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      創建副產物飼料化利用技術體系 變廢為寶助力產業發展鄉村振興
      • 發布單位:農產品加工研究所
      • 2023-05-31 08:58:28
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      聚焦一流  創新引領│2022年度廣西科技進步獎勵獲獎項目系列報道之一

      創建副產物飼料化利用技術體系 變廢為寶助力產業發展鄉村振興

      ——記2022年度廣西技術發明獎一等獎“甘蔗/木薯副產物飼料化加工關鍵技術及應用”

      從2023年廣西科學技術獎勵大會上獲悉,我院牽頭完成的“甘蔗/木薯副產物飼料化加工關鍵技術及應用”成果榮獲2022年度廣西技術發明獎一等獎。

      農副產物的綜合利用作為新型生物經濟原料日益受到世界各國關注。廣西甘蔗和木薯種植面積及產量約占全國70%。據統計,廣西甘蔗種植面積達1300萬畝,甘蔗產量7490萬噸,木薯種植面積達260萬畝,木薯產量168萬噸,甘蔗和木薯副產物產量高達3500萬噸以上。甘蔗和木薯副產物含有豐富的營養物質,可作為重要的非糧飼料來源,能有效解決畜牧飼料匱乏問題,而當前優質低成本飼料的供給不足,成為制約廣西畜牧養殖產業經濟效益和持續健康發展的突出問題之一。

      深入生產一線 找準副產物飼料化瓶頸問題

      從2011年起,項目負責人張娥珍研究員帶領科研團隊成員深入田間地頭,到飼料加工企業、牛羊養殖企業和農戶中調研,足跡遍布廣西區內主要甘蔗和木薯產區,發現甘蔗和木薯副產物飼料化利用不足20%,多數隨意棄置或焚燒,造成資源浪費和環境污染??蒲袌F隊梳理出制約甘蔗和木薯副產物飼料化利用的三大現實問題:一是纖維質結構致密度高,纖維素難消化吸收;二是工業化加工水平低,產品蛋白含量低營養差、適口性差、儲存周期短;三是飼喂針對性不強,養殖效益低等。

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      科研團隊實地調研肉牛飼喂甘蔗尾梢發酵飼料情況

      勵志創新 攻克副產物飼料化關鍵技術難題

      科研團隊與江南大學、生產企業開展產學研聯合攻關,在甘蔗和木薯副產物飼料化的應用基礎研究、加工關鍵技術研發和精準飼喂技術反復實驗探索,不斷大膽創新,創制了優質低成本副產物飼料化利用關鍵技術。

      一是率先創制了甘油相預處理技術,解構了原料纖維質抗降解屏障,奠定副產物飼料化加工基礎。

      甘蔗和木薯副產物纖維素含量高,但纖維質結構致密,打破致密結構并使纖維素得到降解是首要問題。

      科研團隊在國際上創制了纖維質原料的常壓預處理技術,選擇甘油作蒸煮劑,常壓高溫(180℃~240℃)蒸煮(10min~180min)過程中熱敏性好(比熱容約為水60%),滲透性強,反應迅速,離解出質子和羥基,通過羥基化反應斷裂其中的關鍵性化學鍵/官能團,從而進行選擇性化學切割,解離原料的致密結構。

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      常壓甘油相預處理技術原理

      該技術能選擇性脫除原料中木質素(>70%)和半纖維素(<30%)組分,使纖維素保留率>90%;有效解決了纖維質原料復雜致密結構引起的高頑抗性和難以消化等科學問題,實現節能15%以上。該技術曾被國際雜志Biofpr(IF 4.4)以Technology News專題報道,發表7篇SCI一區論文。

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      甘蔗渣預處理前后對比

      二是發明了微生態制劑復配定制技術,奠定了優質副產物飼料加工基礎。

      基于發酵菌群、纖維素酶組合和有機多元絡合物等制備方法,發明了“優勢發酵菌群+纖維素酶組合+糖蜜有機多元絡合物”的微生態制劑復配定制技術,創制了高效專一性的“菌-酶-有機絡合物”微生態制劑。該制劑在發酵過程中的菌酶協同作用增強,具有高效專一性消化作用,使纖維素酶用量降至20%~30%,用酶成本節約70%以上,48hr纖維素消化率可達90%,顯著地降低了菌劑用量和成本,提高了纖維素消化率、微量元素吸收率、產品品質和穩定性,并縮短了發酵周期。

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      張娥珍研究員進行微生態制劑復配定制實驗

      三是創制副產物分級固態發酵制備新技術,實現優質發酵飼料規?;a。

      在原料預處理方面取得突破后,采用何種加工技術才能在控制成本的同時使飼料產品營養更好,成為擺在張娥珍及科研團隊成員面前的又一道亟待解決的難題。

      科研團隊以快速增加發酵菌群數量和高效降解原料纖維素為關鍵點,創制了分級固態發酵技術及產品,比常規發酵粗纖維含量降低22.35%,粗蛋白含量提高19.75%。利用該技術和工藝研發出發酵飼料產品6個,有效地解決了飼料中纖維素降解率低、蛋白含量低的技術難題,提高了飼料的營養性、適口性、安全性,豐富了動物腸道益生菌群。在此基礎上制定的農業行業標準《甘蔗尾梢發酵飼料生產技術規程》,填補了甘蔗尾梢發酵飼料生產標準空白。

