酒糟堆肥化再利用研究進展

胡旭，吳耀領(lǐng)，李巧玉，陳先會，楊旻，陳茂飛，焦富

（貴州茅臺酒股份有限公司，貴州仁懷 564500）

白酒丟糟作為白酒生產(chǎn)的副產(chǎn)物，具有酸性高、水分大、黏性強、極易霉變、不易貯存的特點，如果不能及時處理及利用，不僅會造成對土壤、水、空氣的嚴重污染，也會破壞釀酒微生物生態(tài)環(huán)境，直接影響到白酒產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。丟糟除含有較高的淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素和脂肪外，還含有豐富的磷、鉀、維生素和氨基酸等成分[2]，常規(guī)營養(yǎng)成分見表1[3-4]。目前，對白酒丟糟的綜合利用主要有生產(chǎn)飼料、有機肥料、食用菌培料、植物無土栽培基質(zhì)、醫(yī)藥和生物質(zhì)能源、生產(chǎn)醬油和食醋、制取鮮味劑等[5-6]。以酒糟為原材料生產(chǎn)有機肥具有較高的利用價值，是實現(xiàn)酒糟大規(guī)模資源化利用的有效途徑。本文綜述了丟糟生產(chǎn)有機肥的難點、研究現(xiàn)狀以及丟糟有機肥的社會需求和應(yīng)用效果，旨在為丟糟的再利用和白酒企業(yè)綠色發(fā)展提供新的可行途徑。

