食品发酵工业废弃物资源综合利用
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

3.3 玉米酒精糟液制取全干燥蛋白饲料

3.3.1 玉米DDGS概况

3.3.1.1 玉米DDGS的概念和组成

玉米DDGS,又称玉米干酒精糟,是燃料乙醇工厂生产酒精的副产品,是在玉米发酵的过程中,将淀粉转化成乙醇和二氧化碳后,剩下的发酵残留物经过蒸馏和低温干燥形成的产品。在燃料酒精生产过程中,淀粉发酵得到乙醇,但谷物颗粒中的剩余组分(胚乳、胚芽)仍保留着包括能量、蛋白质和矿物质元素在内的许多初始营养物质。这些组分经过浓缩、干燥、加工就形成了DDGS。用3t 玉米生产1t乙醇的同时可以生产1t DDGS。

玉米DDGS主要由DDG和DDS两部分组成。

①DDG 玉米发酵提取乙醇后剩下的固形物经干燥成形,它浓缩了玉米中除淀粉和糖以外的其他成分,主要包括蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等。

②DDS 主要是发酵液中的可溶物经干燥处理得到的产物,其中包括了玉米中的一些可溶性营养物质,以及发酵过程中产生的未知生长因子和酵母菌体等。

将DDG和DDS按一定的比例混合并烘干即得到了DDGS。

3.3.1.2 玉米DDGS的优缺点

酒精糟液浓缩干燥法的优点:真空浓缩干燥装置将酒精糟液浓缩干燥后,得到糟渣粉可作为农作物肥料(糖蜜原料酒精糟液)或畜禽饲料(淀粉质原料酒精糟液),处理酒精糟液较为彻底;同心圆装置实际上是利用酒精糟液代替清水对锅炉烟气进行洗涤除尘,减少了糟液排放量;采用DDGS生产工艺处理生产污水,生产污水主要是蒸发单元的冷凝水,能使污染去除率在95%以上(COD在1800mg/L左右),经过生化处理,可实现达标排放,具有很好的环境效益。

酒精糟液浓缩干燥法的缺点:真空浓缩干燥装置耗能多(燃能多)、投资大,对大多数中小企业来说,生产规模太小,资金缺乏;设备结垢难处理。

3.3.1.3 玉米DDGS的发展历程

(1)国外玉米DDGS的发展历程

在国外,很早就有人探索酒精糟作饲料的途径,尤其在欧美国家,得到了很快的发展。同时,进入20世纪90年代后,DDGS的应用越来越广泛,国外不但将其作为饲料,还将其制备成黏合剂来使用,效果良好。DDGS在国外早已不是陌生的东西,并已进入国际商品饲料的领域,干糟渣、干糟浆两个同一系列产品已有了国际饲料的编号。

在国外玉米DDGS饲料基本上来自于以玉米为原料生产燃料乙醇的工厂,尤其在北美洲,年产玉米DDGS约320万~350万吨,约70万吨出口到欧洲用作饲料。在美国,大量来自玉米干粉酿酒的酒精糟成为饲料配方的核心。近来美国科学家研究表明,DDGS饲喂猪的效果也很好,玉米干酒精糟可作为生长肥育猪日粮的一种潜在的玉米主要替代物。DDGS中中性洗涤纤维的含量很高,可以阻止病原菌在猪肠壁上附着,同时可作为有益菌的营养来源。在日粮中添加5%~10%的DDGS可降低50%由回肠炎导致的猪病死率,仅此一项为美国每年节省兽药治疗费用近2000万美元。随着玉米大量地应用到工业酒精的生产,DDGS的产量也随之剧增,美国2006年工业生产的DDGS量已超过600万吨,其主要原因是饲料和家畜业需求量在不断扩大。格兰特大学的学者通过试验证实DDGS的营养价值可以推荐用于奶牛、肉牛、猪、家禽等多种饲料配方当中。 由于疯牛病的蔓延,在牛用饲料中禁止使用动物副产品,而全部采用植物性饲料,美国生产的DDGS大多数都被用于饲喂肉牛和奶牛,据统计大约有56%的肉牛饲料中添加了DDGS。同时,在采用新技术、新方法并且得到良好质量控制的乙醇工厂,DDGS的营养成分已经得到了很大的改善,也能够用于家禽和猪的饲料,因此,近几年来,DDGS用于饲喂家禽和猪的数量也在日益增加。此外,大量新的乙醇工厂增加了市场上DDGS的销售量,使其可以更广泛地用于畜禽日粮,且具有来源充足和经济效益高的优点[8,9]

(2)国内玉米DDGS的发展历程

我国酒精企业生产DDGS在生产技术、相应设备制造、生产实践积累方面较国外晚30多年。20世纪70年代以前,我国生产乙醇的主要原料是糖蜜、薯干等。进入20世纪80年代后,由于我国玉米产量的迅速增加,而且使用玉米生产的乙醇质量好,导致以玉米为原料生产乙醇的厂家迅速发展。但我国DDGS方法则起步很晚。我国酒精企业在20世纪70年代前由于生产规模小和受前苏联酒精工艺技术思想的影响,认为酒精糟液用干燥法回收能耗高、经济效益低,且生产酒精的糟液含水量太高,直接饲喂家畜效果不好,所以未能很好地应用起来。到了80年代初,由于节能新工艺的推广应用来解决环境污染问题,才开始引进国外DDGS的技术和设备,使得大量生产DDGS有了可能。20世纪80年代末90年代初,开始了对玉米酒精厂废糟液的利用,一些酒精厂(如北京酒精厂、安徽宿县酒精厂等)引进了国外全干燥蛋白饲料成套设备。吉林新中国制糖厂也在吸收国外先进技术经验的基础上研制出了酒精糟液生产全干燥蛋白饲料的国产化设备和工艺路线,这标志着我国在酒精厂的糟液利用及环境治理方面步入了一个新阶段。1990年召开的全国新蛋白质资源开发利用会议对“如何实现食品工业联产饲料消除污染”提出了以玉米为原料生产酒精,其废糟液经浓缩干燥,可制取含蛋白质27%~28%的蛋白饲料。随着我国饲料工业的进一步发展,“八五”期间首次提出我国将对饲料工业资源进行合理开发和利用,而酒精厂废糟液的利用就成为一个开发的重点,在治理酒精厂环境污染的同时,也为饲料工业提供大量宝贵的蛋白饲料。经过20多年消化、吸收、发展国外DDGS的生产技术实践,我国酒精企业和相关设备制造业已经达到与国外某些先进同行企业相当的水平,谷物酒精联产DDGS成为了环保达标技术和重要的获利手段[10,11]

3.3.2 玉米DDGS的营养特性

3.3.2.1 玉米DDGS的营养价值

玉米酒精糟中除碳水化合物减少外,其他成分为原料的2~3倍。以玉米为原料的DDG、DDS和DDGS的粗蛋白含量较高,且基本相近,占干物质的27%~29%。三者的粗纤维含量分别约为11%、7%和4%。DDG、DDGS和DDS三者的营养成分以及消化能值见表1-3-4[7]

表1-3-4 DDG、DDGS和DDS三者的营养成分以及消化能值

我国的酒精工业原材料主要是玉米和薯类,因此也就会出现两种副产品:玉米酒精糟及可溶物和薯类酒精糟及可溶物。薯类酒精糟及可溶物粗蛋白质含量没有玉米类高,只有20%左右,蛋白质的消化率也较低,并且粗纤维、粗灰分含量高,只宜用作牛饲料。

玉米DDGS是玉米DDG与玉米DDS的混合物。三者蛋白质、氨基酸含量虽然大体相近,但DDS的粗脂肪含量高,而粗纤维含量低。因此,凡含DDS多的DDGS的有效能值也相对较高。在国外DDGS主要供作牛、羊用蛋白源。优质的DDGS富含B族维生素、矿物质和未知生长因子,是畜禽日粮中豆粕和玉米的优良替代物。

3.3.2.2 玉米DDGS的营养特点

①DDGS是优质蛋白原料,其氨基酸含量及可消化氨基酸比率都比较高,粗蛋白28%左右,赖氨酸0.5%~1.3%,蛋氨酸 0.6%。完全符合蛋白饲料的要求,但其中赖氨酸的含量变异较大。

②DDGS含有大量水溶性维生素和脂溶性维生素E,以及在发酵蒸馏过程中形成的未知生长因子,在补充畜禽维生素、促进生长、增强免疫力方面能发挥独特的作用,胆碱的含量也高。

③DDGS的亚油酸含量较高,可达2.3%,是必需脂肪酸——亚油酸的良好来源。

④DDGS的脂肪含量较高,有的产品可达9%~13%,纤维素含量中等,易于消化吸收,在日粮中添加有良好的适口性和饲喂效果。

⑤DDGS是反刍动物优质的过瘤胃蛋白,可达46.5%,而豆粕仅为26.5%,并且过瘤胃蛋白的氨基酸平衡状况比豆粕的好,可以有效地改善瘤胃内环境。

⑥DDGS不含有任何抗营养因子,应用领域广泛。

⑦在发酵过程中,菌体分解了部分纤维素,同时破坏了纤维素和木质素之间的紧密结构,DDGS 的纤维成分利用率得以大幅度提高,提高了饲料的生物效价。同时由于加入了 DDS,也使 NDF 和 ADF 下降,保证了能值的提高和蛋白氨基酸的利用率。

⑧DDGS中含有的糖化酶、酵母以及发酵产物能加强胃肠良性微生物功能,提高畜禽免疫功能。

⑨DDGS也是生产饲料酵母的优质原料。

⑩DDGS的能值正被重新认识,NRC的数据库 DDGS 的猪代谢能为12.67MJ/kg,玉米的猪代谢能为16.06MJ/kg;而美国学者Dr.Garry Allee在2005 年通过试验证明,DDGS的猪代谢能为16.47MJ/kg,玉米的猪代谢能为16.15MJ/kg,也就是他认为DDGS 的能值与玉米相当。当然,他们所做出的数据都是用全粒法生产出的DDGS,且颜色较好。

../images/image62.jpegDDGS中的钠含量变异系数很大,出乎人们的意料。玉米中钠含量约为0.03%,按照3倍效应,玉米DDGS中钠含量约为0.10%。但有些样品中(尤其是颜色较深者)含量为0.25%~0.58%。钠含量过高,将影响日粮电解质平衡,使排泄物水分增加,增加垫料湿度和脏蛋率。所以,在使用时要注意,需经常检测Na+含量。

../images/image63.jpeg除了代谢能,其他营养成分是玉米的3倍,但黄曲霉毒素等霉菌毒素的含量也很高,有些黄曲霉毒素高达100×10-6(100ppm),使用时要特别注意。

../images/image64.jpegDDGS中硫含量较高(0.45%~1.10%),因为发酵过程中加入硫酸调节pH值,引入了硫元素。若高剂量添加DDGS时,会影响Ca和微量元素的吸收而影响蛋壳的质量;也会导致排泄物中 H2S含量增高,影响禽舍环境[8~12]

3.3.2.3 玉米DDGS的营养缺陷

(1)养分含量变异大

DDGS用作动物饲料原料时,最大的问题是营养成分含量变异大。不同厂家,甚至同一厂家不同生产阶段的产品,其营养成分有很大不同。原料、加工工艺、成品中DDGS含量的不同是其营养变异的主要原因[12]

(2)纤维和非淀粉多糖(NSP)含量高

虽然在发酵过程中微生物降解了部分纤维,但DDGS中纤维含量高仍是其在单胃动物饲粮中大量使用的一个限制性因素。玉米副产品中NSP均以木聚糖和纤维素为主,其中木聚糖含量高达9.1%~18.4%,纤维素含量约6.3%~14.7%。当DDGS在单胃动物日粮中使用量较高时则会降低其他营养物质的消化率,影响动物的生长。

(3)霉菌毒素污染

DDGS副产品水分含量高,谷物易破损,霉菌容易生长。若玉米中含有霉菌毒素,而发酵不能使霉菌毒素的毒性失活,经发酵处理后会使DDGS中霉菌毒素含量达到普通玉米的300%,因此,必须严格检测每批DDGS中霉菌毒素含量。

(4)脂肪酸败

DDGS中含有较高的玉米油,脂肪含量也较高,但多是不饱和脂肪酸,易发生氧化酸败,使有效能值降低,对动物健康不利,也影响储存时间。

3.3.3 玉米DDGS的生产工艺

目前,我国玉米DDGS的生产方法主要以全干燥法为主。玉米DDGS全干燥法生产技术包括:酒精糟废液的分离、分离液的蒸发缩浓和浓缩液与糟酒粕的干燥等工序。

3.3.3.1 酒精糟废液的分离

(1)酒精糟废液的分离工艺

分离是用分离机将糟液中的不溶性固形物和悬浮物从液相中分离出来。对于酒糟液的治理,关键的一步是首先进行固液分离,否则很难对其进行深加工。固液分离方法主要有自然沉淀、板框压滤和离心分离3大类。图1-3-8为酒精糟液分离工艺流程之一[13]

