不同菌劑對中藥渣發酵過程的影響

王茂,郭鑫,韓峰,曾莉,劉然,曾永清

(四川光大制藥有限公司,四川 彭州 611930)

不同菌劑對中藥渣發酵過程的影響

王茂,郭鑫,韓峰,曾莉,劉然,曾永清

(四川光大制藥有限公司,四川 彭州 611930)

摘要:從發酵周期、pH值、臭氣度、外觀形狀及總養分和有機質含量方面進行了試驗與分析,試驗表明:接種菌劑I的處理B腐熟效果最好,其經57d發酵,除含水量以外,所測指標均符合有機肥料的標準(NY525-2012)。發酵菌劑I對中藥渣、雞糞、菌渣的混合物料發酵周期最短,腐熟效果最好,可用于具有一定抑菌作用的酸性中藥渣的資源化利用。

關鍵詞:中藥渣;抑菌;微生物菌劑;有機肥

1引言

隨著人們對用藥安全重視程度的提高,中藥及中成藥的消費量逐年遞增[1],隨之產生大量的中藥廢渣。中藥廢渣的含水量一般在55%~75%,且富含營養,目前主要采用露天堆放或填埋處理,經雨水沖淋,極易造成河流及地下水富營養化污染。目前國內許多學者做過利用中藥渣堆制有機肥、制作有機基質、作為食用菌栽培原料、發酵生產乙醇、制成飼料、流化床熱解氣化等方面的研究[2~15]。在中藥渣堆制有機肥方面,由于不同中藥渣成分差別較大,在實際應用中存在較大差異。本文針對具有一定抑菌作用的酸性中藥渣,利用經反復篩選獲得的優良發酵菌株,進行了中藥渣腐熟工藝及條件的研究,為資源化利用中藥渣,生產優質有機肥料提供依據。

2材料與方法

2.1　試驗材料

中藥渣來源于四川光大制藥有限公司,是生產抗病毒顆粒和口炎顆粒的混合藥渣,其成分為:板藍根、連翹、知母、蘆根、地黃、廣藿香、石菖蒲、郁金、玄參、青蒿、川木通、淡竹葉、兒茶、蘆竹根、甘草、石膏(揀出)。輔料為工廠化杏鮑菇菌渣和雞圈糞。發酵菌劑I由本公司自主分離篩選的枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)、煙曲霉(Aspergillusfumigatus)混合構成。菌劑Ⅱ為腐桿靈。中藥渣、菌渣、雞糞含水量分別為69.8%、53.7%、23.7%。

2.2　處理設計及方法

試驗設3各處理,每個處理重復3次,按自然含水質量投料。處理A(對照):中藥渣500kg:處理B:中藥渣350kg,雞糞75kg,菌渣75kg,菌劑I1kg。處理C:中藥渣350kg,雞糞75kg,菌渣75kg,菌劑Ⅱ1kg。

在室內自建的1.2m×3m尺寸的發酵槽中進行槽式有氧發酵,其中處理A直接堆制,處理B、C將中藥渣粉碎后,加入雞糞和菌渣混勻,再分別加入發酵菌劑。堆制時間從2014年4月29日開始,根據溫度變化適時翻堆[16]。每天上午8~9點測室溫1次,各堆測堆溫3處,取平均值。在0、10、20、30、40、50、60、70、80d時,各重復處理采用多點取樣,混合后測定pH值和含水量[17],并對堆內臭氣進行感官判斷,臭味等級分為5級,分別為“-”無臭味,“+”仔細才能聞到,“++”有明顯臭味,“+++”比較臭,“++++”惡臭[18~19]。對第0、80d所取樣品,測定氮、磷、鉀及有機質含量[20]。

3結果與分析

3.1　溫度變化

從圖1可見,各處理的溫度變化均存在升溫期、高溫期、降溫期。處理A在堆制第3d升溫至50℃以上,26d后溫度回落至50℃以下,并在30~50℃之間徘徊,其溫度始終未超過60℃。處理B在堆制第3d升溫至50℃以上,43d后回落至50℃以下,期間保持60℃以上高溫31d,第57d降至40℃以下。處理C于堆制第8d升溫至50℃以上,但其溫度上升緩慢,第26d才升至60℃以上,第65d溫度回落至50℃以下,期間保溫60℃以上天數33d,在第79d穩定降至40℃以下。

圖1　溫度變化

在前期研究中,已證實處理A中含有耐高溫菌類,其利用中藥渣提取后余溫,實現快速繁殖,達到快速提升堆溫的效果,但中藥渣未粉碎,間隙較大,不能有效的保持發酵熱量,在物料表面營養消耗完后,進入中溫緩慢分解階段。在以往中藥渣露天堆肥研究中,堆溫維持40℃左右可持續11個月。處理B接種菌劑I后,快速升溫,進入高溫階段[21],57d即完成發酵。處理C接種市售菌劑后,升溫緩慢,進入高溫階段遲,發酵過程長,78d才完成發酵。

