鄧永芳 羅林森 李雪蓉

[摘 要] 為了充分利用三峽庫(kù)區(qū)廢棄芹菜，尋找最適合三峽庫(kù)區(qū)廢棄芹菜的發(fā)酵條件，本文以三峽庫(kù)區(qū)廢棄芹菜作為原料，以含水量與pH值作為影響因素（含水量取38%、89%、95% 3個(gè)水平，pH值取3.0、4.5、5.0 3個(gè)水平），利用軟件設(shè)計(jì)正交表，根據(jù)表格所搭配的含水量與pH值，配以30 g芹菜與18 mL發(fā)酵菌液為發(fā)酵原料進(jìn)行發(fā)酵。同時(shí)，以可溶性糖含量作為發(fā)酵結(jié)果檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，每2 d測(cè)量一次數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與計(jì)算分析。結(jié)果表明，在25 ℃溫度條件下，含水量為38%、pH值為4.0時(shí)廢棄芹菜發(fā)酵效果最好。

[關(guān)鍵詞] 芹菜;發(fā)酵;三峽庫(kù)區(qū)

[中圖分類號(hào)] TS255.5;TQ920.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [文章編號(hào)] 1674-7909（2020）03-103-3

三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)作物種類繁多，資源豐富，但除了少數(shù)被用作食用、畜牧飼料、食品與生物肥料和農(nóng)用燃燒外，大多數(shù)被直接焚燒或遺棄[1]。這既浪費(fèi)了資源，又污染了環(huán)境;既不環(huán)保，又不高效[2]。因此，對(duì)廢棄農(nóng)作物再循環(huán)利用的研究迫在眉睫。

目前，我國(guó)用于發(fā)酵的廢棄農(nóng)作物主要是農(nóng)作物秸稈，如玉米、小麥、水稻等作物秸稈[3-5]，這對(duì)廢棄農(nóng)作物的再循環(huán)利用有很大的幫助。同時(shí)，相關(guān)學(xué)者還開(kāi)展了對(duì)其他原材料的發(fā)酵研究，如海南椰子廢棄物、熱帶農(nóng)作物木薯、廢棄的果蔬等，研究?jī)?nèi)容隨著特定地區(qū)需求而開(kāi)展。其中，蔬菜多用于食用[6]，然而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中卻有很多蔬菜被丟棄，既破壞了環(huán)境，又浪費(fèi)了資源。自三峽庫(kù)區(qū)形成以來(lái)，學(xué)者對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的研究主要集中于環(huán)境、生物、氣候、地質(zhì)等方面，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)廢棄農(nóng)作物如芹菜再循環(huán)利用的研究甚少。基于此，筆者以芹菜作為試驗(yàn)原材料，探尋最適合三峽庫(kù)區(qū)廢棄芹菜的發(fā)酵條件，以充分利用三峽庫(kù)區(qū)廢棄芹菜。芹菜（Apium graveolens L.）是一種草本植物[7]，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素，具有一定的藥用價(jià)值。芹菜中含有豐富的纖維素，纖維素經(jīng)降解形成葡萄糖，通過(guò)對(duì)葡萄糖含量的測(cè)定來(lái)檢驗(yàn)纖維素的降解結(jié)果，可篩選最適合降解的參數(shù)值。

在廢棄農(nóng)作物發(fā)酵試驗(yàn)中，多是按照不同固液配比進(jìn)行發(fā)酵，而忽略了發(fā)酵原料本身含水量及發(fā)酵初始pH值對(duì)發(fā)酵效率的影響。鑒于此，本試驗(yàn)采取不同條件處理后，具有不同初始含水量的廢棄芹菜在不同初始pH值下進(jìn)行發(fā)酵，得出廢棄芹菜發(fā)酵時(shí)的最適初始含水量和pH值，為三峽庫(kù)區(qū)廢棄農(nóng)作物發(fā)酵條件的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

