年产20000吨饲料蛋白生产线的工艺设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

关于葫芦巴籽生产饲料蛋白的文献综述

1.课题背景及产品描述

1.1课题背景

蛋白质是生命活动的物质基础,对生理代谢起着重要的调节作用，是生命活动不可缺少的营养物质。我国每年都有2000万t左右的蛋白原料缺口[1],蛋白质饲料原料短缺与价格不断上涨严重困扰我国畜牧行业的发展,葫芦巴粉的粗蛋白含量较高、价格低廉、分布较广,具有成为新型蛋白质饲料原料的潜力[2]。

1.2市场行情

葫芦巴籽中分离出的内胚乳，称为香豆胶，是一种新兴的水溶性植物胶,可作低渗透油田压裂液, 能提高原油产量，可替代进口的瓜尔胶, 是国内石油行业最理想的压裂稠化剂之一[3]，被广泛应用于石油开采、纺织印染、食品、日用化工等行业。脱胶后的副产物为香豆粉，香豆粉粗蛋白质高达30 %以上，是我国近年来新开发的一种新型蛋白饲料,全国年产量已达8000 t左右[4]。如果能得到充分利用,将部分缓解我国蛋白原料的供求。

1.3原料来源

葫芦巴（拉丁学名：Trigonella foenum-graecum L.），是豆科胡卢巴属植物胡卢巴的习称，也作香豆子，一年生草本植物。花期4-7月，果期7-9月。葫芦巴原产西非，相传早在汉代已传入我国，有关专家通过葫芦巴种植试验得出结论, 国内葫芦巴的适生地区是宁夏、甘肃、青海、新疆、内蒙古等省区[5]。

1.4营养成分

香豆粉含有丰富的可消化蛋白质,粗蛋白质高达32.5%左右,与菜、棉籽饼相近,且无需脱毒[6]。国外报道[7]，葫芦巴种子的氨基酸组成及含量为:精氨酸9.2%、半胱氨酸 1.2%、甘氨酸4.4%、组氨酸2.0%、异亮氨酸4.5%、亮氨酸6.8%、赖氨酸6.0%、蛋氨酸1.3%、苯丙氨酸 3.8%、苏氨酸3.0%、酪氨酸2.5%、缬氨酸3.4%,而提胶后的香豆粉的氨基酸组成和含量经国内测定[6]为：精氨酸2.072%、胱氨酸0.204%、甘氨酸1.297%、组氨酸0.566%、异亮氨酸1.239%、亮氨酸1.910%、赖氨酸1.694%、苯丙氨酸1.174%、苏氨酸1.059%、酪氨酸0.775%、缬氨酸1.033%、色氨酸1.220%，含有畜禽所必需的8种氨基酸,三种限制性氨基酸中赖氨酸、色氨酸都高于菜、棉籽饼, 蛋白质品质较理想。

1.5其他成分

香豆粉中还含有多种生物碱、皂甙和黄酮类成分，其中有龙胆宁碱、雅姆皂甙元、胆碱、葫芦巴碱、薯蓣皂甙元、番木瓜碱、斐脱皂甙元、牡荆素、荭草素、槲皮素、木犀草素等，这些成分的药理作用对畜禽有一定利害关系,但是它们在全粉中的含量都很低，对畜禽没有直接影响。长期超量饲喂试验证明是安全可靠的，无任何毒副作用[6]。

1.6饲用价值

葫芦巴粉可作为一种蛋白质饲料原料应用于肉仔鸡生产,其具有提高肌肉系水力,促进免疫器官发育,提高抗氧化能力和增强机体蛋白质代谢的作用[8]。也有研究表明[9]，饲粮中添加葫芦巴渣对断奶仔猪有诱食效果,能改善机体抗氧化功能,降低血糖水平和保护肾脏。近年来，在水产饲料上也具有广阔的应用前景[10]。

虽然从葫芦巴种子成分看,其近40%为内胚乳,其成分为半乳甘露聚糖, 畜禽食用后基本上不能消化吸收,可导致消化不良 ,引起腹泻。而香豆粉正是经过脱胶后的子叶、种皮，畜禽食用后极易消化吸收,不会引起上述症状[4]。

2.一般蛋白的生产工艺流程和设备

2.1不同原料的工艺流程及其优势

目前有几种以不同原料生产蛋白的工艺研究。

2.1.1莲子

一种以莲子为原料的蛋白粉生产方法的专利[11]，包括以下步骤：

①莲子验收：采摘七至八成熟的新鲜壳莲；②粉碎；③盐提酸沉离心：对提取后的混合液用HCl、NaOH进行pH值的调节,调节其pH值为4.2。④搅拌、离心过滤；⑤超滤：将滤液进行超滤浓缩,得到高浓度的蛋白质；⑥干燥：用喷雾干燥机进行干燥得到成品蛋白粉；⑦包装：真空包装。

