豬糞氣味產(chǎn)生的相關(guān)微生物區(qū)系及其特性

俞芝芬　夏磊

摘要：豬糞臭氣產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，涉及到很多細(xì)菌種類，如果不了解動(dòng)物糞污中微生物的活動(dòng)就不能很好的控制臭氣的產(chǎn)生。文章綜述了豬糞中目前已知的天然菌屬以及其產(chǎn)生有氣味揮發(fā)性復(fù)合物的能力。

關(guān)鍵詞：天然菌屬；氣味化合物；特性

中圖分類號(hào)：S852.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1007-273X（2014）03-0059-02

豬場(chǎng)臭氣產(chǎn)生一直是中外研究者的難題，尤其是從傳統(tǒng)散養(yǎng)到規(guī)?；?、集約化方向發(fā)展，一方面，有利于政府監(jiān)管和統(tǒng)一規(guī)劃；另一方面，豬場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，產(chǎn)生臭氣不但污染了環(huán)境，也給周圍居民生活帶來(lái)不便。我國(guó)是豬肉消耗大國(guó)，與此同時(shí)豬場(chǎng)也帶來(lái)越來(lái)越多的臭氣。因此，對(duì)豬場(chǎng)臭氣進(jìn)行有效控制就成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)，也成了一個(gè)研究難點(diǎn)。臭氣主要是由豬糞便里微生物活動(dòng)引起的，因此了解微生物種類及活動(dòng)就有助于控制豬糞便臭氣的產(chǎn)生。本文從微生物角度探討了豬糞便臭氣產(chǎn)生的原因，控制臭氣的工藝是根據(jù)糞便里的微生物特性來(lái)制定的，了解糞便里臭氣產(chǎn)生的微生物區(qū)系活動(dòng)后才能有效地對(duì)其進(jìn)行控制。

1與豬糞便氣味產(chǎn)生的相關(guān)微生物區(qū)系

1.1豬糞中天然菌屬

根據(jù)代謝功能可將豬糞中細(xì)菌分為6類：乳糖發(fā)酵菌屬，非乳糖發(fā)酵菌屬，梭菌屬，乳桿菌屬，腸球菌屬，葡萄球菌屬。數(shù)量上從多到少依次為：乳糖發(fā)酵菌，乳桿菌屬，梭菌屬，非乳糖發(fā)酵菌屬，葡萄球菌屬，腸球菌屬。

早期研究發(fā)現(xiàn)豬糞污中細(xì)菌包括革蘭氏陽(yáng)性球菌（鏈球菌屬、消化鏈球菌屬及葡萄球菌屬），乳桿菌屬，埃希氏菌屬，芽孢桿菌屬。后有學(xué)者采用嚴(yán)格厭氧培養(yǎng)方法從豬糞污里分離出來(lái)的微生物區(qū)系包括糞鏈球菌屬，真細(xì)菌屬，梭菌屬，丙酸桿菌屬。有學(xué)者得出了同樣結(jié)論并指出革蘭氏陽(yáng)性球菌（鏈球菌屬，消化球菌屬，消化鏈球菌屬，巨球菌屬）為豬糞便中主要菌群。

根據(jù)上述研究結(jié)果，可以將豬糞中菌群按數(shù)量從多到少依次排列為：革蘭氏陽(yáng)性球菌（39%），真細(xì)菌屬（27%），乳桿菌屬（20%），革蘭氏陰性桿菌屬（埃希氏桿菌屬，8%），梭菌屬（4%），還有其他小的菌群如丙酸桿菌屬和類桿菌屬（<2%）。在這些菌群中，梭菌屬、乳桿菌屬、消化鏈球菌屬、真細(xì)菌屬、消化球菌屬、丙酸桿菌屬、類桿菌屬和巨球菌數(shù)均屬于厭氧菌、鏈球菌屬、葡萄球菌屬、芽孢桿菌屬為兼性厭氧菌、埃希氏菌屬為好氧菌或兼性厭氧菌。因此可以推測(cè)豬腸道內(nèi)的厭氧環(huán)境決定著厭氧和兼性厭氧菌占主要，好氧菌很少。

2天然菌屬的特性

2.1鏈球菌屬

鏈球菌屬屬于發(fā)酵促代謝的化能異養(yǎng)菌（即微生物通過(guò)消耗和形成有機(jī)化合物而為自身合成提供能量，氫，電子和碳）的一種。有些是兼性厭氧菌，有些需要CO2或嚴(yán)格厭氧環(huán)境才能生長(zhǎng)。最適生長(zhǎng)溫度通常是37℃，但是最高與最低溫度依類別而不同。最適生長(zhǎng)pH為7左右，pH<4.0或pH>9.6將會(huì)抑制其生長(zhǎng)。所有發(fā)酵產(chǎn)生的碳水化合物，大多數(shù)繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，較少部分發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、甲酸、乙醇及CO2。多數(shù)種類在這個(gè)基礎(chǔ)上再產(chǎn)生氨。

