豬糞氣味產生的相關微生物區系及其特性

俞芝芬　夏磊

摘要：豬糞臭氣產生是一個復雜過程，涉及到很多細菌種類，如果不了解動物糞污中微生物的活動就不能很好的控制臭氣的產生。文章綜述了豬糞中目前已知的天然菌屬以及其產生有氣味揮發性復合物的能力。

關鍵詞：天然菌屬；氣味化合物；特性

中圖分類號：S852.6文獻標識碼：B文章編號：1007-273X（2014）03-0059-02

豬場臭氣產生一直是中外研究者的難題，尤其是從傳統散養到規模化、集約化方向發展，一方面，有利于政府監管和統一規劃；另一方面，豬場規模擴大，產生臭氣不但污染了環境，也給周圍居民生活帶來不便。我國是豬肉消耗大國，與此同時豬場也帶來越來越多的臭氣。因此，對豬場臭氣進行有效控制就成為了一個研究熱點，也成了一個研究難點。臭氣主要是由豬糞便里微生物活動引起的，因此了解微生物種類及活動就有助于控制豬糞便臭氣的產生。本文從微生物角度探討了豬糞便臭氣產生的原因，控制臭氣的工藝是根據糞便里的微生物特性來制定的，了解糞便里臭氣產生的微生物區系活動后才能有效地對其進行控制。

1與豬糞便氣味產生的相關微生物區系

1.1豬糞中天然菌屬

根據代謝功能可將豬糞中細菌分為6類：乳糖發酵菌屬，非乳糖發酵菌屬，梭菌屬，乳桿菌屬，腸球菌屬，葡萄球菌屬。數量上從多到少依次為：乳糖發酵菌，乳桿菌屬，梭菌屬，非乳糖發酵菌屬，葡萄球菌屬，腸球菌屬。

早期研究發現豬糞污中細菌包括革蘭氏陽性球菌（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。后有學者采用嚴格厭氧培養方法從豬糞污里分離出來的微生物區系包括糞鏈球菌屬，真細菌屬，梭菌屬，丙酸桿菌屬。有學者得出了同樣結論并指出革蘭氏陽性球菌（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。

根據上述研究結果，可以將豬糞中菌群按數量從多到少依次排列為：革蘭氏陽性球菌（39%），真細菌屬（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、真細菌屬、消化球菌屬、丙酸桿菌屬、類桿菌屬和巨球菌數均屬于厭氧菌、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。因此可以推測豬腸道內的厭氧環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

鏈球菌屬屬于發酵促代謝的化能異養菌（即微生物通過消耗和形成有機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或嚴格厭氧環境才能生長。最適生長溫度通常是37℃，但是最高與最低溫度依類別而不同。最適生長pH為7左右，pH<4.0或pH>9.6將會抑制其生長。所有發酵產生的碳水化合物，大多數繼續發酵產生乳酸，較少部分發酵產生乙酸、甲酸、乙醇及CO2。多數種類在這個基礎上再產生氨。

2.2消化鏈球菌屬

消化鏈球菌屬屬于厭氧化能異養菌，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，另外還產生揮發性胺類和各種醇類。生長pH范圍在6.0～8.0，最適pH為7.0～7.5，生長溫度范圍為25～45℃，最適溫度為35～37 ℃。

真細菌屬于絕對厭氧型化能自養菌，代謝碳水化合物或蛋白為混合有機酸。37℃及pH接近7時生長最快，通常產生大量的丁酸、乙酸、甲酸和乳酸。但是關于豬排泄物中這種菌的數量目前還沒有研究報道。

2.4乳桿菌屬

乳酸桿菌是嚴格發酵的，耐氧或厭氧的嗜酸菌，利用葡萄糖作為碳源，>85%的乳酸是由同型發酵乳酸菌產生，異型發酵乳酸菌產生一部分乳酸，CO2、乙醇或乙酸。乳酸桿菌在微酸環境下（pH在4.5～6.4）生長良好，最適生長pH為5.5～6.2。不同菌種和菌株當pH達到3.6～4.0時生長停滯，在中性或堿性環境下生長速度會減慢。在2～53℃范圍內均可生長，最適生長溫度范圍是30～40 ℃。

