一种高效干燥的生物饲料制备方法

技术领域

本发明涉及生物饲料加工技术领域，尤其涉及一种高效干燥的生物饲料制备方法。

背景技术

在全世界范围秸秆压块饲料、生物秸秆蛋白饲料内都是主流，而我国发展秸秆更有着无法比拟的资源潜力，我国农业秸秆玉米秆、水稻秆、麦秆、油菜秆、花生禾、甘薯藤等每年产量7亿多吨，为满足我国非粮型养殖业畜牧业的发展提供了坚实的物质基础。

但是农作物秸秆粗纤维含量高，难以被动物消化吸收，可利用养分少，适口性差，在饲料分类学上归为粗饲料，难以产生经济效应，而秸秆生物饲料技术可以把利用率不高的粗饲料转化为利用率高的精饲料，用特殊的工程菌使其所含的粗纤维降解为动物容易消化吸收的单糖、双糖、氨基酸等小分子物质，从而提高饲料的消化吸收率。同时，在秸秆生物处理过程中还产生并积累大量营养丰富的微生物菌体蛋白及其它有用的代谢产物，如有机酸、醇、醛、酯、维生素、抗生素、微量元素等，使饲料变软变香，营养增加，并含有多种消化酶、多种未知促生长因子，能增强动物的抗病能力，刺激其生长发育，有些代谢产物对饲料还具有防腐作用(如乳酸、醋酸、乙醇等)，能延长饲料保质期。

但是现有的生物饲料加工过程中，对发酵过程的温度控制和时间控制不够精确，可能导致发酵后的微生物菌体含量达不到标准，且经过发酵后的发酵料还需要进行干燥造粒，干燥过程中有可能进一步降低微生物菌体含量，影响生物饲料的营养价值；

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于：通过以加工过程中产物的生物菌体含量作为判断标准，精确化分析得到发酵、造粒和干燥过程中的理论参数。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高效干燥的生物饲料制备方法，包括以下步骤：

步骤一、准备原料：将原料按照预设配比进行称重配比并进行预处理，所述原料包括生物质基础料、混合维生素和菌种，其中菌种包括乳酸菌1-2份、酵母菌1-2份、木霉菌0.5-1份和纳豆激酶0.5-1份；

步骤二、混合发酵：将生物质基础料粉碎后，向其中加入混合维生素并通过混合机混合均匀，得到混合料，进而将乳酸菌、酵母菌、木霉菌和纳豆激酶接种到混合料中并继续通过混合机搅拌均匀，随后导入到发酵罐中保证温度恒定的情况下密封发酵，得到发酵料；

步骤三、造粒：发酵完成后将发酵料进行脱水烘干，然后送入造粒机中通过机械挤压和摩擦的作用进行造粒，造粒机中控制好温度和湿度以形成均匀且有一定机械强度的湿饲料颗粒；

步骤四、高效干燥：将湿饲料颗粒送入流化床干燥机内进行烘干，通过控制面板调整参数使得湿饲料颗粒在高温高湿气流中进行快速干燥，使水分含量降到适当的水平后通过冷却机进行降温处理，得到干饲料颗粒；

步骤五、包装出厂：将干饲料颗粒定量称重后用塑料袋密封包装。

在步骤二中根据菌种的最佳发酵效率以及发酵物的理论生物菌体含量确定发酵过程中的发酵湿度和发酵温度，并通过控制面板判断发酵物的实际生物菌体含量生成发酵合格信号以进行下一步加工工序；

在步骤三中获取发酵及格信号后开始造粒，造粒过程中基于湿饲料颗粒的预设生物菌体含量确定造粒机的加工温度和加工湿度，再次通过判断湿饲料颗粒的实际生物菌体含量生成造粒合格信号以进行下一步加工工序；

