馮瑞章，魏琴，周萬(wàn)海，王濤，李陽(yáng)波

1(宜賓學(xué)院發(fā)酵資源與應(yīng)用四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川宜賓，644000)2(宜賓學(xué)院生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，四川宜賓，644000)

食醋是日常生活不可缺少的大宗調(diào)味品，在釀造食醋的生產(chǎn)過(guò)程中因其用料和生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，導(dǎo)致釀造后產(chǎn)生大量醋渣。研究表明，每生產(chǎn)1t標(biāo)準(zhǔn)的固態(tài)發(fā)酵二級(jí)食醋，就有600～700 kg醋渣產(chǎn)生［1］。由于醋渣具有含水量大、酸度高、腐爛慢等特點(diǎn)，簡(jiǎn)單處理無(wú)法提高其附加值，直接作為飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不高，作為垃圾處理則既污染環(huán)境，又造成一定程度的浪費(fèi)。目前，對(duì)醋渣生產(chǎn)飼料蛋白［2-3］、醬油原料［4］、鮮味劑原料及循環(huán)回用［5］、栽培基質(zhì)［6］、沼氣發(fā)酵［7］等資源化利用方面有一定的研究，而將醋渣進(jìn)行高溫堆置生產(chǎn)有機(jī)肥的研究很少。

醋渣養(yǎng)分含量低，難分解的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素含量較高，通透性強(qiáng)［6］，而作為植物油品加工廠副產(chǎn)品的油菜籽粕，其顆粒較細(xì)，通透性較差，但養(yǎng)分含量高［8］。本研究以醋渣為主原料，添加一定量的油菜籽粕為輔料，高溫堆置生產(chǎn)有機(jī)肥料，爭(zhēng)取得到具有應(yīng)用價(jià)值的生產(chǎn)方法和工藝，為醋渣綜合利用開(kāi)辟新途徑。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

醋渣收集于四川省宜賓市天工釀造廠，油菜籽粕購(gòu)自植物油品加工廠。供試材料理化性狀見(jiàn)表1。

表1 堆肥原料的基本性質(zhì)Table 1 Properties of materials in the compost

1.2 堆置方法

試驗(yàn)于2012年5～6月在宜賓學(xué)院發(fā)酵資源與應(yīng)用四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行，醋渣與油菜籽粕以質(zhì)量比4∶1混合，調(diào)節(jié)混合物料的總含水率在59%～61%，尿素調(diào)節(jié)C/N為25左右，用生石灰調(diào)節(jié)pH值為7．0～7．1，將所有物料混合均勻后堆成高為1 m，體積約1．5 m3的錐體，設(shè)3次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)管理及樣品采集

堆肥開(kāi)始后前2周，每3天翻堆1次，以后每7天翻堆1次，觀察其顏色和氣味變化。每天上午10∶00和下午15∶00分別測(cè)定堆肥溫度和環(huán)境溫度。堆肥溫度為堆體表面、中部和底部溫度平均值，環(huán)境溫度為堆肥裝置周?chē)? m處溫度平均值。堆肥周期為56天，每7天采樣1次，采樣方式為五點(diǎn)采樣法，即在中心及四角部位采集樣品共約400～500 g，充分混合后，分成2份，即新鮮樣品(貯存于4℃的冰箱中備用)和待風(fēng)干樣品。風(fēng)干樣品磨碎后過(guò)0．25 mm篩，用于總有機(jī)碳、全氮和纖維素含量的測(cè)定，鮮樣用于測(cè)定含水量、pH值和種子發(fā)芽指數(shù)(germination index，GI)。

1.4 測(cè)定方法

總有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定;全氮采用凱氏定氮法;粗纖維含量采用自動(dòng)纖維素分析儀測(cè)定;含水量采用烘干法測(cè)定;pH值采用電極法測(cè)定。所有測(cè)定項(xiàng)目均設(shè)3次重復(fù)。

種子發(fā)芽指數(shù)測(cè)定:堆肥新鮮樣品與水按1∶10(質(zhì)量比)比例混合振蕩1 h，浸提液經(jīng)濾紙過(guò)濾后待用。把2片直徑為9 cm的濾紙放入干凈無(wú)菌的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中均勻播入25粒飽滿露白的小麥種子，用移液槍吸取10．0 mL上述堆肥濾液于培養(yǎng)皿中，同時(shí)以超純水為對(duì)照，每個(gè)樣品重復(fù)3次。將所有的培養(yǎng)皿放置于25℃培養(yǎng)箱中暗培養(yǎng)48 h，統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率并測(cè)定根長(zhǎng)，然后計(jì)算堆肥浸提液的種子發(fā)芽指數(shù) GI［9］。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，采用SPSS(13．0)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥的外觀變化

