鵝源草酸青霉發酵雞糞工藝的研究

徐東楓等

摘 要：為了利用微生物發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酵菌株，通過對鵝源草酸青霉發酵雞糞生產生物肥料和減少環境污染的研究，來探討發酵雞糞的工藝條件。結果表明：利用草酸青霉為發酵菌株發酵雞糞，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%；發酵后的雞糞大腸桿菌菌值為0.04，明顯高于未發酵雞糞（0.0004）；寄生蟲卵死亡率為96%。通過正交優化試驗確定的發酵雞糞的工藝為：氮增幅最大時的發酵時間為60h，料水比為1：2，料層厚度為45cm，發酵溫度為32℃；無機磷增幅最大時的發酵時間為60h，料水比為1：2，料層厚度為35cm，發酵溫度為32℃；氨氣濃度降低幅度最大時的發酵時間為60h，料水比為1：3，料層厚度為35cm，發酵溫度為32℃。

關鍵詞：鵝源草酸青霉；雞糞；發酵；工藝

隨著我國集約化畜禽養殖業的不斷發展，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，在自然堆放的環境條件下，不斷向周圍環境釋放硫化氫、氨氣、吲哚等物質，造成養殖場周圍環境臭氣熏天，蚊蠅孳生，污水橫流，污染環境，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殖業持續健康發展的關鍵因素之一，對雞糞的科學利用和無害化處理研究迫在眉睫[2]。同時發酵好的家禽糞也是一種優質速效的有機肥，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 發酵底物 小麥秸由山東省萊陽市郊區購進，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：購自青島田瑞牧業科技有限公司。

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

1.1.3 發酵培養基 改良馬丁液體、固體培養基：用于培養草酸青霉。

1.2 試驗設計 發酵雞糞培養基底物的組成為：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，確定發酵雞糞的最佳溫度。

1.2.2 發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，確定發酵雞糞的最佳料層厚度。

1.2.5 正交優化 通過正交優化試驗確定最終的發酵雞糞的工藝。

1.2.6 成分比較 將新鮮雞糞和發酵雞糞的主要營養成分含量進行比較，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腸桿菌科檢測方法。

1.4 數據處理 數據統計利用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，隨著發酵時間的增長，發酵產物氮、無機磷含量的增幅呈現逐漸下降的趨勢，發酵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。發酵產物氨氣濃度的降幅呈現逐漸下降的趨勢，發酵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%。從發酵結果可以看出發酵最適時間應為3d。

2.3 料水比對發酵雞糞效果的影響 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%。從發酵結果可以看出發酵的最佳料水比應為1：2。

2.4 料層厚度對發酵雞糞效果的影響 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%。從發酵結果可以看出發酵的最佳料層厚度應為40cm。

2.5 擴大培養中工藝條件的研究 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酵時間、料層厚度、發酵溫度、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，即發酵時間為60h，料水比為1：2，料層厚度為45cm，發酵溫度為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酵時間、料層厚度、發酵溫度、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酵時間、料層厚度、料水比、發酵溫度。

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

綜上可知，鵝源草酸青霉發酵雞糞生產生物肥料發酵條件的優化試驗結果表明：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；發酵溫度均為32℃。

2.6 新鮮雞糞和發酵雞糞的各成分比較 見表13。

由表13可知，經過菌體發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 微生物發酵，發酵時間不同所得到的發酵產物也會有所區別。對于雞糞秸稈發酵，發酵時間不夠，菌體生長不完全，發酵產物中菌體蛋白含量較低，發酵物料沒有被微生物分解完全[7]。發酵時間過長，菌體自溶現象迅速出現，使得發酵產物質量不高，酸度過大。發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：最佳發酵時間為60h。

3.3 含水量 發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，發酵效果最佳。這是因為隨發酵基質中水分的增加，其粘度增大，因而發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，發酵底物所含水分適合發酵，這樣既節約了資源，又節省了發酵生產的工作量，達到本文節省成本、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；發酵溫度均為32℃。對發酵后雞糞的營養成分分析表明，雞糞經發酵后，感官指標、理化成分和微生物指標均有較大提高。

參考文獻：

[1] 楊朝飛.加強禽畜糞便污染防治迫在眉睫[J].環境保護，2001，（2）：32-35.

[2] 陳大鵬，馬文東.接種外源微生物對雞糞堆肥的影響[J].黑龍江農業科學，2007，（6）：64-66.

[3] 夏飚.如何用金寶貝發酵助劑將雞糞發酵制成上等有機肥[J].蔬菜，2006，12：46.

[4] Ding S J，Ge W，Buswell JA. Secrection， purification and characterization of a recombin ant Volvarie llavolvacea endoglucanas expressed in the yeast Pichia pastoris[J].Enzyme and Microbia Technology，2002，31：621-626.

[5] 李慶康，王志明，袁燦生，等.利用有效微生物菌群進行雞糞處理的研究[J].農業環境保護，2001，20（4）：217-220.

[6] 周德慶.微生物學教程[J].高等教育出版社，1996，4.

[7] 趙京音，姚政.微生物制劑促進雞糞堆肥腐熟和臭味控制的研究[J].上海農學院學報，1995，13（3）：193-197.

[8] C.Larroche，C.Desfarges，J.B.GrosSpore production of Penicillium roqueforti by simulated solid state fermentation[J].Biotechnology Letters，2004，8（6）：453-456.