该发明的莲子蛋白粉及其制作方法所产生的有益效果是：①该莲子蛋白粉充分保留了莲子清香味。②该莲子蛋白粉的生产工艺简单,便于规模化生产、包装和运输、销售。③便于保存,常温下保质期可达12个月。

2.1.2甘蔗渣

一种利用甘蔗渣生产蛋白饲料的方法[12],包括以下步骤：

①按照重量份数取以下原料：甘蔗渣70～90份,糖蜜20～30份,玉米粉7～9份,豆粕3～5份,麸皮2～4份,米糠2～4份,中药材10～20份,复合发酵菌剂0.2～0.4份；②原料预处理：将甘蔗渣粉碎至粒度不超过5mm,干燥至水分含量不超过12%,备用；将新鲜的构树、鬼针草、蒲公英、山楂和陈皮分别粉碎后混合均匀,备用；③接种发酵：将玉米粉、豆粕、麸皮、米糠与中药材按比例混合均匀,加入糖蜜和水,调节水分含量至45～60%,接种复合发酵菌剂,装桶密封发酵5～10天,即得发酵精料；④密封发酵：将甘蔗渣、糖蜜加入到发酵精料中,压实密封继续发酵20～24天,其中发酵精料、甘蔗尾梢、糖蜜三者的重量比例为1:3:1,发酵至出现酸香略带酒香味,即得蛋白饲料。

该发明的优点在于：①可以有效降低甘蔗渣、米糠等原料的粗纤维含量,将粗纤维、木质素等动物难以充分消化吸收的高分子碳水化合物转化成可吸收利用的低分子物质,提高动物的消化利用率,所制得的发酵饲料营养更加全面,②饲料转化率高,并同时提高发酵饲料中粗蛋白的含量,提高饲料的营养性和适口性,③发酵过程中可避免抗生素的使用,安全环保。

2.1.3棉粕

一种棉粕蛋白饲料的制备方法[13],包括如下步骤：

①将粉碎后的棉粕与水均匀混合后,蒸煮以形成待发酵物料，②将所述待发酵物料冷却,接种黑曲霉和酒用活性干酵母,进行先期固态发酵,再接种枯草芽孢杆菌后发酵,形成固态发酵初物料，③取所述固态发酵初物料,加入黄色短杆菌发酵液,混合均匀后静置,制得棉粕蛋白饲料。

该发明通过先在棉粕上接种黑曲霉和酒用活性干酵母进行协同发酵,再接种枯草芽孢杆菌,发酵后形成固态发酵初物料,然后加入黄色短杆菌发酵液,不仅大幅降低了棉粕中游离棉酚的含量,还提高了棉粕中的蛋白含量。

2.2不同原料的专利设备及其优势

目前有几种以不同原料生产蛋白的专利设备。

2.2.1油料饼粕

一种油料饼粕蛋白质提取设备[14]，包括提取舱、透析腔及抽滤机；提取舱设置在透析腔及抽滤机的上方；提取舱的顶部设有提取液入口、进料斗、沉淀剂入口及取样口,内部设有螺旋搅拌杆；螺旋搅拌杆上设有螺旋搅拌叶片、回位挡板、螺旋驱动叶及搅拌电机；提取舱的侧面设有顶住回位挡板的椭圆凸轮；透析腔内设有U型的透析袋；螺旋驱动叶下设有水槽；水槽上设有加压出水头；抽滤机通过管道与加压出水头连接；加压出水头正对着螺旋驱动叶。

该发明装置集提取、透析、分离于一体,节省了设备运行成本,且操作简单,还有利于节约能源,可大大提高生产效率。

2.2.2中药渣

一种中药渣生产蛋白饲料的加工设备[15]，包括搅拌箱,搅拌箱的一侧焊接固定座,固定座的顶部开设有进料孔,固定座靠近搅拌箱的一侧开设有输料孔,固定座远离搅拌箱的一侧固定安装有推杆电机,推杆电机的输出轴上焊接有推送板,推送板滑动安装在输料孔内,输料孔的一侧焊接有送料板的一端,送料板的另一端焊接在搅拌箱的顶部,搅拌箱的底侧内壁上转动安装有转动杆,搅拌箱的顶部固定安装有第一电机,第一电机的输出轴上焊接有第一锥形齿轮。

该设备便于自动送料,省时省力,便于多角度转动搅拌,提高了搅拌质量,结构简单,使用方便。

2.2.3桑叶

一种桑叶中蛋白质提取装置[16],包括：进料斗以及依次连通的第一滤桶、第二滤桶和第三滤桶；进料斗设置于第一滤桶的上方；第一滤桶包括挤压板、挤压板驱动装置、第一过滤网、搅拌轴驱动装置和搅拌轴；挤压板驱动装置固定连接于第一滤桶内壁,挤压板驱动装置与挤压板连接,第一过滤网周向固定连接于第一滤桶内壁并位于挤压板下方,搅拌轴驱动装置与搅拌轴连接；第二滤桶的顶部固定连接有杂质吸附组件,第二滤桶底部设置RO膜；第三滤桶内固定设置加热器,对汁液进行加热絮凝。

