低磷动物饲料及其制造方法

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专利名称:低磷动物饲料及其制造方法
技术领域:
本发明是关于磷含量降低的动物饲料以及这种饲料的制造工艺。
背景玉米麸质饲料主要用于牛的饲养,其磷含量是动物营养所需的约4倍。而且,其中许多磷以不需要的植酸形式存在[肌醇1,2,3,4,5,6-六(二氢磷酸盐)]。
将玉米用湿磨法加工成玉米淀粉或玉米糖浆时,玉米粒残渣中包含有玉米胚芽、玉米麸皮和玉米可溶物。玉米湿磨法包括在破碎玉米之前浸渍玉米。玉米中大多数磷以有机磷形式存在,包含化合物、植酸。浸渍可把植酸从玉米中浸出而进入到浸渍水中,理想情况下,当浸渍水被蒸发至约50%固体时,其可作为动物饲料的一部分。玉米浸渍液也可用作各种发酵过程的营养源。
植酸难以被单胃动物消化。反刍动物,如牛,可以通过肠胃道中的微生物来消化植酸,从而可利用释放的磷酸盐。但超过反刍动物消耗的过量饮食植酸和磷酸盐将通过其肠胃,被排泄而作为粪肥,在广泛的家畜生产区域内造成环境破坏。这是因为过量的磷从动物粪肥进入到环境和含水土层。植酸带来的进一步问题是,它可结合动物营养所需的多价阳离子,因此妨碍了动物对这些阳离子的生物利用。
目的本发明的一个目的是提供一种磷含量降低的动物饲料及其制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种磷含量降低的和植酸含量降低的玉米麸质饲料。
本发明的另一个目的是提供一种低磷动物饲料组分。
本发明的另一个目的是提供一种用作发酵的低磷营养源。
本发明的另一个目的是提供一种可保持更长时间食用的稳定的动物饲料。
参照下面的具体说明,本发明这些以及其它方面的目的将变得更清楚。
概述本发明提供了一种制造低磷含量动物饲料的方法。本发明也研究了包含本发明的浸渍水产物的玉米麸质饲料或动物饲料,所制备的低磷浸渍水的磷含量不高于磷含量未降低时的浸渍水磷含量的约25重量百分比。本发明还包括用作发酵营养源的和生产发酵产物的低磷浸渍水。
该方法考虑利用玉米湿磨法中获得的浸渍水,通过将该浸渍水与碱性氢氧化物(如氢化钙、氢化镁、氢化铵以及它们的混合物)混合,将植酸转变为碱金属盐和/或铵盐(植酸钙镁),沉淀该浸渍水中的植酸钙镁,产生一种沉淀了植酸钙镁的浸渍水,来克除该浸渍水中的植酸。碱金属和/或氢氧化铵的量应有效地沉淀浸渍水中的植酸,产生碱金属-或铵-植酸钙镁复合物,或使二价金属和/或铵离子与植酸钙镁结合,使植酸钙镁与钙金属、镁金属和
/或铵离子发生沉淀。然而,钙离子是本发明的一个非常重要的方面,其沉淀磷的功能比其他离子更好,即使当其他离子处于高的pH值环境时亦如此。碱金属或铵离子也能结合并沉淀浸渍水中的小量无机磷。通常,碱金属和/、,并且,Ca/p的摩尔比能有效沉淀至少75%、优选80%的磷,此Ca/,。之后,将离子/植酸钙镁复合物与浸渍水分离,获得低磷浸渍水。将沉淀的植酸钙镁与浸渍水分离后,使低磷浸渍水蒸发,并与其他动物饲料组分混合,获得一种低磷含量的动物饲料,其磷含量不高于作比较的含有未经处理的高磷浸渍水的约25重量百分比。可与低磷浸渍水混合的饲料组分包括玉米谷物如玉米粒、谷物副产品如玉米副产品、豆类如大豆、豆类副产品如大豆壳,以及它们的混合物。