目前在豬糞中發現有9種，其中被鑒定的有6種，因為這類菌主要產物是乳酸，因此推測這類菌在產生豬糞中臭氣的效果上并不明顯。

2.5埃希氏菌屬

這個屬中典型的種類是結腸埃希氏菌，為好氧或兼性厭氧菌，代謝分為呼吸型和發酵型。這類菌將葡萄糖和碳水化合物分解成為丙酮酸鹽，然后進一步轉化成為乳酸、乙酸和甲酸。最適生長溫度為37 ℃，此類的菌株（90%～100%）產生具有強烈氣味的吲哚。

2.6梭菌屬

此屬中多數類別都屬于絕對厭氧型，各類對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，但不會形成孢子。多數類別在pH為6.5～7.0、溫度為30～37 ℃時生長迅速，生長溫度范圍為15～69℃。

梭菌屬細菌通常是發酵氨基酸產能，過程是氧化一個氨基酸并利用另外一個作為電子受體，即史蒂克蘭德氏反應。這個過程在對蛋白質進行厭氧分解中產生氨、氫硫化合物、脂肪酸和胺類，各菌種產生的揮發性脂肪酸數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。有些菌種也會產生吲哚類和酚類。豬排泄物中此屬被發現有4個種類，但是目前還沒有被鑒定。梭菌屬能夠產生各種有氣味的物質，由此推測此屬導致豬糞臭氣產生的可能性比較大，因此豬糞中此種菌類別的鑒定急需進一步研究。

2.7丙酸桿菌屬

此屬菌為絕對厭氧菌或耐氧菌，這個類別的細菌可以發酵產生丙酸、乙酸和一小部分異戊酸，甲酸，琥珀酸和乳酸。最適生長pH為中性，最適生長溫度為30～37 ℃。

此屬菌目前在豬糞污中發現了兩種，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生吲哚。

2.8擬桿菌屬

此屬為專性厭氧化能自養菌，代謝碳水化合物或蛋白質為琥珀酸、乳酸、乙酸、甲酸、丙酸和丁酸。異丁酸和異戊酸隨丁酸同時產生。pH接近7、溫度37℃時生長迅速。豬糞中此屬目前發現有兩種，目前被鑒定只有一種，即棲瘤胃擬桿菌。棲瘤胃擬桿菌生長溫度范圍是25～45 ℃，最適生長溫度37 ℃。

2.9巨球菌屬

目前發現只有兩種，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菌，發酵乳酸為乙酸鹽，丙酸鹽和含有2～6個碳的揮發性脂肪酸以及硫化物。生長溫度范圍是25～40℃，最適生長pH為7.4左右。

3豬糞中有氣味化合物

在豬糞便儲藏過程中的厭氧環境下糞尿被細菌分解就會產生氣味化合物，有學者將這些氣味化合物分為4種。

3.1揮發性脂肪酸

揮發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。在蛋白質和碳水化合物的分解過程中經過氨基酸的脫氨基作用而形成。氨基酸在腸道微中性的pH6～7環境下代謝脫氨基，產生揮發性脂肪酸、CO2、H2還有氨。參與這一過程的菌屬有真細菌屬、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

這類復合物包括吲哚、3-甲基吲哚、甲酚和4-乙基苯酚。有學者研究發現動物腸道內的酪氨酸和苯丙氨酸被微生物分解為苯酚和對甲酚，據報道不同細菌代謝色氨酸可以產生吲哚酸，進而轉化為3-甲基吲哚，參與這個過程的菌屬包括丙酸桿菌屬、埃希氏菌屬、真細菌和梭狀芽孢桿菌。

3.3氨和揮發性胺類

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

3.4揮發性含硫化合物

此類包括硫化物還有甲硫醇和乙硫醇。細菌通過含硫氨基酸代謝和硫酸鹽降解可產生含硫化合物。硫酸鹽降解過程通過同化作用和異化作用。研究發現剛開始時，細菌產生多種可降解硫供細胞生物合成，然后利用硫酸鹽作為一個電子終端受體進而產生大量的硫化物。

4小結

目前研究可見，豬糞中天然菌屬主要有鏈球菌屬、消化鏈球菌屬、真細菌、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性脂肪酸，吲哚和酚類，氨和揮發性胺類以及揮發性含硫化合物，且有學者報道含2～9個碳的揮發性脂肪酸明顯影響空氣質量，并指出揮發性脂肪酸可以作為豬糞氣味指示器。接下來，如果能進一步從微生物角度研究產生臭氣的原因，那就可以通過控制微生物的生長繁殖進而減少或控制豬場臭氣的產生。