基于发酵法探讨动物粪便饲料再生化的研究

2022-11-21张国栋山东省阳谷县畜牧兽医事业发展中心

中国畜牧业 2022年17期

文│张国栋（山东省阳谷县畜牧兽医事业发展中心）

目前，家畜养殖业发展迅速，导致动物粪便大量堆积，据资料显示，1万头的猪场日粪便量高达17.5吨，其中氮排量为105千克，磷的排放量为70千克。2003年全国畜禽类产生的粪便量约有26.84亿吨，与此同时，工业生产活动中产生的固体废弃物为10.04亿吨，不难算出，禽畜产生的粪便量是工业生产活动中产生的固体废弃物量的2.77倍。大型养殖场的动物粪便综合管理和开发落后，90%以上的产业未进行环境影响评价。此外，全国性的动物粪便无害化处理、回收或商业化率低于29%，动物粪便已成为中国一个主要的污染源。值得注意的是，若将养殖场中产生的废弃物直接排出会加重环境污染，还会对人类及动物的健康造成威胁。随意排放动物粪便会通过生态环境污染带来水体富营养化，造成水污染；产生的气体伴有恶臭气味或本身携带有害物质，污染空气；土质过肥腐蚀田地，污染土壤；也会损坏人类和动物健康状况，因为许多致病菌和寄生虫会通过各种渠道传播，这使得畜禽养殖业的可持续发展受到影响。因此，亟需加强动物粪便的无害化处理或回收工作，防止和减少环境污染。畜禽养殖场废弃物的加工处理方式多种多样，包括物理方法、化学方法、微生物发酵法、多种方式综合法等，本试验采用的是微生物发酵方法中的厌氧发酵法处理畜禽粪便，从而实现资源化利用。

目前，乳酸菌、酵母菌、霉菌等菌种被广泛应用在微生物发酵饲料中。其中，酵母菌能发酵糖类物质，同时其自身也含有各种氨基酸、维他命、酵素等。家禽排泄物中含有大量未消化的粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪等。将酵母菌应用于发酵中能产生大量的菌体蛋白、维生素及多种消化酶，改善蛋白质品质，降低粗纤维含量，帮助其消化，同时还可产生促生长因子，有助于增加畜禽机体的免疫力和抗病能力。采用酵母菌发酵能提高饲料原料中粗蛋白质、粗脂肪、总磷等营养的参数水平。

本试验采用了枯草芽孢杆菌、屎肠球菌、酿酒酵母、植物乳酸杆菌、热带假丝酵母、产朊假丝酵母6种菌，将不同比例的鸽粪、麸皮、玉米、糖蜜混合物进行发酵处理，测定不同时间段的各项指标，再结合以往的研究文献，讨论本试验的结果正确性以及方案的可行性。为畜禽养殖业尽可能地提供技术支持，以促进其可持续发展。

一、材料与方法

1.试验材料及试剂。菌种：枯草芽孢杆菌、产朊假丝酵母、屎肠球菌、热带假丝酵母、植物乳杆菌、酿酒酵母。发酵原料：鸽粪、麸皮、玉米、糖蜜。

枯草芽孢杆菌培养基（200毫升）：蛋白胨1克、牛肉浸膏（浸提物）0.6克、NaCl 1克、琼脂3克。

酵母菌培养基（200毫升）：酵母膏2克、蛋白胨4克、葡萄糖4克、琼脂4克（先将称量好的酵母膏、蛋白胨和琼脂放入180毫升纯水中，葡萄糖加入到20毫升纯水中，灭菌后再混合）。

乳酸菌培养基（200毫升）：酪蛋白胨2克、牛肉膏2克、酵母（浸）粉1克、葡萄糖1克、乙酸钠1克、柠檬酸铵0.372克、MgSO4·7H2O 0.04克、MgSO4·H2O（放入1毫升纯水中）200微升、tween80 0.2毫升、K2HPO40.4克、琼脂3克。

2.试验方法。

液体培养：（1）将配好的培养基（不放琼脂）各吸取5毫升到3支试管中，吸取酵母菌4.5毫升（葡萄糖灭菌后再加上0.5毫升），试管口用棉塞塞好再进行灭菌。

（2）在复壮后的菌种中挑取形态尽量一样，大小一致的菌落。

（3）培养基需晾凉才能放入菌种。

（4）接种完成后放入摇床摇24小时。

菌种混合发酵鸽粪：对试验所需的鸽粪进行粉碎等预处理，再对其进行成分分析，形成固形物。与此同时复壮以及活化试验所需的菌种，扩大培养后得到种子液。将固形物接种到种子液中，排去空气，密封，放入培养箱中，30℃下进行培养发酵，再对其进行发酵参数优化，发酵产物成分分析，最终得到成品。

菌种为热带假丝酵母、产朊假丝酵母、酿酒酵母、植物乳杆菌、屎肠球菌、枯草芽孢杆菌进行混合无氧发酵。菌种浓度为5%。

发酵基础料分组：总重100克。

①40%鸽粪＋40%麸皮＋10%玉米＋10%糖蜜

②30%鸽粪＋50%麸皮＋10%玉米＋10%糖蜜

③50%鸽粪＋35%麸皮＋10%玉米＋5%糖蜜

④40%鸽粪＋45%麸皮＋10%玉米＋5%糖蜜

⑤30%鸽粪＋55%麸皮＋10%玉米＋5%糖蜜

3.指标测定。

（1）感官评定。对不同处理的发酵基料在24、48、72、96小时分别取样，对不同样本进行感官测定，主要从颜色、质地、气味3个方面测定。

（2）pH的测定。在混合菌种发酵鸽粪的各个时间段取5克样品分别放入小烧杯中，并加入45毫升的纯水与之混合并搅拌静置10分钟，将pH计调零后测量样品pH。

（3）干物质的测定。依据GB5009.3-2010直接干燥法测定干物质含量。先将称量瓶恒重，称取4克左右发酵样品放入其中，一起置于烘箱中，105℃下烘1小时，盖好取出，放入干燥器中冷却半小时后称重，重复操作，直至恒重。计算公式如下：干物质回收率＝样品干物质的重量/未发酵前干物质的重量。