芹菜（市購(gòu)）、紅糖（市購(gòu)）、生物菌肥發(fā)酵劑（鄭州農(nóng)富康生物科技有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 芹菜預(yù)處理。取3組芹菜若干，第一組芹菜自然放置;第二組芹菜置于烘箱內(nèi)，75 ℃烘干24 h后取出;第三組芹菜置于烘箱內(nèi)，75℃烘干48 h取出。將3組芹菜分別取少量進(jìn)行含水量測(cè)定。含水量=（M1-M2）/（M1-3）×100%，其中M1為皿器加樣品烘前質(zhì)量，M2為皿器加樣品烘后質(zhì)量，M3為皿器質(zhì)量。經(jīng)計(jì)算得第一組含水量為95%，第二組含水量為89%，第三組含水量為38%。

1.2.2 發(fā)酵菌激活。取100 mL蒸餾水于燒杯中，將蒸餾水燒開(kāi)，紅糖倒入沸水中煮3～5 min，目的是殺死紅糖中的雜菌。將燒杯進(jìn)行冷卻，待水溫低于40 ℃時(shí)，倒入菌粉攪拌均勻。密封燒杯謹(jǐn)防漏氣。通過(guò)加入不同量的紅糖來(lái)調(diào)節(jié)pH值。經(jīng)調(diào)節(jié)獲得三組pH配比：第一組為1 g菌粉加100 g紅糖，pH值為3.5;第二組為1 g菌粉加50 g紅糖，pH值為4.0;第三組為1 g菌粉加10 g紅糖，pH值為5.0。

1.2.3 物料混合。記初始含水量為因素A，pH值為因素B，取30 g處理后的原料加入18 mL菌液，按照初始含水量與pH值所生成的正交表進(jìn)行混合并記錄好標(biāo)簽，常溫發(fā)酵，見(jiàn)表1。

1.2.4 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作。采用蒽酮法測(cè)定葡萄糖含量，經(jīng)測(cè)定得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程式：y=0.007x-0.067 4（R2=0.984 6）。

1.2.5 樣品中可溶性糖含量的測(cè)定。采用蒽酮法測(cè)定發(fā)酵芹菜中的可溶性糖含量。需注意的是，當(dāng)樣品讀取OD值大于標(biāo)準(zhǔn)曲線所測(cè)OD值的最大值時(shí)，將提取液稀釋20倍并重復(fù)糖含量測(cè)定步驟。記錄稀釋編號(hào)、OD值與稀釋倍數(shù)。每隔2 d對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一次測(cè)量、記錄，查標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算葡萄糖含量（μg）。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

將記錄的數(shù)據(jù)錄入Microsoft Excel 2010，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與繪圖。樣品糖含量計(jì)算公式如下：樣品含糖量（g/100 g鮮質(zhì)量）=（查表所得糖含量/稀釋倍數(shù)）×100%。

2 結(jié)果與分析

將所記錄的值錄入表格。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線所導(dǎo)出的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，記錄計(jì)算結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2所計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，結(jié)果見(jiàn)圖1～3。分析圖1～3和表1～2可以得出：①隨著時(shí)間的增加，糖含量先降低后增加;②編號(hào)3、6、8所對(duì)應(yīng)的含水量與pH值下的糖含量累積較高，其他編號(hào)所對(duì)應(yīng)的含水量與pH值下的含糖量累積較少;③在含水量為38%時(shí)，所測(cè)得糖含量普遍高于另外2個(gè)含水量;④pH值對(duì)糖含量影響不明顯，在同一pH值下，含水量較少的糖含量較高。

