一种反刍动物用的棉籽壳发酵饲料及其制备方法

1.本发明涉及棉籽壳处理技术领域，特别是涉及一种反刍动物用的棉籽壳发酵饲料及其制备方法。


背景技术：

2.棉花近年来逐渐集中在我国新疆维吾尔自治区种植生产，并带动当地相关产业发展。籽棉经过轧花机脱绒、削绒机削溶后获得棉籽，剥壳机加工得到的棉籽仁用于生产棉籽油和棉籽粕，而剥壳后剩下的棉籽壳一般用于食用菌栽培以及部分替代反刍动物饲料。
3.由于棉籽壳木质素含量高、富含多酚类物质(例如棉酚和单宁)，反刍动物食用过多的棉籽壳会导致其雄性不育、胚胎发育异常、赖氨酸营养缺失、胃肠炎、精神萎靡等，从而限制了棉籽壳在反刍动物饲料行业的应用。欧盟食品安全局(2017年)限定全价配合饲料中，犊牛和成年牛对应的游离棉酚含量不超过100和500mg/kg(12％含水率)，未加工的全棉籽和棉籽壳中游离棉酚含量通常高于安全值。
4.目前，预处理棉籽产品并用作动物饲料的方法包括物理法(高温高压预处理、蒸汽爆破)、化学法(碱处理、亚铁盐处理、有机溶剂浸提等)和生物法(微生物固体发酵)，其中高温高压预处理并结合微生物固体发酵对游离棉酚的脱毒效果最佳。物理法不仅需要大型设备和电能消耗，并且该方法本质上是通过游离棉酚在高温高压环境下其酚羟基与氨基酸或者多肽的氨基结合，形成无生物毒性的结合棉酚，会造成部分营养缺失以及氨基酸含量不平衡。化学法不仅会改变饲料本身的色泽和味道，同样会造成部分营养和维生素缺失。微生物发酵一般在高温高压预处理之后再接种枯草芽孢杆菌、霉菌或者白腐菌有氧固体发酵，同样会具备物理法的缺点。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种反刍动物用的棉籽壳发酵饲料及其制备方法，用于解决现有反刍动物用的棉籽壳发酵饲料营养缺失以及氨基酸含量不平衡，饲料色泽和味道差的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过包括以下技术方案获得的。
7.本发明提供一种反刍动物用的棉籽壳发酵饲料，包括以下重量份的原料组分：
[0008][0009][0010]
优选地，所述钙补充剂选自无水硫酸钙和氧化钙中的一种或两种。
[0011]
优选地，所述接种菌剂选自姬菇菌种(pleurotus cornucopiae)和平菇菌种
(pleurotus ostreatus)中的一种或两种。
[0012]
优选地，所述平菇菌种的品种选自夏抗50、海南2号和夏福2号中的一种或多种。优选地，所述姬菇菌种的品种为黑姬菇。
[0013]
优选地，所述棉籽壳为陆地棉加工过程中副产物。
[0014]
优选地，所述棉籽壳的含水量低于13％。
[0015]
优选地，所述小麦麸皮的含水量低于13％。
[0016]
本发明还提供了一种反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]
1)将各原料组分混合，得到发酵基质；
[0018]
2)将所述发酵基质发酵，得反刍动物用的棉籽壳发酵饲料。
[0019]
优选地，步骤1)中，所述发酵基质的含水量为50～60％
[0020]
优选地，步骤1)中，所述发酵基质的ph为8.0～10.0。
[0021]
优选地，步骤2)中，发酵为有氧发酵。
[0022]
优选地，发酵在避光条件下进行。
[0023]
优选地，步骤2)中，发酵温度为20～30℃，发酵时间为28～35天。
[0024]
优选地，所述有氧发酵为将发酵基质置于有氧呼吸袋内进行发酵；所述有氧呼吸袋包括气阀、聚氯乙烯塑料袋和袋套环。
[0025]
如上所述，本发明的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料及其制备方法，具有以下有益效果：
[0026]
1)原料来源广泛，成本低；
[0027]
2)通过特定的接种菌剂品种，无需高温高压预处理，即可实现棉籽壳脱毒、保值和抑制病原菌滋生的效果；
[0028]
3)采用室温、避光发酵制得的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的离棉酚含量下降81.7％，单宁含量下降62.2％，含量均在饲料安全值以下；干物质保留75％以上，湿重净回收率90％以上，粗蛋白和粗脂肪含量增加，木质纤维素含量下降，具备较好的感官指标；氨氮含量低于1％总氮，营养得到较好地保留；ph为弱酸性，具备较好的适口性，可广泛应用于反刍动物的饲养领域，对缓解棉花产业废弃物资源化问题具有明显成效。
附图说明
[0029]
图1显示为实施例1制备的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的实物图。
[0030]