图1-3-8 酒精糟液分离工艺流程

自然沉淀法属于比较原始的固液分离法,效率低,工作环境差,不能彻底治理污染问题,此法已基本被淘汰。

板框压滤机虽然分离效果较好,但不能连续分离,且受到工作环境差、劳动强度大、边框受热变形等因素的影响,限制了其在酒精行业中的应用。

离心过滤时酒精糟的固液分离属于恒速过滤式。常用的有卧式螺旋离心分离机和立式离心分离机两种。立式离心分离机存在着处理量较小、间隙进料、滤网寿命短等缺陷,没有卧式螺旋离心分离机应用广泛。卧式螺旋离心分离机具有分离因数大、分离效果好和湿渣含水量低等优点,因此在实际中获得广泛应用。

(2)分离对后续工艺的影响

固液分离作为酒精糟处理的第一步,分离效果的好坏直接影响后面工序的操作:a.如果含水量较高,则干燥耗汽多,对于列管式干燥器,列管上易结垢,影响热效率;b.如果离心液中不可溶物浓度高,回流时,使拌料浓度增加,易堵塞管道,影响液化,导致酒母发酵能力下降,同时还会影响蒸发的效率。卧式螺旋离心分离机可作为首选的分离设备。分离质量的好坏直接影响蒸发与干燥的成效。应尽量选用有较高分离因数的分离机以降低蒸发、干燥单元的能耗。

1)分离对蒸发单元的影响 实践表明,蒸发后浓浆中总固形物含量与清液中悬浮物含量有如图1-3-9所示关系曲线[14]

图1-3-9 分离对蒸发单元的影响

如果分离清液中悬浮物含量过高,蒸发器将会结垢,导致传热系数迅速降低,传热过程恶化。相反,清液中悬浮物含量越低,蒸发浓缩得到浓浆中总固形物含量就越高,这意味着蒸发器能达到更高的生产强度,蒸发能力大大提高。

2)分离对干燥单元的影响 分离后的滤渣与蒸发浓缩制得的浓浆混合后进入干燥机。如果滤渣和浓浆的质量及浓浆浓度均保持一定,那么滤渣含水率越高蒸汽耗量越大。干燥机蒸发水量及蒸汽耗量与混合物含水率关系曲线见图1-3-10[14]

图1-3-10 分离对干燥单元的影响

从该曲线可以看出,随着混合物含水率的提高,生产单位DDGS成品的干燥机蒸发水量(蒸汽耗量)也随之增加。如果降低滤渣的含水率(从而降低混合物的含水率),那么就能显著降低干燥机蒸汽耗量。

基于以上所述,为降低蒸发、干燥单元的能耗,应尽量选用有较高分离因素的分离机。

3.3.3.2 分离液的蒸发浓缩

(1)蒸发浓缩的目的和意义

酒精糟废液通过卧式螺旋离心分离机分离后得到的清液主要含有蛋白质27.0%、粗脂肪9.0%、粗纤维4.0%(以上均为干基计);此外,还含有多种氨基酸、维生素和无机盐。因此,充分利用和处理离心液,对治理环境、消除污染、变废为宝具有重要意义。但是,酒精糟离心液的浓度很低,不可溶物质含量小于0.5%,干物质含量为3.0%~3.5%,且黏度、酸度较大。选择蒸发设备及工艺技术既可浓缩酒精糟离心液,不致破坏其中的营养成分,又节约能源,经济效益高。防止二次蒸汽分离中夹带液沫,确保设备连续正常运转等,是需要重视的关键问题[13]

(2)蒸发浓缩的工艺

为了达到对离心清液的处理的目的,国内外酒精糟离心液蒸发工艺中常见的流程有:双效、三效、四效和六效蒸发等。根据实践经验,建议蒸发浓缩工艺采用强制循环真空多效蒸发工艺。

1)强制循环 由于酒精糟液黏度大,易在管壁上结垢,采用强制循环,以加大循环速度,提高传热效率,有利于提高设备的处理能力。

2)真空蒸发 因真空(负压)下溶液的沸点较在常压下低,所以采用真空蒸发可以利用低压蒸汽或二次蒸汽作为加热蒸汽,有利于浓缩不耐高温的溶液,且蒸发器损失热量较少。

3)选用多效 可利用前一效的二次蒸汽作为后一效蒸发器的加热蒸汽,提高了一次蒸汽的利用率,具有节能的效果。图1-3-11是一种四效真空蒸发工艺流程简图[13]

图1-3-11 四效真空蒸发工艺流程

1~4—蒸汽罐;5~8—闪蒸罐;9,10—强制循环泵;11—平板式换热器;12—冷凝器

该流程的特点是:a.前三效的热源以二次蒸汽(或废气)为主要汽源,生蒸汽基本不使用,节能明显;b.第四效用生蒸汽加热,温度高,使浓度高的醪液黏度降低,便于输送;c.采用仪表自动或微机控制,劳动强度低,操作稳定,安全性高。

(3)蒸发浓缩过程中存在的问题

分离滤液经过多效蒸发,使其浓度增加到40%以上。在蒸发单元的设计中,要合理确定各项工艺参数,并注意解决下述问题。

1)效数问题 蒸发单元的运行费用主要花在汽化大量水所消耗的能量(蒸汽)上。通常把1kg生蒸汽所蒸发的水量称为生蒸汽的经济性(W/D),若采用单效蒸发,W/D≤1,显然需消耗大量蒸汽。为此,将第一效汽化的二次蒸汽作为加热剂用于下一效蒸发,以此类推,即可组成多效蒸发系统。在若干假定条件下,单效的W/D=1,二效的W/D=2,三效的W/D=3。实际操作中,因为有各种损失,多效蒸发系统的经验值见表1-3-5[14]

表1-3-5 效数与蒸汽耗量关系

显然,效数越多,生蒸汽的经济性就越高,那么是不是效数越多越好呢?对于一个蒸发系统优劣评价的另一个重要指标是生产强度U,即单位蒸发面积的蒸发量,U=W/A,若不计热损失,料液预热至沸点加入,则蒸发器传热效率Q=W·rr为水的汽化热),那么对于单效:

../images/image70.jpeg

式中 Δt——传热温差;

k——传热系数。

对于多效:

../images/image71.jpeg

式中,../images/image72.jpeg

当生蒸汽和冷凝器的压力已定,蒸发装置的传热温差就随之而定。如果单效蒸发和多效蒸发完成相同的蒸发任务,那么单效蒸发的传热温差将按某种规律分配于各效,即../images/image72.jpeg显然,由于Δti远小于Δt,这就意味着多效蒸发的生产强度U远小于单效蒸发的生产强度U

总之,多效蒸发是以牺牲设备的生产强度来换取生蒸汽的经济性,必须对设备费和操作费进行权衡,合理确定效数。一般来说,选择5~6效比较理想[14]

2)结垢问题 糟液中含有钙化合物等,进行蒸发操作时,水在加热面汽化,使Ca2+局部浓度增加,当浓度达到饱和状态后就在加热面上析出,形成垢层。同时,糟液中的悬浮物也会在蒸发器上形成垢层。垢层的产生使传热系数k迅速下降,能耗急剧增加。因此要采取强制循环,提高糟液循环速度,尽量降低垢层的形成,并能对产生的垢层及时清洗。

3)变性问题 糟液中含有蛋白质等热敏性物质,在高温下会引起变性,从而降低DDGS成品的营养价值,应合理设计蒸发温度,减少甚至避免变性的发生。

3.3.3.3 酒精糟粕的干燥

干燥单元是将分离单元生产的滤渣和蒸发单元生产的浓浆混合后进行干燥,因此该单元将直接决定DDGS产品的最终质量。在DDGS生产技术中,干燥工序的主要目的是:a.去除酒精糟中的水分,使之降到安全水分以内,减少DDGS在储存和运输中的损失,因为DDGS中脂肪含量为8%以上、蛋白质含量为27%以上,水分较大时,DDGS容易发霉变质;b.便于DDGS的造粒,减少在运输过程中DDGS的飞扬,易于储存和运输销售。

3.3.3.4 节能工艺线路的选择

选好节能设备是节能的一条途径,而设计合理的工艺线路则是节能的另一条途径,诸如分离清液的循环使用、二次蒸汽的利用等。

(1)分离清液、蒸发冷凝液的回用

DDGS生产技术的应用不独立于酒精生产,其中酒精糟分离清液的回用拌料,即是两者很好的结合方式。一是通过用50%的分离清液,将酒精生产做拌料及液化、糖化用水可以节省一部分用于加热冷水拌料的蒸汽消耗;二是减少了蒸发设备所要处理的清液量,既节省蒸发所要消耗的蒸汽,降低运行费用,又可减少蒸发设备的投资[13]

(2)二次蒸汽的再利用

圆盘式干燥器排出的二次蒸汽(废汽)温度达95~100℃。首先经热交换器与分离清液进行换热使其温度升高,50%用于酒精生产中,50%用于蒸发浓缩,达到节省能耗的效果,同时二次蒸汽(废汽)又可用作蒸发的热源。在多效蒸发工艺中采用真空蒸发,虽增加了一些电能的消耗,但蒸发前一效排出的二次蒸汽可作为后一效的热源,又是一种节能的工艺方案。图1-3-12是DDGS生产技术综合节能方案示意[13]

图1-3-12 DDGS生产技术综合节能方案示意

上述方案,是综合设备选择与工艺线路选择两方面形成的DDGS生产技术节能方案。其仅作为DDGS生产技术中节能方案的探讨,并未做数据分析,但对于减少蒸发设备投资、热能量最大化的再利用,从而实现对酒精糟废水的污染治理,为企业取得良好的经济效益提供了优质选择。该方案可以在酒精生产中利用。

3.3.4 玉米DDGS关键设备的选择

玉米酒精糟液生产DDGS已是一项推广技术,但由于DDGS生产投资大、能耗高,对大多数中小企业来说,生产规模太大,资金缺乏,企业应采取因地制宜的措施,选择性能价格比较好的处理设备,尽量减少设备投资,并降低生产能耗,使生产成本降下来,从而提高经济效益。只要认真分析各工艺单元的能耗及投资状况,确定合理的工艺参数,找出节能降耗的重点环节,做出合理的热利用方案,就可以实现DDGS生产的低能耗、低物耗、低投资、高效益,就能被广大酒精生产厂家所接受,从而取得良好的经济效益、环境效益和社会效益。因此,从设备投资、经济效益、社会效益和环保效益等方面综合考虑,可以从设备选择与工艺线路选择两个方面来选定节能方案[13]

3.3.4.1 分离设备的选择

在DDGS生产技术中,酒精糟液的分离作为关键的第一步,分离设备的选择是否合适,直接影响分离效果和工序的能耗。表1-3-6是3种分离方法的比较对照表[14]

表1-3-6 3种分离方法的比较对照(对处理酒精糟情况)

卧式离心机作为推广应用的离心设备应成为酒精糟废液的首选分离设备。目前,比较成熟的是采用倾析式卧式螺旋离心分离机,玉米酒精通过倾析离心使废液中的悬浮物分出,获得的固体滤饼其水分含量为65%~70%,即固形物含量达30%~35%,可用绞龙输送至干燥装置,滤出液则用泵送至蒸发站。

3.3.4.2 蒸发浓缩设备的选择

用于蒸发的蒸发器有自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、膜式蒸发器和板式蒸发器等。

3.3.4.3 干燥设备的选择

干燥作为DDGS生产技术的最后一道工序(不造粒情况下),其干燥设备的选择,对提高生产能力、热效率与节能的效果具有重要影响。

该工序的主要设备包括干燥器及一些附属设备。国内目前干燥器种类很多,如厢式干燥器、喷雾干燥器、流化干燥器、滚筒式干燥器、气流干燥器等。但它们在不同方面存在着缺点,如产量小、能耗大、劳动强度大、对黏性物质不适应等。国外适用于DDGS干燥的设备很多,如管束干燥器(tubular bundle drier)、快速干燥器(flash drier)、滚筒式干燥器(drum drier)、管式干燥器(tubular drier)和转盘干燥器(rotadisc drier)等。目前在国内DDGS技术生产中,多采用列管式干燥器和圆盘式干燥器。 表1-3-7是3种干燥器的技术性能比较,选择圆盘式干燥器更为理想。图1-3-13是由圆盘式干燥器作为干燥设备的干燥流程[13]

表1-3-7 3种干燥器部分技术性能比较

图1-3-13 圆盘式干燥器干燥的DDGS流程

分离出酒精悬浮物,稀液经浓缩后,干燥一般采用管式滚筒干燥,但由于干燥性能差,还需将已干燥的产品返回,再次和浓缩稀液酒精混合,使进入干燥器的混合物水分控制在25%,因而输送系统复杂。此外,管束干燥器易造成结块和黏壁,且需庞大的回料设备。圆盘式干燥器是20世纪70年代发展起来的干燥设备,利用充满蒸汽的转盘浸没在物料中旋转加热,具有受热均匀、热效率高(蒸发1kg水耗汽1.2~1.4kg,W/D=0.71~0.83)等优点,采用圆盘式干燥器对被干燥物没有严格的水分要求。