2.2消化鏈球菌屬

消化鏈球菌屬屬于厭氧化能異養(yǎng)菌，它能夠代謝蛋白和氨基成為乙酸、甲酸、丙酸、己酸、異丁酸、丁酸、異戊酸、異已酸，另外還產(chǎn)生揮發(fā)性胺類和各種醇類。生長(zhǎng)pH范圍在6.0～8.0，最適pH為7.0～7.5，生長(zhǎng)溫度范圍為25～45℃，最適溫度為35～37 ℃。

真細(xì)菌屬于絕對(duì)厭氧型化能自養(yǎng)菌，代謝碳水化合物或蛋白為混合有機(jī)酸。37℃及pH接近7時(shí)生長(zhǎng)最快，通常產(chǎn)生大量的丁酸、乙酸、甲酸和乳酸。但是關(guān)于豬排泄物中這種菌的數(shù)量目前還沒(méi)有研究報(bào)道。

2.4乳桿菌屬

乳酸桿菌是嚴(yán)格發(fā)酵的，耐氧或厭氧的嗜酸菌，利用葡萄糖作為碳源，>85%的乳酸是由同型發(fā)酵乳酸菌產(chǎn)生，異型發(fā)酵乳酸菌產(chǎn)生一部分乳酸，CO2、乙醇或乙酸。乳酸桿菌在微酸環(huán)境下（pH在4.5～6.4）生長(zhǎng)良好，最適生長(zhǎng)pH為5.5～6.2。不同菌種和菌株當(dāng)pH達(dá)到3.6～4.0時(shí)生長(zhǎng)停滯，在中性或堿性環(huán)境下生長(zhǎng)速度會(huì)減慢。在2～53℃范圍內(nèi)均可生長(zhǎng)，最適生長(zhǎng)溫度范圍是30～40 ℃。

目前在豬糞中發(fā)現(xiàn)有9種，其中被鑒定的有6種，因?yàn)檫@類菌主要產(chǎn)物是乳酸，因此推測(cè)這類菌在產(chǎn)生豬糞中臭氣的效果上并不明顯。

2.5埃希氏菌屬

這個(gè)屬中典型的種類是結(jié)腸埃希氏菌，為好氧或兼性厭氧菌，代謝分為呼吸型和發(fā)酵型。這類菌將葡萄糖和碳水化合物分解成為丙酮酸鹽，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為乳酸、乙酸和甲酸。最適生長(zhǎng)溫度為37 ℃，此類的菌株（90%～100%）產(chǎn)生具有強(qiáng)烈氣味的吲哚。

2.6梭菌屬

此屬中多數(shù)類別都屬于絕對(duì)厭氧型，各類對(duì)氧的耐受能力各不相同，但雖然在有空氣存在的大氣壓下仍然生長(zhǎng)，但不會(huì)形成孢子。多數(shù)類別在pH為6.5～7.0、溫度為30～37 ℃時(shí)生長(zhǎng)迅速，生長(zhǎng)溫度范圍為15～69℃。

梭菌屬細(xì)菌通常是發(fā)酵氨基酸產(chǎn)能，過(guò)程是氧化一個(gè)氨基酸并利用另外一個(gè)作為電子受體，即史蒂克蘭德氏反應(yīng)。這個(gè)過(guò)程在對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行厭氧分解中產(chǎn)生氨、氫硫化合物、脂肪酸和胺類，各菌種產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸數(shù)量由高到低一次為乙酸、丁酸、己酸、乳酸、甲酸、丙酸、琥珀酸、戊酸、異丁酸、異己酸、異戊酸。有些菌種也會(huì)產(chǎn)生吲哚類和酚類。豬排泄物中此屬被發(fā)現(xiàn)有4個(gè)種類，但是目前還沒(méi)有被鑒定。梭菌屬能夠產(chǎn)生各種有氣味的物質(zhì)，由此推測(cè)此屬導(dǎo)致豬糞臭氣產(chǎn)生的可能性比較大，因此豬糞中此種菌類別的鑒定急需進(jìn)一步研究。

2.7丙酸桿菌屬

此屬菌為絕對(duì)厭氧菌或耐氧菌，這個(gè)類別的細(xì)菌可以發(fā)酵產(chǎn)生丙酸、乙酸和一小部分異戊酸，甲酸，琥珀酸和乳酸。最適生長(zhǎng)pH為中性，最適生長(zhǎng)溫度為30～37 ℃。