（4）粗蛋白质含量的测定。根据GB/T6432-1994，采用凯氏定氮法测定粗蛋白质含量，在测定干物质含量时，所取样品被烘干至恒重，再从该恒重样品中取0.3克左右，加入催化剂和硫酸对其进行消化，直到溶液澄清呈蓝绿色，再待其冷却，用自动凯氏定氮仪测定含氮量。

（5）氨基酸态氮的测定。取5克样品加入45毫升纯水中，在50℃水浴中萃取30分钟，每隔10分钟搅拌1次，萃取完毕后室温冷却，测定初始pH；静置后吸取5毫升上清液，并定容至100毫升，搅拌均匀后测定pH，记录，用标准氢氧化钠溶液滴定至pH＝8.2，记下氢氧化钠初始刻度及滴定后刻度线；最后准确加入10毫升甲醛溶液，搅拌均匀，再用氢氧化钠标准溶液接着上一步骤滴定至pH为9.2，记录滴定刻度。

二、结果与分析

1.不同发酵基料和发酵时间对感官的影响。试验将4种不同比例的发酵料混合物在30℃的培养箱中恒温发酵，分别在24、48、72、96小时取样记录。在5%菌液添加量下，鸽粪比例越多，酸味越重；清香随时间的增长而减少，从72小时开始出现白地霉，96小时时出现霉味；比例为4∶4∶1∶1和3∶5∶1∶1随时间增长土腥味减少，比例为5∶3.5∶1∶0.5无土腥味，而4∶4.5∶1∶0.5和3∶3.5∶1∶0.5土腥味逐渐加重；状态均为固态，并且硬度随着时间增长而变软，表湿润度也随之增加。

2.不同发酵基料和发酵时间对pH的影响。总体上看，当混合菌液浓度为5%时，发酵底物的pH整体呈降低趋势，鸽粪:麸皮:玉米:糖蜜的比例为3∶5∶1∶1，发酵72～96小时，pH降低明显，有机酸大幅提升。

3.不同发酵基料和发酵时间对干物质含量的影响。发酵产物干物质率的大致规律为随时间先降低后升高，72小时左右达到最低值，鸽粪∶麸皮∶玉米∶糖蜜的比例为4∶4∶1∶1，在发酵72小时后干物质含量下降不明显，且在发酵96小时后持续小幅下降，其余均略有上升，但差异并不显著。

4.不同发酵基料和发酵时间对粗蛋白质含量的影响。发酵各组，蛋白总体变化趋势相对稳定，鸽粪:麸皮:玉米:糖蜜比例为5∶3.5∶1∶0.5时粗蛋白质含量与其他组差异明显，鸽粪∶麸皮∶玉米∶糖蜜为4∶4.5∶1∶0.5比例发酵48小时后，粗蛋白质含量增加，但差异不明显。

5.不同发酵基料和发酵时间对氨基酸态氮含量的影响。菌液在5%的添加量下，所有比例发酵基料在发酵后呈现先降后升的趋势，鸽粪∶麸皮∶玉米∶糖蜜为4∶4.5∶1∶0.5时发酵48小时后氨基酸态氮含量较其他组下降较为明显，3∶5∶1∶1时在发酵72小时后测得氨基酸态氮较初始含量显著升高。

三、讨论

感官评定是发酵工艺中的一项重要指标。本试验中，经过发酵后pH的变化趋势均为显著下降，研究表明，菌种在进行无氧发酵过程中产生乳酸、丁酸等短链脂肪酸而导致pH降低，同时原料自身含有的一定的乳酸菌，发酵使得其数量增加，且酵母菌在增殖过程中会产生一定量的丙酮酸、琥珀酸等代谢产物，从而使乳酸菌的活动受到刺激，为其提供营养物质，降低原料pH。

试验中，随着时间的推移，发酵后干物质量呈先下降后上升的趋势，发酵前期，菌种在利用发酵底物中的物质合成自身成分，并释放出代谢产物，干物质量呈下降趋势，后期发酵物料中的生物量增长速度超过发酵底料的消耗速度，干物质量呈上升趋势。

本试验结果发现，5%菌液添加量组的蛋白质含量提高不明显，可能是接种量、料水比和pH等影响了复合菌种降解蛋白。研究报道，酵母本身蛋白质含量为45%～60%，其大量增殖的同时提高了发酵底物的粗蛋白含量。

混合菌剂中的白地霉可以将一些小分子物质重组，使其重组为大分子物质，发酵过程中分解产生的氨和添加的尿素、白地霉也能将其转化为氨基氮，使大部分非氨基氮重组为氨基氮，因此，鸽粪发酵基料中的蛋白质和氨基酸含量较高，同时发酵基料中含有大量的生长因子，本试验氨基酸态氮含量整体呈上升趋势。