鹅源草酸青霉发酵鸡粪工艺的研究

徐东枫等

摘 要：为了利用微生物发酵鸡粪生产高质量的有机肥料，为鸡粪资源的合理利用和减少环境污染提供有效的解决途径。本文以从五龙鹅肠道分离的草酸青霉为发酵菌株，通过对鹅源草酸青霉发酵鸡粪生产生物肥料和减少环境污染的研究，来探讨发酵鸡粪的工艺条件。结果表明：利用草酸青霉为发酵菌株发酵鸡粪，使鸡粪中的氮、无机磷、有机质的含量分别提高12.13%、74.7%、15.6%；粗纤维的含量降低39.15%；氨气浓度降低了55.12%；发酵后的鸡粪大肠杆菌菌值为0.04，明显高于未发酵鸡粪（0.0004）；寄生虫卵死亡率为96%。通过正交优化试验确定的发酵鸡粪的工艺为：氮增幅最大时的发酵时间为60h，料水比为1：2，料层厚度为45cm，发酵温度为32℃；无机磷增幅最大时的发酵时间为60h，料水比为1：2，料层厚度为35cm，发酵温度为32℃；氨气浓度降低幅度最大时的发酵时间为60h，料水比为1：3，料层厚度为35cm，发酵温度为32℃。

关键词：鹅源草酸青霉；鸡粪；发酵；工艺

随着我国集约化畜禽养殖业的不断发展，畜禽粪便量急剧增加[1]。粪便中含有大量的病原微生物、寄生虫、球虫及其虫卵，在自然堆放的环境条件下，不断向周围环境释放硫化氢、氨气、吲哚等物质，造成养殖场周围环境臭气熏天，蚊蝇孳生，污水横流，污染环境，并引起疾病的传播。因此，合理、高效地处理畜禽粪便问题成为影响我国养殖业持续健康发展的关键因素之一，对鸡粪的科学利用和无害化处理研究迫在眉睫[2]。同时发酵好的家禽粪也是一种优质速效的有机肥，可作为蔬菜或其他经济作物的基肥和追肥，不仅能提高产量，而且能改善农产品品质、经济效益大大提高[3]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 发酵底物 小麦秸由山东省莱阳市郊区购进，选用当年产的、同一土壤类型、籽实收获后无霉烂变质的风干小麦秸，切断成5cm长的小段，粉碎，粒度为40目。麸皮：市售。鸡粪：购自青岛田瑞牧业科技有限公司。

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

1.1.3 发酵培养基 改良马丁液体、固体培养基：用于培养草酸青霉。

1.2 试验设计 发酵鸡粪培养基底物的组成为：鸡粪70%，小麦秸25%，麸皮5%；氮源为硫酸铵，添加量1.0%；草酸青霉菌液的接种量为10%。

1.2.1 发酵温度筛选的试验设计 分别设计25、35、45、55℃的温度，通过检测氮、磷、无机磷、钾含量、氨气浓度、大肠杆菌菌值和寄生虫卵计数，确定发酵鸡粪的最佳温度。

1.2.2 发酵时间筛选的试验设计 分别设计3、5、7、10d的时间，通过检测氮、磷、无机磷、钾含量、氨气浓度、大肠杆菌菌值和寄生虫卵计数，确定发酵鸡粪的最佳时间。

1.2.3 料水比筛选的试验设计 分别设计1：1、1：2、1：3、1：4的料水比，通过检测氮、磷、无机磷、钾含量、氨气浓度、大肠杆菌菌值和寄生虫卵计数，确定发酵鸡粪的最佳料水比。

1.2.4 料层厚度筛选的试验设计 分别设计10、20、30、40cm的料层厚度，通过检测氮、磷、无机磷、钾含量、氨气浓度和大肠杆菌菌值和寄生虫卵计数，确定发酵鸡粪的最佳料层厚度。

1.2.5 正交优化 通过正交优化试验确定最终的发酵鸡粪的工艺。

1.2.6 成分比较 将新鲜鸡粪和发酵鸡粪的主要营养成分含量进行比较，包括粗蛋白、粗纤维、氮、磷、无机磷、钾和有机质的检测比较。

1.3 测定方法 ①Ca测定采用K2MnO4滴定法；②P、无机磷的测定采用分光光度法；③粗纤维（CF）、酸性洗涤纤维（ANF）、中性洗涤纤维（NDF）用纤维分析仪分析；④粗蛋白（CP）、N含量采用从Sweden进口的FOSS TECATOR QUALITY ASSURANCE进行检测；⑤K的测定采用火焰光度法；⑥氨气采用纳氏试剂比色法；⑦寄生虫卵计数采用血球计数板计数法；大肠杆菌检测采用实验室常规肠杆菌科检测方法。

