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猪用固态发酵饲料的生产与应用之第四章:固态发酵饲料的方式

2021-04-27 16:57:15      点击:

摘要发酵饲料的生产与应用是近年来生猪养殖行业很热门的话题,从2000年开始,国内外很多研究机构、饲料生产企业和大型养殖场都在进行这方面的探索、研究,目前已经有很多可以应用的成熟技术。本人及课题组的成员,从2003年开始,在李德发先生的引导和大力支持下,在猪用发酵饲料方面进行了十多年的研究与推广应用工作。期间既有成功的喜悦,也有失败的教训。为了叙述方便,笔者从发酵原料的选择与配伍、生产菌种的制备、物料的接种、发酵方式和成熟发酵料的应用五个方面展开论述。


固态发酵饲料的方式


固态发酵饲料的方式很多,目前主要有三大类。以下笔者以它们出现的时间为顺序,分别进行论述。


1、厚层厌氧发酵

这种方式最早出现在20世纪80年代,一些国营农场采用简单堆料覆盖的方式固态厌氧发酵生产猪用饲料。这种发酵方式比较简单粗放,基本上都是现生产现用,主要目的是为了利用多余的农副产品(豆渣、米糠、剩余的瓜果蔬菜等等)。

进入90年代,特别是2000年以后,随着饲料工业的大发展,发酵饲料也得到了较大发展,其应用效果也越来越得到肯定。随着生产技术的不断提高,产品质量(包括稳定性)也在不断提升,国内陆续出现了很多专业生产发酵饲料的车间(基本都是依附于大型饲料厂)。很多生产企业参照酿造工业的固态发酵方式,设计了长方体或者圆柱体大池子进行厚层固态发酵。这种发酵方式处理量比较大,一次可以投料数十吨甚至上百吨。目前很多生产发酵豆粕、发酵棉粕的企业基本都采用这种方法。同时,国内外也陆续出现了一些专业从事设计、生产固态发酵饲料设备的公司,其中比较有名的有江苏迈安德集团、丰尚集团……。它们有完整的设计、定制、安装、调试等一条龙服务,发酵池子的最大容量可以达到上千吨,有完善的进料、混合、接种、翻拌、出料等机械化(甚至自动化)操作系统。

大池子固态发酵处理量大、机械化程度高,至今为止依然是一种主流生产模式。但是,这种方式也存在一些问题,其中最大的问题是物料的散热。在发酵高峰期,产热量很大(中心温度最高超过60℃),需要及时翻拌散热。虽然在设备上有考虑,但是在生产中还是很难满足实际需要,而且设备投资和操作能耗都很大。

为了解决这个问题,很多企业采用了一些改进型方式:例如:墩包、发酵车(箱),减少发酵单位体积,缩小到一个立方米、甚至500kg。这些方式可以大幅度减少发酵物料之间的温度差,整个发酵过程都不需要翻拌散热,极大地简化了操作,同时也增加了生产处理的弹性(或者说灵活性)。当然,在大批量生产条件下,比较单位产品的生产成本,还是大体积大池子发酵略有优势。

除了上述几种方式以外,最近还出现了一种塔式装置,物料分层发酵(最多分9层)。每当需要翻料散热时,各层都按顺序从下往上依次翻料一次:先把第一层的物料清理走(空出底层),然后第二层翻料到第一层;第三层翻料到第二层;依次类推,直到最高处。这种发酵的产品质量很好,但是设备投资很大。

厚层固态发酵最大的问题是物料之间会产生很大的温度差,那么如何解决这个问题?除了减少单位发酵体积和加大翻拌频率以外,是否还有其它缓解这一困难的方法?

