生产微生态高蛋白饲料，对消除污染、变废为宝，增强企业副产品的综合利用和附加值，实现农业由数量型向优质高效性增长具有重要意义。2.2、复合菌株的协同发酵，并且注重不同微生物之间的协同性、互补性， 总体上发挥出正组合效应。从组合情况看, 菌种包括纤维分解菌、氮素转化菌、增加适口性的菌。通过不同代谢能力的组合，完成单个菌种难以完成的复杂代谢作用，有效提高了生产效率。2.3 发酵后的饲料蛋白含量高，发酵饲料内含丰富的维生素、氨基酸，并含有适量的酒精和柠檬酸，有较好的动物适口性能
13、，从而达到变废为宝的目的。2.4、由于柠檬酸渣含有较高残酸，对微生物生长不利，该项目所用菌种是针对柠檬酸和玉米秸秆的特点进行分离筛选，项目的建成将会填补西北地区发酵饲料的空白，同时也会带动周边地区养殖业的发展。2.5、整个发酵过程温度、时间、风量及湿度实现微机控制，操作简便，产品质量稳定可靠。可根据用户的要求生产出适合不同动物的饲料。3、产品方案（拟开发的新产品方案）：将混合饲料在转窑中烘至一定的水分后，进入发酵池中添加尿素、豆粕等氮源，并接入菌种后发酵一定的时间，测其纤维素降解率和真蛋白的含量，达到要求后，再烘干后制成发酵饲料，水分 10%左右，含蛋白质量 40-45%4、技术方案、设备方案
14、、工程方案和工艺方案74.1 技术方案：4.1.1、原料的处理粗纤维混合物的蛋白质含量很低(8 %10%) ,纤维含量高(25%左右) ,适口性差,单胃动物很难利用。要解决以上问题,必须要通过微生物发酵的办法,要获得良好的发酵效果,原料的处理也很重要。我们是通过对原料的粉碎来解决的，同时加大了原料水分的控制。4.1.2、菌种的选择发酵饲料中菌种是至关重要的,菌种因发酵料的营养要求、发酵工艺和原料的不同而有差异。最初的发酵我们多采用单菌种发酵,往往发酵效率很低。现在多改为多菌种发酵,但对相应的菌种和工艺上提高了更高的要求。河西学院提供的菌种正是根据我公司原料特点开发的，在菌种组合上包括纤维分解菌
15、、氮素转化菌、增加适口性的菌。将这些菌种放在同一条件下发酵,具有不同微生物之间的相容性,有好的配伍,互相促进,发挥更大的效益。4.1.3、原料的组成我们采用我公司生产中产生的废水、废料及可利用的副产品,因其含有很高的蛋白质和氨基酸，特别适合做发酵饲料的原料，这样即解决了污染问题,又降低了发酵饲料的成本。氮源物质我们采用添加无机氮素的办法。4.1.4、发酵过程的控制在发酵饲料的生产中，发酵过程的控制是非常重要的。要想提高蛋白含量，降低纤维素，必须要及时使原料升温,当微生物大量繁殖时,料8温开始上升,应仔细观察温度变化,当温度高于 45 时,要及时通风降温,让微生物由表面向内部生长,慢慢降低湿度。
16、此时注意通风时不能通干凉风,也不能打开车间的门,防止微生物生长僵滞。当料温开始下降,或用显微镜观察、细胞计数发现微生物的生长处于稳定期时,应及时的出料,防止微生物自溶、蛋白降解,降低产品质量。4.1.5、产品的干燥发酵后的原料经输送机输送至管束干燥机内干燥，水分控制在 10%以下。4.2 设备方案：4.2.1：主要设备发酵池 7 台管束干燥机 2 台专用烘干机主机 2 台管束干燥机 1 台 挤干机 1 台厢式压滤机（160） 8 台4.2.2：辅助设备：螺旋输送机 5 台粉碎机 2 台 料仓 1 个燃煤热风炉 1 台物料细化器 1 台螺旋输送机 3 台9粉碎机 2 台 引风机 8 台压力曲筛
17、1 台曲筛泵 1 台清水泵 2 台关风机 4 台旋风除尘器 6 台料仓 1 个调浆池（带搅拌） 4 座离心泵 8 台贮罐 8 个4.3 工程方案：本项目主要利用合成饲料厂房外围的空地，新建七个发酵池，用于合成饲料的发酵，该项目建设期为一年。4.4 工艺方案：4.4.1 生产规模及产品方案本项目新增生产规模为 14000 吨/年纤维混合发酵饲料。4.4.2 产品质量标准本项目采用的标准是 GB596-82，产品采用编织袋包装，50Kg/袋。4.4.3 工艺选择本项目以柠檬酸发酵后菌丝体和淀粉生产中的副产品纤维为原料，采用烘干、粉碎、发酵、烘干工艺路线。4.4.4 工艺流程4.4.4.1、工艺流程简述
