鵝源草酸青霉發(fā)酵雞糞工藝的研究

徐東楓等

摘 要：為了利用微生物發(fā)酵雞糞生產高質量的有機肥料，為雞糞資源的合理利用和減少環(huán)境污染提供有效的解決途徑。本文以從五龍鵝腸道分離的草酸青霉為發(fā)酵菌株，通過對鵝源草酸青霉發(fā)酵雞糞生產生物肥料和減少環(huán)境污染的研究，來探討發(fā)酵雞糞的工藝條件。結果表明：利用草酸青霉為發(fā)酵菌株發(fā)酵雞糞，使雞糞中的氮、無機磷、有機質的含量分別提高12.13%、74.7%、15.6%；粗纖維的含量降低39.15%；氨氣濃度降低了55.12%；發(fā)酵后的雞糞大腸桿菌菌值為0.04，明顯高于未發(fā)酵雞糞（0.0004）；寄生蟲卵死亡率為96%。通過正交優(yōu)化試驗確定的發(fā)酵雞糞的工藝為：氮增幅最大時的發(fā)酵時間為60h，料水比為1：2，料層厚度為45cm，發(fā)酵溫度為32℃；無機磷增幅最大時的發(fā)酵時間為60h，料水比為1：2，料層厚度為35cm，發(fā)酵溫度為32℃；氨氣濃度降低幅度最大時的發(fā)酵時間為60h，料水比為1：3，料層厚度為35cm，發(fā)酵溫度為32℃。

關鍵詞：鵝源草酸青霉；雞糞；發(fā)酵；工藝

隨著我國集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，畜禽糞便量急劇增加[1]。糞便中含有大量的病原微生物、寄生蟲、球蟲及其蟲卵，在自然堆放的環(huán)境條件下，不斷向周圍環(huán)境釋放硫化氫、氨氣、吲哚等物質，造成養(yǎng)殖場周圍環(huán)境臭氣熏天，蚊蠅孳生，污水橫流，污染環(huán)境，并引起疾病的傳播。因此，合理、高效地處理畜禽糞便問題成為影響我國養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的關鍵因素之一，對雞糞的科學利用和無害化處理研究迫在眉睫[2]。同時發(fā)酵好的家禽糞也是一種優(yōu)質速效的有機肥，可作為蔬菜或其他經濟作物的基肥和追肥，不僅能提高產量，而且能改善農產品品質、經濟效益大大提高[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 發(fā)酵底物 小麥秸由山東省萊陽市郊區(qū)購進，選用當年產的、同一土壤類型、籽實收獲后無霉爛變質的風干小麥秸，切斷成5cm長的小段，粉碎，粒度為40目。麩皮：市售。雞糞：購自青島田瑞牧業(yè)科技有限公司。

1.1.2 發(fā)酵菌株 草酸青霉（Penicillium oxalicum Currie & Thom）

1.1.3 發(fā)酵培養(yǎng)基 改良馬丁液體、固體培養(yǎng)基：用于培養(yǎng)草酸青霉。

1.2 試驗設計 發(fā)酵雞糞培養(yǎng)基底物的組成為：雞糞70%，小麥秸25%，麩皮5%；氮源為硫酸銨，添加量1.0%；草酸青霉菌液的接種量為10%。

1.2.1 發(fā)酵溫度篩選的試驗設計 分別設計25、35、45、55℃的溫度，通過檢測氮、磷、無機磷、鉀含量、氨氣濃度、大腸桿菌菌值和寄生蟲卵計數，確定發(fā)酵雞糞的最佳溫度。

1.2.2 發(fā)酵時間篩選的試驗設計 分別設計3、5、7、10d的時間，通過檢測氮、磷、無機磷、鉀含量、氨氣濃度、大腸桿菌菌值和寄生蟲卵計數，確定發(fā)酵雞糞的最佳時間。

1.2.3 料水比篩選的試驗設計 分別設計1：1、1：2、1：3、1：4的料水比，通過檢測氮、磷、無機磷、鉀含量、氨氣濃度、大腸桿菌菌值和寄生蟲卵計數，確定發(fā)酵雞糞的最佳料水比。

1.2.4 料層厚度篩選的試驗設計 分別設計10、20、30、40cm的料層厚度，通過檢測氮、磷、無機磷、鉀含量、氨氣濃度和大腸桿菌菌值和寄生蟲卵計數，確定發(fā)酵雞糞的最佳料層厚度。