尽管圆盘式干燥器较管束干燥器耗汽量低,但和蒸发系统的蒸汽经济性(W/D)相比仍是高能耗设备,为此必须在蒸发单元完成尽可能大的蒸发量。另一方面,物料在干燥过程中产生大量的二次蒸汽,同时加热蒸汽的冷凝水亦可闪蒸大量二次蒸汽,二者温度均在105℃ 以上。据计算,这些二次蒸汽可供蒸发系统前两效用汽,从而降低蒸发单元耗生蒸汽量30%左右。

实践证明,以玉米为原料的酒精糟液中固形物黏度较低,蛋白质含量较高,采用蒸发浓缩制取DDGS的方法是处理玉米酒精糟液的最佳途径,所得DDGS产品蛋白质含量一般在27%以上,适合出口和供应大型饲养厂。该工艺的最大特点是几乎能将酒精糟液中的全部固形物回收利用,而且大部分蒸发冷凝水可以回用。

3.3.5 玉米DDGS的应用

3.3.5.1 玉米DDGS在猪饲料中的应用

(1)玉米DDGS在猪饲料中的最适宜添加量

在猪饲料中DDGS的最大添加量可以根据猪的生长发育阶段确定(见表1-3-8)[15]。表1-3-8中的推荐量是DDGS质量高、无霉菌毒素时的最大量。由于DDGS的粗纤维含量较高,体重不到6.8kg 的哺乳仔猪不适宜饲用。DDGS中较高的粗纤维含量也限制后期哺乳仔猪(6.8~18 kg)的最大利用水平(5%)。

表1-3-8 根据猪的生长发育阶段确定猪饲料中DDGS的最大添加量

虽然在肥育猪饲料中DDGS的最大推荐量是 20%,但是在大多数生长肥育猪饲料中 DDGS的实际添加量仍然为10%,其原因是:a.加入20% DDGS时对一定数量的仔猪的生产性能有负面影响;b.由于DDGS的脂肪含量高(10%~12%),而且大部分脂肪是由多聚不饱和脂肪酸构成,所以,在生长肥育猪饲料中加入的DDGS多于20%时会降低肉猪腹部的结实性,引起胴体脂肪变软;c.DDGS添加水平超过20%会降低肉猪胴体产量[16~23]

(2)玉米DDGS对断奶仔猪的影响

DDGS对断奶仔猪采食量会产生一定的影响。Whitney等对早期断奶仔猪(6.18kg)饲喂不同DDGS水平(5%、10%、15%、20%和 25%)的日粮,结果表明,随着DDGS水平的升高,仔猪的日采食量(ADFI)呈线性降低(P<0.05)的趋势。虽然起初饲料采食量会降低,但添加水平在25%的高品质DDGS早期断奶日粮仍可满足仔猪生产性能的需要。

DDGS对断奶仔猪生产性能的影响与断奶日龄及断奶仔猪重有关。Whitney等设计了两个试验以研究DDGS对断奶仔猪的影响。试验1中断奶仔猪始重为7.10kg(19日龄),试验2中断奶仔猪始重为5.26kg(17日龄)。两试验日粮以可消化的氨基酸为基础配合,营养水平一致,DDGS分别以5%、10%、15%、20%、25%的比例替代饲粮中的玉米和豆粕。试验结果显示:DDGS用量达25%不会影响19日龄断奶、体重大于 7kg的仔猪断奶14d后的生长性能,但对于17d龄断奶或更早、体重低于7kg的仔猪而言,高水平DDGS可能会降低仔猪采食量和增重速度[24~29]

Pedersen等研究了29kg生长猪对DDGS磷的消化率,试验结果表明,其表观消化率为59.1%,远远高于对玉米中磷的表观消化率(19.3%),因此,在猪日粮中添加DDGS时,可以稍微降低磷酸氢钙的添加量。Whitney等研究了添加10% DDGS替代8%玉米和2%豆粕并降低0.3%磷酸氢钙对28kg生长猪生产性能的影响,试验90d后,添加10% DDGS组生长猪日增重和日采食量为855g/d和2275g/d,试验猪的末重为106.4kg/头;而玉米-豆粕组日增重和采食量为861g/d和2285g/d,对照组猪的末重为105.9kg/头。该试验表明,在生长猪日粮中添加DDGS,并适量降低玉米、豆粕和磷酸氢钙用量,并不影响猪的生产性能。Linneen等试验证实,当DDGS在生长育肥猪日粮中添加到30%时,其生产性能反而降低,表明过量添加DDGS并不会改善生长猪的生产性能。Weigel等建议,18~54kg生长猪DDGS添加量以不超过7.5%为宜,54kg以上出栏的生长猪以10%添加量为宜[30]

(3)玉米DDGS对生长肥育猪的影响

1)玉米DDGS对生长肥育猪生长性能的影响 早期研究表明,在生长肥育猪中添加20%的玉米DDGS并不会影响其生产性能,当添加量增加到40%时,其生产性能有所下降。在日粮中添加0.5%、1.0%、10%的玉米DDGS饲喂肥育猪(体重88~105kg)和添加19%的DDGS饲喂生长猪(体重30~60kg),对照组和试验组均没有明显差异。当生长猪日粮中的DDGS达到20%时通过添加限制性氨基酸也可以使其生产性能和对照组没有明显差异,当然也有研究指出,当玉米-豆粕日粮中添加30% DDGS饲喂生长肥育猪也不会影响其生产性能。在肥育猪日粮中添加30% DDGS与对照组相比较,平均日增重(ADG)和平均日采食量(ADFI)没有明显差别,但G∶F(ADG∶ADFI)在DDGS组中有所下降。总体来看,当肥育猪日粮中添加5%~30%的DDGS对其生产性能是没有影响的[31]

2)玉米DDGS对生长肥育猪肠道健康的影响 Matos等报道,在生长猪日粮中添加适量纤维能减少沙门氏菌或胞内劳森菌对肠道的损害,减少肠炎的发病机率。Bronsvoort等报道,美国75%猪群中存在胞内劳森菌感染。玉米DDGS含有10%粗纤维,其中不溶性的占42.2%,可溶性的只占0.7%。Hampson等报道,纤维可提高上皮细胞的分泌功能,如胃液的分泌和胆汁的分泌可能会减少细菌的黏附性,同时减少消化道内容物的黏性而起到清洁肠道的作用,从而减少肠道疾病的发生。Neutkens等报道,DDGS对猪肠道健康有利的另一个原因是玉米生产酒精发酵过程中产生大量酵母,酵母是一种优秀的甘露寡糖来源,能与有害菌竞争性吸附在肠黏膜受体上,从而减少有害菌对肠道的侵害。Whitney等研究了感染胞内劳森菌的生长猪日粮中添加20% DDGS对猪肠道损害、发病率的影响,试验结果表明,生长猪日粮中添加20% DDGS可以降低胞内劳森菌对肠道上皮组织的损害,降低该病的发病率。

3)玉米DDGS对生长肥育猪磷、氮代谢及粪臭的影响 DDGS有效磷含量较玉米高,而且利用率达87.5%~92.2%,可部分取代日粮中的磷酸氢钙,从而降低饲料成本。明尼苏达大学研究结果显示,当保育日粮以有效磷水平为基础进行配合,同时在日粮中添加DDGS时,粪便中P的浓度降低。但含有DDGS的日粮干物质消化率一般会略有降低,粪便中总磷的排泄量略有减少或没有变化,若与植酸酶合用,效果显著。M.J.Spiehs等研究发现,用含20% DDGS的日粮饲喂生长肥育猪,与对照组(玉米-豆粕,不含DDGS)相比,尿中P的含量减少,这说明在生长肥育猪的后期饲喂DDGS可促进P的利用。同时能量、N的摄入量及排泄量增加,但平均日采食量不变。添加DDGS不影响 H2S、NH3及粪便气味,消化能和代谢能无差异。

在生长肥育猪饲料中加入10%~20%的DDGS可减少回肠炎引起的肠障碍、出血性猪肠道综合征,改善粪便气味,并有助于抵抗猪肠道Lawsonia感染。猪饲料中DDGS添加水平增加到30%时,可使生长肥育猪的死亡率降低1.6%,并增强肠道系统的抗应激能力,减少有害气体的排放。

(4)玉米DDGS对母猪的影响

高产繁殖母猪需要较高的营养需要,要使泌乳母猪发挥最佳的生产性能,减少泌乳期间的失重,就要给泌乳母猪提供充足的钙、磷、粗蛋白和赖氨酸。DDGS含有较高的粗蛋白质、有效磷和赖氨酸,在泌乳母猪日粮中添加适量的DDGS并不会影响其繁殖性能(见表1-3-9),添加量以不超过15%为宜(表1-3-9)[32]

表1-3-9 DDGS对泌乳母猪生产性能的影响

Thong等在妊娠母猪饲粮中分别用17.7%和44.2%比例的DDGS替代对照饲粮中的玉米和豆粕,结果显示:DDGS添加水平不影响窝产仔数、仔猪初生重,各处理间断奶窝仔数、仔猪断奶重和母猪体重变化。因此,在日粮赖氨酸一致的基础上,DDGS可部分替代妊娠母猪日粮中的豆粕和玉米。研究显示,在妊娠和泌乳母猪饲料中分别使用50%和20%的DDGS最大推荐量,通过对两个繁殖周期的评定,饲喂含DDGS饲料的母猪在第二个繁殖周期的每窝断奶仔猪数比对照组多。其他试验表明,母猪饲喂粗纤维含量高的饲料,断奶窝重有所提高。目前看来,当饲料以可消化氨基酸为基础配制、添加的DDGS无霉菌毒素污染时,在妊娠母猪和泌乳母猪饲料中分别使用50%和20%的DDGS能够产生预期的效果。但饲喂含20% DDGS的日粮会降低母猪的采食量。

总体来看,在母猪日粮中添加DDGS用来代替豆粕对母猪不仅没有任何影响,还可能增加其每窝产子数,在妊娠期DDGS的添加量可至30%,但当泌乳期其添加量至30%会减少母猪的采食量。

(5)玉米DDGS对猪肉胴体品质的影响

由于玉米DDGS具有独特的营养特性(氨基酸组成不平衡、较高的粗纤维和霉菌毒素含量),一直以来其几乎都被用于反刍动物饲料中。近年来,随着玉米DDGS加工工艺的改进,质量有了很大的提高,在生长肥育猪中的利用也日益广泛。但饲料对猪的机体组成会产生很大的影响,特别在脂肪组成方面,因为猪可以将日粮中所含有的脂肪酸直接沉积在自身的脂肪组织中,而这种作用在生产肥育猪中则更为明显。因此,饲料中添加10%~20%的玉米DDGS,对生长肥育猪的生产性能不会产生负面影响,但是对猪肉品质,特别是脂肪品质和脂肪酸组成有显著的影响[33~35]

1)添加玉米DDGS对胴体品质的影响 Widmer等研究结果发现,饲料中添加10%和20%的玉米DDGS,对生长肥育猪的屠宰重、胴体重、屠宰率、瘦肉率、眼肌面积和背膘厚(第10肋骨处)均没有影响。Whitney等在生长肥育猪饲料中分别添加10%、20%和30%的玉米DDGS,结果发现,添加10%的玉米DDGS对屠宰重、胴体重和屠宰率没有影响,而当添加量提高到20%和30%后,以上指标均显著下降。但背膘厚和瘦肉率并没有随着玉米DDGS添加量的增加而出现明显的变化。Stein等综述近年关于玉米DDGS的研究结果发现,添加玉米DDGS对屠宰率和背膘厚均没有影响。除Gaines等外,其他的试验结果均发现添加玉米DDGS对瘦肉率没有影响。

2)添加玉米DDGS对肌肉品质的影响 Whitney等研究结果发现,饲料中添加玉米DDGS(10%、20%和30%)对肌肉颜色、硬度、大理石花纹评分、pH值、滴水损失(24h)、烹饪损失、总水分损失和剪切力均没有影响。Widmer等研究结果发现,添加10%和20%的玉米DDGS,对生长肥育猪肌肉的大理石花纹评分、背最长肌的颜色(L*、a*、b*)、pH值和滴水损失(48h)均没有影响。Xu等和White等的研究结果亦是如此。由此可知,饲料添加玉米DDGS对肌肉品质并不会产生负面影响。

3)添加玉米DDGS对脂肪饱和度和脂肪酸组成的影响 由于玉米DDGS中较高的脂肪含量,特别是不饱和脂肪酸,添加玉米DDGS会对脂肪的品质产生显著影响。Xu等研究结果发现,添加玉米DDGS对脂肪的颜色(L*、a*、b*)没有影响。Whitney等和Widmer等研究报道,当玉米DDGS的添加量超过20%后,腹脂的厚度降低,其原因可能是玉米DDGS的过量添加降低了生长肥育猪的上市体重,从而导致腹脂厚度降低。

添加玉米DDGS亦显著降低了腹脂的硬度,而且随着玉米DDGS添加量的增加,其弯曲的程度也逐渐增大,因此,脂肪的碘值也显著升高。碘值是衡量猪肉脂肪饱和度的重要指标,碘值越大,表明脂肪的不饱和程度越高,但目前对于猪肉脂肪的碘值并没有统一的界定。Lea等指出脂肪的碘值应低于70,而Boyd则建议脂肪的碘值不超过74即可。饲喂玉米DDGS提高了脂肪的碘值,主要是因为DDGS中所含有的不饱和脂肪酸过多,特别是亚油酸。同时,随着组织中不饱和脂肪酸含量的大量增加,饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸之间的比例亦显著下降。虽然添加玉米DDGS显著提高了猪肉脂肪的不饱和程度,但Xu等研究结果发现,脂肪的氧化程度即TBA值并没有升高。