一个方面,低磷含量浸渍水在一定时间和一定温度下发酵,使低磷含量浸渍水的pH值降至pH5以下,-。发酵可以利用内源细菌,加入乳酸菌和/或丙酸生成细菌。发酵是重要的,因为它能将浸渍水中残留的糖转变为有机酸,比如乳酸,从而降低了浸渍水的pH值,并提高了浸渍水的稳定性。低的浸渍水pH值也提高了浸渍固体的溶解性,并最大程度减少了玉米浸渍液蒸发过程中沉淀的形成。发酵也可有效降低浸渍水中的糖含量,使之不会因饲料干燥而产生的褐化反应有害地影响到饲料的颜色。发酵也能有效提供一种低磷浸渍水,当将其与饲料混合时,可获得至少每吨含有约
1磅丙酸的饲料。在本发明的一个方面应用,丙酸菌来发酵,产生足够的丙酸,有效抑制浸渍水中霉菌的形成,随后产生的动物饲料比得上没有经过发酵的相同产品。
浸渍水发酵可在全部浸渍水或部分浸渍水中进行。在这个方面,一定量的浸渍水被去除以有效地制备发酵的浸渍水,可将其与剩下的浸渍水混合,获得一种稳定的低磷浸渍水。通常总浸渍水体积的约10%到约100%可用于发酵,优选总浸渍水体积的约10%被发酵。
在另一方面,本发明研究了一种独特的玉米麸质饲料及其制造方法。该方法包括用水浸渍玉米,获得经过浸渍的玉米以及浸渍水。将浸渍水抽出或与经过浸渍的玉米分离。将经过浸渍的玉米碾磨成至少两种基本组玉米粒纤维组分(包括富含纤维的麸皮和胚芽)和非纤维性玉米组分。将分离的浸渍水与氢氧化物(选自氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铵以及它们的混合物)混合,来沉淀浸渍水中至少约75重量百分比的磷,获得植酸钙镁沉淀的浸渍水。氢氧化物的量能有效沉淀浸渍水中的植酸,获得植酸钙镁复合物,沉淀于浸渍水中。将沉淀的植酸钙镁可通过例如过滤、离心、凝结、絮凝、沉降和吸附与浸渍水分离,获得低磷浸渍水。可将低磷浸渍水浓缩到固体重量约
30%-90%,优选50%固体重量。然后如前所述,将低磷浸渍水与其他动物饲料组分混合。
在另一个方面,本发明能有效去除浸渍水中的草酸。草酸的去除是重要的,因为在后续的浓缩步骤中,草酸能形成不溶性复合物,如草酸钙,它能够形成规模并引起加工设备结垢。当将浸渍水与上述碱金属氢氧化物和/或氢氧化铵混合时,碱金属氢氧化物能有效沉淀浸渍水中至少80重量百分比的草酸,产生碱金属草酸盐复合物。
本发明还关于利用浸渍水发酵以及生产一种发酵产物,该产物中浸渍水的磷含量是源浸渍水磷含量的1-99重量百分比。在一个重要的方面,本发明包括一种制备发酵产物的工艺,该工艺包括发酵磷含量不高于未磷含量降低的源浸渍水的25重量百分比的浸渍水。
图1总体说明了一种生产低磷动物饲料的方法。
图2总体说明了一种生产低磷动物饲料的方法,其中,低磷浸渍水在与玉米粒纤维组分混合之前,先经过了发酵。
图3总体说明了一种生产低磷动物饲料的方法,其中,一部分低磷浸渍水被发酵,再与剩余的低磷浸渍水混合,然后与玉米粒纤维组分混合。
图4显示在不同pH值和钙/磷比率下,轻浸渍水中总的P沉淀。