1.2.5 正交優(yōu)化 通過正交優(yōu)化試驗確定最終的發(fā)酵雞糞的工藝。

1.2.6 成分比較 將新鮮雞糞和發(fā)酵雞糞的主要營養(yǎng)成分含量進行比較，包括粗蛋白、粗纖維、氮、磷、無機磷、鉀和有機質的檢測比較。

1.3 測定方法 ①Ca測定采用K2MnO4滴定法；②P、無機磷的測定采用分光光度法；③粗纖維（CF）、酸性洗滌纖維（ANF）、中性洗滌纖維（NDF）用纖維分析儀分析；④粗蛋白（CP）、N含量采用從Sweden進口的FOSS TECATOR QUALITY ASSURANCE進行檢測；⑤K的測定采用火焰光度法；⑥氨氣采用納氏試劑比色法；⑦寄生蟲卵計數采用血球計數板計數法；大腸桿菌檢測采用實驗室常規(guī)腸桿菌科檢測方法。

1.4 數據處理 數據統(tǒng)計利用SAS 8.1軟件包中的平衡試驗設計方差分析過程（ANOVA）進行，均值的多重比較采用Duncan法進行，試驗數據以“±s”表示。

2 結果與分析

2.1 溫度對發(fā)酵雞糞效果的影響 見表1、表2。

由表1、表2可知，隨著溫度的升高，發(fā)酵產物氮、無機磷含量逐漸升高，其增加量在35℃達到最高值，增加量分別為6.28‰、4.36‰，顯著（P<0.05）高于1組，極顯著（P<0.01）高于其余各組。發(fā)酵產物的氨氣濃度先降低后增高，在35℃達到最低濃度，顯著（P<0.05）低于1組，極顯著（P<0.01）低于其余各組；磷、鉀含量在35℃時與各組間差異不顯著（P>0.05）；大腸桿菌值、寄生蟲卵死亡率分別達到0.04、95%。溫度高于35℃之后，氨氣濃度的降低幅度和氮、無機磷含量的增長幅度開始下降，所以繼續(xù)升高溫度，反而不利于草酸青霉的生長，故在生產中采用35℃較為合適。

2.2 時間對發(fā)酵雞糞效果的影響 見表3、表4。

由表3、表4可以看出，隨著發(fā)酵時間的增長，發(fā)酵產物氮、無機磷含量的增幅呈現逐漸下降的趨勢，發(fā)酵3d，產物的氮、無機磷增加量最大，分別為6.22‰、4.40‰，顯著（P<0.05）高于2組，極顯著（P<0.01）高于其余各組。發(fā)酵產物氨氣濃度的降幅呈現逐漸下降的趨勢，發(fā)酵3d，氨氣濃度降低量最大，為23.42 mg/kg，顯著（P<0.05）高于2組，極顯著（P<0.01）高于其余各組，磷、鉀含量在3d時與各組間差異不顯著（P>0.05）；大腸桿菌值、寄生蟲卵死亡率分別達到0.042、96%。從發(fā)酵結果可以看出發(fā)酵最適時間應為3d。

2.3 料水比對發(fā)酵雞糞效果的影響 見表5、表6。

由表5、表6可以看出，隨著料水比的增加，氮、無機磷含量先增加后降低，磷、鉀含量變化不大。在料水比為1：2的時候，發(fā)酵產物中的氮、無機磷的增加量最大，分別為6.24‰、4.40‰，且與3組差異顯著（P<0.05），與其他各組差異極顯著（P<0.01）。氨氣濃度先降低后增加，在料水比為1：2的時候，氨氣濃度降低量最大，為25.41mg/kg，且與4組差異顯著（P<0.05），與其他各組差異極顯著（P<0.01）。此時，大腸桿菌值、寄生蟲卵死亡率分別達到0.04、96%。從發(fā)酵結果可以看出發(fā)酵的最佳料水比應為1：2。

2.4 料層厚度對發(fā)酵雞糞效果的影響 見表7、表8。

從表7、表8可看出，隨著料層厚度的增加，發(fā)酵產物的氮、無機磷含量的增幅逐漸變大，磷、鉀含量變化各組間差異不顯著（P>0.05）。當料層厚度為40cm時，發(fā)酵產物的氨氣濃度降低量最大，為24.13mg/kg，此時，大腸桿菌值、寄生蟲卵死亡率分別達到0.04、96%。從發(fā)酵結果可以看出發(fā)酵的最佳料層厚度應為40cm。

2.5 擴大培養(yǎng)中工藝條件的研究 為了檢驗上述條件對氮、無機磷含量、氨氣濃度的影響，選擇正交試驗以確定發(fā)酵的最佳工藝條件，此次試驗設計的是四因素三水平正交試驗，采用L9（34）正交表，分析結果見表9、表10、

由表10中R值分析可知，影響氮增幅正交試驗結果的因素的主次順序依次為A>C>D>B，即對氮增幅的影響因素依次為發(fā)酵時間、料層厚度、發(fā)酵溫度、料水比。

從K值分析可知，因素A中，KG1最大，則取水平1；因素B中，KG1最大，則取水平1。同理，因素C取水平3；因素D取水平2。綜合起來，A1B1C3D2組合氮增幅最大，即發(fā)酵時間為60h，料水比為1：2，料層厚度為45cm，發(fā)酵溫度為32℃。