鉴于添加玉米DDGS对脂肪饱和度所产生的负面影响,已经有研究探讨如何在使用玉米DDGS的情况下通过其他的办法来降低这一影响。Shurson等研究发现,分别在猪上市前0周、3周、6周和9周的时候停喂玉米DDGS,组织中亚油酸的含量及脂肪的碘值逐渐下降,脂肪饱和度得到一定提高。White等报道,猪屠宰前的10d,在含有玉米DDGS的日粮中添加1%的共轭亚油酸(CLA),脂肪的碘值有所降低,组织中不饱和脂肪酸的含量下降,饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸之间的比例较不添加CLA有所升高。这主要是因为添加CLA限制了脂肪组织中硬脂酰辅酶A去饱和酶(SCD)基因的表达,SCD的活性显著降低,从而减少了饱和脂肪酸向不饱和脂肪酸的转化,提高了脂肪的饱和度。但是对于CLA的最适添加量及使用的持续时间,还要通过更多的试验来探讨。

(6)玉米DDGS在猪饲料使用中的注意事项

1)日粮中维生素E的平衡变化 维生素E有利于机体内氧化平衡。最近研究发现母猪日粮中约添加0.25%混合动物油/植物油,能实现氧化的互补,血清维生素E浓度提高了25%。维生素E和硒的协同作用是自由氧化的第一道防线。同时维生素E影响硒的吸收,进一步影响了自身的代谢循环。维生素E和硒同时缺乏可导致哺乳和断奶仔猪桑葚心病的发生;饲料中高水平的DDGS也可能引发该疾病,所以需要注意DDGS日粮中维生素E的平衡。

2)需要降低硫拮抗剂风险 与玉米的硫含量相比,DDGS 在加工过程中硫含量至少增大了3倍。高含量硫降低了铜和硒的吸收。所以,需在饲粮中添加高质量的有机铜保证在低pH值的肠道中稳定且可利用。有机硒有利于维持猪体的氧化平衡,硒作为谷胱甘肽过氧化物酶的辅助因子,将过氧化氢转化为安全产物。哺乳母猪日粮中添加0.03%硒酵母,乳汁中硒的含量提高了0.4μg/mL。

3)DDGS自身性质的差异对添加量的影响 DDGS的营养价值、颗粒大小、热损坏程度和颜色的差异均影响其在饲料中的添加量。在进行饲料配制时,必须考虑DDGS的来源(生产工艺和产地),要对原料进行实验室分析或者向供应商索取产品的营养成分表和可追溯资料。DDGS的脂肪含量(10%~12%)和多聚不饱和脂肪酸含量相对较高,容易酸败。DDGS的粗蛋白质水平(25%~30%)相对较高,但赖氨酸、蛋氨酸的含量不高,与其他氨基酸配比过程中的平衡性差、损失快,容易降低DDGS的质量,且不同来源DDGS中氨基酸的消化率差别较大。以上这些因素都会影响DDGS的添加量。为了满足猪的氨基酸需求量,需要在添加DDGS的饲料中补充相应的赖氨酸、蛋氨酸和其他氨基酸以达到配料中氨基酸的平衡。由于不同来源DDGS的氨基酸消化率存在差异,因此在配制含DDGS的饲料时,要求以可消化氨基酸为基础,而不是以氨基酸总量为基础,以保证氨基酸平衡。同时,由于DDGS的粗蛋白含量相对较高,因此在含有DDGS的饲料中补充氨基酸将有助于减少氮的排放。DDGS的磷含量(0.75%)高于玉米原料(0.25%),且过度加热或过度干燥DDGS会增加酒精糟有效磷含量。 DDGS中有90%的磷可利用,而玉米中却只有50%,这就意味着在猪饲料中添加DDGS有助于减少无机磷的补充量、降低粪便中磷的排泄。

4)真菌毒素污染 由于乙醇工业的发酵过程没有清除霉菌毒素,DDGS中的霉菌毒素被浓缩,浓度变大,再加之在储藏过程中的霉菌污染,DDGS中的霉菌毒素浓度会更高,这将对母猪的繁殖性能产生很大的负面影响。研究显示,DDGS的真菌毒素含量是普通谷物的3倍,对猪肝脏有严重氧化损伤作用(类似维生素E和硒)。当日粮中DDGS含量达到30%~60% 时,猪摄入真菌毒素量大大增加,氧化损伤风险随之增加。许多真菌毒素可被肝脏分解转移,但产生氧化自由基,可引起氧化失衡。因此,在母猪饲料中添加DDGS之前要检测其霉菌毒素水平。不但要对乙醇工业发酵过程中谷物的霉菌毒素水平进行监测,还要对饲料用的DDGS进行霉菌毒素水平分析和鉴别。

5)猪对添加DDGS的饲料的适应性 在饲料中使用DDGS时,开始的几天或几周,都会对猪采食量有影响,特别是哺乳仔猪、怀孕和泌乳母猪常产生抑郁采食反应。为了避免这种不良反应,饲喂含DDGS的饲料时,不要加入超过最大推荐量的DDGS。在适应期,可先用DDGS含量低的饲料,然后过渡到适合添加量,或者用不含DDGS的饲料进行稀释。

3.3.5.2 玉米DDGS在牛饲料中的应用

(1)玉米DDGS在肉牛饲料中的应用

1)玉米蛋白饲料饲喂肉牛的新技术

①饲喂犊牛。除夏洛来和海福特杂交母牛之外,其他肉牛泌乳能力低,产犊后3个月母牛奶不能满足犊牛的生长需要,这时补料对犊牛生长发育十分重要,而且犊牛对补料饲料利用效率很高,利用玉米蛋白饲料作为犊牛的补料饲料,可以使犊牛在6个月龄时的断奶体重超过200kg。推荐的玉米蛋白饲料补料配方为:玉米45%、玉米蛋白饲料33%、麸皮6%、豆粕3%、棉籽粕9%、磷酸氢钙1%、食盐0.5%、小苏打1%、犊牛预混料1.5%[36~38]

②饲喂母牛。玉米蛋白饲料是母牛正常繁殖所需要的优质的过瘤胃蛋白质来源,可以增加母牛产后体重,提高繁殖率。推荐的青年母牛饲喂玉米蛋白饲料配方为:玉米45%、玉米蛋白饲料50%、磷酸氢钙1%、食盐1%、小苏打1.5%、母牛预混料1.5%。推荐的哺乳母牛饲喂玉米蛋白饲料配方为:玉米24%、玉米蛋白饲料45%、麸皮8%、豆粕6%、棉籽粕12%、磷酸氢钙1%、食盐1%、小苏打1.5%、泌乳母牛预混料1.5%[39]

③饲喂架子牛。架子牛通常指断奶犊牛以粗饲料为主加入少量精饲料喂养到周岁或周岁半,这是我国传统的饲养方式,目的是使肉牛体型得以快速肥育所需要的体型。随着科学技术的发展,在架子牛阶段正是肉牛生长速度最快、饲料报酬最好的时期,采用新型玉米蛋白饲料的饲养方式,周岁肉牛体重至少达到400kg。推荐的新型架子牛饲喂玉米蛋白饲料配方为:玉米32%、玉米蛋白饲料50%、豆粕5%、棉籽粕8%、磷酸氢钙1%、食盐1%、小苏打1.5%、肉牛预混料1.5%[40]

④饲喂肥育牛。一般肥育牛的开始体重不低于300kg,至肥育到500kg这一阶段,主要以提高日增重为主;在 500~700kg这一阶段,以提高肉牛肌肉间脂肪和皮下脂肪覆盖程度为主,目的是改善里脊的大理石花纹,增强牛肉风味。推荐肥育牛饲喂玉米蛋白饲料配方为:玉米45%、玉米蛋白饲料40%、豆粕3%、棉籽粕7%、磷酸氢钙1%、食盐1%、小苏打1.5%、肉牛预混料1.5%[41,42]

2)玉米蛋白饲料饲喂肉牛的技术方法

①将新购买的肉牛放置在隔离区内,进行不低于15d的隔离观察,在确认肉牛健康无病后,以干玉米秸或干玉米秸与青储玉米混合加部分精饲料进行适应性饲养,在这一过程中对每一头肉牛进行打耳号、上鼻钳、免疫和口服驱虫药物等正常程序,适应性饲养结束时每头肉牛要有空腹体重记录。

②玉米蛋白饲料呈酸性,钙的含量很低,需加入小苏打和磷酸氢钙等钙质原料,以此来维持钙磷比例和酸碱度的平衡,小苏打添加比例为0.8%~1.5%,磷酸氢钙的添加比例为1%左右,经搅拌调制均匀即可使用,这样可以提高肉牛的适口性和采食量,可以达到标准的生产性能。在开始饲喂玉米蛋白饲料时,有的肉牛拒食,应少量添加,然后逐日增加,经过10~15d的适应期,待肉牛对玉米蛋白饲料的采食适应后,可以按推荐配方稳定玉米蛋白饲料的采食量。

3)玉米蛋白饲料饲喂肉牛的注意事项

①如果采用青储饲料作为粗饲料,要计算好玉米蛋白饲料和青储玉米的饲喂量,一般玉米以蛋白饲料和青储玉米的折干率分别为30%和40%计算。在实际饲喂玉米蛋白饲料和青储玉米时,必须将计算的干料数量分别除以0.3和0.4,即为玉米蛋白饲料和青储玉米的实际饲喂量。如果没有豆粕蛋白质饲料,可以用棉籽粕完全代替,即便是棉籽粕不脱毒处理,也不会影响肉牛的生长性能[43]

②精粗料搭配要合理,精饲料比例一般占50%~70%。肉牛每日按100kg活体重饲喂1.2kg精饲;母牛每日按100kg活体重0.6~1kg精饲料进行饲喂;粗饲料的日喂按100kg牛活体重2.5kg来计算。玉米蛋白饲料因其蛋白质含量高,并含有一定量水分,存放时间过长,其表面易发霉变质,特别是在夏季的高温高湿季节,一定要注意保持通风干燥,发霉变质的玉米蛋白饲料切忌喂牛。

4)玉米DDGS饲料对肉牛的营养价值和饲喂量 DDGS用于肉牛饲料,可提高瘤胃发酵功能,提供过瘤胃蛋白质,转化纤维为能量,且适口性和食用安全性强,是磷和钾等矿物质的良好来源。DDGS含B族维生素,且含有未知生长因子,可用于犊牛断奶饲料中。在酒精糟中加蜜糖蒸馏肥育公牛,如果日粮中蛋白质含量低于标准的10%~15%,蒸馏过蜜糖的酒精糟就能够按每头公牛2~3kg的量作为蛋白质饲料添加剂。在代乳料中用量达20%;补乳料中用量达20%;肥育肉牛的用量为总采食干物质的40%;后备母牛的用量为总采食干物质的25%。

(2)玉米DDGS在奶牛饲料中的应用

1)奶牛日粮中添加DDGS的饲喂效果

①对干物质采食量及产奶量的影响。在日粮中添加DDGS时,在适宜的范围内一般不会对奶牛的干物质采食量和产奶量产生负面影响。有研究表明,在日粮中添加20%左右的DDGS,奶牛产奶量和干物质采食量均有增加的趋势[44]。奶牛日粮中使用酒精糟会刺激其采食量增加,研究发现,在一定范围内,奶牛干物质采食量随日粮中DDGS含量的升高而升高。然而,添加过高比例的DDGS则会导致奶牛干物质采食量和产奶量的下降。由表1-3-10可见,奶牛日粮中使用酒精糟超过30%时,产奶量有下降趋势,研究也表明,当DDGS添加量为36%时,其干物质采食量和产奶量均有所下降。这也与Janicek等报道日粮中添加0~30%的DDGS时产奶量呈直线增加的结果相似[45~47]

②对乳脂和乳蛋白含量的影响。在奶牛日粮中添加DDGS一般不会影响乳脂率。乳蛋白含量在含有0~30%酒精糟日粮中无差异,且酒精糟的使用形式也没有影响(表1-3-10)[48]。但当日粮中添加30%以上DDGS时则可影响乳蛋白的合成。其原因可能由于DDGS含量过高,引起小肠蛋白质消化率和赖氨酸含量较低,氨基酸组成不平衡导致乳中蛋白质含量下降[49]

表1-3-10 奶牛日粮中使用湿或干燥酒精糟对干物质采食量和产奶量的影响

注:abc行内数值上标不同表示有差异(P<0.05)。行内上标没有差异说明酒精糟在日粮中使用量不同时没有显著差异。数据来自Kalscheur(2005)。

③对脂肪酸和氨基酸的影响。由于DDGS,特别是玉米DDGS中的脂肪多为不饱和脂肪酸,亚油酸超过60%,尽管日粮中添加DDGS对乳脂中脂肪酸含量影响不大,但可能影响乳中脂肪酸组成,例如,Leonardi和Anderson报道,适当添加DDGS可增加乳中不饱和脂肪酸特别是共轭亚油酸的含量。