在步骤四中获取造粒合格信号后开始干燥，干燥过程中基于干饲料颗粒的预设生物菌体含量确定流化床干燥机的干燥温度和干燥湿度。

进一步的，所述生物质基础料包括秸秆35-55份、豆粕13-25份、酒糟8-18份和果渣23-35份。

进一步的，发酵物的理论生物菌体含量包括细菌数目指征a、孢子数目指征b和活菌数目指征c，根据归一化公式计算发酵物的理论生物菌体含量Q：

细菌数目指征a表示每克含细菌总数不得少于2.0×10^9CFU/g；

活菌数目指征b表示每克含活菌总数不得少于1.0×10^9CFU/g；

孢子数目指征c表示每克不得含有大于1.0×10^6CFU/g的耐热芽孢。

进一步的，所述控制面板包括参数记录单元、参数择定单元、参数调整单元和校准单元；

所述参数记录单元用于记录不同类型的生物饲料的加工参数，加工参数包括发酵参数即发酵湿度和发酵温度、造粒参数即加工温度和加工湿度和干燥参数即干燥温度和干燥湿度；

所述参数择定单元用于对不同类型的生物饲料进行分类标记，并将分类标记进行显示供操作人员选择，并将择定结果发送至参数调整单元；

参数调整模块获取择定结果后并处理，根据择定结果代表的生物饲料类型，在参数记录单元查找对应的加工参数，并根据加工参数调整发酵罐、造粒机和流化床干燥机的机械参数；

校准单元用于获取参数校准信号，并根据参数校准信号追溯参数流程，进行参数校准。

进一步的，确定发酵过程中的发酵湿度和发酵温度的具体过程如下：

S101、分别获取乳酸菌、酵母菌、木霉菌和纳豆激酶的发酵最适温度T1、T2、T3和T4，对T1、T2、T3和T4依次进行排序，得到温度最大值Tmax和温度最小值Tmin，可知发酵温度范围为(Tmin，Tmax)，在发酵温度范围内随着发酵温度阶段上升，获取混合料内的生物菌体含量变化数据，计算温度效率值；

S102、获取混合料的初始湿度值RH0，以初始湿度值RH0为基础值，随着湿度值阶段上升，获取混合料内的生物菌体含量变化数据，计算湿度效率值；

S103、将温度效率值和湿度效率值整合为训练样本，并按照比例8：1：1将训练样本分为训练集、验证集和测试集，以对于卷积神经网络进行初始化作为卷积神经网络的输入数据，基于卷积神经网络训练得到效率模型，并使用测试集评估模型效果

S104、获取混合料的初始重量MO，以发酵物的生物菌体含量达到Q1为终止信号，输出最短发酵时间，最短发酵时间下的湿度数据和温度数据即为发酵湿度和发酵温度。

进一步的，生成发酵合格信号的具体过程如下：

S201、在发酵料开始发酵前，根据乳酸菌、酵母菌、木霉菌和纳豆激酶的加入量，以及混合料的重量计算生物菌体初始菌量Q0：

S202、在预设的发酵时间结束后，获取一定量的发酵料，将发酵料等分成三份后，分别测定发酵料的氨基氮的含量Rd，还原糖含量g和碳含量Cf；

氨基氮的含量的测定过程为：对发酵料进行预处理得到离心发酵液，取上清液，加入甲基红和盐酸作指示剂，加入0.02N的NaOH调色至颜色刚刚褪去，加入底物18％的中性甲醛，反应数刻，加入0.02N的使之变色，根据NaOH的用量折算出氨基氮的含量；

碳含量的测定过程为：将适量的发酵料直接混入1毫升无机缓冲液中，用2毫升2％的K2Cr2O7溶液在100摄氏度下加热30分钟后冷却，继续加水稀释至5毫升，在580nm的波长下读取吸光光度值，从而计算出碳含量；

还原糖含量的测定过程为：对发酵料进行预处理得到离心发酵液，加入硫酸铜溶液，通过离心发酵液中的还原糖将铜盐还原为氧化亚铜，通过高锰酸钾溶液滴定来测定氧化亚铜的含量，从而计算出还原糖的量；

S203、根据含量计算公式计算发酵物的生物菌体含量Q1：

S204、计算生物菌体偏差值ΔQ1：ΔQ1＝Q1-Q0；

S205、获取生物菌体偏差阈值Qα，若ΔQ1小于或者Qα，则生成发酵合格信号，表示发酵物中的生物菌体含量按照预设情况升高；

若ΔQ1大于Qα，则生成参数核准信号发送至校准单元，提醒工作人员查验发酵参数。

进一步的，确定造粒机的加工温度和加工湿度的具体过程如下：

S301、在进行造粒时，自发酵过程中获取发酵物的生物菌体含量Q1，根据造粒机的参数档位分别设置若干个组加工环境，包括第一加工环境：温度Tm1和湿度RH1；第二加工环境：温度Tm2和湿度RH2；第三加工环境：温度Tm3和湿度RH3；第四加工环境：温度Tm4和湿度RH4；

