[发明专利]一种畜禽粪污沼液生产饲用单细胞蛋白的方法

说明书

本发明公开了一种畜禽粪污沼液生产饲用单细胞蛋白的方法，包括以下步骤：(1)粪污沼液的制备：将养殖粪污经CSTR厌氧发酵，在固液分离后的液体中调节pH为5‑7，制备粪污沼液；(2)接种真菌：将混合真菌孢子接种到沼液中进行培养；(3)菌体回收及单细胞蛋白的生产：培养结束后，分离菌丝体在50‑60℃下烘干得到单细胞蛋白。本发明以畜禽养殖粪污沼液为底物发酵食用真菌，利用沼液中的有机物生成真菌菌丝体，并回收菌丝体生产单细胞蛋白用于饲料蛋白补充剂，同时降低沼液中的氨氮等污染物的含量，仅通过一级混合发酵反应，不仅获得高经济附加值的单细胞蛋白，还达到净化粪污沼液的目的，总体运行成本低，低碳环保，在养殖粪污沼液资源化利用领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于生物发酵及污水处理技术领域，更具体地，涉及一种畜禽粪污沼液生产饲用单细胞蛋白的方法

背景技术

畜禽养殖是动物性食品原料的主要来源，贡献了全球卡路里摄入量的18％和蛋白质摄入量的25％，对世界粮食安全具有至关重要的作用。随着全球人口的持续增长以及发展中国家人们收入的提高，预计2020年至2050年期间全球肉类和牛奶需求将分别增长57％和48％，2025年全球畜牧业生产预计比2010年增长21％。按照目前畜禽饲料利用率计算，上述预期的扩张将导致全球饲料干物质的需求量从60增至73亿吨。然而，蛋白质补充剂一直都是动物饲料干物质中成本占比最高和最短缺的成分之一。目前，优质植物性蛋白(如豆粕)是全球(特别是中国)畜禽日粮中蛋白质的主要来源。每年约有85％的大豆被加工成豆油或其他食品，而产生的豆粕几乎全部(约97％)用于动物饲料。然而，利用这些人类可食用的植物性原料(如大豆、油籽和谷物)中的蛋白质饲喂动物，已经造成畜禽与人类的食物竞争，并势必进一步威胁人类的粮食安全。此外，全球有25亿公顷的农地用于生产畜禽饲料，其中约7亿公顷(相当于全球农业用地的14％和耕地的50％)正面临着土地用途转化的压力，单纯利用植物性蛋白作为动物饲料已经呈现不可持续的特征。因此，寻求替代饲料和新型饲用蛋白来取代或补充目前的植物性蛋白质供应，满足不断增长的需求，成为全球畜牧业亟待解决的问题。

畜牧业的发展不仅关系到粮食安全，也对环境产生巨大的影响，环境保护的压力已经与饲料成本一同成为制约全球特别是中国畜牧业发展的瓶颈问题，特别是养殖粪污废水的无害化处理与资源化利用成为亟待解决的重点。目前，利用生物处理法，通过厌氧消化只能达到对养殖粪污废水的初级利用，之后产生的沼液由于高氨氮、高CODcr，直接还田不仅利用率低，还对自然水体产生污染。而采用传统物化法或生物硝化-反硝化过程虽然可以对沼液进行排放达标处理，但这些方法的最大缺陷是将沼液中的高氨氮转化为氮气直接排放，不仅处理成本高，还对氮源造成极大的浪费，不符合资源化利用的目标。因此，如何实现畜禽粪污沼液的高效处理和资源化利用仍是值得关注的问题。

单细胞蛋白(SCP)是指具有高蛋白含量以及脂肪、碳水化合物、维生素和矿物质的微生物干物质的总称。与植物源蛋白相比，单细胞蛋白最重要的优势是可以在不支持农业耕作的地理区域生产。据预测，到2050年，全球的单细胞蛋白产品将替代10-19％的传统植物或/和动物蛋白。

一般来说，蛋白质是由16％的氮(质量-N/质量-蛋白质)组成，理论上包括畜禽粪污沼液在内的各种有机废水均具有生产SCP的潜力。目前，已有成果表明细菌、真菌及藻类能够利用畜禽养殖粪污、餐厨垃圾或工业有机废水废渣生产SCP，但其中大多都是采用单一菌种发酵，不仅需要对废水底物进行灭菌，还要额外添加多种营养底物；且发酵时间长，产生的菌体干物质量及蛋白质含量不高；另外，菌种同化沼液氨氮的效率低，处理后氨氮量仍高于排放或再利用标准；特别是所用菌种多为新分离筛选的菌株，其未知代谢产物的安全性存在较大缺陷，需要对SCP进行无害化处理后才能使用，进一步提高了使用成本。因此，具有实际应用价值的成果鲜有报道。