Kleinschmit研究证实,日粮中添加DDGS可引起奶牛动脉血浆中的Arg、Ile、Lys和Thr的含量下降,而使His和Leu含量升高。此外,日粮中添加DDGS不影响瘤胃中乙酸和丙酸的浓度。对照组奶牛瘤胃丁酸含量低于添加DDGS的处理组,但总VFA量较高。同时,添加DDGS的奶牛乳中尿素氮的含量低于对照组。

2)奶牛日粮中DDGS的添加比例 国外对于DDGS的研究很多,基本一致的观点认为DDGS在日粮中的比例可以达到30%左右,如果继续增加则引起采食量降低、产奶量下降等负面影响。Kalscheu(2005)综合分析了1982年以来的超过24个相关研究报道,酒精糟的添加量从占干物质的4.2%增加到41.6%时,发现当DDGS所占比例超过30%时,采食量、产奶量和乳蛋白率显著下降。综合以上试验结果表明,当DDGS在奶牛日粮中的饲喂量不超过20%时奶牛的生产性能基本不受影响,而超过30%时则可引起日粮干物质采食量和产奶量下降。

3)其他需要考虑的因素 利用酒精糟配制奶牛饲料时,其在日粮中的含量并不是唯一需要考虑的因素。其他因素,包括粗料类型、粗料与精料的比例、酒精糟的高油脂含量和以氨基酸为基础设计日粮等都会对产奶量和奶组成有影响。另外,酒精糟的不同形式也会影响奶牛的生产性能[50,51]

3.3.5.3 玉米DDGS在家禽饲料中的应用

(1)玉米DDGS饲料对家禽营养价值和饲喂量的影响

DDGS是必需脂肪酸、亚油酸的良好来源,如与其他饲料配合,可成为种鸡和产蛋鸡的饲料,DDGS缺乏赖氨酸,但所有的DDGS产品都是蛋氨酸的良好来源。DDGS在不同家禽日粮中的最大用量分别为:肉仔鸡2.5%,肥育肉鸡5%,蛋鸡15%,种鸡20%,青年母鸡5%,鸭5%,斗鸡5%[52~61]

(2)玉米DDGS在肉鸡饲料中的应用

1)玉米DDGS对肉鸡生产性能的影响 DDGS被用作肉鸡日粮的一种饲料配料已有很多年的历史。最初DDGS主要以较低的水平加入日粮中(约5%),有时会作为一种可对肉鸡生产参数产生积极影响的“不明生长因子”。源加入日粮[62]。在早期的肉鸡和火鸡的研究中,Day等和Couch等发现日粮中加入低浓度的DDGS可以提高动物的增重。

Waldroup等在后续的研究中发现,如果DDGS所含的可代谢能量保持恒定的水平,其在肉鸡日粮中的添加浓度可高达25%,且不会对增重和饲料转化率产生消极的影响。Parsons等发现,如果DDGS所含赖氨酸的水平足以维持肉鸡的生产性能,那么其替代肉鸡日粮中大豆蛋白的比例可高达40%。Cromwell等报道,以深色为特征的DDGS会对肉鸡的生产性能产生不利影响,由此表明深色DDGS中的赖氨酸消化率下降。

Lumpkins等进行了两个试验,以评价“新一代”DDGS在肉鸡日粮中的使用情况。在第一个试验中,他们使用两种不同类型的开食日粮(低密度或高密度日粮),每种日粮添加0或15%的DDGS。试验肉鸡在0~18日龄间饲喂试验日粮。在高密度日粮组中,饲料添加0或15% DDGS的肉鸡在生产性能上无显著的差异。在低密度日粮组中,肉鸡饲喂添加15% DDGS 的日粮后,其7日龄和14日龄的增重、耗料比较低。在第二个试验中,试验肉鸡在42d的饲喂期中,喂给添加0、6%、12%或18% DDGS的等能、等氮开食、生长和肥育期日粮,结果发现,除了当肉鸡喂给含18% DDGS的日粮后其开食阶段的增重和饲料转化率降低以外,其他日粮组的肉鸡在生产性能和胴体产量上无显著差异。他们推测,最高添加水平导致生产性能下降的原因可能是对DDGS的赖氨酸含量估测过高,结果导致这一氨基酸的边缘性营养缺乏(marginal deficiency)。他们根据自己的研究结果指出,肉鸡开食日粮的DDGS安全添加水平为6%,生长期和肥育期日粮的安全添加比例为12%~15%。

Wang等在最近进行的一项研究中评估了根据DDGS可消化氨基酸水平配制的日粮对肉鸡生产性能的影响,这些日粮含有0、5%、10%、15%、20%或25%的DDGS。他们报道,添加25% DDGS对肉鸡生长速度无不利影响;然而,肉鸡饲喂含添加25% DDGS的日粮后,其饲料转化率低于对照组肉鸡。日粮内添加15%或25%的DDGS可导致肉鸡屠宰率下降;肉鸡喂给含25% DDGS的日粮后,所表现出的特征为较低的胸重(以活重的百分比表示)。根据以上研究结果,作者断定,高质量的DDGS能够以15%或20%的比例加入肉鸡日粮中而几乎不会对肉鸡的生产性能产生负面影响,但是可能会导致屠宰率和胸肌率出现一定的损失。

2)玉米DDGS对肉鸡肉质和脂肪酸组成的影响 Corzo等在肉鸡日粮中分别添加0和8%的DDGS,发现DDGS组和对照组的肉色、pH值、蒸煮损失和剪切力均无显著差异(P>0.05)。 DDGS组亚油酸和多不饱和脂肪酸含量较高(P<0.05),油酸含量在两个处理中均占主导地位,对照组高于DDGS组,差异极显著(P<0.01),DDGS 组亚油酸含量较高(P<0.05)。亚油酸是一种极易被氧化的多不饱和脂肪酸,会生成乙醛和正己醛。亚油酸和TBARS高度正相关,这也是导致DDGS组TBARS值较高的原因。之后,Schilling等又在肉鸡日粮中分别添加0、6%、12%、18%和24%的DDGS,42日龄屠宰 ,结果显示,添加DDGS的胸肌肉pH值显著高于对照组 (P<0.05),18%和24%组的pH值高于6%组(P<0.05)。各处理组间肉色、蒸煮损失、基本组成差异不显著(P>0.05),但对照组的剪切力低于18%和24%组(P<0.05)。 随着DDGS添加比例增加,肉鸡胸肌和腿肌肉pH值增加,亚油酸、多不饱和脂肪酸含量增加,TBA值增加。 他们认为,0~12%的添加比例对肉鸡胸肌肉和腿肌肉的肉质无影响,比例高于12%时肉的抗氧化能力减弱。显然,日粮的脂肪酸组成会决定肉鸡腿肌的脂肪酸组成。 所以改变日粮组成可降低DDGS造成的这种影响。尽管肉的抗氧化能力减弱,但DDGS对肉质以及口感影响不大。

(3)玉米DDGS在产蛋鸡饲料中的应用

DGS是必需脂肪酸——亚油酸的来源,与其他饲料配合,成为种鸡和产蛋鸡的饲料。DDGS缺乏赖氨酸,但对于家禽第一限制性氨基酸——蛋氨酸,所有的DDGS产品都是蛋氨酸的优质来源[63,64]

早期的研究显示,DDGS可在产蛋鸡日粮中添加5%~20%,甚至可作为饲料中1/3的蛋白供应源,不会对产蛋量和蛋重产生不利影响。通过测定蛋的哈夫单位,发现酒精糟饲料对蛋的内部质量会产生积极的影响。Alenier和Combs报道,按日粮10%的水平添加DDGS,可提高产蛋鸡的采食量。然而,DDGS的这一作用未能在肉鸡上得到验证。Allen等注意到,用含14.9% DDGS的低能量日粮饲喂来航母鸡,会导致其产蛋性能下降,但是对褐壳蛋系母鸡没有不良影响。Lilburn和Jensen报道,母鸡饲喂含20%玉米发酵可溶物的日粮后,其体重、肝脂和血脂都下降,但是产蛋性能没有变化。Akiba等研究表明,与饲喂玉米-大豆型对照日粮的产蛋鸡相比,喂给含20% DDGS的日粮的试验鸡,其肝重(每个单位体重的重量)、肝脏脂肪和血浆脂肪、T3水平和雌二醇水平均显著降低,脂肪组织中的脂蛋白脂肪酶活性提高。

Roberson等最近完成了两个试验,以测定按0、5%、10%或15%的水平向日粮中添加DDGS对48~56周龄和58~67周龄海兰W36产蛋鸡的产蛋量、蛋壳质量和蛋黄颜色的影响。在大多数年龄段内,各处理组产蛋鸡的产蛋性能和蛋壳质量没有明显差异。然而,在某些时期偶尔存在处理效应,并且随着DDGS添加水平的提高,产蛋量(52~53周龄)、蛋重(63周龄)、蛋质量(51周龄)和密度(51周龄)呈线性下降的趋势。笔者由此断定,日粮中玉米型DDGS的添加水平高达15%不会影响产蛋鸡的产蛋量,但建议当在产蛋鸡日粮中添加DDGS时应使用较低的水平。

Similarly Lumpkins等发现,产蛋母鸡喂给含0或15% DDGS(来自现代酒精生产厂)的日粮,其产蛋量和蛋的质量等参数没有显著差别。在低能量日粮中加入15% DDGS,会导致26~34周龄产蛋鸡的产蛋量下降,但对34周龄后的生产性能无不良影响。根据这些结果作者得出结论,DDGS是产蛋鸡的一种可接受的饲料成分,商品产蛋鸡日粮中添加水平可达10%~12% 。然而,他们建议应降低在低能量日粮中的添加水平。Roberts等最近的研究结果显示,含10% DDGS的日粮不会影响产蛋鸡的产蛋量、蛋重、蛋黄颜色、饲料消耗和利用、体重和氮排泄量,但可用来减少产蛋母鸡粪便的氨排泄。

Roberson等发现,玉米型DDGS对蛋黄颜色有积极的影响,他们发现产蛋母鸡饲喂含10% DDGS的日粮,所产鸡蛋的蛋黄颜色会快速增强;而喂给含5% DDGS的日粮,则变化很慢(超过2个月的时间)。与此相反,Lumpkins等(2005)报道,产蛋鸡饲喂含15% DDGS的试验日粮,其所产蛋的这个参数未受到影响。

通过罗曼产蛋鸡(26~68周龄)评估了玉米型或黑麦型DDGS的不同日粮添加水平对产蛋鸡生产性能和蛋质量的影响。试验日粮为等能和等氮日粮,且含0、5%、10%、15%或20%的玉米型或黑麦型DDGS。含20% DDGS的日粮还添加NSP水解酶(具有木聚糖酶和β-葡聚糖酶的活性)或添加这些酶后再补充一定量的赖氨酸和蛋氨酸。试验所用玉米型DDGS的养分组成为:干物质92.5%,其中粗蛋白35.3%、脂肪3.89%、粗纤维10.8%、赖氨酸0.64%、蛋氨酸0.68%、钙0.08%、磷0.54%;黑麦型DDGS的养分组成为:干物质91.2%,其中粗蛋白33.8%、脂肪3.57%、粗纤维11.9%、赖氨酸0.67%、蛋氨酸0.62%、钙0.07%、磷0.50%。

在产蛋的第一个阶段(26~43周龄),玉米型DDGS添加水平对产蛋母鸡的产蛋率、每日产蛋重、采食量或饲料转化率无显著影响。在产蛋的第二个阶段(44~68周龄),饲喂0、5%、10%和15%玉米型DDGS的日粮组产蛋鸡,在产蛋参数上没有差异;饲喂20%玉米DDGS对产蛋鸡的产蛋率和每日产蛋重有不良影响,然而在日粮中添加NSP水解酶则可消除这种不良影响。当日粮中黑麦型DDGS的添加水平高达10%时,产蛋性能未受到影响,但是当达到15%和20% 时,产蛋期两个阶段的产蛋率和饲料转化率都受到不良影响。含有20%黑麦型DDGS的日粮再添加NSP水解酶及补充赖氨酸和蛋氨酸后,对产蛋鸡的生产性能产生了积极的影响,但是生产性能仍次于对照组产蛋鸡。日粮中的玉米型和黑麦型DDGS添加水平对鸡蛋的蛋白高度、哈氏单位、蛋壳厚度、蛋壳密度、蛋壳抗断强度和水煮蛋的感官性质均没有影响。当在日粮中添加玉米型DDGS时,蛋黄颜色评分值显著提高。本研究结果证实,DDGS是一种有用的产蛋鸡日粮配料。玉米型DDGS以15%的浓度加入日粮时是安全的,不会对产蛋量和蛋质量产生有害作用。黑麦型DDGS的日粮最高添加水平应低于10%。