图5显示将饲料分别与浸渍水、低磷浸渍水或经过发酵的低磷浸渍水混合所制备的湿饲料中的霉菌数。
发明详述定义“植酸”指肌醇1,2,3,4,5,6-六(二氢磷酸盐)。该化合物能与阳离子结合并形成复合物,该复合物有时称为植酸钙镁。我们也可将这些金属或铵离子/植酸结合分子描述为植酸钙镁复合物。
“玉米麸质饲料”是玉米湿磨生产如玉米淀粉和玉米糖浆后获得的副产品。玉米麸质饲料一般包含玉米胚芽、玉米麸皮、玉米可溶物、碎玉米、和发酵终产物。
玉米粒的组分玉米粒在植物学上被称为一种颖果,一种干的、单种子的、类似坚果的浆果,其果皮和种子融合形成颗粒。成熟的玉米粒包含四个主要部分果皮(外壳或麸皮)、胚芽(胚胎)、胚乳和尖帽。
在没有水分(干燥)的基础上,玉米整体及其组分的平均组成如下
胚芽盾片和胚轴是胚芽的两个主要部分。盾片占胚芽的90%,能储存萌芽时动员的营养。在该转化过程中,胚轴成长为幼苗。胚芽的特征是具有高的脂肪油含量,它还含有丰富的天然蛋白质、糖和灰分。盾片包含多油的薄壁细胞,其具有纹孔细胞壁。胚芽中67%的糖是葡萄糖。
胚乳胚乳包含淀粉,其蛋白含量比胚芽和麸皮低,其天然脂肪和灰分的含量也低。
果皮玉米粒被水不渗透性的表皮所覆盖。果皮(壳或麸皮)是表皮下的成熟子房壁,包含所有的外细胞层直至种皮。它具有高的非淀粉多糖,如纤维素和戊聚糖。戊聚糖是一种复合碳水化合物,存在于许多植物
组织中,尤其是麸皮中,特征是水解产生5-碳-原子单糖(戊糖)。戊聚糖族的任何成员具有化学式(C5H8O4)n,存在于各种食品和植物汁液中。由于其高纤维含量,因此果皮是坚韧的。
尖帽尖帽在玉米粒与玉米穗轴相连接处是果皮的延续,它通常存在于去皮过程中。它包含松且软的薄壁组织。
如图1所示,玉米湿磨法的第一步是浸渍,在控制的加工条件下将玉米浸泡在水中,所述加工条件指温度、时间、二氧化硫(SO2)浓度和乳酸含量。已知这些条件是促进水扩散穿过玉米粒尖帽、进入胚芽和胚乳所必需的。浸渍可使颗粒软化,便于分离玉米组分。
大量玉米在震动筛上进行法选,除去粗料和细小料。这些从玉米粒中取得的筛出物可用于动物饲料。如果将它们保留在玉米中,将引起一些加工问题,如浸渍和筛选时阻碍水流和提高浸渍液粘性。
通过将玉米加入罐中并用水覆盖来进行浸渍。可将玉米和水的混合物加热到约125°F,保持约22-50小时。浸渍可以通过在浸渍液上部不断地加入干燥玉米、同时从罐底不断地取出浸渍过的玉米来进行。
浸渍水中积聚了玉米溶解物,-
SO2处理此水。SO2能提高水扩散进入玉米粒的速率,有助于分解蛋白-淀粉基质,这是获得高的淀粉产量和质量所需要的。
将水从一个浸渍罐转移到另一个罐中,当水从一次浸渍到另一次浸渍向前推进时,SO2含量降低,而细菌的作用增强。这导致乳酸菌的生长。在水通过浸渍系统向前推进并作为轻浸渍水(没有蒸发掉水的浸渍水)被取出后,乳酸浓度从约16%上升至约20%(折干计算)。同时,%或更低。
在浸渍过程中,一些水被玉米吸收,其水分从16重量百分比增加到45重量百分比。剩余的未被吸收的水从浸渍系统中排出。这种轻浸渍水含有从玉米中浸泡出的可溶物。将浸渍水与Ca(OH)2和/或Mg(OH)2混合,如下所述沉淀浸渍水中的植酸。采用氢氧化钙沉淀可获得最佳结果,钙离子沉淀磷的能力优于其他离子,即使其他离子处于高pH环境中亦如此。