表1 丟糟中常規(guī)物質(zhì)的含量

1 丟糟生產(chǎn)有機肥的研究進展

目前，利用酒糟規(guī)?；a(chǎn)有機肥的報道較少，大多數(shù)還停留在實驗室階段，利用酒糟生產(chǎn)有機肥主要從以下幾方面研究：(1)以酒糟為原材料，在敞開式自然通風(fēng)，攪拌翻動條件下進行高溫好氧堆肥發(fā)酵。王興勝等[7]采用此方式以醬香型白酒丟糟為原料進行好氧堆肥發(fā)酵，堆肥過程中堆體溫度在第7 天達到50 ℃，且50 ℃以上維持了10 d，至堆肥結(jié)束，堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)達到90.4 % 。溫度是決定堆肥質(zhì)量的重要因素，是使堆肥達到無害化和穩(wěn)定化的重要條件[8-11]。丁敬等[12]認為堆體溫度的高低決定著堆肥速度的快慢，可將其作為判定堆肥產(chǎn)品是否腐熟的指標(biāo)之一，另外，未達到一定腐熟度的堆肥產(chǎn)品可能造成植物根系缺氧，燒苗等現(xiàn)象，種子發(fā)芽指數(shù)會明顯降低[13]，攪拌、自然通風(fēng)方式能夠使丟糟堆肥完全達到腐熟要求。因受丟糟自身因素的影響，此方式的堆肥微生物生長受抑制，堆體升溫慢，堆肥腐熟時間長，也造成營養(yǎng)的流失；(2)根據(jù)丟糟的特點，添加合適的填充物料，彌補丟糟堆肥發(fā)酵過程中不利的條件，改善丟糟堆肥的發(fā)酵環(huán)境，促進微生物快速生長，加速堆肥的腐熟，使酒糟有機肥快速達到安全無害化、資源化生產(chǎn)。王強義等[14]以酒糟為原料，以稻草秸稈、鋸末粉和生石灰為填充料改善丟糟的C/N、透氣性和酸度，高溫堆肥發(fā)酵第6 天堆體溫度達到56 ℃，持續(xù)12 d，在第4 天后的發(fā)芽指數(shù)即達到50 %以上，丟糟有機肥快速達到無害化腐熟標(biāo)準。值得注意，在堆肥過程中有機氮在微生物的作用下被礦化分解轉(zhuǎn)化為NH4+-N，一部分轉(zhuǎn)化為氨氣釋放到堆體外，用生石灰過度調(diào)節(jié)丟糟的酸度，pH 值太高會加速氮素的損失[15-16]；(3)利用酒糟中富含營養(yǎng)成分以及具有降解能力微生物的特性，同其他固體廢棄物混合，實現(xiàn)丟糟和有機廢棄物的優(yōu)劣互補，不僅能夠高效的促進固體有機廢棄物堆肥化處理，還可以加速酒糟堆肥化腐熟。李哲等[17]利用低水分酒糟疏松透氣、酸度大的特點，結(jié)合污泥富含氮磷、質(zhì)地細膩的性質(zhì)，將二者適量混合后進行堆肥發(fā)酵，混合腐熟最快，肥質(zhì)最佳。50%有機肥與50%的化肥配施，高粱產(chǎn)量、籽粒含氮量和植株磷鉀吸收量分別比單施化肥增加12.55 %、36.70 %、22.22 %和29.20%，土壤有效氮，磷酸酶、脲酶和脫氫酶活性也顯著提高。黃亞東等[18]以白酒糟和小麥秸稈為主要原料接入多種微生物菌株進行堆制發(fā)酵腐熟制成有機肥，結(jié)果表明，該有機肥經(jīng)高粱施肥試驗后，供試土壤的有機質(zhì)、全氮、全磷及全鉀含量各增加了30%左右，高粱產(chǎn)量均超過對照組；(4)添加具有高效降解能力的微生物菌劑。堆肥起始階段接種具有高效降解能力的微生物，加速堆肥啟動并快速促進丟糟堆肥的腐熟[19]。接種微生物中的嗜溫菌不僅有利于縮短堆肥到達高溫期的時間，還有利于促進堆肥高溫期物質(zhì)的降解和維持高溫期時間。王和玉等[20]將具有高效纖維素降解能力和氨化作用并具有耐高溫性的復(fù)合菌劑接種到以白酒丟糟為主要原料的堆肥中，結(jié)果顯示接菌堆體比對照提前2 d 進入高溫期，且高溫期持續(xù)時間較對照長，堆肥結(jié)束，接菌堆體NO3-N 含量、有機氮和總氮含量分別比對照高出22.2 %、6.6 %和7.9 %，纖維素降解率、腐殖化指數(shù)（HI）和發(fā)芽指數(shù)（GI）分別比對照高18.7 %、113.5 %和8.6 %?？傊?，當(dāng)前丟糟生產(chǎn)有機肥主要以改善丟糟堆肥發(fā)酵環(huán)境，促進堆肥發(fā)酵微生物生長繁殖的方式，實現(xiàn)丟糟快速達到安全無害化、資源化生產(chǎn)有機肥。

2 丟糟有機肥的社會需求以及應(yīng)用效果

我國化肥的年使用量達4214 萬噸，大大超出其他發(fā)達國家所設(shè)置的上限量，居世界第一，給環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來不同程度的污染和破壞。為了改善土壤環(huán)境和保護生態(tài)環(huán)境，有機肥的使用和推廣將會成為一種新的趨勢[21]。我國每年丟糟產(chǎn)量超過1 億噸[5]，未經(jīng)處理的酒糟排放到環(huán)境中容易造成環(huán)境污染和資源浪費，利用丟糟生產(chǎn)有機肥，為丟糟的資源化利用提供重要途徑，是實現(xiàn)白酒產(chǎn)業(yè)綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，得到白酒行業(yè)的高度重視。