S302、分别在若干个组加工环境下对发酵物进行造粒，获得加工后的湿饲料颗粒，再次测定发酵料的氨基氮的含量Rd，还原糖含量g和碳含量Cf，得到加工环境下对应的干饲料颗粒中的生物菌体含量Qm1、Qm2、Qm3和Qm4；

S303、计算干饲料颗粒中的生物菌体含量Qmi与湿饲料颗粒的预设生物菌体含量Q2之间的理论偏差值ΔQγ：ΔQγ＝Q2-Qmi,i＝1、2、3、4；

S304、比较选择出最小的理论偏差值ΔQγ，其对应的加工环境下设置的加工温度和加工湿度即为造粒参数。

进一步的，生成造粒合格信号的具体过程如下：

S401、在造粒结束后预设的发酵时间结束后，获取一定量的湿饲料颗粒，将湿饲料颗粒等分成三份后，分别测定湿饲料颗粒的氨基氮的含量、还原糖含量和碳含量，再次根据含量计算公式计算湿饲料颗粒的实际生物菌体含量Q3；

S402、获取预设的湿饲料颗粒生物菌体含量Q2，计算造粒过程的菌体含量损伤偏差值ΔQ2：ΔQ2＝Q3-Q2；

S403、获取菌体含量损伤偏差阈值Qβ，若ΔQ2小于或者等于Qβ，则生成造粒合格信号；

若ΔQ2大于Qβ，则生成参数核准信号发送至校准单元，提醒工作人员查验造粒参数。

进一步的，确定流化床干燥机的干燥温度和干燥湿度的具体过程如下：

S501、在进行干燥前，自造粒过程中获取湿饲料颗粒的实际生物菌体含量Q3和湿饲料颗粒的初始湿度；

S502、以湿饲料颗粒中的生物菌体含量Q3为纵坐标，以湿饲料颗粒的初始湿度为原点，以湿度数据为横坐标，建立湿度影响坐标系，得到湿度变化曲线；

S503、以湿饲料颗粒中的生物菌体含量Q3为纵坐标，以环境温度数据为原点，以稳定湿度数据为横坐标，建立温度影响坐标系，得到温度变化曲线；

S504、获取预设的干饲料颗粒生物菌体含量Q4，将湿度影响坐标系和温度影响坐标系进行重合得到重合坐标系，在重合坐标系上以生物菌体含量Q4数值作判断基准线，得到判断基准线与湿度变化曲线和温度变化曲线的交叉点；

S505、获得交叉点对应的温度数据和湿度数据，即为干燥温度和干燥湿度。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过以加工过程中产物的生物菌体含量作为判断标准，精确化分析得到发酵、造粒和干燥过程中的理论参数，并可在加工过程中根据产物的生物菌体含量变化判断生产误差，及时调整各加工过程中的机械参数，在保证了加工效率的前提下，使得最终的生物饲料产品中的生物菌体含量符合标准，保证了饲料的营养价值。

附图说明

图1示出了本发明的方法流程示意图；

图2示出了本发明的控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-2所示，一种高效干燥的生物饲料制备方法，包括以下步骤：

步骤一、准备原料：将原料按照预设配比进行称重配比并进行预处理，原料包括生物质基础料、混合维生素和菌种，其中菌种包括乳酸菌1-2份、酵母菌1-2份、木霉菌0.5-1份和纳豆激酶0.5-1份；

生物质基础料包括秸秆35-55份、豆粕13-25份、酒糟8-18份和果渣23-35份。

步骤二、混合发酵：将生物质基础料粉碎后，向其中加入混合维生素并通过混合机混合均匀，得到混合料，进而将乳酸菌、酵母菌、木霉菌和纳豆激酶接种到混合料中并继续通过混合机搅拌均匀，随后导入到发酵罐中保证温度恒定的情况下密封发酵，得到发酵料；

步骤三、造粒：发酵完成后将发酵料进行脱水烘干，然后送入造粒机中通过机械挤压和摩擦的作用进行造粒，造粒机中控制好温度和湿度以形成均匀且有一定机械强度的湿饲料颗粒；

步骤四、高效干燥：将湿饲料颗粒送入流化床干燥机内进行烘干，通过控制面板调整参数使得湿饲料颗粒在高温高湿气流中进行快速干燥，使水分含量降到适当的水平后通过冷却机进行降温处理，得到干饲料颗粒；