为了便于说明,我们把厚层发酵饲料的整个过程分解成六个阶段:进料、接种、发酵萌芽期、发酵高峰期、后熟期、出料。其中真正的主发酵时间只有发酵高峰期的8—12 小时,绝大多数(80%以上)发酵热都产生在这个时间段,其它阶段可以看做是不可或缺的辅助时间。

大量的发酵热在短时间内集中释放,给翻拌散热提出了很高的要求,几乎所有的设计和操作难点都集中在这一阶段。

众多周知,固态发酵产热绝大多数(90%以上)来源于微生物的糖代谢,如果能有效地控制微生物的糖代谢速度就可以很好地控制其产热速度,从而减少发酵物料之间的温度差。

对于固态发酵来说,影响微生物糖代谢速度的因素主要有:可发酵糖浓度、物料的性质、含水量和翻拌程度。考虑到发酵饲料的特殊性,物料的性质和含水量受生产成本和操作条件的限制,通常很难改变。翻拌程度受机械配置和动力消耗的限制,也不容易改变。另外,过度翻拌会导致乳酸菌失活和干物质大量损失。唯一可以改变的参数是可发酵性糖的供应速度。在确保发酵糖总浓度不变的前提下,把可发酵性糖进行分批添加(类似液态发酵中的流加模式),尽可能延长发酵产热时间,从而缓解其集中产热带来的一系列困难。一些生产实践也证明,这种方式是有效的,但是实际操作还是比较麻烦,因为在补糖时同样需要翻拌混合。是否还是更简便有效的办法呢?

笔者和课题组成员采用酶解糊化淀粉缓释可发酵糖的方法,比较巧妙地解决了这个困难。具体要点如下:

对初始发酵原料做一些限制:可发酵性糖(针对所用的酵母菌和乳酸菌)的含量控制在0.2—0.5%之间,仅仅可以满足萌芽期的消耗。参照发酵产酸和呼吸代谢的需要,计算出可发酵糖的总量,再折算成对应的糊化淀粉用量,在发酵物料中加入相对应的淀粉酶和糖化酶,以确保它们能在设定的时间内分解这些糊化淀粉,释放其中的可发酵糖。这种方式可以比较灵活地延长发酵产热时间(例如延长到原来的3—5倍),而且操作弹性很大,可以极大地缓解翻拌散热带来的一系列操作压力,甚至可以达到基本不需要翻拌散热的理想状态。

后熟阶段的发热量很低,这个阶段可以加大堆料的厚度,比高峰期大三倍都没有问题。实际生产中可以充分利用发酵池的高度空间以提高生产能力。在设备设计上也应该考虑这个问题。在发酵高峰期阶段,料层厚度一般不超过1.0米。在后熟阶段,料层厚度可以增加到2—3米。


2、呼吸袋

物料经厚层固态发酵成熟以后,基本都需要经过干燥以后才能进入饲料加工和养殖场(否则就容易发霉变质),不仅需要消耗很多能耗,而且还影响发酵产品的使用效果。显然,研究开发让鲜湿发酵饲料直接进入养殖场的方法具有很好的意义。

解决鲜湿发酵饲料保质的关键是防止物料发霉,并尽可能保持发酵微生物(主要是酵母菌和乳酸菌)的活力。从2002年6月开始,本人及课题组成员,在北京市农业局、北京市兽药监察所以及众多饲料生产企业和养殖场的协助下,参照泡菜坛水封发酵模型,经过4年的艰苦努力,于2006年研究成功了呼吸袋发酵饲料生产技术,巧妙解决了防霉、流通和长时间保持厌氧菌活性等关键问题。发酵袋的装料量通常不超过25kg,即使在发酵高峰期,物料的中心温度也仅仅比外界环境温度高5—8℃,物料之间的温度差不超过5℃。目前该项技术已经被广泛应用于众多饲料厂和养殖场,产生了很好的效益。


3、发酵桶

发酵桶的原理与呼吸袋一样的,参照的模型更接近泡菜坛发酵。与发酵袋相比,发酵桶更结实耐用,密封性更好。发酵桶几乎可以在养殖场无限次循环使用,而发酵袋基本只能一次性使用。

由于发酵桶的造价比较高,同时为了防疫的需要,发酵桶往往只能在养殖场使用,基本不能进入流通环节。由于在桶内无法翻拌,物料的散热性能又比较差(即使用不锈钢做桶壁也一样),所以发酵桶的装料量不能太大,其容积通常控制在50—200升之间。根据众多的生产经验,本人提出如下参考建议:高温季节用小桶发酵,并适当降低物料的含水量;冬季可以考虑用大桶发酵,并适当提高含水量(或接种比例)。

 

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