廢棄豬血肥料化技術研究

黃鐵蕾，李祥，王耀鳳，褚春年，史大虎

(1.廣西化工研究院有限公司，廣西 南寧 530000；2.陜西科技大學 化學與化工學院，陜西 西安 710021； 3.西安市農機監理與推廣總站，陜西 西安 710000；4.陜西天蓬肥業有限公司，陜西 寶雞 722305)

豬血的蛋白質、賴氨酸含量分別為17%～20%、14.1%[1-4]，含有多種活性物質[5]，對植物根系發育、內源激素合成、促進葉片光合作用具有重要的作用。但存在蛋白質容易變性、血腥味重的缺點[6]，給豬血貯藏及活性成分的提取(如SOD、CAT)帶來了困難。探索切實可行的豬血利用技術，對清潔屠宰環境、資源化利用豬血資源具有一定的意義。

本文以新鮮豬血為主要原料，以氨基酸態氮含量、臭氣指數為評價指標，采用微生物發酵及硫酸水解復合技術，得到含氨基酸葉面肥，克服了酶法豬血肥料臭味大、施用困難及酸法豬血肥料酸用量大、二次污染的技術難題。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

新鮮豬血，來源于陜西天蓬肥業有限公司；米曲霉(50億/g)、黑曲霉(50億/g)、哈氏木霉(50億/g)均為山東合眾康源生物科技有限公司提供；易肥寶，湖南山河美環保科技有限公司；FT發酵菌劑(有效活菌數≥2×1010CFU/g)，武漢豐甜生物科技有限公司；枯草芽孢桿菌，山東益昊生物科技有限公司。

HH-2恒溫水浴鍋；FA-N電子天平；78-1磁力攪拌器。

1.2 實驗方法

1.2.1 微生物菌劑的選擇 取6個250 mL的三口燒瓶，分別加入100 mL豬血及10 g米曲霉、哈氏木霉、易肥寶、黑曲霉、FT發酵菌劑及枯草芽孢桿菌，在60 ℃攪拌反應12 h。取適量樣品，離心分離，測定氨基酸態氮含量及臭味指數。

1.2.2 預處理方法對發酵液氨基酸態氮含量、臭味指數的影響 取250 mL的三口燒瓶2個，第一個燒瓶中加入濃度為5%、碳氮比為1∶30的葡萄糖、尿素的混合液10 mL及10 g米曲霉，在32 ℃攪拌反應0.5 h。加入20 mL新鮮豬血繼續反應1 h，再加入 80 mL 豬血反應2 h，升溫至60 ℃攪拌反應 12 h。第二個燒瓶中直接加入10 g米曲霉及 100 mL 的新鮮豬血，在60 ℃攪拌反應12 h。取適量樣品，離心分離，測定氨基酸態氮含量及臭味指數。

1.2.3 最佳發酵條件的確定 以米曲霉、黑曲霉不同配比、加量、發酵溫度、發酵時間為因素，按照表1進行正交實驗，以氨基酸態氮含量、臭味指數為評價指標，確定最佳發酵條件。

表1 豬血發酵的正交實驗設計Table 1 Orthogonal experimental design of pig blood fermentation

1.2.4 最佳酸解條件的確定 以硫酸濃度、豬血與硫酸的配比、反應時間、反應溫度為因素，按表2進行正交實驗，以氨基酸態氮含量、臭味指數為評價指標，確定最佳酸解條件。

表2 豬血酸解的正交實驗設計Table 2 Orthogonal experimental design of pig blood acidolysis

1.2.5 放大實驗 1 500 mL的三口燒瓶中，加入濃度為5%、碳氮比為1∶30的葡萄糖/尿素的混合液100 mL及10 g米曲霉，在32 ℃攪拌反應0.5 h。加入200 mL新鮮豬血，反應1 h，加入800 mL豬血，繼續反應2 h后，在60 ℃下攪拌反應12 h。加入 4 mol/L 的硫酸100 mL，在100 ℃下反應12 h。以氨基酸態氮含量、氨基酸含量、臭氣指數、水不溶物含量、pH值為評價指標，確定廢棄豬血肥料化技術參數。

1.3 分析方法

1.3.1 氨基酸態氮含量測定 參見《GB 8186—2000釀造醬油》中氨基酸態氮的測定方法[7]。

1.3.2 氨基酸含量測定 參見《GB 17419—1988含氨基酸葉面肥料》中氨基酸含量測定方法[8]。

1.3.3 臭味指數測定 以6個人為一組，按照無臭味為0，輕微臭味為1，有臭味為2，明顯臭味為3，較強臭味為4，強烈臭味為5的評分標準進行評分[9]，計算平均值。注意打分時以10 s的間隔連續測定 5 min 的結果為宜。