步骤五、包装出厂：将干饲料颗粒定量称重后用塑料袋密封包装。

在步骤二中根据菌种的最佳发酵效率以及发酵物的理论生物菌体含量确定发酵过程中的发酵湿度和发酵温度，并通过控制面板判断发酵物的实际生物菌体含量生成发酵合格信号以进行下一步加工工序；

发酵物的理论生物菌体含量包括细菌数目指征a、孢子数目指征b和活菌数目指征c，根据归一化公式计算发酵物的理论生物菌体含量Q：

细菌数目指征a表示每克含细菌总数不得少于2.0×10^9CFU/g；

活菌数目指征b表示每克含活菌总数不得少于1.0×10^9CFU/g；

孢子数目指征c表示每克不得含有大于1.0×10^6CFU/g的耐热芽孢。

确定发酵过程中的发酵湿度和发酵温度的具体过程如下：

S101、分别获取乳酸菌、酵母菌、木霉菌和纳豆激酶的发酵最适温度T1、T2、T3和T4，对T1、T2、T3和T4依次进行排序，得到温度最大值Tmax和温度最小值Tmin，可知发酵温度范围为(Tmin，Tmax)，在发酵温度范围内随着发酵温度阶段上升，获取混合料内的生物菌体含量变化数据，计算温度效率值；

S102、获取混合料的初始湿度值RH0，以初始湿度值RH0为基础值，随着湿度值阶段上升，获取混合料内的生物菌体含量变化数据，计算湿度效率值；

S103、将温度效率值和湿度效率值整合为训练样本，并按照比例8：1：1将训练样本分为训练集、验证集和测试集，以对于卷积神经网络进行初始化作为卷积神经网络的输入数据，基于卷积神经网络训练得到效率模型，并使用测试集评估模型效果

S104、获取混合料的初始重量MO，以发酵物的生物菌体含量达到Q1为终止信号，输出最短发酵时间，最短发酵时间下的湿度数据和温度数据即为发酵湿度和发酵温度。

生成发酵合格信号的具体过程如下：

S201、在发酵料开始发酵前，根据乳酸菌、酵母菌、木霉菌和纳豆激酶的加入量，以及混合料的重量计算生物菌体初始菌量Q0：

S202、在预设的发酵时间结束后，获取一定量的发酵料，将发酵料等分成三份后，分别测定发酵料的氨基氮的含量Rd，还原糖含量g和碳含量Cf；

氨基氮的含量的测定过程为：对发酵料进行预处理得到离心发酵液，取上清液，加入甲基红和盐酸作指示剂，加入0.02N的NaOH调色至颜色刚刚褪去，加入底物18％的中性甲醛，反应数刻，加入0.02N的使之变色，根据NaOH的用量折算出氨基氮的含量；

碳含量的测定过程为：将适量的发酵料直接混入1毫升无机缓冲液中，用2毫升2％的K2Cr2O7溶液在100摄氏度下加热30分钟后冷却，继续加水稀释至5毫升，在580nm的波长下读取吸光光度值，从而计算出碳含量；

还原糖含量的测定过程为：对发酵料进行预处理得到离心发酵液，加入硫酸铜溶液，通过离心发酵液中的还原糖将铜盐还原为氧化亚铜，通过高锰酸钾溶液滴定来测定氧化亚铜的含量，从而计算出还原糖的量；

S203、根据含量计算公式计算发酵物的生物菌体含量Q1：

S204、计算生物菌体偏差值ΔQ1：ΔQ1＝Q1-Q0；

S205、获取生物菌体偏差阈值Qα，若ΔQ1小于或者Qα，则生成发酵合格信号，表示发酵物中的生物菌体含量按照预设情况升高；

若ΔQ1大于Qα，则生成参数核准信号发送至校准单元，提醒工作人员查验发酵参数。

在步骤三中获取发酵及格信号后开始造粒，造粒过程中基于湿饲料颗粒的预设生物菌体含量确定造粒机的加工温度和加工湿度，再次通过判断湿饲料颗粒的实际生物菌体含量生成造粒合格信号以进行下一步加工工序；