堆肥前醋渣為褐色，油菜籽粕為黃褐色，混合堆體顏色為黃褐色，氣味呈醋渣的酸味與油菜籽粕的混合味，堆肥7 d以后，氣味逐漸減輕;隨著堆肥發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，堆體顏色呈現(xiàn)由淺到深的變化，并從內(nèi)層開(kāi)始逐漸發(fā)黑;到14 d時(shí)，堆體出現(xiàn)白色菌絲，堆料有不同程度的結(jié)塊現(xiàn)象，堆體質(zhì)量明顯變輕，體積縮小;堆肥結(jié)束時(shí)，堆體體積縮小到原體積的1/2左右，堆肥成品呈深褐色，無(wú)臭味，有較明顯的腐殖氣息，不吸引蚊蠅，呈疏松的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

2.2 堆肥的溫度變化

堆肥過(guò)程中微生物的活動(dòng)與溫度密切相關(guān)，在一定溫度范圍內(nèi)，溫度每升高10℃，有機(jī)體的生化反應(yīng)速率提高一倍，微生物的種群結(jié)構(gòu)和代謝活力也會(huì)隨之發(fā)生改變［10-11］，尤其是堆肥的高溫階段，不僅能夠殺死堆料中所含致病微生物，而且能分解其中的有毒物質(zhì)，保證堆肥無(wú)害化和腐熟［12］。因此，溫度是衡量堆肥質(zhì)量和腐熟程度的重要指標(biāo)。由圖1可知，醋渣堆肥過(guò)程呈現(xiàn)4個(gè)典型的溫度階段，即升溫期、高溫期、降溫期和穩(wěn)定期。在堆肥的初始階段，隨著堆置時(shí)間的延長(zhǎng)，堆體溫度逐漸上升，堆肥第11天堆體溫度達(dá)到50．6℃，第19天達(dá)到最高溫度64．2℃，隨后溫度雖然逐漸下降，但堆溫高于50℃的時(shí)間一直持續(xù)到第24天，從堆肥第33天開(kāi)始，堆體溫度基本與環(huán)境溫度接近，直至堆肥結(jié)束。堆肥高溫期堆體內(nèi)部溫度在50～55℃持續(xù)5～7 d或大于55℃的時(shí)間達(dá)到3d以上才能有效地殺滅物料中含有的致病微生物，從而保證堆肥的衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)合格，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)［13-14］。本實(shí)驗(yàn)中醋渣堆肥的最高溫度為64．2℃，高于50℃的時(shí)間為13 d，完全能實(shí)現(xiàn)《糞便無(wú)害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) (GB7959，87)6》［14］的要求。

圖1 堆肥過(guò)程溫度變化Fig．1 Changes of temperature during composting

2.3 堆肥水分含量和pH值變化

由圖2可知，在整個(gè)醋渣堆置過(guò)程中堆體水分含量呈下降趨勢(shì)，堆肥初期含水率為61．2%，到堆肥結(jié)束時(shí)降為27．8%，水分含量降低了33．4%，堆肥過(guò)程中堆肥物料含水率的下降，與堆體溫度和高溫維持時(shí)間有關(guān)，也與堆體的透氣性有關(guān)［15］。

適宜的pH值是微生物有效降解有機(jī)質(zhì)的重要環(huán)境因素，pH的變化可以有效反映堆體中微生物的降解活動(dòng)，pH值過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響微生物的降解活動(dòng)，進(jìn)而影響堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量和腐熟度。由圖2看出，醋渣堆肥初期pH值隨著堆制過(guò)程的進(jìn)行而逐漸升高，到第21天時(shí)，pH值由最初的7．0升高到8．2，這可能是由于在堆肥前期微生物活動(dòng)使物料中含氮化合物水解和氨化作用，及高溫使有機(jī)酸揮發(fā)造成氨的積累和氫氧根的產(chǎn)生;隨后由于后期微生物活動(dòng)和氨化作用減弱、銨態(tài)氮逐漸轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮及硝態(tài)氮、硝化作用增強(qiáng)，釋放的H+不斷增多等原因，堆體pH值開(kāi)始下降［16］，到堆肥結(jié)束時(shí)，堆體pH值降至7．3。