隨著時(shí)間的增加，發(fā)酵過(guò)程中糖含量先降低后增加。其原因在于在發(fā)酵初始階段，添加的菌液由紅糖液所激活，故一開(kāi)始測(cè)量的值較高。此階段菌體處于生長(zhǎng)期，需要進(jìn)行有氧呼吸，而消耗大量的糖才能滿足其能量需求，同時(shí)菌體發(fā)酵效率低，糖生成量小于消耗量，故而糖含量積聚下降。隨后菌體生長(zhǎng)達(dá)到飽和，對(duì)糖的需求波動(dòng)不大，發(fā)酵后期進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乙醇，菌的發(fā)酵能力逐漸展現(xiàn)，對(duì)糖的生產(chǎn)量大于消耗量，故而糖含量增加。

編號(hào)3、6、8的糖含量累積量相對(duì)較高，其所對(duì)應(yīng)的含水量均為38%。由于稱取的原料統(tǒng)一為30 g，故而含水量越小的組分，其原料數(shù)量越多;含水量越大，其原料數(shù)量越少。在同等量的菌液下，含水量大、數(shù)量少的組分將很快被降解為糖供給菌生長(zhǎng)消耗，從而導(dǎo)致發(fā)酵后期糖含量較小;而含水量小的組分，其數(shù)量較多，發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的糖含量高于其他組分，部分用于菌代謝，留有剩余，故而測(cè)量時(shí)含量較高，糖累積值明顯高于其他含水量的組分。

pH值對(duì)糖含量的影響不明顯，因所購(gòu)買(mǎi)的菌肥最適pH值為3.0～5.0，發(fā)酵條件滿足此區(qū)間，故而差異不明顯。相比而言，含水量對(duì)糖含量影響較大，含水量少，糖含量高。但在同一含水量情況下，當(dāng)pH值為4.0時(shí)，發(fā)酵效果相對(duì)較好。

綜上分析可知，含水量為38%時(shí)進(jìn)行發(fā)酵所測(cè)出的糖含量均高于其他含水量基礎(chǔ)上的測(cè)量值?？梢?jiàn)含水量為38%時(shí)發(fā)酵效果較好。而且pH值為4.0時(shí)，發(fā)酵累積效果最好。故而，當(dāng)含水量為38%、pH值為4.0時(shí)，發(fā)酵效果最好。

3 討論

纖維素在自然界含量豐富，是十分廉價(jià)的再生資源[8]。芹菜中含有豐富的高分子物質(zhì)如纖維素，這些物質(zhì)降解緩慢，使得發(fā)酵初期糖含量大于生成量[9]。對(duì)此，可以對(duì)芹菜進(jìn)行預(yù)處理，如膨化處理、超聲波處理、酸堿處理、氧化或酶處理等，提高纖維素降解速率，提升發(fā)酵效果[4]。溫度是微生物活動(dòng)的標(biāo)志，溫度高低反映了發(fā)酵效率，發(fā)酵過(guò)程中可以通過(guò)測(cè)量溫度的變化來(lái)估測(cè)微生物的營(yíng)養(yǎng)期與發(fā)酵效率。研究表明，發(fā)酵速率隨著微生物接種量的增加而增加[10]，但實(shí)際發(fā)酵池中很難達(dá)到接種量在70%以上，一般30%～70%即可，可通過(guò)測(cè)量發(fā)酵過(guò)程的產(chǎn)氣量檢測(cè)發(fā)酵效率。

本試驗(yàn)豐富了三峽庫(kù)區(qū)廢棄芹菜發(fā)酵的研究，對(duì)廢棄芹菜提出了一個(gè)相對(duì)較好的發(fā)酵條件，但仍有很多不足之處。試驗(yàn)重復(fù)度不高，且因素水平設(shè)置不夠豐富，應(yīng)增加因素與水平，多次重復(fù)開(kāi)展試驗(yàn)，以豐富數(shù)據(jù)庫(kù)，有利于正確判定最優(yōu)發(fā)酵條件。而且試驗(yàn)原料單一，可采用其他原料進(jìn)行試驗(yàn)分析，從而豐富三峽庫(kù)區(qū)廢棄農(nóng)作物的發(fā)酵研究。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也可以豐富化，如C/N、產(chǎn)氣量等均可作為發(fā)酵檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。

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