1.4 数据处理 数据统计利用SAS 8.1软件包中的平衡试验设计方差分析过程（ANOVA）进行，均值的多重比较采用Duncan法进行，试验数据以“±s”表示。

2 结果与分析

2.1 温度对发酵鸡粪效果的影响 见表1、表2。

由表1、表2可知，随着温度的升高，发酵产物氮、无机磷含量逐渐升高，其增加量在35℃达到最高值，增加量分别为6.28‰、4.36‰，显著（P<0.05）高于1组，极显著（P<0.01）高于其余各组。发酵产物的氨气浓度先降低后增高，在35℃达到最低浓度，显著（P<0.05）低于1组，极显著（P<0.01）低于其余各组；磷、钾含量在35℃时与各组间差异不显著（P>0.05）；大肠杆菌值、寄生虫卵死亡率分别达到0.04、95%。温度高于35℃之后，氨气浓度的降低幅度和氮、无机磷含量的增长幅度开始下降，所以继续升高温度，反而不利于草酸青霉的生长，故在生产中采用35℃较为合适。

2.2 时间对发酵鸡粪效果的影响 见表3、表4。

由表3、表4可以看出，随着发酵时间的增长，发酵产物氮、无机磷含量的增幅呈现逐渐下降的趋势，发酵3d，产物的氮、无机磷增加量最大，分别为6.22‰、4.40‰，显著（P<0.05）高于2组，极显著（P<0.01）高于其余各组。发酵产物氨气浓度的降幅呈现逐渐下降的趋势，发酵3d，氨气浓度降低量最大，为23.42 mg/kg，显著（P<0.05）高于2组，极显著（P<0.01）高于其余各组，磷、钾含量在3d时与各组间差异不显著（P>0.05）；大肠杆菌值、寄生虫卵死亡率分别达到0.042、96%。从发酵结果可以看出发酵最适时间应为3d。

2.3 料水比对发酵鸡粪效果的影响 见表5、表6。

由表5、表6可以看出，随着料水比的增加，氮、无机磷含量先增加后降低，磷、钾含量变化不大。在料水比为1：2的时候，发酵产物中的氮、无机磷的增加量最大，分别为6.24‰、4.40‰，且与3组差异显著（P<0.05），与其他各组差异极显著（P<0.01）。氨气浓度先降低后增加，在料水比为1：2的时候，氨气浓度降低量最大，为25.41mg/kg，且与4组差异显著（P<0.05），与其他各组差异极显著（P<0.01）。此时，大肠杆菌值、寄生虫卵死亡率分别达到0.04、96%。从发酵结果可以看出发酵的最佳料水比应为1：2。

2.4 料层厚度对发酵鸡粪效果的影响 见表7、表8。

从表7、表8可看出，随着料层厚度的增加，发酵产物的氮、无机磷含量的增幅逐渐变大，磷、钾含量变化各组间差异不显著（P>0.05）。当料层厚度为40cm时，发酵产物的氨气浓度降低量最大，为24.13mg/kg，此时，大肠杆菌值、寄生虫卵死亡率分别达到0.04、96%。从发酵结果可以看出发酵的最佳料层厚度应为40cm。

2.5 扩大培养中工艺条件的研究 为了检验上述条件对氮、无机磷含量、氨气浓度的影响，选择正交试验以确定发酵的最佳工艺条件，此次试验设计的是四因素三水平正交试验，采用L9（34）正交表，分析结果见表9、表10、

由表10中R值分析可知，影响氮增幅正交试验结果的因素的主次顺序依次为A>C>D>B，即对氮增幅的影响因素依次为发酵时间、料层厚度、发酵温度、料水比。

从K值分析可知，因素A中，KG1最大，则取水平1；因素B中，KG1最大，则取水平1。同理，因素C取水平3；因素D取水平2。综合起来，A1B1C3D2组合氮增幅最大，即发酵时间为60h，料水比为1：2，料层厚度为45cm，发酵温度为32℃。

由表11中极差R值分析可知，影响无机磷增幅正交试验结果的因素的主次顺序依次为A>C>D>B，即对氮增幅的影响因素依次为发酵时间、料层厚度、发酵温度、料水比。

由表12中极差R值分析可知，影响氨气浓度降低幅度正交试验结果的因素的主次顺序依次为A>C>B>D，即对氮增幅的影响因素依次为发酵时间、料层厚度、料水比、发酵温度。