图2显示为实施例1发酵过程中饲料中的微生物群落相对丰度变化。
[0031]
图3显示为实施例1发酵过程中饲料中致病菌相对丰度变化。
[0032]
图4显示为实施例1-4和对比例1、2中所采用的不同菌种品种的菌株长速图：r7(raw materials)为生料发酵第7天；m7(mature materials)为熟料发酵第7天。
[0033]
图5显示为实施例1和对比例3发酵过程中的游离棉酚和单宁含量变化图。
[0034]
图6显示为实施例1和对比例3发酵过程中湿重回收率和干物质含量变化。
[0035]
图7显示为实施例1和对比例3发酵过程中的铵态氮含量和ph变化。
具体实施方式
[0036]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0037]
须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
[0038]
此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0039]
本技术实施例提供了一种具体的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料，包括以下重量份的原料组分：
[0040][0041][0042]
在一个具体的实施方式中，所述棉籽壳的重量份可以为37～40份，40～45份，45～47份。
[0043]
在一个具体的实施方式中，所述小麦麸皮的重量份可以为4～4.5份，4.5～5份。
[0044]
在一个具体的实施方式中，所述钙补充剂的重量份可以为0.4～0.5份，0.5～0.6份。
[0045]
在一个具体的实施方式中，所述接种菌剂的重量份可以为5～7份，7～9份，9～10份。
[0046]
在一个具体的实施方式中，灭菌水的重量份可以为40～45份，45～50份，50～53份。
[0047]
在本技术的上述技术方案中，棉籽壳作为主要的碳源，小麦麸皮作为氮源辅料，钙补充剂用于调节初始ph和钙元素含量，初始ph应为弱碱性(8.0～10.0)，灭菌水调节初始含水量。
[0048]
在一个具体的实施方式中，所述钙补充剂选自无水硫酸钙和氧化钙中的一种或两种。
[0049]
在一个更为具体的实施方式中，所述钙补充剂为无水硫酸钙和氧化钙按照质量比1:(0.5～1.5)混合；如具体为1：0.5、1:1、1:1.5。
[0050]
在一个具体的实施方式中，所述接种菌剂选自姬菇菌种(pleurotus cornucopiae)和平菇菌种(pleurotus ostreatus)中的一种或两种。
[0051]
在一个具体的实施方式中，所述姬菇菌种的品种为黑姬菇。
[0052]
在一个具体的实施方式中，所述平菇菌种的品种选自夏抗50、海南2号和夏福2号中的一种或多种。上述菌种为实验室对比多种市售的常见侧耳属中筛选出的品种，上述四个品种在生料和高温高压预处理的棉籽壳底料中均生长较好。
[0053]
氧固体发酵过程，易富集曲霉菌(aspergillus)、假单胞菌(pseudomonas)、寡养单胞菌(stenotrophomonas)等潜在的动物致病菌，接种适量的糙皮或者黄白侧耳母种或二级种可以有效抑制病原菌的富集。上述菌剂可以在棉籽壳上富集生长，并分泌大量的木质纤维素酶(漆酶laccase、木质素酶lip、锰过氧化物酶mnp、β-葡聚糖酶等)，可以分解分子量较大的多糖聚合物和木质素，同时漆酶和锰过氧化物酶可以降解棉籽壳中的多酚类物质(比如游离棉酚和单宁)，从而显著改善棉籽壳的营养成分和营养因子含量。此外，富集的接种菌剂会抑制其他杂菌的富集，尤其是潜在的动物致病菌，降低了反刍动物养殖风险。
[0054]
在一个具体的实施方式中，所述棉籽壳为陆地棉加工过程中副产物。
[0055]
在一个具体的实施方式中，所述棉籽壳的含水量低于13％，以免储存过程中受潮发霉产生霉毒素。
[0056]
在一个具体的实施方式中，所述小麦麸皮的含水量低于13％，以免储存过程中受潮发霉产生霉毒素。
[0057]
本技术实施例还提供了一种具体的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的制备方法，包括以下步骤：
[0058]
1)将各原料组分混合，得到发酵基质；
[0059]
2)将所述发酵基质发酵，得反刍动物用的棉籽壳发酵饲料。
[0060]
在本技术的上述技术方案中，该方法比直接将棉籽壳饲喂反刍动物更为合理，相比较高温高压预处理后固体发酵，该方法实现了相似的效果，并避免了高温高压处理导致的氨基酸缺失、设备成本高等缺陷。采用该方法得到的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料具有较低的多酚物质含量，保留了较多的干物质和营养成分，降低了棉籽壳内源携带的潜在致病菌，本发明是一种易于操作、节能环保的生物质饲料化方法，对缓解棉花产业废弃物资源化问题具有明显成效。