1)玉米DDGS对产蛋鸡生产性能的影响 研究表明,用15%玉米DDGS替代蛋种鸡日粮中部分豆饼及玉米使产蛋率提高5.3%(P>0.01),合格种蛋率与对照组相近,每鸡日饲料消耗差异不显著(P>0.05)。乔红试验研究了DDGS对伊莎褐蛋鸡生产性能的影响,试验用5%的DDGS来替代对照日粮中部分玉米、豆粕使饲料营养水平一致,结果表明,试验组的耗料量比对照组每羽鸡高5g/d,产蛋量和产蛋率(85%和82%)亦有明显提高,说明DDGS对于产蛋鸡具有良好的适口性,可以替代部分豆粕和玉米。

2)玉米DDGS对产蛋鸡蛋黄品质的影响 研究表明,在产蛋鸡饲料中添加10%的DDGS 7d时间即可有效提高蛋黄颜色,而且随着DDGS添加量的提高蛋黄颜色也加深。其中添加10% DDGS达到显著水平(P<0.05),添加20%和30%达到极显著水平(P<0.01)。主要是因为DDGS中含有玉米黄素,能有效增加蛋黄颜色。

徐奇友等试验分别以10%、20%和30%的DDGS代替对照组玉米-豆粕型日粮中的豆粕和玉米,试验结果表明,添加不同水平的DDGS对产蛋鸡的产蛋率、产蛋重和鸡增重未产生显著影响(P>0.05),但添加20%的DDGS组产蛋 率较对照组提高3.71%。添加不同水平DDGS试验组的采食量普遍高于对照组(P<0.05),但不同试验组之间并无显著差异。同时,添加不同比例DDGS提高了第7天和第14天蛋黄的颜色,其中添加10% DDGS达到显著水平(P<0.05),添加20%和30%达到极显著水平(P<0.01)。Loar等在产蛋鸡日粮中使用0、8%、16%、24%和32%的DDGS,发现蛋黄颜色随着DDGS添加比例的增加显著加深。李瑜等以12%、18%和24%的脱脂DDGS替代玉米-豆粕型日粮中的豆粕和玉米,试验表明,各试验组的采食量、蛋形指数、蛋壳厚度与对照组无显著差异(P>0.05),但各试验组蛋黄颜色显著加深,平均蛋重显著降低(P<0.05);与对照组相比,试验Ⅰ组、Ⅱ组料蛋比、产蛋率和哈夫单位无显著差异(P>0.05),试验Ⅲ组料蛋比和哈夫单位显著提高,产蛋率显著降低(P<0.05)。

可见,在合适的添加比例范围内,DDGS不影响蛋型指数、蛋壳厚度。DDGS中富含叶黄素,随添加比例增加,可提高蛋黄的颜色。

3)玉米DDGS可补充产蛋鸡日粮中氨基酸的不足 DDGS缺乏赖氨酸,但对于家禽而言,常规饲粮中第一限制性氨基酸是蛋氨酸。DDGS产品中蛋氨酸是家禽日粮蛋氨酸的良好来源。在评价产蛋鸡赖氨酸需要量时指出,DDGS取代饲粮蛋白质的1/3仍能满足维持最佳生产的赖氨酸需要量。

(4)玉米DDGS在火鸡饲料中的应用

Potter在早期研究中发现,如果日粮赖氨酸和能量水平得到调整,DDGS在火鸡日粮中的添加水平可高达20%。Manley等报道,按3%的水平向日粮中添加DDGS会对种用母火鸡的产蛋量产生积极影响。最近Roberson利用大白母火鸡完成了两项试验,以评估日粮中不同DDGS添加水平对生产性能的影响。结果显示,如果对添加的DDGS养分含量再使用合理的组成矩阵(formulation matrix)进行调整,那么DDGS在生长-肥育母火鸡日粮中的添加水平可达到10%,且不会对动物的增重和饲料转化率产生消极的影响。

Noll等报道,当用DDGS添加水平高达20%的日粮饲喂生长和肥育期(8~19周龄)的公火鸡时,火鸡的增重和饲料转化率没有受到消极影响。他们甚至发现,在较高蛋白质含量的日粮(100% NRC)中添加10%或15%的DDGS会对增重产生积极影响。在随后的研究中,Noll和Brannon也发现,给5~19周龄的公火鸡饲喂添加20% DDGS的日粮,火鸡的增重和饲料转化率未受到影响,但当火鸡日粮中DDGS添加水平达20%并还添加了8%或12%的禽肉副产品粉时,火鸡生产性能下降。

(5)玉米DDGS在肉鸭饲料中的应用

有研究人员在蛋鸭日粮保持蛋白质及代谢能一致的情况下,分别添加DDGS 0.6%、12%和18%,结果表明,随着添加量增加,蛋鸭采食量、饲料转化率及蛋品质量没有显著差异,蛋黄颜色逐步加深。当添加DDGS 18%时,蛋重明显增加。郭志强等研究了添加DDGS 0、2%、4%、6%和8%对12~30日龄肉鸭生产性能的影响,试验结果表明,对照组肉鸭日增重为99.5g,饲料转化率(料肉比)为2.13;DDGS 6%组日增重为98.84g,料肉比为2.18;DDGS 8%组日增重仅为95.76g,料肉比为2.24。试验结果表明,在肉鸭日粮中添加DDGS 6%不会影响肉鸭的生产性能。与对照组相比,DDGS 6%组生产成本降低了119元/吨,养殖经济效益明显提高[65~67]

3.3.5.4 玉米DDGS在水产饲料中的应用

(1)玉米DDGS在鱼饲料中的应用

DDGS在鲶鱼中最高用量为30%,在虹鳟鱼中最高用量为15%,在罗非鱼中最高用量为35%,在鲫鱼中最高用量为20%[68~70]

1)罗非鱼 在水产饲料中,蛋白质是成本最贵的饲料组分。而DDGS含有25%~30%蛋白质,是一种潜在的鱼饲料蛋白来源。Twibell等报道,与其他鱼品种相比,罗非鱼能采食高量植物性饲料。Wu等报道,在罗非鱼36%蛋白日粮中添加DDGS,与普通商业鱼饲料配方相比,罗非鱼可获得较高的增质量。Wu等在0.4g罗非鱼苗日粮中添加35% DDGS,经8周的试验,罗非鱼的体质量由0.4g提高到20.66g,较对照组末期质量提高36.46%,饲料转化率较对照组提高8.87%。Wu等在罗非鱼32%蛋白日粮中添加63% DDGS,并补充合成的赖氨酸和色氨酸,经8周试验,与对照组相比,增质量降低5.63%,饲料转化率降低12.96%,蛋白质转化率降低13.64%。这表明在罗非鱼日粮中过量添加DDGS会抑制其生产性能。美国大豆协会建议,罗非鱼日粮中DDGS的添加量不宜超过35%。

Coyle等在罗非鱼饲料中使用30% DDGS和26%肉骨粉替代12%鱼粉和41%豆粕,结果表明,可节约20%的饲料;但添加30% DDGS和46%豆粕而不添加任何动物性蛋白时发现,要达到相同单位增质量会消耗更多的饲料。

2)虹鳟鱼 Hardy等报道,肉食性鱼(如虹鳟鱼等)需要高蛋白日粮,传统上,蛋白来源主要由鱼粉提供,但鱼粉供应既紧张,价格又昂贵。植物性物质(如DDGS等)可部分替代鱼粉在虹鳟鱼料中使用。Cheng等在虹鳟鱼日粮中添加15% DDGS,70d试验结果表明,虹鳟鱼的增质量由20g提高到78.5g,饲料转化率为1.08;对营养物质的分析表明,虹鳟鱼对粗脂肪、粗蛋白及总能的表观利用率分别为81.8%、90.4%和57.7%,并发现添加500FTU/kg植酸酶对虹鳟鱼的生长和矿物质利用有促进作用。Cheng等研究了用等量DDGS替代等量鱼粉对虹鳟鱼生产性能的影响,日粮中分别添加0、7.5%、15%和22.5%DDGS,经6周试验,虹鳟鱼的增质量分别为48.9g、43.9g、46.5g和42.9g;饲料转化率分别为1.21、1.35、1.25和1.34。这表明,日粮中添加15% DDGS(替代50%鱼粉),与鱼粉组相比,增质量、饲料转化率和存活率差异不显著。Stone等研究DDGS对虹鳟鱼生产性能的影响,并研究了DDGS替代鱼粉的比例,结果表明,虹鳟鱼料中添加18% DDGS能替代日粮25%鱼粉,不影响虹鳟鱼的生产性能。

3)鲶鱼 Robinson等报道,DDGS可大量在鲶鱼料中使用的原因是其不含有抗营养因子。Tidwell等在鲶鱼日粮中分别添加0、10%、20%和40% DDGS,饲养11周,结果发现,对照组和试验组在鲶鱼末质量、饲料转化率和蛋白效率比方面均无显著差异,但饲喂DDGS组存活率明显提高(见表1-3-11),具体原因有待进一步研究分析。

表1-3-11 不同水平DDGS对鲶鱼生产性能的影响

注:资料来源于Tidwell,1990。

Webster等在饲料中分别添加0、35%、70%和70%(添加0.4%晶体赖氨酸)的DDGS配制等氮等能饲料,研究DDGS部分替代豆粕对美国鲶鱼的影响。结果表明,35% DDGS组和70% DDGS(添加0.4%晶体赖氨酸)组试验鱼的体长、增重和特定生长率显著高于70%DDGS(未添加赖氨酸);0、35%和70%(添加0.4%晶体赖氨酸)组试验鱼的增重、饲料转化率和特定生长率没有显著差异,因此,与添加高比例的豆粕相比,添加35%的DDGS对美国鲶鱼生长没有影响;添加70%的DDGS将导致美国鲶鱼赖氨酸缺乏,但添加晶体赖氨酸后试验鱼的生长得到明显改善。随后,Webster等研究了DDGS和豆粕部分或全部替代鱼粉对美国鲶鱼生长的影响,试验中DDGS添加量(35%)保持不变,鱼粉的添加量分别为12%、8%、4%、0和0(添加晶体赖氨酸和蛋氨酸),调整豆粕比例(高达50%)配制饲料蛋白含量为33%的试验饲料,饲养12周后各试验组鱼的增重、体长、末重、饲料转化率、特定生长率和存活率没有显著差异,表明在美国鲶鱼饲料中可以使用植物蛋白源(豆粕和DDGS)全部替代鱼粉。

4)鲫鱼 高红建等在饲料中添加0、10%、20%、30%和40%的玉米干酒精糟及其可溶物研究DDGS替代豆粕对鲫鱼生长的影响,结果表明异育银鲫配合饲料中DDGS最适添加量为10%~20%。

(2)玉米DDGS在虾饲料中的应用

Tidwell等用含有0、20%或40% DDGS的等氮(29%粗蛋白质)饲喂体重约为0.66g的淡水稚虾,这3种饲料的平均产量(833kg/hm2)、成活率(75%)、虾个体体重(57g)和饲料系数(3.1)等结果都没有差异,说明对饲养密度为1.97尾/m2的虾池可以使用高达40%DDGS的虾料,虾的生长性能依然良好。Tidwell等研究豆粕和DDGS部分或全部替代鱼粉对罗氏沼虾生长的影响,各组试验饲料蛋白为32%,其中DDGS添加量固定为40%,鱼粉添加量分别为15%、7.5%和0,豆粕添加量随鱼粉变化做相应调整,结果表明,各试验组罗氏沼虾的增重率、存活率和饲料系数没有显著差异。研究者指出,使用豆粕和DDGS代替鱼粉后,饲料中的谷氨酰胺、果仁糖、丙氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸的水平提高,而天冬氨酸、甘氨酸、精氨酸和赖氨酸的水平降低;脂肪酸组成亦发生变化,16∶0、18∶(2n-6)、20∶(1n-9)含量提高,而14∶0、16∶(1n-7)、18∶(1n-9)、18∶(3n-3)、20∶(5n-3)、22∶(5n-3)和22∶(6n-3)含量下降。Coyle等认为稚虾(2g以上)可以直接使用DDGS,DDGS可以作为饲料,也可以作为肥水剂使用。DDGS在淡水虾中最高用量可达40%,可以部分或全部代替饲料中的鱼粉;在对虾中最高用量可达10%。

3.3.6 玉米DDGS质量评定

3.3.6.1 玉米DDGS的质量变异

不同的DDGS产品,其营养成分间的差别较大。玉米DDGS常规营养成分的有效能值范围及变异系数见表1-3-12[70]。玉米DDGS中必需氨基酸含量范围及变异系数见表1-3-13[70]。玉米DDGS的营养成分变异是影响其应用的主要因素。其营养成分变异存在于不同的工厂、不同生产年份,甚至同一工厂中,营养成分与已有的饲料资源数据库也有一定差异,两个表分别列出了玉米DDGS常规养分、有效能及氨基酸的变异情况。表中数据显示,在常规养分中,粗脂肪和纤维变异较大;氨基酸的变异程度大于粗蛋白质,赖氨酸的变异程度高于其他氨基酸。玉米DDGS的氨基酸消化率变异较大,特别是赖氨酸消化率,其中猪标准回肠消化率范围为38.2%~67.4%。

表1-3-12 玉米DDGS常规营养成分的有效能值范围及变异系数 单位:%(除消化能、代谢能范围)

注:Spiehs等(2002)、Batal和Dale(2006)、Pedersen等(2007)、薛鹏程(2010)营养成分以干物质基础表示,Foene等(2006)以饲吸基础表示。