2.4 堆肥的總有機(jī)碳、全氮及纖維素含量變化

堆肥腐熟是有機(jī)物的降解過(guò)程，表現(xiàn)為堆肥物料有機(jī)質(zhì)含量的降低，由表2可知，在堆肥初期，堆體總有機(jī)質(zhì)含量為775．2 g/kg，到第35天時(shí)，有機(jī)質(zhì)含量降低至602．4 g/kg，較初期降低了22．5%，堆肥結(jié)束時(shí)，堆體有機(jī)質(zhì)含量較初堆時(shí)降低了32．3%，說(shuō)明在醋渣堆肥的過(guò)程中堆體的有機(jī)質(zhì)含量呈明顯的下降趨勢(shì)，且表現(xiàn)為前期(35 d前)降低較快，后期相對(duì)較慢。這可能是因?yàn)樵诙逊是捌谖⑸镏饕每扇苄蕴呛陀袡C(jī)酸、淀粉等易分解的有機(jī)質(zhì)，而中后期隨著易降解物質(zhì)的減少，微生物需利用較難降解的有機(jī)物質(zhì)(如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等)作為碳源，這些纖維素、半纖維素的利用，導(dǎo)致堆體的纖維素含量在堆肥后較堆肥前降低了約28．1%，且堆體中纖維素含量降低的速率在堆肥前期(35 d前)明顯低于堆肥后期。

圖2 堆肥過(guò)程水分含量和pH值變化Fig．2 Changes of water content and pH value during composting

表2 堆肥過(guò)程中總有機(jī)碳、全氮及纖維素含量變化Table 2 Changes of total organic carbon，total nitrogen and coarse fibers during composting

堆肥過(guò)程中的氨氮損失和微生物的同化作用同時(shí)存在，共同影響堆肥中全氮的含量，由表2可知，在醋渣堆肥的過(guò)程中，堆體全氮含量有一定升高，堆肥結(jié)束時(shí)堆體的全氮含量較初堆時(shí)增加了10．0%，雖然全氮的增幅不是很大，但C/N值的變化較大，由堆置初期的25．1降至結(jié)束時(shí)的15．3。一般認(rèn)為腐熟的堆肥C/N值應(yīng)小于20［17］，但由于不同物料的初始和終點(diǎn)C/N值的差異很大，而且許多堆肥原料的初始C/N值較低，從而影響了這一參數(shù)的廣泛應(yīng)用［18］。Morel等認(rèn)為C/N值小于20只是堆肥腐熟的必要條件，建議采用T=(終點(diǎn)C/N)/(初始C/N)來(lái)評(píng)價(jià)腐熟度，并提出當(dāng)T小于0．6時(shí)堆肥達(dá)到腐熟［19］。也有人認(rèn)為腐熟的堆肥T值應(yīng)在0．53～0．72或者 0．49～0．59［20-21］，本研究的 T 值為 0．61，達(dá)到堆肥腐熟要求。

2.5 堆肥的種子發(fā)芽指數(shù)

隨著醋渣堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)，種子發(fā)芽指數(shù)(GI)呈現(xiàn)先降低再上升的趨勢(shì)，在堆置初期，浸提液處理種子后小麥種子發(fā)芽率約為16%，堆肥開(kāi)始以后，由于堆肥前期產(chǎn)生的高濃度氨、小分子有機(jī)酸及多酚、胺類(lèi)等有害物質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽產(chǎn)生抑制，到堆肥的第7天和14天GI分別降至7%和3%，達(dá)到最低值;隨后GI值逐漸上升，堆肥結(jié)束時(shí)GI為81%，達(dá)到堆肥沒(méi)有植物毒性或堆肥已經(jīng)腐熟的要求［22］。

圖3 堆肥過(guò)程種子發(fā)芽指數(shù)變化Fig．3 Changes of germination index during composting

3 結(jié)論

以醋渣為主要原料，與油菜籽粕以4∶1的質(zhì)量比混合，調(diào)節(jié)混合物料的總含水率、C/N和pH值，然后將混合物料進(jìn)行好氧堆肥。堆肥結(jié)束后，堆體的體積變小、質(zhì)量變輕、顏色變深，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)疏松，且有明顯的腐殖氣息。堆肥過(guò)程中，堆體的最高溫度達(dá)到64．2℃，且大于50℃的高溫持續(xù)時(shí)間達(dá)到13 d;堆肥過(guò)程中物料的水分含量持續(xù)降低，堆肥結(jié)束時(shí)的水分含量較堆置前降低了33．4%;pH值呈現(xiàn)先升高、后降低的趨勢(shì)，在第21天使達(dá)到最高值8．2，隨后逐漸降低，到堆肥結(jié)束時(shí)，堆體pH值降至7．3;堆肥結(jié)束后物料的總有機(jī)碳、粗纖維含量分別較堆肥前降低了32．3%和 28．1%，全氮含量較堆置前增加了10．1%，C/N 由 25．1 降低到 15．3;堆肥結(jié)束時(shí)種子發(fā)芽率指數(shù)達(dá)到81%，符合堆肥腐熟標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，醋渣具有較好的高溫堆肥潛力，利用好氧高溫堆肥技術(shù)處理醋渣既能變廢為寶，又有利于環(huán)境保護(hù)。

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