目前，白酒丟糟生產(chǎn)的有機肥已經(jīng)在農(nóng)作物種植中表現(xiàn)出了良好的效果。席曉黎等[22]研究發(fā)現(xiàn)丟糟發(fā)酵生產(chǎn)的有機肥可提高白菜的維生素C 和可溶性糖含量，提高白菜品質(zhì)和口感；浩折霞等[23]利用酒糟牛糞堆肥復(fù)配育苗基質(zhì)，該基質(zhì)培育的瓜果類蔬菜幼苗根莖體積、百株鮮質(zhì)量、根系活力、葉綠素總量均高于其他配方基質(zhì)；曾晶等[24]的田間試驗表明，酒糟型生物有機肥提高了豆角的產(chǎn)量,增加了豆角果實中可溶性糖含量,減少了豆角果實中硝酸鹽、亞硝酸鹽和粗纖維的含量，增加了維生素C 含量；貴州茅臺集團利用醬香型白酒丟糟生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機肥，并對肥效進行了驗證，建立了年產(chǎn)8萬噸有機肥生產(chǎn)線，年處理酒糟12 萬噸，生產(chǎn)的有機肥產(chǎn)品目前已施用于茅臺有機高粱種植基地。此外，丟糟有機肥在茶葉、煙草、水稻等作物的栽培中以及土壤改良上都取得了良好的效果[25-28]。

3 好氧堆肥工藝流程及利用酒糟生產(chǎn)有機肥存在的難點

3.1 高溫好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機肥工藝流程

高溫好氧堆肥化是將有機物料與填充料按一定的比例混合，在合適的水分、碳氮比、通氣條件、pH值下，使微生物繁殖并降解有機質(zhì)，從而產(chǎn)生高溫，殺死病原菌及雜草種子，使有機物達到穩(wěn)定化[29-30]。高溫好氧堆肥的工藝流程包括預(yù)處理、堆肥發(fā)酵及后加工處理三個部分，具體如圖1所示。

