多蛋白饲用预混料的生产、使用、废液利用方法及设备 【技术领域】
本发明涉及一种多蛋白饲用预混料的生产、使用、废液利用方法及设备。
背景技术
迄今已知的各种预混料、添加剂、商品饲料，多数是针对特定用途开发生产的，配方针对性强，同时包含氨基酸、肽类、甾醇类等多种高级蛋白及矿物质的产品极少；采用鱼粉、豆类等制成的高蛋白型饲料，存在成份缺失且价格昂贵等缺点；利用农牧废弃资源为基料的产品，价格虽低但养份少，品级低；添加生物技术制剂的产品，存在价格高和适应面窄的问题；利用诸如小球藻类、甲壳类-壳聚糖类型等制成的产品，国外虽有大量研究报道，但国内甚少，并且由于受制于资源、设备与技术等条件，多数停留在试验阶段，难以实现产业化生产。
在动物废弃物应用方面，利用富含天然角蛋白质、优质廉价的动物废弃物(如动物蹄角)为原材料制备饲料添加剂，目前已经有报道，其工艺方法包括机械法、化学法和生物法等。然而，由于动物蹄角废弃物独特的理化性质和蛋白结构，难于简易、高效地加工和利用，现有的加工技术还不能令人满意。
在小球藻异养方面，现在虽然有多种公知的小球藻异养扩繁技术，但是采用动物废弃物为原料制备的营养液异养小球藻、并应用到饲料生产，国内还未见报道；对生产过程中产生的废液进行低成本、可工业化应用的利用方法，国内也未见报道。
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种多蛋白饲用预混料生产方法。
本发明的另一个的目的是提供一种多蛋白饲用预混料生产设备。
本发明的再一个的目的是提供多蛋白饲用预混料使用方法。
本发明的再一个的目的是提供一种对多蛋白饲用预混料生产过程中产生的废液进行利用的方法。
本发明的再一个的目的是提供一种对多蛋白饲用预混料生产过程中产生的废液进行利用的设备。
多蛋白饲用预混料生产方法，包括以下步骤：
步骤一，采用富含角蛋白的动物废弃物为原料制备营养液；
步骤二，采用含有步骤一制备的营养液的培养基异养扩繁小球藻；
步骤三，采用由多种天然饲用纤维制成的吸滤基料吸附步骤二异养扩繁后的小球藻。
进一步的，还包括步骤四，在吸附了小球藻的基料中按一定比例添加步骤一制备的营养液，然后消毒、脱水。
步骤四中按所述基料干重每kg添加0.02-0.1L所述营养液。
所述营养液的制备方法包括：选取动物的蹄角，进行清洗消毒；将清洗消毒后的蹄角放入蒸煮装置中，加入适量的水并调整溶液pH至5.5～6，加入硫酸镁在高温高压下蒸煮使蹄角软化至半胶状体；将半胶状体湿式破碎；将破碎后的半胶状体研磨制成乳状液，研磨时采用蹄角蒸煮后剩余的溶液作为冷却液，并且加入适量的十二烷基硫酸钠；在乳状液中加入适量的食品级六偏磷酸钠储存。
所述的半胶状体湿式破碎，是采用铣切法将半胶状体破碎，并且在破碎时加入蹄角蒸煮后剩余的溶液维持湿式加工状态。
步骤二小球藻异养扩繁完成后的细胞密度为30～60g/L。
小球藻异养扩繁的培养基组成为：甘蔗红糖，含量20～70g/L；硼酸，5～12g/L；营养液，2～5g/L，柠檬酸，0.5～1.5g/L；谷氨酸钠，0.5～3g/L。
小球藻异养扩繁条件为：温度28℃～33℃，pH值5.8～6.5，供气量2～5m3/小时，连续异养60～80小时。
步骤三采用分层连续吸滤的方法。
步骤三的吸滤基料，按重量百分比由以下成份组成：麸皮50％、苜蓿干草20％、米糠20％、干桑叶10％，并且吸滤基料细度为40～80目、含水量均不大于10％。
多蛋白饲用预混料生产设备，包括由乳状营养液制备装置、小球藻异养装置、分层连续吸滤装置、混料装置、消毒脱水装置按照工艺流程组成的连续生产线。
所述乳状营养液制备装置包括蒸煮装置、铣切式切碎机、胶体磨机组、以及营养液储存罐。
所述分层连续吸滤装置具有多层网状滤框和集液器，在每层滤框上均放置吸滤基料。