轻浸渍水含约1%-30%的固体,优选4-13%的固体;%-3%的植酸,%-%的植酸;-;将该轻浸渍水与足够量的碱金属氢氧化物如石灰和/或氢氧化铵混合(%,%-%,%-%w/w),,将浸渍水中总磷的至少约75%沉淀为植酸钙镁和不溶性磷,如磷酸钙。此方法还能有效沉淀浸渍水中总草酸的至少约
80%,如不溶性草酸钙。通常,浸渍水中约90%以上的植酸以及约10%-50%的无机磷以钙盐形式被沉淀出,并且约90%以上的草酸以草酸钙形式被沉淀出。将产生的含有白色植酸/磷酸钙沉淀物和草酸钙沉淀物的浸渍水进行真空过滤或水平篮式离心,获得植酸钙和草酸钙产品以及低磷浸渍水。
这些饲料组分可以含有例如大豆壳、小麦麸以及其他谷物纤维,它们是碾磨的副产品。在一实施方式中,其它的饲料组分来自玉米,包括玉米麸皮、碎玉米、提取的粗磨玉米粉和蒸馏的可溶物、或玉米加工副产品,来制备高水分玉米麸质饲料。这种高水分玉米麸质饲料含约30-70重量百分比的水分。或者,将低磷浸渍水与其他纤维性饲料组分混合,然后干燥并制粒成为一种干燥饲料,如干玉米麸质饲料。这种干燥饲料含有约8-12重量百分比的水分。
另外,如图2所示,利用内源浸渍细菌(或加入乳酸形成细菌)来发酵此低磷浸渍水,发酵温度至少约45℃,优选约45-55℃之间,发酵时间至少约8小时,优选约8-48小时,将可发酵糖转变为乳酸,,使饲料稳定。将低pH值的低磷浸渍水干燥至约30%-90%的固体,与其他饲料组分混合,制备高水分玉米麸质饲料。将含低pH值的低磷浸渍水的饲料干燥至约6-15重量百分比的水分,获得本发明磷降低的玉米麸质饲料,其磷含量低于作比较的含未经处理浸渍水的玉米麸质饲料磷含量的
25重量百分比。也可将所述饲料制成粒状。此种pH稳定的低磷浸渍水可直接使用或可干燥至约30%-90%的固体,用作发酵营养进料或用作轻浸渍水。此种pH稳定的低磷浸渍水对于发酵微生物的矿物质代谢具有最小的影响。
此外,可蒸发低磷浸渍水至约30%-90%的固体,并与其他饲料营养成分混合,制造一种通用高水分低磷动物饲料。用经发酵产生乳酸的、低pH值的低磷浸渍水生产的高水分动物饲料,与用低磷浸渍水或未经发酵的浸渍水生产的高水分动物饲料(含水分约12%以上重量百分比)相比,在5-14天后的霉菌形成较低。可利用内源性和/或加入的乳酸菌在浸渍水中生产乳酸。
在本发明的另一方面,将内源性和/或丙酸菌在发酵前加入到浸渍水中。可被用于该方法中的丙酸菌一个例子是Propionibacteriumacidipropionici菌株ATCC55737。如图3所示,可发酵一部分的低磷浸渍水,然后与剩余的低磷浸渍水混合。在本发明的这个方面先发酵,一定量的浸渍水,再将该发酵的浸渍水与剩余的低磷浸渍水混合,用于生产高水分动物饲料,每吨这种饲料含有约1-4磅的丙酸。用经发酵生成丙酸的低磷浸渍水制造的高水分动物饲料,与用低磷浸渍水或未经发酵产生丙酸的浸渍水制造的动物饲料相比,在

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