3.2　pH值變化

如圖2所示,處理A、B、C的pH值經歷上升、穩定、再上升至穩定的過程,經80d的發酵,3個處理的pH值上升至中性偏堿。

圖2　pH值變化

大部分微生物適宜在中性和微堿性條件下活動[22],處理A中由于中藥廢渣出料場中長年堆放中藥渣,自然篩選了高溫微生物,使得其發酵能在酸性條件下快速啟動。處理B中加入了能在酸性條件下快速啟動發酵的菌劑。處理C中加入的常用菌劑,難以在酸性條件下快速繁殖,導致發酵啟動過程慢,發酵時間長。

3.3　水分變化

如圖3所示,處理A含水量隨著發酵時間的增長而降低,但由于原料含水量高、發酵堆溫較低、以及中藥渣物料結構對水的吸附,并且在緩慢呼吸作用中一直有水產生,導致最終含水量較高;處理B含水量隨著高溫發酵帶來的強烈呼吸作用,分解產生大量水,導致含水量上升,后又經呼吸作用和溫度的雙重影響下,含水量逐漸下降;處理C由于發酵啟動緩慢,含水量隨著溫度逐漸上升而降低,后又進入高溫發酵階段,大量呼吸作用產生的水又導致堆內含水量上升,后隨著發酵的進程逐漸下降。

圖3　含水量變化

3.4　臭氣度及外觀變化

如表1所示,各處理散發出的臭氣與發酵速度和進程緊密相關,隨著發酵的進程,臭氣逐漸加重,進入高溫發酵階段后,產生的臭氣最重,進入發酵后期至完全腐熟,臭氣逐漸降低,直至消失。據感官判斷,發酵中產生的主要臭氣為氨氣。

表1　臭味變化

在外光形態上,隨著發酵的進行,處理A物料顏色逐漸變淡,但其物理結構改變較小；處理B、C由投料時的易結塊、發黏、顏色深棕色,逐漸細粉化,質地蓬松,顏色呈褐色。

3.5　氮、磷、鉀、有機質含量變化

從表2可看出,在各處理中,物料中的氮、磷、鉀皆上升,處理A有機質含量減少,處理B、C有機質含量上升。導致處理A有機質含量減少的原因是物料中養分不平衡,呼吸消耗碳較多,造成有機質下降,同時也導致在表面氮素影響消耗后,發酵活躍度快速下降。3個處理的養分指標均達到有機肥國家標準(NY525-2012)。在實際生產中,必須通過添加糞肥或化學氮肥的方式[18],調整物料中的C/N比,以促進中藥渣快速發酵、腐熟。

表2　氮、磷、鉀和有機質含量變化　%

4結語

試驗中,接種菌劑I的處理B溫度上升迅速,57d即完全腐熟,其pH值、氮、磷、鉀及有機質指標均達到標準要求:處理A由于物料較粗,且C/N比高,發酵溫度偏低,進展緩慢,至80d后還未完全腐熟:處理C接種菌劑Ⅱ,由于所用中藥渣本身藥理作用具有抑菌作用,且混合物pH值低,發酵啟動緩慢,且發酵時間長。綜上所述,從發酵溫度、堆肥周期、養分含量、pH值、含水量及臭味變化上分析,接種菌劑I的處理B在57d即完全腐熟,發酵周期最短,效果最好,可有效的實現具有一定抑菌作用的酸性中藥渣的資源化利用。但發酵過程中產生臭氣較重,還行在發酵菌劑中增加除臭菌株,可有效降低發酵過程中產生的臭氣,并增加有機肥養分含量[23]。

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The Influence of Different Microbial Inoculants on the Fermentation

Process of Chinese Herb Residues

Wang Mao,Guo Xin,Han Feng,Zeng Li,Liu Ran,Zeng Yongqing

(SichuanGuangdaPharmaceuticalCo.,Ltd.Pengzhou611930,China)

Abstract:Through the analysis of fermentation period,pH value,odor intensity index,appearance shape,total nutrients and organic matter content,the results of experiments show that treatment B of the microbial inoculants I has the best decomposition effect.After 57 days' fermentation,the measurements of indexes are all conformed to the organic fertilizer's standard (NY525-2012) except the water content.The microbial inoculants I has the shortest fermentation period for the mixed materials which consist of Chinese herb residues,chicken manure and fungi dregs and it has the best decomposition effect.Therefore,the fermentation microbial inoculants I can be used in resource utilization of acidic Chinese herb residues which have a certain bacteriostatic action.

Key words:Chinese herb residues;bacteriostasis;microbial inoculants;organic fertilizer

中圖分類號:X787

文獻標識碼:A

文章編號:1674-9944(2015)01-0159-03

作者簡介:王茂(1984—),男,四川彭州人,助理農藝師,在職在讀碩士,主要從事中藥渣再利用研究工作。

收稿日期:2014-12-15