从K值分析可知，A1B2C1D2组合氨气浓度降低幅度最大，即发酵时间为60h，料水比为1：3，料层厚度为35cm，发酵温度为32℃。

综上可知，鹅源草酸青霉发酵鸡粪生产生物肥料发酵条件的优化试验结果表明：氮增幅、无机磷增幅、氨气浓度降低幅度最大时的最适发酵时间均为60h；料水比分别为1：2、1：2、1：3；料层厚度分别为45、35、35cm；发酵温度均为32℃。

2.6 新鲜鸡粪和发酵鸡粪的各成分比较 见表13。

由表13可知，经过菌体发酵的鸡粪比新鲜鸡粪的粗蛋白、氮、有机质、无机磷的含量提高较大，磷、钾的含量及大肠杆菌值也有所提高。发酵鸡粪的粗纤维含量和氨气的浓度都大大的下降，大肠杆菌值、寄生虫卵死亡率也显著提高。

结果表明：发酵后的鸡粪使其氨味大幅度减少，并保持有较多的氮素、有机质及磷，其中所含的虫卵及病原菌也大大减少。这既杜绝对环境的污染，又减少畜禽疫病的流行，还增加鸡粪的肥效。

3 讨论

3.1 温度 温度是影响有机体存活与生长的重要因素之一[4]。在微生物发酵过程中，温度对其的影响主要体现于两个方面：①随着温度的升高，微生物细胞的生物化学速率和生长速率均加快；②微生物菌体中核酸、蛋白质都对温度极其敏感，尤其是蛋白质，过高的温度可使蛋白质初步变性，维持其高级结构的作用力受到不同程度的破坏，使得微生物繁殖速度有所降低，温度过低又抑制了酶的活性[5]，蛋白质的合成速度降低。因此，温度过高、过低均不利微生物的生长[6]。

3.2 时间 微生物发酵，发酵时间不同所得到的发酵产物也会有所区别。对于鸡粪秸秆发酵，发酵时间不够，菌体生长不完全，发酵产物中菌体蛋白含量较低，发酵物料没有被微生物分解完全[7]。发酵时间过长，菌体自溶现象迅速出现，使得发酵产物质量不高，酸度过大。发酵周期长短是影响设备利用率、生产成本及产品质量的重要因素，本试验结果表明：最佳发酵时间为60h。

3.3 含水量 发酵基质中含水量过低，造成基质膨胀程度低，微生物生长受抑制，后期由于微生物生长及蒸发造成物料较干，微生物难以生长，产量降低；含水量过高，会导致基质多孔性降低，发酵物粘度过大[8]，减少基质内气体的体积和气体交换，难以通风、降温，产品氮含量明显降低。本试验结果表明，随着料水比的增加，氮、无机磷含量增幅先增加后降低，在料水比为1：2的时候，发酵效果最佳。这是因为随发酵基质中水分的增加，其粘度增大，因而发酵物料的通气量受到影响，当料水比为1：2时，正适合草酸青霉的生长，所以此时氮含量增幅达到较高的水平；这时不要额外加水，发酵底物所含水分适合发酵，这样既节约了资源，又节省了发酵生产的工作量，达到本文节省成本、提高经济效益的目的。综合经济和实践方面考虑，在生产上采用1：2的料水比是适合的。

4 结论

通过对鸡粪秸秆发酵的工艺条件的研究结果表明：氮增幅、无机磷增幅、氨气浓度降低幅度最大时的最适发酵时间均为60h；料水比分别为1：2、1：2、1：3；料层厚度分别为45、35、35cm；发酵温度均为32℃。对发酵后鸡粪的营养成分分析表明，鸡粪经发酵后，感官指标、理化成分和微生物指标均有较大提高。

参考文献：

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[2] 陈大鹏，马文东.接种外源微生物对鸡粪堆肥的影响[J].黑龙江农业科学，2007，（6）：64-66.

[3] 夏飚.如何用金宝贝发酵助剂将鸡粪发酵制成上等有机肥[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] 李庆康，王志明，袁灿生，等.利用有效微生物菌群进行鸡粪处理的研究[J].农业环境保护，2001，20（4）：217-220.

[6] 周德庆.微生物学教程[J].高等教育出版社，1996，4.

[7] 赵京音，姚政.微生物制剂促进鸡粪堆肥腐熟和臭味控制的研究[J].上海农学院学报，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.