表1-3-13 玉米DDGS中必需氨基酸含量范围及变异系数 单位:%

注:Spiehs等(2002)、Pedersen(2007)等、薛鹏程(2010)营养成分以干物质基础表示,Foene等(2006)营养成分以饲吸基础表示。

2010年,广东省农业科学院畜牧研究所饲料检测室检测了多个DDGS样品的营养成分,测定的结果见表1-3-14[71]。可以看出,DDGS不同样品的粗蛋白质、粗脂肪、蛋氨酸、赖氨酸含量的平均值明显低于中国饲料数据库中值,且变异范围较大。粗灰分、粗纤维、水分含量接近中国饲料数据库中值,变异范围较大。作为蛋白质饲料而言,绝大部分样品的粗蛋白含量在24%左右(见表1-3-15)[71],质量偏低。

表1-3-14 DDGS样品营养成分的平均值、变化范围及变异系数

表1-3-15 DDGS样品的粗蛋白含量范围

美国明尼苏达大学的研究者曾对32种不同的DDGS产品进行了营养成分分析,结果见表1-3-16[71]

表1-3-16 不同来源DDGS营养成分变化范围、平均值及变异系数 单位:%

从表1-3-16可以看出不同来源DDGS各主要营养成分的含量差异较大,有些甚至在几倍以上。

3.3.6.2 玉米DDGS质量变异原因

DDGS产品营养成分差别较大的主要原因有以下几个方面。

(1)生产原料和发酵程度对DDGS营养成分变异的影响

生产食用酒精和工业乙醇所用的原料不同,制成的DDGS在感官、适口性、营养成分含量等各方面均有差异。玉米是酒精生产中用到最多的原料,但小麦、高粱、大麦等也是较常用的几种原料。从表1-3-17[72]中可以看到,几种常用原料生产的DDGS粗蛋白水平都较高,其中以小麦为生产原料的DDGS产品的蛋白质含量最高,达到38.48%,我国皇甫亚柱等也得到相似的研究结果。这些原料生产的DDGS产品的NDF和粗脂肪含量都较高,可作为家畜良好的能量来源。此外,不同DDGS产品磷含量都较高,而钙含量相对较低。谢林等用高粱为原料生产酒精产生的DDGS在蛋白质、脂肪等含量上与玉米DDGS差别不明显,但在颜色上玉米DDGS表现为金黄色,而高粱DDGS表现为深褐色。

表1-3-17 不同原料DDGS营养成分比较 单位:%

同时,即使是同一种原料,但由于玉米等谷物生长的土壤、水质、气候和品种的差异不同也会造成DDGS的质量变异。玉米在全国各地都有种植,因各地区土壤组成的差异、气候的差异及收获季节的不同,都会引起原料玉米营养成分的差异。当发酵完成后,除淀粉外,其他营养成分高度浓缩,最终导致副产品DDGS在营养成分组成上的差异加大。

另外,由于生产过程中使用的酶和酵母种类不同,对某些成分如纤维类物质的降解程度不同;发酵程度不同,营养物质浓缩程度不同,也会造成玉米DDGS营养成分的变异。

(2)加工工艺对DDGS营养成分变异的影响

加工工艺的差异会影响DDGS的外观颜色、物理性状及其营养成分。对DDGS品质影响最大的是酒精生产的工艺中酒精糟、残液的干燥方法,而且DDGS中的蛋白质和NDF(中性洗涤纤维)含量最易受其影响。

酒精生产的加工工艺根据原料处理方式的不同,发酵技术可分为全粒法、湿法和半干法等,如表1-3-18所列。

表1-3-18 玉米生产酒精的加工工艺

由表1-3-18可见,全粒法生产的DDGS产品最好,用全粒法生产酒精获得的DDGS质量大大优于用湿法和干法生产酒精获得的DDGS,因为它除了不含淀粉、糖外,含有玉米中所有的脂肪(一般为9%~13%)、蛋白、微量元素等。湿法生产综合效益最好,而半干法及湿法生产酒精获得的DDGS的脂肪含量会降低,在2%~4%之间。玉米的发酵方法以及副产品DDGS的干燥方法也影响其质量,是造成DDGS的质量变异比较大的主要原因。

干法酒精厂中有一些使用蒸煮机加热发酵,另一些则通过添加酶来促进发酵,一般来说,加热较少可以提高DDGS的氨基酸消化率。酒精糟的分离和干燥过程对DDGS产品品质也有很大的影响,糟液中含有的蛋白质具有热敏性,在高温下会变性,从而影响谷物DDGS成品的颜色,降低其营养价值。常用的干燥设备有管束干燥器和圆盘式干燥器,圆盘式干燥器相比于管束干燥器具有受热均匀、热效率高等优点,可以保证DDGS有较好的品质。后来的研究发现,采用蒸发浓缩制取DDGS是处理酒精糟液的最佳途径。

(3)DDS和DDG比例不同对DDGS营养成分变异的影响

DDGS是DDS和DDG的混合物,所以因两部分比例不同而导致的DDGS的营养成分有很大差异。DDG与DDS营养组成的差异见表1-3-19。

表1-3-19 玉米DDG、DDS、DDGS常规成分 单位:%

由表1-3-19可见,DDG粗蛋白、粗脂肪含量高,而DDS粗蛋白、粗脂肪含量低,但其粗灰分、磷、赖氨酸等营养素含量高,最为重要的是发酵产生的未知因子、糖化曲、酵母等营养成分以及玉米中可溶性营养物质都在DDS中。其中DDS的比例越高,其蛋白质的含量越低,脂肪的含量越高,磷的含量也越高。含高比例的DDS会使DDGS颜色变深;DDGS干燥温度高、时间长也会使颜色变深,因此在查看DDGS颜色深浅来检查DDGS质量的时候要先确定是哪个原因造成的,如是DDS含量高,那是质量好的。由于各生产厂家规定的DDS的最小添加比例不同,从而造成DDGS质量的差异较大。DDS的比例应在20%以上。

玉米DDGS发酵生产过程中的两大过程产物——湿酒精糟及酒精糟可溶物,这两部分过程产物的营养成分含量及混合比例将影响玉米DDGS的营养成分含量。酒精糟可溶物比湿酒精糟的粗蛋白质含量低,但粗脂肪、粗灰分及总磷含量高;酒精糟可溶物中大多数氨基酸水平低于湿酒精糟及玉米DDGS,但酒精糟可溶物和湿酒精糟的赖氨酸水平均高于玉米DDGS;酒精糟可溶物中大部分氨基酸消化率(家禽)低于湿酒精糟,但二者的氨基酸消化率(家禽)均高于玉米DDGS,特别是赖氨酸消化率,这主要是干燥过程使玉米DDGS受到热损害产生美拉德反应造成的(Martinez-Amezcua等)。由于酒精糟可溶物中含有大量还原糖,其混合比例越高,加工过程中产生的美拉德反应越强,造成玉米DDGS中赖氨酸的消化率越低。

(4)干燥温度和干燥时间对DDGS营养成分变异的影响

干燥温度和时间对DDGS营养成分影响很大,干燥温度越高,时间越长,DDGS养分损失就越大,特别是氨基酸的含量(尤其是赖氨酸的含量及消化率)损失较大。Saunders和Rosentrater对美国23家乙醇工厂的调查显示,干燥过程空气温度从250℃到550℃,出料口温度从80℃到115℃以上,干燥时间从小于1h到2h不等。随着干燥温度或干燥时间的增加,玉米DDGS的氨基酸含量及消化率均一定程度降低,其中赖氨酸表现更为显著,且这种下降随着酒精糟可溶物混合比例的提高而增加。研究还发现,粗蛋白质含量不同的玉米DDGS在遭受相同加热温度和加热时间处理后,其赖氨酸的损失比例不同,低蛋白质玉米DDGS损失比例高于高蛋白质玉米DDGS。

烘干的温度及时间对DDGS的质量影响很大,而国内相当部分的酒精厂采用温度为110℃下常压烘干法。实验在110℃下常压烘干DDGS,时间6h,每半小时取样检测一次,DDGS加热试验前的各项指标检测值见表1-3-20。

表1-3-20 DDGS加热试验前的各项指标检测值

试验结果表明加热过度时赖氨酸、有效赖氨酸、糖分及NDF明显降低,NDF与有效赖氨酸有很好的相关性;ADF和蛋白质热损害也线性相关。Kim等报道,ADF反映了蛋白质热损害的程度,其含量与DDGS消化率成反比,ADF含量越低,DDGS能量和蛋白质的消化率就越高,DDGS营养价值与ADF含量呈反比,建议在选购DDGS时ADF含量不宜超过12%。因此在实际应用中饲料厂可以将NDF和ADF含量作为热变性指标来检测DDGS的质量。

(5)储存不当对DDGS营养成分变异的影响

储存不当会造成DDGS中脂肪酸化腐败,同时还会引起黄曲霉毒素的污染,从而对DDGS的营养造成显著的影响。霉菌毒素是霉菌在田间或者储藏过程中产生的,含量过高会影响畜禽的生产性能,对动物危害最大的是玉米赤霉烯酮和呕吐毒素,全价配合日粮中这两种霉菌毒素的最大允许含量不能超过1mg/kg。

3.3.6.3 玉米DDGS安全性的主要影响因素

(1)生产原料对玉米DDGS安全性的影响

黄曲霉毒素(aflatoxin,AFT)是由黄曲霉菌和寄生曲霉菌产生的有毒代谢产物,是一组结构相似的二氢呋喃氧杂萘邻酮的衍生物。目前已确定的黄曲霉毒素有18种,但饲料中只含有黄曲霉毒素B1(AFB1)、B2(AFB2)、G1(AFG1)和G2(AFG2),以AFB1毒性最强,是氰化钾的10倍、砒霜的68倍。因此我国已对饲料中AFB1限量进行质量监督(见表1-3-21)。由于玉米易受黄曲霉毒素的污染,因此DDGS受黄曲霉毒素的污染主要来源于生产原料玉米中。在DDGS的加工过程中,只有玉米中的糖类和淀粉才能转化为酒精,酒精中并不含有黄曲霉毒素。通常1t玉米生产酒精后可以产生330kg DDGS,因此,DDGS中的黄曲霉毒素可视为浓缩玉米中含量的3倍(见表1-3-22)。

表1-3-21 我国饲料中黄曲霉毒素限量标准

注:资料来源于《饲料工业标准汇编2002~2006》(2006)。

表1-3-22 DDGS中黄曲霉毒素含量

(2)加工工艺对玉米DDGS安全性的影响

DDGS的加工工艺主要分两部分:一是原料粉碎后经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏后得到酒精和酒精糟液;二是将酒精糟液经固液分离、蒸发浓缩、干燥后得到DDGS。在加工过程中,原料粉碎后一般在140℃下高温蒸煮90min,发酵环境为酸性。固液分离后,考虑到DDGS的质量,大多酒精厂选用110℃下常压烘干。而黄曲霉毒素在268~269℃高温下才发生裂解破坏毒性,且微溶于水,在酸性环境中性质稳定。因此原料中的黄曲霉毒素在加工过程中几乎不会溶于水后蒸发掉或在高温下失去毒性,其会残留在DDG中并全部转移到DDGS中。

3.3.6.4 玉米DDGS质量评定

玉米DDGS是酒精厂加工的副产品,营养成分不稳定,湿法加工和干法加工对DDGS营养成分影响很大。Spiehs等分析了明尼苏达州和南达科他州5个酒精厂的118个DDGS养分含量,分析结果表明,粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、赖氨酸的变化范围分别为28.1%~31.6%、8.2%~11.7%、35.4%~49.1%、13.8%~18.5%、0.53%~1.02%。因此,DDGS质量评定非常重要,应包括以下几个方面。

(1)颜色

感官要求:DDGS的颜色为浅亮黄色为最好,不应含黑色小颗粒,应有发酵的气味。

颜色是判断DDGS蛋白质品质的一个重要指标。色度分析可以作为度量DDGS品质特别是赖氨酸和其他氨基酸利用率的潜在有用指标。不同DDGS样品之间的颜色差别很明显,DDGS的外观颜色从橘黄色到深红色,其中呈橘黄色的其气味和养分性能较好。颜色较浅或较黄的DDGS样品中氨基酸消化率较高,而颜色较深或者不够黄的DDGS的氨基酸消化率较差。烘干时干燥时间过长和温度过高,均会导致DDGS颜色过深,影响养分组成及消化率。含高比例的DDS会使DDGS颜色变深,由于含高比例DDS而导致颜色变深,对于质量来说有益无害。所以,用颜色来判别DDGS的质量优劣时,要分清颜色深的原因,是DDS的比例高还是加工工艺不佳造成的。如是前者则是优质的DDGS。

(2)热变性指标——中性洗涤纤维(NDF)

有研究表明,烘干的温度及时间对DDGS的质量影响很大,温度过高、时间过长都会导致DDGS发生美拉德反应,导致DDGS的营养组成发生极大变异,赖氨酸、有效赖氨酸、糖分及NDF明显降低,消化吸收率也降低。而国内大部分的酒精厂采用温度为110℃下常压烘干法,易导致DDGS发生美拉德反应。所以由于烘干设备和工艺的问题,导致国内很多厂家生产的DDGS质量和动物使用效果受到影响。加热过度时,NDF与有效赖氨酸(赖氨酸)含量有很好的相关性,NDF可作为日常检测控制DDGS热过度的指标。NDF≤32%为合格要求,NDF≤35%为最低质量要求。目前,国内饲料行业在用DDGS的NDF平均值约为45%。