多蛋白饲用预混料的使用方法，包括：生产多蛋白饲用预混料的步骤；将生产的饲用预混料和主饲料按特定比例混合配制成全价饲料。
多蛋白饲用预混料生产废液的利用方法，包括生产多蛋白饲用预混料、以及收集吸滤基料吸附后余下的废液的步骤；并且循环进行以下步骤：(1)将收集地废液排放到开放式子池，并接种一定量的小球藻菌种进行光自养，经72-120小时，当子池中小球藻含量达到≥20g/L时，将子池内的液体全部排放到一开放式母池中，在该母池中按常规方法养殖有水生动物；(2)使进入母池内的小球藻既能继续光自养扩繁，又能同时供养母池内的水生物，经过72-120小时后，将母池内的液体排放一定量并输送供给农田灌溉和施肥；(3)将子池内的、经(1)光自养完成后的小球藻液排放到母池，以使母池内的液体维持在适当的液位。
最好的，接种浓度40～50g/L的小球藻种液，接种量为子池实际液体容量的5-15％，小球藻种液中各类小球藻按重量百分比为普通小球藻含50％，蛋白核小球藻、椭圆形小球藻各含25％。
多蛋白饲用预混料生产废液的废液利用设备，包括开放式子池，设置成可接收多蛋白饲用预混料生产设备排放的废液，子池设置于母池中并通过管道相互连通；母池，设置有与灌溉管道连接的排水装置，池中养殖有水生动物；以及种液池，用于存放小球藻种液并可向子池供给小球藻种液。
最好的，子池和母池的水体面积比为1∶50-100，容积比为1∶100-300。
最好的，子池边缘设置有倾角可调整的光反射板。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明选用动物的蹄角废弃物作为多蛋白基料，采用高温高压蒸煮和铣切、胶磨等机械方法制备一种含有多种氨基酸和微量元素的营养液，原料来源丰富、成本低廉，并且可解决农牧业废弃物带来的环境问题；
(2)采用制备的营养液为氮源、甘蔗红糖为碳源，充分利用营养液与红糖物料中含有的多种微量元素进行小球藻异养扩繁，实现了在简单的工艺条件下，快速、低成本地获得较大的生物产量，满足工业化生产的要求；
(3)采用由多种天然饲用纤维制成的基料连续过滤、吸附异养扩繁后的小球藻，并在吸附了小球藻的基料中按一定比例添加营养液，生产效率高，可获得优质且价格低廉的多蛋白型饲用预混料。
(4)将吸滤基料吸滤后余下的残液排放到光自养池内进行开放式光自养扩繁后，供给水产养殖、农田灌溉施肥，从而实现资源的充分利用和减少排放。
(5)饲用预混料用途广泛。使用时，可根据不同的用途按不同的比例配制成全价饲料。
下面，结合具体实施例对本发明作进一步说明。
【附图说明】
图1是多蛋白饲用预混料生产、使用及废液利用方法的流程图。
图2是多蛋白饲用预混料的生产设备示意图。
图3是多蛋白饲用预混料废液利用装置的平面示意图。
图4是沿图3中I-I方向的剖视图。
具体实施例
一、多蛋白饲用预混料生产方法
参照图1、图2，其工艺流程和生产设备描述如下：
步骤一、乳状营养液制备
选取富含角蛋白的动物废弃物，例如哺乳动物的蹄角废弃物，优选的是食草性和非肉食性动物(包括偶蹄目牛羊科、猪科)的蹄角废弃物。本实施例选取15kg的羊蹄角为主原料，将蹄角用清水洗净后，放入由50％(重量百分比)的氯化钠与50％(重量百分比)的次氯酸钙配成的浓度为20％的水溶液，在常温下浸泡消毒5分钟，取出洗净。
将清洗消毒处理后的蹄角放入容量为0.2m3的高温高压不锈钢容器(a)内，加清水至0.14m3，用pH值调整液调整溶液pH至5.5～6并加入稳定剂使其稳定后，加入市售化学纯品级硫酸镁(MgSO4·7H2O)90g，封闭容器，加热至120℃±2℃，并在120℃保持6～8小时后，使蹄角软化成半胶状体，待其自然降温至60℃后即可打开容器取料。
