大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用、杀菌剂及其制备方法、牛粪再生垫料的生产方法 |
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| 申请号 | CN202210702767.3 | 申请日 | 2022-06-21 | 公开(公告)号 | CN114868750A | 公开(公告)日 | 2022-08-09 |
| 申请人 | 中国农业大学; | 发明人 | 段娜; 郭钰; 屈安安; 周嘉良; 郑鑫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了大蒜素在 牛 粪再生 垫料 生产中的应用、 杀菌剂 及其制备方法、牛粪再生垫料的生产方法，涉及禽畜 粪便 处理领域。本发明将大蒜素用于牛粪再生垫料生产过程中，实现对 奶牛 乳房炎致病菌的高效与长效去除，杀菌后的牛粪通过固液分离和/或干燥降低含 水 率，使生产得到的牛粪再生垫料符合安全性和含水率要求，简化了垫料生产工艺，降低了生产成本，不会对环境造成二次污染，也不会影响奶牛健康，符合当前生态绿色治理环境的理念，为牛粪再生垫料的生产提供了新方法。 | ||||||
| 权利要求 | 1.大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用。 |
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| 说明书全文 | 大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用、杀菌剂及其制备方法、牛粪再生垫料的生产方法 技术领域背景技术[0002] 牛粪再生垫料的传统生产技术主要有三种：直接固液分离后的固体牛粪用作垫料、厌氧发酵后的沼渣生产牛粪再生垫料以及好氧发酵法生产牛粪再生垫料。安全性是牛粪再生垫料的重要指标，牛粪中大肠杆菌、链球菌、克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌这类病菌会导致奶牛感染乳房炎，进而影响奶牛产奶。第一种方式由于没有对牛粪进行杀菌处理，存在较大的安全隐患；第二种方式只适用于已建有沼气工程的奶牛场，其前期建设生产成本较高且中温沼气工程杀菌效果差；好氧发酵法生产牛粪再生垫料时间长，在保存和使用过程中存在奶牛乳房炎致病菌数量上升的风险，需要频繁更换牛粪垫料。另外，除了上述牛粪垫料生产方式外，也有使用化学杀菌剂或调理剂对粪浆、牛粪垫料进行杀菌的相关研究。常用的化学杀菌剂或调理剂包括石灰类、聚维酮碘、84消毒剂、戊二醛以及酸碱调理剂等，但以上这些杀菌剂的安全性不明、杀菌效果不显著，且对奶牛健康形成了隐患。尤其是石灰类杀菌剂，对牛粪进行杀菌的效果难以达到奶牛乳房炎致病菌杀灭的要求，如果用量过大，会使牛粪的pH值过高，对奶牛皮肤产生刺激的同时增加空气中的粉尘，不利于人畜呼吸道健康。因此，目前迫切需要提供一种安全环保且对奶牛没有毒害作用的安全杀菌剂及低成本的牛粪再生垫料生产方法，以降低奶牛患乳房炎的风险。 发明内容[0003] 为了解决上述问题，本发明提供了大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用、用于牛粪再生垫料的杀菌剂和制备方法、以及牛粪再生垫料的生产方法。本发明将大蒜素用于牛粪再生垫料生产过程中，提高了牛粪再生垫料的安全性，降低了奶牛患乳房炎的风险，简化了垫料生产工艺，降低了生产成本，对环境友好，无二次污染产生，不会影响奶牛健康，符合当前生态绿色治理环境的理念，为牛粪再生垫料生产提供了新方法。 [0004] 为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案： [0005] 本发明提供了大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用。 [0006] 本发明还提供了一种用于牛粪再生垫料生产的杀菌剂，所述杀菌剂中大蒜素的浓度为0.16～0.37mg/mL。 [0007] 本发明还提供一种用于牛粪再生垫料生产的杀菌剂的制备方法，包括如下步骤：将大蒜粉碎，酶解，分离，得到所述杀菌剂。 [0008] 优选的，所述酶解的温度为30～50℃，所述酶解的时间为0.5～1.5h。 [0009] 优选的，所述分离包括萃取和蒸馏； [0010] 所述萃取的温度为25～30℃，所述萃取的时间为1～2h，所述萃取中萃取剂与大蒜的体积质量比1mL：4g；所述萃取剂包括酒精； [0011] 所述蒸馏的转速为65r/min，所述蒸馏的压强为0.01Mpa，所述蒸馏的温度为50℃；所述蒸馏包括减压蒸馏。 [0012] 本发明还提供一种牛粪再生垫料的生产方法，包括如下步骤： [0013] 利用上述技术方案所述的杀菌剂对牛粪进行消毒，降低含水率后得到所述牛粪再生垫料。 [0014] 优选的，所述大蒜素杀菌剂与牛粪的质量比为(1：5)～(1：1)。 [0015] 优选的，所述消毒的温度为20～30℃，所述消毒的时间为8～72h。 [0016] 优选的，所述降低含水率的方式包括固液分离和/或干燥；所述牛粪再生垫料含水率为40％～50％。 [0017] 有益效果： [0018] 本发明提供了大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用。本发明将大蒜素用于牛粪再生垫料生产过程中，大蒜素破坏牛粪中致病菌的生长繁殖，实现对奶牛乳房炎致病菌的高效去除。 [0019] 本发明通过将大蒜粉碎，酶解，分离，得到杀菌剂，能够直接在牛粪储存过程中对牛粪进行消毒，而后通过固液分离和/或干燥，将牛粪含水率限定在40％～50％，使生产得到的牛粪再生垫料符合安全和含水率要求，不仅防止了奶牛乳房炎的发生，还简化了牛粪再生垫料生产工序，降低了生产成本，也不会对环境造成二次污染，符合当前生态绿色治理环境的理念，为牛粪再生垫料的安全快速生产提供了新方案。实施例结果表明，将大蒜素含量为0.36g/L的杀菌剂对牛粪以质量比1：1进行混合杀菌，杀菌24h 后大肠杆菌、链球菌、金黄色葡萄球菌达到安全性要求，并在72h后完全杀灭奶牛乳房炎致病菌。附图说明 [0020] 图1为本发明的大蒜素杀菌剂应用于牛粪再生垫料的生产工艺流程图。 具体实施方式[0021] 本发明提供了大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用。 [0022] 本发明将大蒜素应用于牛粪再生垫料生产过程中，通过大蒜素破坏牛粪中致病菌的生长繁殖，实现在牛粪储存期间对奶牛乳房炎致病菌的高效去除，满足安全性要求，不仅防止了奶牛乳房炎的发生，还降低了生产成本，也不会对环境造成二次污染。 [0023] 本发明还提供了一种用于牛粪再生垫料生产的杀菌剂，所述杀菌剂中大蒜素的浓度为0.16～0.37mg/mL，优选为0.2～0.36mg/mL，最优选为 0.36mg/mL。本发明提供的杀菌剂对牛粪中奶牛乳房炎致病菌具有良好的灭菌效果，尤其对大肠杆菌、链球菌、克雷伯氏菌和金黄色葡萄球菌效果显著，是一种功能更为全面的牛粪杀菌剂，大大降低了奶牛乳房感染的风险。本发明提供的用于牛粪再生垫料生产的杀菌剂具有操作简单、操作成本低、杀菌效果好，不对环境造成二次污染，对奶牛健康不造成危害等特点，符合当前生态绿色治理环境的理念，为牛粪再生垫料的消毒提供了新方案。 [0024] 本发明提供了上述技术方案中所述的杀菌剂的制备方法，包括如下步骤：将大蒜粉碎，酶解，分离，得到所述杀菌剂。 [0025] 本发明将大蒜粉碎，得到粉碎后的大蒜。本发明对所述粉碎的方式没有严格要求，将大蒜粉碎至泥状即可，优选使用破壁机。本发明在具体实施过程中使用破壁机，将大蒜充分粉碎成蒜泥，使其中的蒜氨酸酶与蒜氨酸充分混合。 [0026] 所述粉碎后，本发明对粉碎后的大蒜进行酶解，得到酶解液。在本发明中，所述酶解的温度优选为30～50℃，进一步优选为35～45℃，更优选为 40℃；所述酶解的时间优选为0.5～1.5h，进一步优选为1h。本发明所述酶解能将蒜氨酸酶分解蒜氨酸生成大蒜素。本发明对大蒜素的来源没有特殊要求，可以是由新鲜大蒜直接破碎酶解得到，无需进行复杂的提纯步骤即可满足要求，也可以通过回收提纯大蒜切片干燥废水获得。本发明在具体实施过程中，无需额外添加酶，在30～50℃条件下，自发酶解0.5～1.5h即可。 [0027] 所述酶解后，本发明优选对酶解后的大蒜进行分离处理，得到所述杀菌剂。在本发明中，所述分离优选包括萃取和蒸馏。本发明所述萃取的温度优选为25～30℃，进一步优选为28℃；所述萃取的时间优选为1～2h，进一步优选为1.5h；所述萃取中萃取剂与大蒜的体积质量比优选为1mL：4g；所述萃取剂优选为酒精。 [0028] 所述萃取结束后，本发明优选收集酒精萃取相，得到萃取物，对所述萃取物进行离心，得到离心液。本发明所述离心的转速优选为4000rpm；所述离心的时间优选为30min。本发明对所述收集酒精萃取相的方式没有严格要求，常规操作即可。 [0029] 得到所述离心液后，本发明优选对所述离心液进行蒸馏，得到所述杀菌剂。本发明所述蒸馏的转速优选为65rpm；所述蒸馏的压强优选为 0.01Mpa；所述蒸馏的温度优选为50℃；所述蒸馏的方式优选为减压蒸馏。 [0030] 本发明原料来源丰富易得，制备成本低，制备工艺简单，并且高效、经济、环保，能够使牛粪在较长时间内保持奶牛乳房炎致病菌未检出。 [0031] 本发明还提供一种牛粪再生垫料的生产方法，包括如下步骤： [0032] 利用上述技术方案所述的杀菌剂对牛粪进行消毒，降低含水率后得到所述牛粪再生垫料。 [0033] 在本发明中，所述大蒜素杀菌剂与牛粪的质量比优选为(1：5)～(1： 1)，进一步优选为(2：5)～(1：1)，更优选为1。本发明所述质量比可以保证大蒜素杀菌剂与牛粪充分混合。 [0034] 在本发明中，所述消毒的温度优选为20～30℃，进一步优选为25℃；所述消毒的时间优选为8～72h，进一步优选为24～72h，更优选为72h。本发明所述消毒具有杀菌作用。 [0035] 所述消毒后，本发明优选降低消毒后杀菌剂‑牛粪混合物的含水率。本发明所述降低含水率的方式优选包括固液分离和/或干燥，进一步优选为固液分离和干燥；所述分离优选为固液分离。本发明在具体实施过程中，当固液分离无法实现含水率在40～50％范围内，进一步采用干燥的方式进行脱水。本发明对所述固液分离和/或干燥的方式没有严格要求，常规进行即可。本发明所述牛粪再生垫料含水率为40％～50％。 [0036] 本发明提供的牛粪再生垫料的生产方法，可以实现对牛粪的无害化处理，进而生产安全垫料，且能够在较长时间内保持牛粪再生垫料中奶牛乳房炎致病菌灭菌效果，简化了牛粪再生垫料生产工艺，减少了牛粪再生垫料的更换次数，降低了生产成本，符合绿色生态理念。 [0037] 为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的大蒜素在牛粪再生垫料生产中的应用、杀菌剂及其制备方法、牛粪再生垫料的生产方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。 [0038] 实施例1 [0039] 一种用于牛粪再生垫料生产的杀菌剂，制备流程如图1，具体方法由如下步骤组成： [0040] (1)使用破壁机将新鲜大蒜充分粉碎至泥状，其中的蒜氨酸酶与蒜氨酸能充分反应，在40℃条件下静置酶解1h； [0041] (2)将步骤(1)中所获得的大蒜与95％的酒精以体积质量比为1mL： 4g混合进行萃取，萃取时间为1.5h； [0042] (3)将步骤(2)中获得的萃取液放置离心机中，4000rpm离心0.5h，获得上清液。 [0043] (4)将步骤(3)中获得的上清液置于旋转蒸发仪中，以转速65rpm，压强0.01Mpa，温度50℃进行减压蒸馏。最终茄型瓶中所获得的液体为目标消毒剂，采用分光光度计法测量大蒜素浓度为0.36mg/mL。 [0044] 实施例2 [0045] 利用实施例1的杀菌剂对牛粪进行杀菌，杀菌剂与牛粪质量比1：1混合搅拌，静置消毒，消毒的温度控制在25℃，在开始杀菌后立刻取样，之后从开始杀菌起，每24h取一次样，连续取样7d。向45mL无菌缓冲蛋白胨水中加入5g牛粪(取三次平行)，震荡一分钟使牛粪与蛋白胨水充分混匀，于10mL离心管中分装9mL无菌缓冲蛋白胨水，使用2mL移液枪将待测2 5 液体取1mL加入离心管中，此时待测液浓度稀释10倍，重复操作4次，分别获得稀释10～10倍的稀释液，使用200μL移液枪分别从离心管中吸取100μL稀释液于培养皿进行涂布。 [0046] 分别使用Baird‑Parker琼脂培养基、改良爱德华琼脂培养基、麦康凯肌醇阿东醇羧苄青霉素琼脂培养基、麦康凯培养基培养金黄色葡萄球菌、链球菌、克雷伯氏菌和大肠杆菌，通过平板计数法检测各处理样中四种奶牛乳房炎致病菌的数目，菌落计数结果以干重下每克样品菌落数的对数表示，即log10cfu/g，并以未进行任何消毒处理的牛粪作为对照，考察杀菌剂对牛粪的杀菌效果，检测结果见表1。 [0047] 表1大蒜素对牛粪杀菌效果随时间变化情况(0‑72h) [0048] [0049] 由表1可知，杀菌剂与牛粪以质量比1：1混合杀菌后立刻能取得杀菌效果，杀菌24h后四种致病菌均可达到牛粪再生垫料安全性要求；杀菌72h 后完全杀死牛粪中乳房炎致病菌，杀灭率达到100％；且杀菌效果具有长效性，第4‑7天四种致病菌杀灭率保持在100％。 [0050] 实施例3 [0051] 按照实施例1所述方法配置杀菌剂，按照实施例2所述方法对牛粪进行杀菌，其中消毒剂与牛粪以质量比4：5混合搅拌杀菌。致病菌检测结果见表2。 [0052] 表2大蒜素对牛粪杀菌效果随时间变化情况 [0053] [0054] 由表2可知，杀菌剂与牛粪以质量比4：5混合杀菌24h后获得良好杀菌效果，金黄色葡萄球菌和链球菌的杀菌率分别达到99.77％和97.50％，杀菌72h后，除链球菌外(杀菌率99.56％)，其他三种致病菌的杀菌率均为 100％。 [0055] 对比例1 [0056] 使用酸性调理剂(NaH2PO4)调节牛粪的pH，在每个卧床刚铺垫料时均匀添加500g3 (2kg/m)，使用工具搅匀，在铺设处理后牛粪垫料的0、24、 48、72h测量垫料中奶牛乳房炎致病菌的减少情况。 [0057] 对比例1处理的牛粪中奶牛乳房炎致病菌的数量变化不明显，且在铺设24h后金黄色葡萄球菌数量呈上升趋势。 [0058] 对比例2 [0059] 使用碱性调理剂(Ca(OH)2)调节牛粪的pH，在每个卧床刚铺垫料时均匀添加500g3 (2kg/m)，使用工具搅匀，在铺设处理后牛粪垫料的0、24、 48、72h测量垫料中奶牛乳房炎致病菌的减少情况。 [0060] 对比例2处理的牛粪中大肠杆菌、链球菌、克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌的杀菌率在0h时分别为16.1％、29.8％、26.4％、17.8％，24h之后杀菌效果不明显。 [0061] 对比例3 [0062] 使用碱性调理剂(Ca(OH)2)调节牛粪的pH，准备尺寸为 1.0m×1.0m×0.4m的纸3 箱，放入厚度0.2m的牛粪再生垫料，同时加入1kg/m的碱性调理剂并混匀，在处理后牛粪垫料的0、24、48、72h测量垫料中奶牛乳房炎致病菌的减少情况。 [0063] 对比例3处理的牛粪，在整个试验周期内，碱性调理剂的添加使得大肠杆菌细菌数依次减少了100.0％、48.3％、39.7％、29.9％；链球菌和克雷伯氏菌细菌数都减少了100.0％；金黄色葡萄球菌细菌数依次减少了25.1％、 27.3％、35.1％、29.5％；其中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效果在24h 之后并不理想。 [0064] 实施例4 [0065] 一种牛粪再生垫料的生产方法，制备流程如图1，具体方法由如下步骤组成： [0066] (1)在牛粪储存池中，将大蒜素杀菌剂按照牛粪质量比1：1喷淋到牛粪储存池中，进行充分搅拌并静置72h。 [0067] (2)将步骤(1)中的牛粪取样测定四种乳房炎致病菌数量均未检出，符合安全性要求； [0068] (3)将步骤(2)获得的牛粪通过两级固液分离机进行脱水，含水率达到45％，如固液分离无法实现含水率在40～50％范围内，进一步采用干燥方式进行脱水。 [0069] (4)将步骤(3)产出的牛粪可用做牛床垫料。 [0070] 本发明提供的大蒜素用于牛粪再生垫料生产过程中进行消毒，具有良好的杀灭奶牛乳腺炎致病菌的杀菌效果，同时绿色环保，简化了牛粪再生垫料的生产工艺，降低了生产成本，符合绿色生态理念。 |
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