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创建副产物饲料化利用技术体系 变废为宝助力产业发展乡村振兴
  • 发布单位:农产品加工研究所
  • 2023-05-31 08:58:28
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聚焦一流  创新引领│2022年度广西科技进步奖励获奖项目系列报道之一

创建副产物饲料化利用技术体系 变废为宝助力产业发展乡村振兴

——记2022年度广西技术发明奖一等奖“甘蔗/木薯副产物饲料化加工关键技术及应用”

从2023年广西科学技术奖励大会上获悉,我院牵头完成的“甘蔗/木薯副产物饲料化加工关键技术及应用”成果荣获2022年度广西技术发明奖一等奖。

农副产物的综合利用作为新型生物经济原料日益受到世界各国关注。广西甘蔗和木薯种植面积及产量约占全国70%。据统计,广西甘蔗种植面积达1300万亩,甘蔗产量7490万吨,木薯种植面积达260万亩,木薯产量168万吨,甘蔗和木薯副产物产量高达3500万吨以上。甘蔗和木薯副产物含有丰富的营养物质,可作为重要的非粮饲料来源,能有效解决畜牧饲料匮乏问题,而当前优质低成本饲料的供给不足,成为制约广西畜牧养殖产业经济效益和持续健康发展的突出问题之一。

深入生产一线 找准副产物饲料化瓶颈问题

从2011年起,项目负责人张娥珍研究员带领科研团队成员深入田间地头,到饲料加工企业、牛羊养殖企业和农户中调研,足迹遍布广西区内主要甘蔗和木薯产区,发现甘蔗和木薯副产物饲料化利用不足20%,多数随意弃置或焚烧,造成资源浪费和环境污染。科研团队梳理出制约甘蔗和木薯副产物饲料化利用的三大现实问题:一是纤维质结构致密度高,纤维素难消化吸收;二是工业化加工水平低,产品蛋白含量低营养差、适口性差、储存周期短;三是饲喂针对性不强,养殖效益低等。

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科研团队实地调研肉牛饲喂甘蔗尾梢发酵饲料情况

励志创新 攻克副产物饲料化关键技术难题

科研团队与江南大学、生产企业开展产学研联合攻关,在甘蔗和木薯副产物饲料化的应用基础研究、加工关键技术研发和精准饲喂技术反复实验探索,不断大胆创新,创制了优质低成本副产物饲料化利用关键技术。

一是率先创制了甘油相预处理技术,解构了原料纤维质抗降解屏障,奠定副产物饲料化加工基础。

甘蔗和木薯副产物纤维素含量高,但纤维质结构致密,打破致密结构并使纤维素得到降解是首要问题。

科研团队在国际上创制了纤维质原料的常压预处理技术,选择甘油作蒸煮剂,常压高温(180℃~240℃)蒸煮(10min~180min)过程中热敏性好(比热容约为水60%),渗透性强,反应迅速,离解出质子和羟基,通过羟基化反应断裂其中的关键性化学键/官能团,从而进行选择性化学切割,解离原料的致密结构。

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常压甘油相预处理技术原理

该技术能选择性脱除原料中木质素(>70%)和半纤维素(<30%)组分,使纤维素保留率>90%;有效解决了纤维质原料复杂致密结构引起的高顽抗性和难以消化等科学问题,实现节能15%以上。该技术曾被国际杂志Biofpr(IF 4.4)以Technology News专题报道,发表7篇SCI一区论文。

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甘蔗渣预处理前后对比

二是发明了微生态制剂复配定制技术,奠定了优质副产物饲料加工基础。

基于发酵菌群、纤维素酶组合和有机多元络合物等制备方法,发明了“优势发酵菌群+纤维素酶组合+糖蜜有机多元络合物”的微生态制剂复配定制技术,创制了高效专一性的“菌-酶-有机络合物”微生态制剂。该制剂在发酵过程中的菌酶协同作用增强,具有高效专一性消化作用,使纤维素酶用量降至20%~30%,用酶成本节约70%以上,48hr纤维素消化率可达90%,显著地降低了菌剂用量和成本,提高了纤维素消化率、微量元素吸收率、产品品质和稳定性,并缩短了发酵周期。

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张娥珍研究员进行微生态制剂复配定制实验

三是创制副产物分级固态发酵制备新技术,实现优质发酵饲料规模化生产。

在原料预处理方面取得突破后,采用何种加工技术才能在控制成本的同时使饲料产品营养更好,成为摆在张娥珍及科研团队成员面前的又一道亟待解决的难题。

科研团队以快速增加发酵菌群数量和高效降解原料纤维素为关键点,创制了分级固态发酵技术及产品,比常规发酵粗纤维含量降低22.35%,粗蛋白含量提高19.75%。利用该技术和工艺研发出发酵饲料产品6个,有效地解决了饲料中纤维素降解率低、蛋白含量低的技术难题,提高了饲料的营养性、适口性、安全性,丰富了动物肠道益生菌群。在此基础上制定的农业行业标准《甘蔗尾梢发酵饲料生产技术规程》,填补了甘蔗尾梢发酵饲料生产标准空白。