所述pH值调整液包括20％的硼酸水溶液、40％的柠檬酸水溶液、40％的乳酸水溶液、20％的碳酸钠水溶液、20％的六偏磷酸钠水溶液中的一种或多种。所述稳定剂为75％的乙醇。
将已软化的蹄角半胶状体放入湿式高速强力铣切式切碎机(b)。半胶状体在切碎机内经由特种组合式的高速钢刀片切割成Φ＜8mm的小块状。在切碎机工作时，将蹄角蒸煮后剩余的溶液不断添加入切碎机内，以维持湿式加工状态，使蛋白不变质、不变性。
将切碎后的蹄角半胶状体送入胶体磨机组(c)，胶体磨机组由2～4台胶体磨机组串联而成，可将蹄角胶状体分级反复研磨至300目～500目，通常达到400目左右即可。在胶磨过程中仍使用蹄角蒸煮后剩余的溶液作为冷却水溶液，并且按0.5～1.5g/L加入适量的十二烷基硫酸钠。研磨完成后制得乳状营养液。
将制得的乳状营养液送入容量为0.2m3的乳液储存罐(d)储存，同时每罐定量加入600～800g食品级六偏磷酸钠。储料罐储液后保持常温15℃～30℃备用。
经测定，步骤一制备的营养液中含有氨基酸类、肽类、甾醇类等成份，以及Zn、Fe、Cu、Ca、Mg、Sr、Mn等微量元素，氨基酸种类包括丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、胱氨酸、亮氨酸、脯氨酸、酪氨酸、组氨酸、缬氨酸、白氨酸、异白氨酸。肽类包含有碱性肽类水解物，水解后生成17种以上氨基酸。甾醇类含有几乎全部的胆甾醇。营养液中氨基酸干物质的含量为10～50g/L，水溶性蛋白质的分子量成份超过16KDa(千道尔顿)。营养液中还含有硫酸镁0.6～1.2g/L，食品级六偏磷酸钠1～10g/L，十二烷基硫酸钠0.5～1.5g/L。其中，硫酸镁中的镁元素可作为小球藻异养的必需微量元素镁的来源，硫酸根与蹄角所含的胶原蛋白、骨蛋白形成硫酸软骨素，具有澄清脂质、提高机体解毒功能，以及利尿、镇痛和预防心绞痛、动脉硬化、冠心病等作用；食品级六偏磷酸钠用于补充营养液中的无机磷养分，并可增加乳化稳定和防腐能力，提高饲料的结着性、粘稠性，缩短发酵期，抑制维C分解，保护天然色素。化学纯品级十二烷基硫酸钠能加强营养液的均匀分散能力，并具杀灭细菌、稳定乳化、减少沉淀、提高金属设备抗腐蚀能力等。
步骤二、小球藻异养扩繁
小球藻品种采用中国科学院武汉水生生物研究所的产品。小球藻接种液组成为(按重量百分比)：普通小球藻40％、蛋白核小球藻40％，椭圆形小球藻20％。
小球藻异养采用步骤一制备的营养液作为主要氮源和其他养份。采用甘蔗红糖或葡萄糖作为碳源。优质的甘蔗红糖中含有丰富的葡萄糖，100克甘蔗红糖中含钙157毫克、铁2.2毫克、以及多种维生素和其他微量元素。红糖中还富含甘醇酸，甘醇酸是一种分子最小的果酸，能促进生物的代谢功能。就异养小球藻的选择性和适应性，不管是单种普通小球藻、蛋白核小球藻、椭圆形小球藻异养，还是多种混养，红糖均可适应。实验证明：以等量的甘蔗红糖与葡萄糖作碳源对照，在异养条件相同的条件下，培养单一品种藻类的纯度、单产，葡萄糖碳源优于红糖碳源；但2种和2种以上混养，用红糖作为碳源，单产优于葡萄糖，且价格便宜，中间不需要加料。由于本发明中异养小球藻主要目标是在短时间、简化程序、节约成本条件下获得最大生物产量，至于异养结束后各小球藻属品种的比例或纯度无关重要。因此，采用红糖与步骤一制备的营养液为异养小球藻的碳源和氮源，可较好地实现上述目标。
优选的培养基成份为：甘蔗红糖，20～70g/L；步骤一制得的营养液2～5g/L；硼酸5～12g/L，谷氨酸钠0.5～1.5g/L。