圖1 高溫好氧堆肥工藝流程

3.2 利用酒糟生產(chǎn)有機肥存在的難點

丟糟作為堆肥原料生產(chǎn)有機肥，因其自身的特性，在堆肥過程中存在一定的困難，難點在于：(1)白酒丟糟含水量高、透氣性差。好氧堆肥過程中堆體的含氧量影響堆體微生物的種群數(shù)量和活性，氧氣充足可以加速有機質(zhì)分解、減少惡臭氣體的產(chǎn)生，促進腐熟；氧氣缺乏，好氧微生物生命活動受到限制，分解速度降低，堆體升溫困難[31]。丟糟作為原料生產(chǎn)有機肥，具有含水量高（一般在50 %～60%），黏度大，透氣性差，氧氣不易融入的特點[32]，不利于發(fā)酵的進行，同時，易造成局部厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸，并產(chǎn)生惡臭氣體，堆肥無法正常進行[33]。因此，丟糟堆肥過程中利用攪拌、翻堆或適當(dāng)添加廢棄稻草等疏松劑有益于增大氧氣的融入，促進好氧發(fā)酵。王強義等[34]在酒糟堆肥原料中添加了秸稈、米糠、鋸木面3 種原料，增加了堆體的孔隙度，提高了堆肥含氧率，堆肥第2天即進入高溫期，有效促進了發(fā)酵的進行；(2)白酒丟糟酸度大。酸度是影響微生物活性的重要因素，好氧堆肥過程中微生物生長最適宜的pH 是中性和弱堿性，pH 太高或太低都會影響堆肥效率[35]。白酒丟糟pH值介于3.4～4.0[36-37]，酸度較高，微生物很難在丟糟中定植并快速堆肥化發(fā)酵。王和玉等[20]利用pH 值為3.5 左右的酒糟進行好氧發(fā)酵堆肥，堆積第6 天堆體才進入高溫階段，周蓮等[38]以酒糟為原料進行好氧堆肥，調(diào)節(jié)堆體pH 值至7 左右，堆肥第1 天堆肥即進入高溫階段。丟糟堆肥過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)原料的pH值，能夠加速堆肥的好氧發(fā)酵；(3)丟糟中好氧微生物種類和數(shù)量低。白酒蒸餾時已將酒糟中絕大多數(shù)的微生物殺死，存放過程中盡管也會滋生微生物，但多以厭氧微生物為主，不利于丟糟堆肥自然發(fā)酵和有機物質(zhì)的降解[39]。為了縮短丟糟堆肥發(fā)酵的啟動時間，加速丟糟堆肥化進程，發(fā)酵前可適當(dāng)添加微生物菌種以提高好氧堆肥發(fā)酵速度[40-42]。微生物菌種應(yīng)以好氧性、適應(yīng)性強、繁殖速度快、產(chǎn)纖維素酶及淀粉酶能力強的細菌或真菌為主。楊新等[43]以地衣芽孢桿菌、空氣芽孢桿菌、黑曲霉等制備高溫復(fù)合菌劑，添加到酒糟原料中進行堆肥，該高溫復(fù)合菌劑促進了堆體的腐熟效果，提高了肥效，成功制備了優(yōu)質(zhì)生物有機肥；(4)白酒丟糟碳氮比低。碳氮比（C/N）是高效堆肥的最關(guān)鍵因素，對肥堆中微生物的生長活動、堆肥腐熟時間長短和有機肥的品質(zhì)好壞都有很大的影響，最佳碳氮比在25～35之間[44-45]。原料碳氮比過高，碳多氮乏，原料中用于微生物生長繁殖的營養(yǎng)相對缺乏，微生物生長受到限制；碳氮比低于20∶1，碳少氮多，原料營養(yǎng)過于豐富，導(dǎo)致堆肥升溫過程過于劇烈從而抑制微生物活動[38]。此外，豐富的氮元素會讓微生物無法及時轉(zhuǎn)化和充分利用，氮素轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮揮發(fā)，導(dǎo)致氮素損失[46]。白酒丟糟的碳氮比在12～24 之間[47-48]，不經(jīng)過處理的丟糟進行好氧堆肥發(fā)酵，易造成營養(yǎng)成分的丟失。郭夏麗等[37]以C/N 比為12.8 的酒糟進行高溫好氧發(fā)酵堆肥，堆肥第12 天氮素損失率已達到20.8%，有機肥產(chǎn)品質(zhì)量降低，因此，白酒丟糟堆肥過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)原料的碳氮比，有利于改善堆肥的品質(zhì)和腐熟效果，有利于白酒丟糟的堆肥化生產(chǎn)。

4 展望

隨著人們生活水平的提高，對安全優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的需求越來越高，有機農(nóng)產(chǎn)品市場供不應(yīng)求，酒糟有機肥具有廣闊的市場前景。綜合相關(guān)文獻可知，針對白酒丟糟生產(chǎn)有機肥的研究還處在起步階段，許多相關(guān)研究還不完善，未來可從以下方面進一步加強研究：(1)針對不同地區(qū)氣候情況、土壤類型、作物品種差異，選育營養(yǎng)、抗病和促生的優(yōu)勢菌群，制備以酒糟為原料的特定功能生物有機肥，加速酒糟的資源化利用的同時，實現(xiàn)有機綠色產(chǎn)品的大面積覆蓋生產(chǎn)，提高人民生活質(zhì)量水平；(2)利用功能菌（固氮、解磷、解鉀、抗病等）聯(lián)合酒糟生產(chǎn)功能生物有機肥，通過功能菌分泌生長激素，促進磷、鉀等的釋放調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，還可以利用產(chǎn)生的拮抗物質(zhì)，如脂肽類物質(zhì)，抑制病原微生物的生長繁殖，提高作物對生物和非生物脅迫的抵抗能力。綜上，利用白酒丟糟生產(chǎn)有機肥具有廣闊的發(fā)展前景，為丟糟的資源化利用提供重要途徑，對推動中國白酒企業(yè)循環(huán)式生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)循環(huán)式組合，廢物交換利用和循環(huán)使用，實現(xiàn)白酒綠色、循環(huán)、低碳的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。