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甘蔗、木薯副产物发酵饲料产品

四是创制副产物快速干燥制备新技术及装备,实现优质干燥饲料规模化高效生产。

基于对影响原料水分和营养成分的温度及粉碎粒径的精准调控,科研团队创制了集揉搓、粉碎、干燥功能于一体的立式旋风快速制备饲料装备1套及配套生产工艺。该装备采用两级粉碎、两级旋风分离的工艺,实现了新鲜原料在2min~3min内含水量从75%~85%降低至12%~15%;干燥处理后的副产物营养成分保留率达85%以上,可直接用于饲喂或深加工贮藏。经试验,该装备适用于多种作物副产物饲料的快速制备,很好地解决了新鲜副产物易霉变、难贮藏、不易深加工利用的“第一卡脖子”问题,实现了副产物饲料周年供应。

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立式旋风快速制备饲料装备

五是创制副产物颗粒饲料制备新技术,实现优质颗粒饲料规模化生产。

针对干燥后的原料蓬松、口感差、牛羊采食率低且易造成食道粘膜损伤的问题,发明了甘蔗和木薯副产物配方颗粒饲料制备技术,研发出符合牛羊不同生长阶段的甘蔗尾梢、木薯茎叶混合颗粒饲料配方,开发出颗粒饲料产品4个,饲料产品营养丰富,明显提高了适口性、安全性和储存周期,并制定了颗粒饲料生产的广西地方标准,填补了广西牛羊颗粒饲料生产标准空白。

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甘蔗、木薯副产物配方颗粒饲料产品

六是发明精准饲喂技术,显著提高牛羊养殖效益。

生产的甘蔗、木薯副产物饲料产品终究要应用于牛羊养殖并达到预期效果才算是获得了成功,但广西属于南方高湿热地区,高温高湿天气牛羊体热散发易受阻、新陈代谢易受损,可能导致生产性能、饲料利用率及日增重量降低甚至引发疾病,因此还需要配套的饲喂技术,张娥珍及其科研团队展开了新一轮探索。

科研团队研究了高温高湿地区牛羊在不同生长阶段营养需求以及饲料营养水平对动物生产性能、血液指标、抗病能力、肉质变化的影响,发明了牛羊“发酵饲料+配方颗粒饲料”日粮模式的精准饲喂技术,肉羊平均日增重比对照组提高55.6%;肉牛育肥平均日增重比对照组提高30.76%,饲料成本降低9.9%;制定了广西地方标准2项,填补了广西牛羊饲养标准空白,解决了甘蔗和木薯副产物饲料精准高效利用的难题。

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肉牛育肥前后对比

十年磨一剑 创建饲料化利用技术体系

经过十余年的艰苦探索与不懈努力,张娥珍带领科研团队成员在副产物饲料化创新利用方面取得重大突破,首创“原料预处理-产品加工-产品应用”的甘蔗/木薯副产物饲料化利用技术体系,发明关键技术6项,研发装备1套、产品10个,获授权发明专利14件,制定行业标准1项、地方标准3项,发表论文专著22篇(部),农业农村部科技发展中心组织印遇龙院士为组长的专家组进行成果评价,总体达到国际领先水平。副产物饲料化利用技术在广西、海南等地的甘蔗/木薯主产区进行了广泛应用,累计生产颗粒饲料38.7万吨、发酵饲料550.2万吨,产品销往云南、贵州、四川、湖南、江西等13个省份,累计新增产值46.3亿元。延长了种植产业链,推动种养业有机结合,甘蔗/木薯副产物成为重要的非粮饲料,牛羊饲粮使用量降低20%,提高了养殖效益,巩固脱贫攻坚成果。实现产业增效、农民增收、资源高效利用,变废为宝,减少环境污染,保护了乡村生态环境和青山绿水风貌。


团队简介:

特色农产品综合利用团队,主要开展广西特色农产品及其副产物综合利用研究、“种养加”循环农业技术研究等科研工作。近年来,先后承担农业农村部公益性行业专项、广西创新驱动发展专项等科研项目20余项;以甘蔗、木薯等热区大宗作物田间及加工副产物为主要原料,创建了副产物饲料化加工技术体系,研发出快速制备饲料装备、发酵饲料、颗粒饲料、微生态制剂等产品;同时研发铁皮石斛、灵芝、芒果、火龙果等广西特色农产品、南药、食药用菌等精深加工技术,研发出纳米速溶粉、胶囊、复合饮品、功能酒、口服液、果粉等功能食品;获广西技术发明奖一等奖等科技奖励5项;获授权发明专利20余件;编制农业行业标准1项、广西地方标准8项;出版专著1部,发表研究论文著作30余篇;成果登记20余项。现有科技人员8人,高级职称5人,中级职称2人,博士1人,硕士3人。

加工所  梁晓君供稿/供图 

一审一校:陈赶林

二审二校:薛臣艺

三审三校:杨景峰