该装置克服了现有的桑叶中蛋白质提取技术中对汁液过滤不彻底,导致蛋白质提取纯度低的缺陷,提高蛋白质提取的纯度。

3.葫芦巴籽饲料蛋白生产工艺和设备

3.1工艺流程

①葫芦巴籽粕 → ②粉碎 → ③碱提酸沉 → ④离心 → ⑤过滤 → ⑥干燥

其中主要工艺有提取工艺以及干燥工艺。

3.1.1提取工艺

有国外研究表明[17]，用三种萃取剂溶解葫芦巴种子中的主要蛋白质：蒸馏水、5%氯化钠和0.1 N氢氧化钠。结果汇总在表1中。可以看出，在室温（25-30摄氏度）下，约40%的总蛋白可以用蒸馏水 盐溶液提取。蛋白质的其余部分可以用氢氧化钠溶解。因此选用碱提蛋白质的方法。

种子与萃取剂的比例1:100

提取时间30分钟

表1 萃取剂种类对葫芦巴蛋白溶解度的影响

3.1.2干燥工艺

喷雾干燥使用的温度范围非常广，即使采用高温热风，其排风温度仍不会很高。在干燥初期，物料温度不超过周围热空气的湿球温度，干燥产品质量较好。例如不容易发生蛋白质变化、氧化等缺陷[18]。因此该工艺较为适用于饲料蛋白的干燥。

此外喷雾干燥还具有以下优点：①迅速、可直接干燥成粉末②易改变干燥条件，调整产品质量标准③瞬间蒸发，设备材料选择要求不严格④干燥室有一定负压，保证生产中的卫生条件，避免粉尘在车间内飞扬从而提高产品纯度⑤生产效率高，操作人员少⑥生产能力大，产品质量高，每小时喷雾量可达几百吨，是干燥器处理量较大者之一⑦喷雾干燥机调节方便，可以在较大范围内改变操作条件以控制产品的质量指标。

3.2车间及设备

所需要的车间及其设备如下：

①浸提车间

卧式虹吸刮刀卸料离心机分离淀粉沉淀和蛋白质滤液。

②分离车间

卧式螺旋卸料沉淀离心机分离溶液和蛋白质。

③喷雾干燥室

干燥喷雾装置热敏性干燥，生产过程简化，一次干燥成粉。

3.2.1提取设备

卧式虹吸刮刀卸料离心机是一种新型的离心机,利用旋转的转鼓带动转鼓内物料作高速旋转时产生的离心力将两种密度不同且互不相溶的液体与固体颗粒的悬浮液进行分离。它将虹吸原理应用于过滤式刮刀卸料离心机,增强了离心机的过滤推动力,这对于提高离心机生产能力及增强离心机分离效果都是重大的突破[19]。可用于蛋白质的提取分离。

3.2.2干燥设备

可选择一种制作蛋白质粉的专利干燥喷雾装置[20],该装置包括干燥筒、置于干燥筒外侧壁的保温罐体以及置于保温罐体下方的加热器，干燥筒下侧位置设有一横向放置的L型进料管，保温罐体与干燥筒之间具有空腔，该空腔内设有保温材料，进料管水平贯穿保温罐体、干燥筒设置，进料管的直径由保温罐体至干燥筒的方向逐渐增大设置，进料管的一端置于保温罐体的外侧，另一端置于干燥筒内部且向上设置。

该发明具有结构简单、提高干燥效果、提高进料流量的优点。

4.总结

4.1前景展望

提胶后的葫芦巴粉的粗蛋白含量较高、价格低廉，全国年产量已达8000t左右，如果能得到充分利用,将部分缓解我国蛋白原料的供求。因此将以葫芦巴籽为原料的蛋白饲料生产线和其他以葫芦巴籽为原料的生产线结合，一方面可以节约经济成本，另一方面还可以缓解当前面临的饲料压力，具有良好的发展潜力。

4.2优势与不足

本次蛋白生产主要采取碱提和喷雾干燥法，碱提法是提取植物蛋白最常用的方法，具有提取率高，成本低的优点，然而，要将碱提取法用于提取植物蛋白，目前国内外尚处于理论研究阶段。喷雾干燥虽然具有干燥产品质量较好、不容易发生蛋白质变化、生产效率高、生产能力大、产品质量高的优点，但是仍具有设备较复杂、占地面积大、一次投资大、雾化器粉末回收装置价格较高、需要空气量多、热效率不高，热消耗大的缺点。这些都是后续设计仍要考虑协调的要素。

参考文献

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、研究的问题

在充分调查的基础上，掌握必要的资料作为设计的依据和参考，这些资料包括如下内容：

(1)生产工艺流程图；