[0061]
在一个具体的实施方式中，步骤1)中，所述发酵基质的含水量为50～60％
[0062]
在一个具体的实施方式中，步骤1)中，所述发酵基质的ph为8.0～10.0。
[0063]
在本技术的上述技术方案中，接种菌剂在初始ph和含水率分别为弱碱性和50～60％时生长最适宜，避光室温发酵可实现游离棉酚脱毒和降低致病菌的效果。
[0064]
在一个具体的实施方式中，步骤2)中，发酵为有氧发酵。
[0065]
在一个具体的实施方式中，步骤2)中，发酵在避光条件下进行。
[0066]
在一个具体的实施方式中，步骤2)中，发酵温度为20～30℃，发酵时间为28～35天。
[0067]
在一个具体的实施方式中，所述有氧发酵为将发酵基质置于有氧呼吸袋内进行发酵；所述有氧呼吸袋包括气阀、聚氯乙烯塑料袋和袋套环，所述聚氯乙烯塑料袋具有开口，所述袋套环和气阀设于所述开口处。
[0068]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0069]
本技术以下实施例中无水硫酸钙和氧化钙纯度应为食品级，并符合食品安全国家标准食品添加剂要求(gb 1886.6-2016和gb 30614-2014)。
[0070]
本技术以下实施例中有氧呼吸袋采用市售的聚氯乙烯塑料袋，厚度要求16～24丝，袋套环为食用菌栽培专用耗材。
[0071]
实施例1
[0072]
本实施例中，反刍动物用的棉籽壳发酵饲料包括以下重量份的原料组分：
[0073][0074][0075]
其中，接种菌剂市售母种姬菇，黑姬菇品种。
[0076]
本实施例提供了一种上述反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的制备方法，包括以下步骤：
[0077]
(1)原材料预处理：棉籽壳和小麦麦麸烘干或者晒干至含水率13％以下，筛拣出原料中的其他杂物(树枝、石籽等)；
[0078]
(2)按照上述配比将原料混合，得发酵基质；
[0079]
(3)将发酵基质装入有氧呼吸袋中，用袋套环封口后，置于避光通风室温环境下发酵35天，得到反刍动物用的棉籽壳发酵饲料。
[0080]
本实施例制得的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的实物图如图1所示，可以看出，发酵35天后，获得质地松软、感官指标较好的发酵饲料。本实施例发酵过程中饲料中的微生物群落相对丰度变化如图2所示，从图2可以看出发酵过程中杂菌相对丰度下降，接种的侧耳属在发酵结束后成为优势物种，相对丰度高达61％；发酵过程中饲料中致病菌相对丰度变化如图3所示，从图3可以看出潜在的动物致病细菌和真菌相对丰度均显著下降，例如曲霉菌(aspergillus)、假单胞菌(pseudomonas)、寡养单胞菌(stenotrophomonas)。
[0081]
对本实施例发酵前、后的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的营养指标做检测，结果如表1所示：
[0082]
表1.营养指标测试结果
[0083]
时间粗蛋白％粗脂肪％adf％ndf％adl％发酵前(day0)90.06
±
2.4249.05
±
2.29581.32
±
7.9787.12
±
4.42235.98
±
2.96发酵后(day35)109.26
±
2.751.03
±
2.06574.67
±
1.99746.73
±
3.99252.28
±
4.07
[0084]
表1中，adf是指：acid detergent fiber酸性洗涤纤维，即国标方法检测出来的(纤维素 半纤维)含量。
[0085]
ndf是指：neutral detergent fiber中性洗涤纤维，是国标方法检测出来的(纤维素 半纤维素)含量。
[0086]
adl是指：acid detergent lignin酸性洗涤木质素，即国标方法检测出来的木质
素含量。
[0087]
从表1可以看出，发酵后得到的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的粗蛋白和粗脂肪含量增加，木质纤维素含量(ndf)下降，具备较好的感官指标。
[0088]
实施例2
[0089]
实施例2与实施例1的区别在于，反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的原料组分不同，其余工艺完全相同。