2 結果與討論

2.1 微生物菌劑的選擇

實驗結果見表3。

表3 微生物菌劑種類對豬血發酵的影響Table 3 Effects of microbial agents on pig blood fermentation

由表3可知，微生物菌劑種類不同，發酵物中氨基酸態氮的含量、臭味指數不同，氨基酸態氮與臭味指數之間無相關性。以米曲霉為發酵菌劑，發酵液中氨基酸態氮的含量最高，為0.364 2 g/100 mL，臭味指數為3.4。以哈氏木霉為發酵菌劑，發酵液中氨基酸態氮的含量為0.324 4 g/100 mL，臭味指數最低，為3.2。故米曲霉或米曲霉與哈氏木霉的復配物應為廢棄豬血發酵的最佳菌劑。

米曲霉是一種好氧型真菌，其最佳培養溫度為30～35 ℃，在生長過程中產生3 999.2 U/g的蛋白酶[9]，蛋白酶的最適作用溫度為45～60 ℃[10]。

2.2 預處理方法對發酵液中氨基酸態氮含量、臭味指數的影響

實驗結果見表4。

由表4可知，米曲霉經活化處理后對豬血的降解效率明顯增加，臭味指數下降，其原因是活化處理促進了米曲霉孢子萌發、菌體生長、繁殖，縮短了米曲霉對數生長期到來的時間，在此過程中產生大量的蛋白酶，促進了豬血的降解。

表4 預處理方法對發酵液氨基酸態氮、 臭味指數的影響Table 4 Effects of pretreatment methods on amino acid nitrogen and odor index of fermentation broth

2.3 最佳發酵條件

實驗結果見表5。

表5 豬血最佳發酵條件正交實驗結果Table 5 Orthogonal experimental results of optimum fermentation conditions of pig blood

由表5可知，以發酵物中氨基酸態氮含量為評價指標，其最佳組合為：A1B3C3D3，即給100 mL的豬血中加入15 g米曲霉，在60 ℃下反應12 h；以臭味指數為評價指標，其最佳組合為：A1B3C3D3，即給 100 mL 的豬血中加入5 g米曲霉，在60 ℃下反應12 h。綜合考慮以上2個指標，其最佳組合為：A1B2C3D3，即給100 mL的豬血中加入10 g米曲霉，在60 ℃下反應12 h。

2.4 最佳酸解條件的確定

實驗結果見表6。

由表6可知，以氨基酸態氮含量為評價指標，豬血酸解的最佳組合為：A2B2C2D3，即給100 mL的豬血中加入濃度為4 mol/L的硫酸10 mL，在90 ℃下反應12 h；以臭味指數為評價指標，豬血酸解的最佳組合為：A2B2C3D2，即給100 mL的豬血中加入濃度為 4 mol/L 的硫酸10 mL，在100 ℃下反應8 h，綜合考慮以上兩個因素，其最佳組合為：A2B2C3D3，即給100 mL的豬血中加入濃度為4 mol/L的硫酸 10 mL，在100 ℃下反應12 h。

表6 豬血最佳酸解條件正交實驗結果Table 6 Orthogonal experimental table of optimum acidolysis conditions of pig blood

2.5 放大實驗

實驗結果見表7。

表7 自制產品與國家標準品對照表Table 7 Comparison of home-made products with national standards

由表7可知：①新鮮豬血肥料化過程中，米曲霉經活化、酶解、酸解可得到氨基酸態氮含量為 1.664 6 g/100 mL，臭味指數為0.2、氨基酸含量為11.8%、水不溶物含量為2.1%、pH值為5.4的氨基酸肥料，符合GB/T 17419—1998含氨基酸葉面肥料國家標準，克服了酶解法臭味大、施用難[12]及酸解法酸度高、污染大[13]的技術難題；②將米曲霉活化、酶解、酸解技術結合在一起，產品的氨基酸態氮含量大于單獨米曲霉活化、酶解與酸解的氨基酸態氮含量的總和，臭味指數明顯低于單獨活化、酶解與酸解工藝，說明采用米曲霉活化、酶解、酸解集成技術對新鮮豬血進行處理對氨基酸態氮含量、臭味指數具有增效作用。

3 結論

豬血經活化處理的米曲霉在60 ℃下酶解12 h，再加入10%的4 mol/L硫酸，在100 ℃下酸解12 h，可得到氨基酸態含量為1.664 8 g/100 mL、臭味指數為0.2、水不溶物含量為2.1%、pH值為5.4的液體肥料，該肥料符合國家含氨基酸葉面肥質量(GB/T 17419—1998)。解決了酶法豬血氨基酸肥料臭味大、施用不便及酸法豬血氨基酸肥料酸度高、污染大的技術難題。