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      甘蔗、木薯副產物發酵飼料產品

      四是創制副產物快速干燥制備新技術及裝備,實現優質干燥飼料規?;咝a。

      基于對影響原料水分和營養成分的溫度及粉碎粒徑的精準調控,科研團隊創制了集揉搓、粉碎、干燥功能于一體的立式旋風快速制備飼料裝備1套及配套生產工藝。該裝備采用兩級粉碎、兩級旋風分離的工藝,實現了新鮮原料在2min~3min內含水量從75%~85%降低至12%~15%;干燥處理后的副產物營養成分保留率達85%以上,可直接用于飼喂或深加工貯藏。經試驗,該裝備適用于多種作物副產物飼料的快速制備,很好地解決了新鮮副產物易霉變、難貯藏、不易深加工利用的“第一卡脖子”問題,實現了副產物飼料周年供應。

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      立式旋風快速制備飼料裝備

      五是創制副產物顆粒飼料制備新技術,實現優質顆粒飼料規?;a。

      針對干燥后的原料蓬松、口感差、牛羊采食率低且易造成食道粘膜損傷的問題,發明了甘蔗和木薯副產物配方顆粒飼料制備技術,研發出符合牛羊不同生長階段的甘蔗尾梢、木薯莖葉混合顆粒飼料配方,開發出顆粒飼料產品4個,飼料產品營養豐富,明顯提高了適口性、安全性和儲存周期,并制定了顆粒飼料生產的廣西地方標準,填補了廣西牛羊顆粒飼料生產標準空白。

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      甘蔗、木薯副產物配方顆粒飼料產品

      六是發明精準飼喂技術,顯著提高牛羊養殖效益。

      生產的甘蔗、木薯副產物飼料產品終究要應用于牛羊養殖并達到預期效果才算是獲得了成功,但廣西屬于南方高濕熱地區,高溫高濕天氣牛羊體熱散發易受阻、新陳代謝易受損,可能導致生產性能、飼料利用率及日增重量降低甚至引發疾病,因此還需要配套的飼喂技術,張娥珍及其科研團隊展開了新一輪探索。

      科研團隊研究了高溫高濕地區牛羊在不同生長階段營養需求以及飼料營養水平對動物生產性能、血液指標、抗病能力、肉質變化的影響,發明了牛羊“發酵飼料+配方顆粒飼料”日糧模式的精準飼喂技術,肉羊平均日增重比對照組提高55.6%;肉牛育肥平均日增重比對照組提高30.76%,飼料成本降低9.9%;制定了廣西地方標準2項,填補了廣西牛羊飼養標準空白,解決了甘蔗和木薯副產物飼料精準高效利用的難題。

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      肉牛育肥前后對比

      十年磨一劍 創建飼料化利用技術體系

      經過十余年的艱苦探索與不懈努力,張娥珍帶領科研團隊成員在副產物飼料化創新利用方面取得重大突破,首創“原料預處理-產品加工-產品應用”的甘蔗/木薯副產物飼料化利用技術體系,發明關鍵技術6項,研發裝備1套、產品10個,獲授權發明專利14件,制定行業標準1項、地方標準3項,發表論文專著22篇(部),農業農村部科技發展中心組織印遇龍院士為組長的專家組進行成果評價,總體達到國際領先水平。副產物飼料化利用技術在廣西、海南等地的甘蔗/木薯主產區進行了廣泛應用,累計生產顆粒飼料38.7萬噸、發酵飼料550.2萬噸,產品銷往云南、貴州、四川、湖南、江西等13個省份,累計新增產值46.3億元。延長了種植產業鏈,推動種養業有機結合,甘蔗/木薯副產物成為重要的非糧飼料,牛羊飼糧使用量降低20%,提高了養殖效益,鞏固脫貧攻堅成果。實現產業增效、農民增收、資源高效利用,變廢為寶,減少環境污染,保護了鄉村生態環境和青山綠水風貌。


      團隊簡介:

      特色農產品綜合利用團隊,主要開展廣西特色農產品及其副產物綜合利用研究、“種養加”循環農業技術研究等科研工作。近年來,先后承擔農業農村部公益性行業專項、廣西創新驅動發展專項等科研項目20余項;以甘蔗、木薯等熱區大宗作物田間及加工副產物為主要原料,創建了副產物飼料化加工技術體系,研發出快速制備飼料裝備、發酵飼料、顆粒飼料、微生態制劑等產品;同時研發鐵皮石斛、靈芝、芒果、火龍果等廣西特色農產品、南藥、食藥用菌等精深加工技術,研發出納米速溶粉、膠囊、復合飲品、功能酒、口服液、果粉等功能食品;獲廣西技術發明獎一等獎等科技獎勵5項;獲授權發明專利20余件;編制農業行業標準1項、廣西地方標準8項;出版專著1部,發表研究論文著作30余篇;成果登記20余項?,F有科技人員8人,高級職稱5人,中級職稱2人,博士1人,碩士3人。

      加工所  梁曉君供稿/供圖 

      一審一校:陳趕林

      二審二校:薛臣藝

      三審三校:楊景峰


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