本发明涉及动物益生菌剂、生态农业和环境保护技术领域，具体涉及资源化利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法。
背景技术：
我国马铃薯淀粉加工企业2000多家，每年加工马铃薯总量800多万吨，生产淀粉120多万吨。但是，目前的加工工艺，每生产1吨淀粉就有6～10吨高浓度有机废水产生，这些废水的cod浓度高达10g/l以上，主要含有可溶性淀粉、蛋白质、氨基酸等，容易腐败发酵，如果处理不当，污染严重。而采用一般污水处理工艺将其处理达标排放，能源消耗大，处理成本高，生产企业很难承受，也造成资源浪费。另外，马铃薯淀粉加工季节性很强，一般每年只在收获季节加工1～2个月，一般污水处理工艺启动时间较长，不能适应较短的生产周期。而这些马铃薯淀粉废水营养丰富，是微生物生长的良好培养基，用于培养有益微生物，生产微生物制剂，是极具潜力的资源化利用途径。
植物乳杆菌(lactobacillusplantarum)是一种常见的乳酸菌，属于乳杆菌属，革兰氏阳性，兼性厌氧；能在10～40℃生长，最适ph6.5左右。菌体呈短杆状，有时成对或成链状，不产芽孢。植物乳杆菌能够分泌植物乳杆菌素(plantaricin)，对多种革兰氏阳性菌具有抑制作用，可以预防食品或饲料腐败变质。植物乳杆菌还有很多益生作用，如：提高动物免疫力，抑制病原菌，维持肠道内菌群平衡，促进营养物质吸收等。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法，该方法采用高浓度的马铃薯淀粉废水为培养基，培养基常压灭菌处理后，采用好氧-厌氧相结合培养植物乳杆菌，最终得到植物乳杆菌液体益生菌剂；该方法不仅植物乳杆菌液体益生菌剂的生产成本低廉，而且可以快速消纳废水，减少污染物排放。
基于上述目的，本发明提供的一种利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法，包括以下步骤：
1)马铃薯淀粉废水培养基制备
将cod浓度为20～60g/l的高浓度新鲜的马铃薯淀粉废水收集到蒸煮罐，通入蒸汽蒸煮，得到液体培养基；
2)液体种子制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的植物乳杆菌菌株，振荡培养后，再转接到装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中，先通无菌空气培养，再不通无菌空气培养，得到液体种子；
3)液态菌剂制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中接种步骤2)中得到的液体种子，通无菌空气培养，达到植物乳杆菌对数生长期的后期，再不通无菌空气培养，当植物乳杆菌的活菌数达到1×109cfu/毫升以上，培养液的ph降到4.5以下，即得液体菌剂。
在本发明中，可以将制备的液态菌剂密闭灌装，存放在阴凉干燥处。
在本发明的一些实施例中，在步骤1)中，所述蒸煮为在100℃蒸煮10～20min。
在本发明的一些实施例中，在步骤2)中，所述振荡培养为于28～35℃,120～200转/分振荡培养18～27h；将振荡培养后的植物乳杆菌按照体积比3％～10％的接种量，转接到装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中，于28～35℃，先通无菌空气培养12～16h，再不通无菌空气培养6～12h，得到液体种子。
在本发明的一些实施例中，在步骤2)中，所述植物乳杆菌菌株的保藏编号为cgmccno.9642，由本发明提供的植物乳杆菌菌株具有维持动物肠道菌群平衡、增强动物免疫力、提高饲料利用率的功能。
本发明所使用的植物乳杆菌菌株是由发明人从植物叶片上分离筛选出来的一株具有维持动物肠道菌群平衡、增强动物免疫力、提高饲料利用率的植物乳杆菌(lactobacillusplantarum)，该菌株于2014年09月05日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：cgmccno.9642，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编：100101。
在本发明的一些实施例中，在步骤3)中，向装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中接种体积比为2％～8％的步骤2)中得到的液体种子，于28～35℃，通无菌空气培养12～16h，达到植物乳杆菌对数生长期的后期，再不通无菌空气培养12～16h，当植物乳杆菌的活菌数达到1×109cfu/毫升以上，培养液的ph降到4.5以下，即得液体菌剂。
在本发明的一些实施例中，所述马铃薯淀粉废水中至少含有蛋白质、淀粉、果胶质、维生素、矿物质，且在淀粉生产线排出后3小时内使用，确保不能腐败变质。
进一步的，本发明还提供了一种动物益生菌剂，所述动物益生菌剂根据所述的利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法制备得到。本发明的动物益生菌剂具有增强动物免疫力、提高饲料利用率、减少抗生素用量、改善动物饲舍环境质量的作用。