[0090]
本实施例中，反刍动物用的棉籽壳发酵饲料包括以下重量份的原料组分：
[0091][0092]
其中，接种菌剂市售母种平菇，海南2号品种。
[0093]
实施例3
[0094]
实施例3与实施例1的区别在于，反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的原料组分不同，其余工艺完全相同。
[0095]
本实施例中，反刍动物用的棉籽壳发酵饲料包括以下重量份的原料组分：
[0096][0097]
其中，接种菌剂市售母种平菇，夏福2号品种。
[0098]
实施例4
[0099]
实施例4与实施例1的区别在于，反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的原料组分不同，其余工艺完全相同。
[0100]
本实施例中，反刍动物用的棉籽壳发酵饲料包括以下重量份的原料组分：
[0101]
[0102][0103]
其中，接种菌剂采用市售母种平菇，夏抗50品种。
[0104]
对比例1
[0105]
对比例2与实施例1的区别在于：接种菌剂种类不同，采用市售母种姬菇，姬菇1号品种；其余工艺完全相同。
[0106]
对比例2
[0107]
对比例3与实施例1的区别在于：接种菌剂种类不同，采用市售母种姬菇，姬菇3108品种；其余工艺完全相同。
[0108]
对比例3
[0109]
对比例3与实施例1的区别在于：步骤3)中，将发酵基质装入有氧呼吸袋封口后，先经过高温高压灭菌处理，冷却至室温再接种菌剂；高温高压灭菌条件为121℃，30min；其余工艺完全相同。
[0110]
图4显示为实施例1-4和对比例1、2中所采用的不同菌种品种的菌株长速图：r7(raw materials)为生料发酵第7天；m7(mature materials)为熟料发酵第7天。生料指的是未经过高温高压灭菌处理；熟料制得是经过高温高压灭菌处理。从图4可以发现，同一母种不同品种的菌种具有不同的生长状态，由于未经过高温高压灭菌处理，接种菌剂姬菇1号品种和姬菇3108品种无法在棉籽壳上富集生长，无法分泌木质纤维素酶，更无法降解棉籽壳中的多酚类物质。由此说明，必须采用本技术限定的接种菌剂品种(平菇，海南2号品种；平菇，夏抗50品种；平菇，夏福2号品种，黑姬菇品种)才可以无需高温高压灭菌处理直接在棉籽壳上富集生长，并分泌大量的木质纤维素酶，分解分子量较大的多糖聚合物和木质素，同时漆酶和锰过氧化物酶可以降解棉籽壳中的多酚类物质，显著改善棉籽壳的营养成分和营养因子含量。
[0111]
对实施例1和对比例3发酵过程中的游离棉酚和单宁含量变化图如图5所示，从图5可以看出，实施例1对于游离棉酚和单宁降脱毒效果显著，并在发酵结束后游离棉酚降解81.7％，单宁降解62.2％；对比例3对游离棉酚和单宁的脱毒效率分别为86.3％和66.2％，说明实施例1采用特定的接种菌剂黑姬菇品种，在省去高温高压灭菌处理步骤后的脱毒效果非常接近对比例3的效果，并且均降低到安全值以下，对反刍动物健康无显著影响。
[0112]
对实施例1和对比例3发酵过程中的湿重回收率和干物质含量变化如图6所示，从图6可以看出，实施例1干物质保留75％以上，湿重净回收率90％以上；对比例3干物质保留88％以上，湿重净回收率90％以上，说明在省去高温高压预处理步骤后，实施例1相对于对比例3其饲料保值在85％左右。
[0113]
对实施例1和对比例3发酵过程中的铵态氮含量和ph变化如图7所示，从图7可以看出，实施例1氨氮含量低于1％总氮，远低于10％的上限值，说明营养得到较好地保留，ph在5～6之间，为弱酸性，具备较好的适口性。对比例3铵态氮含量低于0.2％总氮，ph与实施例1相近，说明实施例1与对比例3在营养保留和适口性方面均表现良好。
[0114]
通过比较实施例1和对比例3的数据可知，本技术通过采用特定接种菌剂品种，无需高温高压灭菌处理即可实现棉籽壳脱毒、保值和抑制病原菌滋生的效果。
[0115]
本发明原料来源广泛，成本低，通过采用接种菌剂有效抑制致病菌；采用室温、避光发酵制得的反刍动物用的棉籽壳发酵饲料的离棉酚含量下降81.7％，单宁含量下降62.2％，含量均在饲料安全值以下；干物质保留75％以上，湿重净回收率90％以上，粗蛋白和粗脂肪含量增加，木质纤维素含量下降，具备较好的感官指标；氨氮含量低于1％总氮，营养得到较好地保留；ph为弱酸性，具备较好的适口性，可广泛应用于反刍动物的饲养领域，对缓解棉花产业废弃物资源化问题具有明显成效。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0116]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。