(3)蛋白质热损害程度指标——酸性洗涤纤维(ADF)

干燥温度和时间对DDGS营养成分影响很大。干燥温度越高,时间越长,DDGS养分损失就越大。Kim等报道,ADF反映了蛋白质热损害的程度,其含量与DDGS消化率成反比,ADF含量越低,DDGS能量和蛋白质的消化率就越高。Stein等研究了ADF含量分别为8%和13.1%的两种DDGS能量和粗蛋白质的养分利用率,试验结果表明,ADF含量为8%的DDGS,能量和粗蛋白质的标准回肠消化率分别为77.6%和72%,消化能(DE)为15945kJ/kg;ADF 13.1%的DDGS,能量和粗蛋白质的标准回肠消化率分别为74.2%和69.8%,DE为14874kJ/kg。这表明DDGS营养价值与ADF含量呈反比,建议在选购DDGS时ADF含量不宜超过12%。Pahm等的研究也证实,ADF 10.33%的DDGS粗蛋白和赖氨酸标准回肠消化率分别为77.3%和74.5%,而ADF 13.08%的DDGS粗蛋白和赖氨酸标准回肠消化率分别仅为64.8%和51.4%。

(4)霉菌毒素

霉菌毒素是霉菌在田间或者储藏过程中产生的。霉菌毒素含量过高会影响畜禽的生产性能,对动物危害最大的是玉米赤霉烯酮和呕吐毒素,全价配合日粮中这两种霉菌毒素的最大允许含量不能超过1mg/kg。发酵过程并不能对霉菌毒素产生破坏作用,反而使其与养分一样得到浓缩。郭福存等分别对上海、广东和天津的12份DDGS样品进行了霉菌毒素含量检测,阳性检出率为100%。但我国目前还没有制定DDGS原料霉菌毒素含量标准,因此,饲料厂应根据具体情况对霉菌毒素含量过高的DDGS原料及时进行处理。吕明斌等建议,DDGS中呕吐毒素含量不宜超过8000μg/kg,玉米赤霉烯酮含量不宜超过2000μg/kg为宜。

要关注霉菌毒素含量:近期DDGS中呕吐毒素、玉米赤霉烯酮毒素的含量比较高,呕吐毒素含量范围1~8mg/kg,玉米赤霉烯酮含量范围150~2000μg/kg。

(5)粗蛋白、粗脂肪含量

粗蛋白>28%,粗脂肪为6%~12%为宜。

受加工工艺等因素的影响,DDGS的粗蛋白、粗脂肪含量变异范围极大,目前我国也无DDGS质量标准,全粒法生产酒精获得的DDGS粗脂肪含量为9%~13%,而半干法及湿法生产酒精获得的DDGS的脂肪含量会降低,在2%~4%之间。DDGS的粗蛋白含量为22%~30%。

DDGS中不饱和脂肪酸的比例高,容易发生氧化,能值下降,对动物健康不利,影响生产性能。全粒法生产酒精获得的DDGS含有较高的玉米油(10%),主要是不饱和脂肪酸,容易酸化腐败。一般冬季的保存期为3个月,夏季仅为1个月。如果将其中的玉米油提出来,可降低水分和油脂含量,提高粗蛋白、氨基酸、有效磷的含量。

目前,大多数买方通过检测粗蛋白、粗脂肪含量来确定DDGS的质量优劣,国家标准推荐的测定粗脂肪方法(GB/T 6433—2006)是用石油醚提取,所有溶于石油醚的成分测定结果都是粗脂肪,国家标准推荐的测定粗蛋白方法(GB/T 6432—1994)是测定氮含量再换算为粗蛋白含量,所以要防止造假者钻这个空子,在DDGS产品中掺入高氮化合物及溶于石油醚的物质,以增加DDGS的粗蛋白、粗脂肪含量。可通过测定氨基酸含量进一步判别质量的优劣。

(6)DDS的含量

DDGS中DDS的含量至少要大于20%。

(7)粗纤维含量

DDGS的粗纤维含量小于8%,如含量为7%左右是正常的,若粗纤维含量过高,单胃动物比较难利用,并会降低养分的消化率。当粗纤维含量明显高于7%时,应进一步排查有无掺假,主要是麸皮、壳粉、粗糠等高纤维低质低价格的物质。

3.3.6.5 玉米DDGS质量控制措施

(1)建立快速的实验室评定方法

目前针对DDGS变异这一问题,配制各种家畜平衡日粮前有必要对不同厂家的DDGS原料进行常规养分的实验室测定分析,以提高配制日粮的准确性。为节省实验室评定的时间和成本,营养学家正致力于寻求有代表性的指标以及迅速、高效的实验室快速评定方法。

DDGS的颜色可作为评定赖氨酸消化率的指标之一。DDGS加工过程中加热温度及时间长短与其颜色和赖氨酸消化率高度相关。利用回归公式可快速、准确地预测DDGS的营养物质利用率。吕明斌等研究发现,中性洗涤纤维(NDF)含量与有效赖氨酸有很好的相关性,NDF可作为饲料厂日常检测DDGS热过度的指标:NDF≤32%为合格,NDF≤35%为最低质量要求。Pedersen等以猪为例,建立以粗灰分、粗脂肪、酸性洗涤纤维和总能预测DE和ME的回归方程。

(2)添加酶制剂

DDGS中由于纤维及NSP含量高限制了其在单胃中的大量使用。Swiatkiewicz等在产蛋鸡高峰期日粮中添加5%、10%、15%、20%的DDGS,并在20%组添加NSP水解酶,发现5%、10%、15%组不影响产蛋率,20%组产蛋率和蛋重降低,补加NSP水解酶后可一定程度上缓解这一负面效应,所以笔者推测NSP是使用高水平DDGS的限制性因素。鲍淑青等以蛋公鸡为试验动物,采用TME法发现添加复合酶DDGS的干物质表观消化率、有机物表观消化率、表观代谢能均显著高于未添加酶的DDGS组(P<0.05)。所以,日粮中添加已降解纤维和NSP为主的酶制剂可降低DDGS抗营养因子含量,改善营养物质的利用率,增加其在动物日粮中的使用量。

(3)添加抗氧化剂和防霉剂

DDGS与玉米一样易受霉菌毒素污染,因此应严格坚持选择原料产地与检测相结合,可采用ELISA法严格检测其中的霉菌毒素含量,并注意添加适宜的防霉剂和霉菌吸附剂。DDGS中粗脂肪含量较高,可添加适量抗氧化剂以保证其脂肪的稳定。研究发现,香精油具有很好的抗氧化、防霉等作用,在DDGS中添加该物质可能会达到双重功效。

(4)以可消化氨基酸指标设计日粮配方

DDGS作为一种非常规的饲料原料,目前仍没有获得完整且相对准确的营养参数供生产使用,尤其是氨基酸的消化率。Lumpkins等以总氨基酸为基础配制日粮,发现在肉鸡早期日粮中DDGS可添加至6%,中后期可添加至12%~15%。Wang等研究DDGS在肉鸡日粮中的使用水平,在各处理等能的基础上以可消化氨基酸为基础配制日粮,结果表明,DDGS在肉鸡整个生长期日粮中可添加至15%~20%,而不影响生产性能。随后Wang等又做了几个相似试验,均以可消化氨基酸为基础配制日粮,发现当以可消化氨基酸配制日粮时DDGS在肉鸡日粮中的添加量可达20%。所以为增加DDGS的使用量并保证使用效果,有必要以可消化氨基酸为基础进行日粮配制。

3.3.7 工厂生产玉米DDGS实例

3.3.7.1 国内酒精企业生产玉米DDGS实例

首钢控股河南天冠企业集团有限公司位于历史文化名城南阳市,是目前国内存续最完整、最具代表性的“红色企业”,是国家520家重点企业和河南省50家高成长型重点企业集团之一,是国家燃料乙醇定点生产厂家和国家新能源高技术产业基地主体企业之一,同时也是生物能源行业唯一国家循环经济试点企业,唯一拥有国家重点实验室、国家级企业技术中心和博士后科研工作站单位,国家燃料乙醇标准化委员会设立单位。产品涉及生物能源、生物化工、有机化工、精细化工、工业气体、电力、饮料酒七大门类,主要产品有燃料乙醇、酒精、生物天然气、全降解塑料、生物柴油、谷朊粉、DDG饲料、总溶剂、多元醇、二氧化碳、白酒、啤酒等40余个品种,产品总量达100万吨以上,年收入60亿元以上。

河南天冠燃料乙醇有限公司生产的DDGS饲料是以小麦、玉米为原料混合生产而成的,年产DDGS饲料7.5万吨,混合DDGS蛋白质含量在22%以上,已成为国内外饲料生产企业广泛应用的一种新型蛋白饲料原料,适合喂养家禽、家畜、水产品及特种动物。在畜禽及水产配合饲料中通常用来替代豆粕、鱼粉,添加比例最高可达25%,并且可以直接饲喂反刍动物。

3.3.7.2 国外酒精企业生产玉米DDGS实例

世界上首次实践酒精糟清液全部回用的大型酒精企业是美国C.E.Lummus公司的Tennol酒精厂,在将干酒精糟制备成DDGS的同时也解决了酒精糟清液的污染为题。该企业位于田纳西州,全新设计,当时年产玉米酒精7.5万吨,投资约0.8亿美元。该公司主要设备有预发酵罐(酵母扩培罐,150m3)3个、露天发酵罐(1100m3)9个以及醪液储罐1个。发酵罐用板式换热器循环降温,每3个发酵罐共用1台板式换热器。考虑到酒精糟清液用后会造成发酵液黏度增加以及发酵过程中产生的CO2需及时排出,每个发酵罐的中下部均设有侧搅拌器。发酵罐内设CIP冲洗系统,不用蒸汽高压灭菌。蒸馏选用4塔差压节能蒸馏系统。由于采用新工艺和自控工序多,企业职工仅70多人,其工艺流程如图1-3-14所示。

图1-3-14 酒精糟清液全部回用工艺(LBW)工艺流程

LBW工艺采用了多项新技术,其中酒精糟清液全部回用是具有挑战性的工艺,对于我国的燃料酒精生产工艺具有很好的参考价值。该工艺原料玉米处理过程比较独特,玉米原料除杂后加入回用热酒精糟清液(用NaOH调节pH值),90~95℃下浸泡2h,玉米籽粒含水达50%时送入一级萨伯拉东磨机;同时加入α-淀粉酶,高温加酶湿法粉碎是该工艺独到之处。该级粉碎浆料由于属于粗粉碎,尚含有部分小颗粒(直径约2~3mm),用手一捻即碎,这样的浆料流动性好,在高温磨制中除机械作用外,耐高温α-淀粉酶提前进入参与淀粉降解作用。浆料进入二级萨伯拉东磨机,经恒温90℃磨细处理后,得到完全均一并完成液化过程的浆料。该浆料即可用换热器降温至60℃,加入糖化酶,再经一台小型萨伯拉东磨机均质化(即边均质边糖化)处理,然后冷却至35℃,送入发酵车间。

工艺中使用德国耐高温酵母,在37~40℃时可正常发酵,特别是9个1100m3发酵罐就配备了3个150m3的酵母扩培罐,可见该发酵工艺对酵母菌数量的重视程度。

LBW工艺的原料水热处理实际上是用玉米在90~95℃浸泡,加α-淀粉酶边粉碎边糊化、液化所代替。而且糖化过程也是在机械研磨的条件下进行,糖化时间缩短也有利于后糖化过程的进行。该工艺原料的最高处理温度只有95℃,从而可以避免加压蒸煮时因美拉德反应生成的类黑素等有害物质对酵母发酵的毒害作用,为长期清滤液全回用创造了基础条件。

酒精糟固液分离采用卧式沉降分离机,滤液中的固形物含量较低,清液含固形物仅为0.25%~2%,属于清滤液,这对回用非常有利,只是电能消耗比较高。离心后的滤渣含固形物30%,湿滤渣再用螺旋挤压机挤压,使滤渣固形物含量达45%,然后送至沸腾干燥器进行干燥,即得浅黄色的、松散的DDGS饲料,清滤液则全部回用(浸泡玉米和调浆)。

该工艺所用的粉碎设备是萨伯拉东磨机,该机结构与万能粉碎机相似,但在转动轴上装有类似离心泵叶轮的装置,所以既具有粉碎、均质化作用,又有输送物料的作用。

由LBW工艺的特点可见,它是一种很好的酒精糟综合利用工艺,但是萨伯拉东磨机等设备尚需进口,整个工艺投资较大。但以玉米为原料的大厂还是可以考虑采用的。

清液全部回用技术因具有减少蒸汽装置投资、大幅度降低能耗的优势,而被国内外酒精企业所青睐,并多次进行中试实践和大规模生产实践。如能加强发酵理论和工艺措施方面的研究,有望延长全部清液回用的时间。