确定造粒机的加工温度和加工湿度的具体过程如下：

S301、在进行造粒时，自发酵过程中获取发酵物的生物菌体含量Q1，根据造粒机的参数档位分别设置若干个组加工环境，包括第一加工环境：温度Tm1和湿度RH1；第二加工环境：温度Tm2和湿度RH2；第三加工环境：温度Tm3和湿度RH3；第四加工环境：温度Tm4和湿度RH4；

S302、分别在若干个组加工环境下对发酵物进行造粒，获得加工后的湿饲料颗粒，再次测定发酵料的氨基氮的含量Rd，还原糖含量g和碳含量Cf，得到加工环境下对应的干饲料颗粒中的生物菌体含量Qm1、Qm2、Qm3和Qm4；

S303、计算干饲料颗粒中的生物菌体含量Qmi与湿饲料颗粒的预设生物菌体含量Q2之间的理论偏差值ΔQγ：ΔQγ＝Q2-Qmi,i＝1、2、3、4；

S304、比较选择出最小的理论偏差值ΔQγ，其对应的加工环境下设置的加工温度和加工湿度即为造粒参数。

生成造粒合格信号的具体过程如下：

S401、在造粒结束后预设的发酵时间结束后，获取一定量的湿饲料颗粒，将湿饲料颗粒等分成三份后，分别测定湿饲料颗粒的氨基氮的含量、还原糖含量和碳含量，再次根据含量计算公式计算湿饲料颗粒的实际生物菌体含量Q3；

S402、获取预设的湿饲料颗粒生物菌体含量Q2，计算造粒过程的菌体含量损伤偏差值ΔQ2：ΔQ2＝Q3-Q2；

S403、获取菌体含量损伤偏差阈值Qβ，若ΔQ2小于或者等于Qβ，则生成造粒合格信号；

若ΔQ2大于Qβ，则生成参数核准信号发送至校准单元，提醒工作人员查验造粒参数。

在步骤四中获取造粒合格信号后开始干燥，干燥过程中基于干饲料颗粒的预设生物菌体含量确定流化床干燥机的干燥温度和干燥湿度；

确定流化床干燥机的干燥温度和干燥湿度的具体过程如下：

S501、在进行干燥前，自造粒过程中获取湿饲料颗粒的实际生物菌体含量Q3和湿饲料颗粒的初始湿度；

S502、以湿饲料颗粒中的生物菌体含量Q3为纵坐标，以湿饲料颗粒的初始湿度为原点，以湿度数据为横坐标，建立湿度影响坐标系，得到湿度变化曲线；

S503、以湿饲料颗粒中的生物菌体含量Q3为纵坐标，以环境温度数据为原点，以稳定湿度数据为横坐标，建立温度影响坐标系，得到温度变化曲线；

S504、获取预设的干饲料颗粒生物菌体含量Q4，将湿度影响坐标系和温度影响坐标系进行重合得到重合坐标系，在重合坐标系上以生物菌体含量Q4数值作判断基准线，得到判断基准线与湿度变化曲线和温度变化曲线的交叉点；

S505、获得交叉点对应的温度数据和湿度数据，即为干燥温度和干燥湿度。

控制面板包括参数记录单元、参数择定单元、参数调整单元和校准单元；

参数记录单元用于记录不同类型的生物饲料的加工参数，加工参数包括发酵参数即发酵湿度和发酵温度、造粒参数即加工温度和加工湿度和干燥参数即干燥温度和干燥湿度；

参数择定单元用于对不同类型的生物饲料进行分类标记，并将分类标记进行显示供操作人员选择，并将择定结果发送至参数调整单元；

参数调整模块获取择定结果后并处理，根据择定结果代表的生物饲料类型，在参数记录单元查找对应的加工参数，并根据加工参数调整发酵罐、造粒机和流化床干燥机的机械参数；

校准单元用于获取参数校准信号，并根据参数校准信号追溯参数流程，进行参数校准。

本发明通过以加工过程中产物的生物菌体含量作为判断标准，精确化分析得到发酵、造粒和干燥过程中的理论参数，并可在加工过程中根据产物的生物菌体含量变化判断生产误差，及时调整各加工过程中的机械参数，在保证了加工效率的前提下，使得最终的生物饲料产品中的生物菌体含量符合标准，保证了饲料的营养价值。

区间、阈值的大小的设定是为了便于比较，关于阈值的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据设定基数数量；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置；

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现；例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行；另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式；

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。