由表11中極差R值分析可知，影響無機磷增幅正交試驗結果的因素的主次順序依次為A>C>D>B，即對氮增幅的影響因素依次為發(fā)酵時間、料層厚度、發(fā)酵溫度、料水比。

由表12中極差R值分析可知，影響氨氣濃度降低幅度正交試驗結果的因素的主次順序依次為A>C>B>D，即對氮增幅的影響因素依次為發(fā)酵時間、料層厚度、料水比、發(fā)酵溫度。

從K值分析可知，A1B2C1D2組合氨氣濃度降低幅度最大，即發(fā)酵時間為60h，料水比為1：3，料層厚度為35cm，發(fā)酵溫度為32℃。

綜上可知，鵝源草酸青霉發(fā)酵雞糞生產生物肥料發(fā)酵條件的優(yōu)化試驗結果表明：氮增幅、無機磷增幅、氨氣濃度降低幅度最大時的最適發(fā)酵時間均為60h；料水比分別為1：2、1：2、1：3；料層厚度分別為45、35、35cm；發(fā)酵溫度均為32℃。

2.6 新鮮雞糞和發(fā)酵雞糞的各成分比較 見表13。

由表13可知，經過菌體發(fā)酵的雞糞比新鮮雞糞的粗蛋白、氮、有機質、無機磷的含量提高較大，磷、鉀的含量及大腸桿菌值也有所提高。發(fā)酵雞糞的粗纖維含量和氨氣的濃度都大大的下降，大腸桿菌值、寄生蟲卵死亡率也顯著提高。

結果表明：發(fā)酵后的雞糞使其氨味大幅度減少，并保持有較多的氮素、有機質及磷，其中所含的蟲卵及病原菌也大大減少。這既杜絕對環(huán)境的污染，又減少畜禽疫病的流行，還增加雞糞的肥效。

3 討論

3.1 溫度 溫度是影響有機體存活與生長的重要因素之一[4]。在微生物發(fā)酵過程中，溫度對其的影響主要體現于兩個方面：①隨著溫度的升高，微生物細胞的生物化學速率和生長速率均加快；②微生物菌體中核酸、蛋白質都對溫度極其敏感，尤其是蛋白質，過高的溫度可使蛋白質初步變性，維持其高級結構的作用力受到不同程度的破壞，使得微生物繁殖速度有所降低，溫度過低又抑制了酶的活性[5]，蛋白質的合成速度降低。因此，溫度過高、過低均不利微生物的生長[6]。

3.2 時間 微生物發(fā)酵，發(fā)酵時間不同所得到的發(fā)酵產物也會有所區(qū)別。對于雞糞秸稈發(fā)酵，發(fā)酵時間不夠，菌體生長不完全，發(fā)酵產物中菌體蛋白含量較低，發(fā)酵物料沒有被微生物分解完全[7]。發(fā)酵時間過長，菌體自溶現象迅速出現，使得發(fā)酵產物質量不高，酸度過大。發(fā)酵周期長短是影響設備利用率、生產成本及產品質量的重要因素，本試驗結果表明：最佳發(fā)酵時間為60h。

3.3 含水量 發(fā)酵基質中含水量過低，造成基質膨脹程度低，微生物生長受抑制，后期由于微生物生長及蒸發(fā)造成物料較干，微生物難以生長，產量降低；含水量過高，會導致基質多孔性降低，發(fā)酵物粘度過大[8]，減少基質內氣體的體積和氣體交換，難以通風、降溫，產品氮含量明顯降低。本試驗結果表明，隨著料水比的增加，氮、無機磷含量增幅先增加后降低，在料水比為1：2的時候，發(fā)酵效果最佳。這是因為隨發(fā)酵基質中水分的增加，其粘度增大，因而發(fā)酵物料的通氣量受到影響，當料水比為1：2時，正適合草酸青霉的生長，所以此時氮含量增幅達到較高的水平；這時不要額外加水，發(fā)酵底物所含水分適合發(fā)酵，這樣既節(jié)約了資源，又節(jié)省了發(fā)酵生產的工作量，達到本文節(jié)省成本、提高經濟效益的目的。綜合經濟和實踐方面考慮，在生產上采用1：2的料水比是適合的。

4 結論

通過對雞糞秸稈發(fā)酵的工藝條件的研究結果表明：氮增幅、無機磷增幅、氨氣濃度降低幅度最大時的最適發(fā)酵時間均為60h；料水比分別為1：2、1：2、1：3；料層厚度分別為45、35、35cm；發(fā)酵溫度均為32℃。對發(fā)酵后雞糞的營養(yǎng)成分分析表明，雞糞經發(fā)酵后，感官指標、理化成分和微生物指標均有較大提高。

參考文獻：

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