本发明还提供了所述的动物益生菌剂在禽畜养殖或者在畜禽粪便处理中的用途。
在本发明的一些实施例中，所述的动物益生菌剂用于禽畜养殖时的使用方法为：将动物益生菌剂按照重量比为2％～10％与饲料混匀，饲喂养殖动物；或者按照重量比为1％～5％添加到养殖动物的饮用水中，供养殖动物饮用。
在本发明的一些实施例中，所述的动物益生菌剂用于畜禽粪便处理时的使用方法为：将动物益生菌剂按照重量比为3％～8％加入自来水中，混匀，用喷雾器喷洒到畜禽粪便表面，形成一层酸性液膜，减少氨气的挥发，保持饲舍空气清新；也能有效保存畜禽粪便中的养分，有利于资源化利用生产有机肥。
将制备得到的动物益生菌剂用于饲喂肉鸡，试验结果表明，在饲喂一定时间后，第一组肉鸡(在饲料和饮用水中添加植物乳杆菌液体益生菌剂)的平均体重高于第二组肉鸡(在饲料和饮用水中不添加植物乳杆菌液体益生菌剂)，且第一组肉鸡的死亡率为0。这说明本发明生产的植物乳杆菌液体益生菌剂用于畜禽养殖，可以提高产量和品质。
将制备得到的动物益生菌剂用于畜禽粪便处理，试验结果表明，第一组饲舍(将植物乳杆菌液体益生菌剂喷洒在畜禽粪便表面)的氨味基本消除，可保持饲舍空气清新；而第二组饲舍(不喷洒植物乳杆菌液体益生菌剂)内的氨味非常重，空气质量较差。这说明本发明生产的植物乳杆菌液体益生菌剂用于畜禽粪便处理，可以减少畜禽粪便的氨氮排放和养分流失，增加粪便生产有机肥的肥效。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种资源化利用马铃薯淀粉废水快速制备动物益生菌剂的方法，该方法利用马铃薯淀粉废水作为发酵培养基，采样常温灭菌，好氧-厌氧联合发酵的方法大规模快速培养植物乳杆菌，工艺生产成本低廉，操作简单，还可以使高浓度马铃薯淀粉废水得到资源化利用，解决了高浓度马铃薯淀粉废水处理成本高的难题。本发明还提供了制备得到的动物益生菌剂在禽畜养殖或者在畜禽粪便处理中的用途，本发明生产的动物益生菌剂用于畜禽养殖，可以提高产量和品质；本发明生产的动物益生菌剂用于禽畜粪便，可以减少畜禽粪便的氨氮排放和养分流失，增加粪便生产有机肥的肥效，为绿色农业的发展提供技术支持，显示出广阔的应用前景。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，下面实施例中所使用的植物乳杆菌菌株是由发明人从植物叶片上分离筛选出来的一株具有维持动物肠道菌群平衡、增强动物免疫力、提高饲料利用率的植物乳杆菌(lactobacillusplantarum)，该菌株于2014年09月05日保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号为：cgmccno.9642，保藏单位地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所，邮编：100101；但不限于此，也可以是市售的。
实施例1
在本实施例中，利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法，包括以下步骤：
1)马铃薯淀粉废水培养基制备
将cod浓度为50g/l的高浓度新鲜的马铃薯淀粉废水收集到蒸煮罐，通入蒸汽，100℃蒸煮15min，得到液体培养基；
2)液体种子制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的植物乳杆菌菌株，于30℃，150转/分振荡培养20h，再按照体积比5％的接种量，转接到装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中，于30℃，先通无菌空气培养12h，再不通无菌空气培养6h，得到液体种子；
3)液态菌剂制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中接种体积比为5％的步骤2)中得到的液体种子，于30℃，通无菌空气培养16h，达到植物乳杆菌对数生长期的后期，再不通无菌空气培养6h，当植物乳杆菌的活菌数达到1×109cfu/毫升以上，培养液的ph降到4.5以下，即得液体菌剂；液体菌剂还可以进一步密闭灌装，存放在阴凉干燥处。
实施例2
在本实施例中，利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法，包括以下步骤：
1)马铃薯淀粉废水培养基制备
将cod浓度为20g/l的高浓度新鲜的马铃薯淀粉废水收集到蒸煮罐，通入蒸汽，100℃蒸煮10min，得到液体培养基；
2)液体种子制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的植物乳杆菌菌株，于28℃，120转/分振荡培养27h，再按照体积比3％的接种量，转接到装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中，于28℃，先通无菌空气培养16h，再不通无菌空气培养12h，得到液体种子；