此屬菌目前在豬糞污中發(fā)現(xiàn)了兩種，分別是瘡皰丙酸桿菌和顆粒丙酸桿菌，其中只有瘡皰丙酸桿菌能夠產(chǎn)生吲哚。

2.8擬桿菌屬

此屬為專性厭氧化能自養(yǎng)菌，代謝碳水化合物或蛋白質(zhì)為琥珀酸、乳酸、乙酸、甲酸、丙酸和丁酸。異丁酸和異戊酸隨丁酸同時(shí)產(chǎn)生。pH接近7、溫度37℃時(shí)生長(zhǎng)迅速。豬糞中此屬目前發(fā)現(xiàn)有兩種，目前被鑒定只有一種，即棲瘤胃擬桿菌。棲瘤胃擬桿菌生長(zhǎng)溫度范圍是25～45 ℃，最適生長(zhǎng)溫度37 ℃。

2.9巨球菌屬

目前發(fā)現(xiàn)只有兩種，分別是埃氏巨球形菌和啤酒巨球形菌。這類菌為厭氧型化能自養(yǎng)菌，發(fā)酵乳酸為乙酸鹽，丙酸鹽和含有2～6個(gè)碳的揮發(fā)性脂肪酸以及硫化物。生長(zhǎng)溫度范圍是25～40℃，最適生長(zhǎng)pH為7.4左右。

3豬糞中有氣味化合物

在豬糞便儲(chǔ)藏過(guò)程中的厭氧環(huán)境下糞尿被細(xì)菌分解就會(huì)產(chǎn)生氣味化合物，有學(xué)者將這些氣味化合物分為4種。

3.1揮發(fā)性脂肪酸

揮發(fā)性脂肪酸通常包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、己酸、癸酸。在蛋白質(zhì)和碳水化合物的分解過(guò)程中經(jīng)過(guò)氨基酸的脫氨基作用而形成。氨基酸在腸道微中性的pH6～7環(huán)境下代謝脫氨基，產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸、CO2、H2還有氨。參與這一過(guò)程的菌屬有真細(xì)菌屬、化鏈球菌屬、擬桿菌屬、鏈球菌屬、埃希氏菌屬、巨球菌屬、丙酸桿菌屬、乳酸桿菌和梭菌屬。

3.2吲哚和酚類

這類復(fù)合物包括吲哚、3-甲基吲哚、甲酚和4-乙基苯酚。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)物腸道內(nèi)的酪氨酸和苯丙氨酸被微生物分解為苯酚和對(duì)甲酚，據(jù)報(bào)道不同細(xì)菌代謝色氨酸可以產(chǎn)生吲哚酸，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為3-甲基吲哚，參與這個(gè)過(guò)程的菌屬包括丙酸桿菌屬、埃希氏菌屬、真細(xì)菌和梭狀芽孢桿菌。

3.3氨和揮發(fā)性胺類

揮發(fā)性胺類包括腐胺、尸胺、甲胺和乙胺，通常甲胺和乙胺的濃度相對(duì)較低。在鮮糞的堆積過(guò)程中，氨基酸可能經(jīng)過(guò)脫羧基作用而形成腐胺、尸胺和氨。參與這個(gè)過(guò)程的菌屬包括鏈球菌屬，消化鏈球菌屬和擬桿菌屬。有報(bào)道稱尿素和硝酸鹽類中氨基酸的脫氨基作用也可產(chǎn)生大量的氨。

3.4揮發(fā)性含硫化合物

此類包括硫化物還有甲硫醇和乙硫醇。細(xì)菌通過(guò)含硫氨基酸代謝和硫酸鹽降解可產(chǎn)生含硫化合物。硫酸鹽降解過(guò)程通過(guò)同化作用和異化作用。研究發(fā)現(xiàn)剛開(kāi)始時(shí)，細(xì)菌產(chǎn)生多種可降解硫供細(xì)胞生物合成，然后利用硫酸鹽作為一個(gè)電子終端受體進(jìn)而產(chǎn)生大量的硫化物。

4小結(jié)

目前研究可見(jiàn)，豬糞中天然菌屬主要有鏈球菌屬、消化鏈球菌屬、真細(xì)菌、乳桿菌屬、埃希氏菌屬、梭菌屬、丙酸桿菌屬、擬桿菌屬以及巨球菌屬，豬糞中氣味化合物主要有揮發(fā)性脂肪酸，吲哚和酚類，氨和揮發(fā)性胺類以及揮發(fā)性含硫化合物，且有學(xué)者報(bào)道含2～9個(gè)碳的揮發(fā)性脂肪酸明顯影響空氣質(zhì)量，并指出揮發(fā)性脂肪酸可以作為豬糞氣味指示器。接下來(lái)，如果能進(jìn)一步從微生物角度研究產(chǎn)生臭氣的原因，那就可以通過(guò)控制微生物的生長(zhǎng)繁殖進(jìn)而減少或控制豬場(chǎng)臭氣的產(chǎn)生。