具体工艺过程如下：选取甘蔗红糖40000～140000g、硼酸10000～24000g、谷氨酸钠4000～10000g，混合后用清水稀释20倍，加入到容量为2.5m3、有效配料容积为2m3的配料桶机(e)内，加入步骤一制得的营养液4000～10000g，再按2m3液体容量、接种量11～15％、输入接种浓度25-35g/L的小球藻接种液，最后加水至2m3，在搅拌下缓缓调整pH值至5.8～6.5，以不超过6.3为宜。稳定pH值30分钟后，启动潜流输液泵，将配制好的溶液输送到反应器内。
反应器采用带搅拌曝气装置的自动温控不锈钢夹层反应罐(f)，容积2.8m3，有效容积约70％。异养发酵工艺条件为：罐内的液体温度保持在28℃～33℃，最佳温度控制在29℃～31℃之间；pH值维持在5.8～6.5之间，最佳为5.8～6.2；搅拌器为旋浆式，叶片分上下2层，搅拌速度为25～35次/分钟；通气形式采用圆形曝气管由下向上对培养液供气，供气量2～5m3/小时。保持上述工艺条件连续异养60～80小时，中间不需添加任何物料，不再调整pH值，可使异养小球藻的细胞密度达到30～60g/L。
步骤三、饲用预混料生产
选用一种分层连续吸滤装置(g)。每个吸滤装置具有上、中、下3层抽屉式滤框，每层滤框四边框和底层都采用不锈钢滤网编制，上层滤网为100目，中层滤网为150目，下层滤网为200～250目。在每层滤框上均放置吸滤基料。吸滤基料采用多种天然饲用纤维并按以下方法制备：按重量比选取麸皮50％、苜蓿干草20％、米糠20％、干桑叶10％混合成20kg，制成细度40～80目、且含水量均不大于10％的材料，再加入20～60目的活性碳粉料100g、卡拉胶粉800g。该材料即作为吸滤材料又是饲用预混料的基材。
具体工艺操作如下：小球藻异养结束后，打开小球藻异养反应罐下部的控制阀门，缓缓将异养扩繁后的小球藻液导入到分层连续吸滤装置，液体连续通过各层吸滤基料，液体中的大量小球藻被吸滤在这些基料内，残液流入吸滤装置底部的集液器。这些含有小球藻和营养成份的残液再由管道导入光自养池继续开放式光自养扩繁、利用(其方法和设备将在下面详细进行叙述)。
吸滤效果：用20～30kg吸滤材料过滤吸附2m3的、细胞密度30～60g/L的小球藻异养液，经检测吸滤后小球藻在残液中的平均存留量约15～30g/L，即吸滤量≥50％。
步骤四，混料、消毒、脱水、包装
经过吸滤的基料成为富含各种养份的多蛋白饲用基料，呈半固体状。将基料直接移送入半湿式、干式两用混料机(h)，该混料机是可倾式的，以便于快速装料和卸料。对混料机内基料添加步骤一制得的乳液，并搅拌15分钟。乳液的添加量为：按基料干重每kg添加0.1L乳液。
将混料机搅拌后的基料送入容量为2m3的巴氏消毒箱(i)，消毒箱采用电热全自动控温控时。每次进料后，箱内设定温度62℃～65℃，时间120分钟以上，当物料含水率≤9％时，即为合格品。然后送到无尘、并按食品级标准要求设置的成品包装室(j)，进行真空包装后制成成品。
二、多蛋白饲用预混料的使用方法
本发明生产的饲用预混料可用于配制全价饲料。配制时应根据不同品种的主饲料，采用不同比例的饲用预混料。如：配制牛、马、羊、兔等食草动物全价饲料，主饲料和饲用预混料的配比为20～30∶1；配制鸡、鸭、鸽等禽类全价饲料，主饲料和饲用预混料的配比为10～20∶1；配制鱼、虾等水生动物全价饲料，主饲料和饲用预混料的配比为5～10∶1。配制时，主饲料和饲用预混料采用干式搅拌混合15分钟，使各项物料均匀调和。
三、多蛋白饲用预混料废液的利用方法
参照图1、图3至图4，为了解决多蛋白饲用预混料生产过程中产生的废液问题，本发明提供了一种以水体养殖、植物施肥、农田灌溉利用为目标的废液利用方法和设备。具体说明如下：