3)液态菌剂制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中接种体积比为3％的步骤2)中得到的液体种子，于28℃，通无菌空气培养12h，达到植物乳杆菌对数生长期的后期，再不通无菌空气培养9h，当植物乳杆菌的活菌数达到1×109cfu/毫升以上，培养液的ph降到4.5以下，即得液体菌剂；液体菌剂还可以进一步密闭灌装，存放在阴凉干燥处。
实施例3
在本实施例中，利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法，包括以下步骤：
1)马铃薯淀粉废水培养基制备
将cod浓度为60g/l的高浓度新鲜的马铃薯淀粉废水收集到蒸煮罐，通入蒸汽，100℃蒸煮20min，得到液体培养基；
2)液体种子制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的植物乳杆菌菌株，于35℃，180转/分振荡培养25h，再按照体积比10％的接种量，转接到装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中，于35℃，先通无菌空气培养14h，再不通无菌空气培养9h，得到液体种子；
3)液态菌剂制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中接种体积比为8％的步骤2)中得到的液体种子，于35℃，通无菌空气培养14h，达到植物乳杆菌对数生长期的后期，再不通无菌空气培养8h，当植物乳杆菌的活菌数达到1×109cfu/毫升以上，培养液的ph降到4.5以下，即得液体菌剂；液体菌剂还可以进一步密闭灌装，存放在阴凉干燥处。
实施例4
在本实施例中，利用马铃薯淀粉废水制备动物益生菌剂的方法，包括以下步骤：
1)马铃薯淀粉废水培养基制备
将cod浓度为40g/l的高浓度新鲜的马铃薯淀粉废水收集到蒸煮罐，通入蒸汽，100℃蒸煮12min，得到液体培养基；
2)液体种子制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的三角瓶中接种斜面保藏的植物乳杆菌菌株，于32℃，200转/分振荡培养18h，再按照体积比7％的接种量，转接到装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中，于32℃，先通无菌空气培养13h，再不通无菌空气培养8h，得到液体种子；
3)液态菌剂制备
向装有步骤1)中得到的液体培养基的发酵罐中接种体积比为7％的步骤2)中得到的液体种子，于32℃，通无菌空气培养13h，达到植物乳杆菌对数生长期的后期，再不通无菌空气培养8h，当植物乳杆菌的活菌数达到1×109cfu/毫升以上，培养液的ph降到4.5以下，即得液态菌剂；液体菌剂还可以进一步密闭灌装，存放在阴凉干燥处。
本发明提供的动物益生菌剂(即植物乳杆菌液体益生菌剂)的使用方法为：将动物益生菌剂按照重量比为2％～10％与饲料混匀，饲喂养殖动物；或者按照重量比为1％～5％添加到养殖动物的饮用水中，供养殖动物饮用。同时也可以将动物益生菌剂按照重量比为3％～8％加入自来水中，混匀，用喷雾器喷洒到畜禽粪便表面，形成一层酸性液膜，减少氨气的挥发，保持饲舍空气清新；也能有效保存畜禽粪便中的养分，有利于资源化利用生产有机肥。
试验例1植物乳杆菌液体益生菌剂饲喂肉鸡
在同一间饲舍内，将小鸡分成两组，每组200只。将实施例1制备的植物乳杆菌液体益生菌剂按照重量比为5％与饲料混匀，按照常规饲喂方法和饲料用量，饲喂第一组肉鸡；并在饮水中按照重量比为2％添加实施例1制备的植物乳杆菌液体益生菌剂，给第一组肉鸡提供饮水。第二组小鸡的饲料和饮用水中不添加实施例1制备的植物乳杆菌液体益生菌剂，其他饲喂方式与第一组相同。饲喂35天后，第一组肉鸡的平均体重达到了2.3公斤，而第二组肉鸡的平均体重为2.1公斤；第一组肉鸡的死亡率为0，而第二组肉鸡死亡率为3.5％。
试验例2植物乳杆菌液体益生菌剂处理粪便
在一个建有多间饲舍的养猪场内，将结构和设施相同的饲舍分成两组，每组3个饲舍。将实施例1制备的植物乳杆菌液体益生菌剂按照重量比为5％加入自来水中，混匀，用喷雾器均匀喷洒到第一组饲舍的粪便表面，每隔8小时喷洒一次，形成一层酸性液膜。第二组饲舍不喷洒。第一组饲舍的氨味基本消除，可保持饲舍空气清新；而第二组饲舍内的氨味非常重，空气质量较差，通风设备的工作负荷高。
综上所述，本发明提供了一种资源化利用马铃薯淀粉废水快速制备动物益生菌剂的方法，该方法利用新鲜的马铃薯淀粉废水作为主要培养基，大规模快速培养植物乳杆菌，制备出具有增强动物免疫力、提高饲料利用率、减少抗生素用量、改善动物饲舍环境质量的动物益生菌剂。该方法生产成本低廉，操作简单，可以使高浓度马铃薯淀粉废水得到高值化利用，减少污染物排放，同时提高畜禽养殖的生产效率。将制备得到的动物益生菌剂应用于畜禽养殖的饲料中，加速饲料的消化吸收，调节动物肠道微生物生态系统，提高动物免疫力；将制备得到的动物益生菌剂应用于粪便处理中，能够减少粪便中的氨排放。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。