废液利用设备，包括一开放式子池(A)、一开放式母池(B)、以及一种液池(C)。子池设置于母池中、并且其底部通过管道与母池连通，形成池中池的结合体。母池可选择合适的池塘或水库，池中按常规方法养殖鱼类、虾类等水生物，母池设置有与灌溉管道连接的排水装置(F)。子池呈长方体或正方体，深度最好为0.8～1m。子池与母池的水体面积比为1∶50-100，容积比为1∶100-300。子池与种液池的容积比为1∶0.05-0.15。种液池用于存放小球藻种液并通过管道向子池供给小球藻种液，种液池中小球藻种液浓度最好为40～50g/L，小球藻种液中各类小球藻按重量百分比为普通小球藻含50％，蛋白核小球藻、椭圆形小球藻各含25％。
在子池对应于太阳升降的东西两边上设置光反射板(D)，光反射板可采用玻璃或金属材料制作，板的长度略大于子池的东西边长，高度为1-2m，光反射板的倾斜角度可在90°范围内调整。在进行小球藻光自养时，可根据阳光照射角度随时调整光反射板的角度，使其向阳。例如，早晨需将面朝西的反射板放平，将面朝东的反射板立起，反之，当太阳逐渐西沉时，则将面朝东的反射板放平，将面朝西的反射板立起，这样，借助反射板的作用，就可使东西方向射来的光线都能进入子池内，使子池从早到晚都能得到充足光照射量，从而提高子池内的藻光合效率。
在子池底部安装两个潜流式液体循环泵(E)。在进行小球藻光自养时，可启动循环泵使液体进行循环，提高小球藻的光合效果。
废液利用的工作过程如下：将上述吸滤装置的集液器中收集的富含养份和部分小球藻的废弃液体通过管道输送到子池(A)，同时开启种液池(C)的阀门，将小球藻接种液全部送入子池(A)，将子池(A)储满进行光自养，调整光反射板(D)并启动循环泵(E)，经72-120小时(最好为96小时)，当子池中小球藻含量达到20g-30g/L时，可将子池内的液体全部排放到母池(B)中；
小球藻液体排入到母池后一方面继续光自养扩繁，一方面供养鱼类、虾类等水生物，在一定时间内，可基本维持藻类扩繁与水生动物饲养减量的生物量之间的动态平衡。经过72-120小时后，由于水生动物的大量吞食，小球藻的含量逐渐降低，打破藻类扩繁与消减的动态平衡。而且，随着水生动物代谢量的增加，水体内的动物代谢物浓度增加，使另一种富营养状态开始形成，这时水中的BOD、COD、SS等指数增加，既不利于鱼虾类生长，也影响小球藻生长，因此，必须在不影响水生动物生长的条件下，改善水质。本方法采取将母池中的总水量30％排出，并通过排水装置(F)和根灌管输送到植物的根区进行灌溉、施肥。这时，母池的液面降低至子池底部之下，子池的光自养藻液即可利用水位落差顺利排入母池，如此不断循环。
本发明提供的多蛋白饲用预混料生产废液的利用方法具有以下特点：
(1)利用富含多种养份和部分藻体的生产废液进行光自养小球藻培养，既节能、减排降耗又简化生产流程。
(2)以水体养殖与植物施肥灌溉利用为目标，小球藻光自养主要追求光合小球藻的产能和种群优势而不是纯度。工艺流程和设备简单，成本低，可直接建立在规模化、产业化的水体养殖与农田施肥灌溉系统内。
(3)能满足各种气候条件、地理环境，可长时间连续工作。例如，在全年日平均温度3～7℃的地区，在全开放式的条件下，可连续操作140～150天；在全年日平均温度大于8℃的干旱区，在全开放式的条件下，可连续操作180天，日平均温度大于11℃的地区，可连续操作200天；在热带、亚热带地区可连续操作300天以上。尤其适合于西部光热资源丰富、大陆性气候、日夜温差变化大的地区应用。
(4)利用母池中排放的液体对农田进行施肥灌溉，可产生良好的效果。由于排放的液体中既含有水生动物的排泄物，又含有部分的以小球藻属为主的绿藻类和一些蓝藻类，这两大类物质含有丰富的氨氮、蛋白质维生素和微量元素，利用根灌技术灌溉到土壤后均可起到改善土壤结构、消减土壤盐分并减少其对植物根系的胁迫作用。
以上结合了实施例对本发明进行了说明，但这并不构成对本发明的限制。任何在同样的构思下所作出的修改和变化，也均属于本发明保护的范围。