微生物對糖濾泥發酵效果的影響*

張帥 吳綺晴 張靜婷 張文康 程昊,3***

1（肇慶學院食品與制藥工程學院，廣東肇慶 526061）

2（廣西科技大學生物與化學工程學院，廣西糖資源綠色加工重點實驗室，廣西柳州螺螄粉工程技術研究中心，廣西柳州 545006）

3（蔗糖產業省部共建協同創新中心，廣西南寧 530004）

隨著世界經濟的不斷發展，環保被越來越多的人們所重視，環保的方式有很多種，其中資源的充分利用十分重要，人們致力于如何用有限的資源創造出更多的價值。

糖濾泥是糖廠在制糖過程中產生的以碳酸鈣為主要成分的副產物，產量非常大，每生產1 t 糖就有產生約1 t 糖濾泥，這些糖濾泥在通常被直接用來肥田或者廢棄不用，時間長了會使土壤堿化板結，且糖濾泥中含有多種有機營養成分，易發霉，滋養蚊蟲，散發臭味，既污染空氣，影響周圍的環境衛生，又造成資源的浪費。

為了實現資源的循環充分利用，人們開始研究糖濾泥的綜合利用。因糖濾泥中含有粗蛋白、粗纖維等，有研究者將糖濾泥制成動物飼料；因其中含有大量的有機質，及一些微量元素，有研究者將糖濾泥利用功能菌發酵成肥料。但傳統的糖濾泥處理方法是將糖濾泥適當發酵之后直接用作肥料，肥效并不佳，適當發酵的糖濾泥與N、P2O5，K2O 復混而成的復混肥則可增強保肥力，減少土壤養分流失，因此發酵后的糖濾泥中總養分含量越高，肥料制作成本也就越低。

本試驗利用4 種不同常見微生物發酵糖濾泥，對發酵過程中有機質、總氮、磷和鉀的變化進行測定，探究不同微生物對糖濾泥發酵效果的影響，以尋求成本更低、效果更好的糖濾泥發酵微生物。同時，分析糖濾泥經過微生物發酵后的特點和優勢。本研究為糖廠下腳料糖濾泥的綜合利用開辟一條新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

糖濾泥，廣西糖資源綠色加工重點實驗室。

1.2 試劑及試劑配制

氫氧化鈉、硫酸、重鉻酸鉀、鄰苯二甲酸氫鉀、硫酸亞鐵銨、1,10 菲羅啉、酚酞、甲基紅、亞甲基藍，均為分析純，廣州化學試劑廠。

重鉻酸鉀溶液：用分析天平稱取39.23 g 重鉻酸鉀溶于700 mL 蒸餾水中，加水稀釋至1 L，備用；0.25 mol/L 重鉻酸鉀基準溶液：準確稱取12.2577 g經120 ℃干燥4 h 的基準重鉻酸鉀，先用少量水溶解，然后轉移至1 L 容量瓶中，定容；1,10-菲羅啉-硫酸亞鐵銨混合指示劑：用分析天平稱取0.8 g 1,10-菲羅啉以及0.5 g 硫酸亞鐵銨，溶于50 mL 水中，儲存于棕色瓶；甲基紅-亞甲基藍混合指示液：將50 mL 甲基紅溶液（2 g/L）和50 mL 亞甲基藍溶液（1 g/L）混合；400 g/LNaOH 溶液：稱取40 g NaOH 溶于100 mL 水中；0.25 mol/L 硫酸溶液：用移液管準確移取7.5 mL 硫酸于500 mL 水中，定容至1 L 容量瓶中；0.5 mol/L NaOH 標準滴定溶液：稱取20 gNaOH 用蒸餾水定容至1 L 容量瓶中，然后用鄰苯二甲酸氫鉀溶液標定；鄰苯二甲酸氫鉀溶液：準確稱取4.75 g 鄰苯二甲酸氫鉀置于250 mL錐形瓶中，加100 mL 蒸餾水溶解；酚酞指示劑：稱取0.5 g 酚酞溶于乙醇，用乙醇稀釋至50 mL。

1.3 主要儀器與設備

DHG-9070A 電熱鼓風干燥箱，中儀國科（北京）科技有限公司；Agilent ICP-OES730 電感耦合等離子體原子發射光譜儀，美國安捷倫科技有限公司；戴安ICS-5000+離子色譜儀，美國Thermo-Fisher 公司；SHZ-D（Ⅲ）型循環水真空泵；HH4 數顯恒溫水浴鍋，常州智博瑞儀器制造有限公司；自動消化儀；水蒸氣蒸餾裝置。

1.4 試驗方法

1.4.1 菌種擴大培養

配制牛肉膏蛋白胨液體培養基和馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA）液體培養基，分裝后置于高壓蒸汽滅菌鍋中121 ℃滅菌30 min，取出冷卻至室溫，將枯草芽孢桿菌接種于牛肉膏蛋白胨液體培養基中，將黑根霉、米曲霉、酵母菌接種于PDA 液體培養基中于27 ℃恒溫培養箱中培養48 h。

1.4.2 材料處理

取適量糖濾泥于錐形瓶中，在120 ℃高壓蒸汽滅菌鍋中滅菌30 min，取出冷卻至室溫，將1 mL菌液接種于裝有糖濾泥的錐形瓶中，4 種菌種接種完畢后貼上標簽于27 ℃恒溫培養箱中培養。分別將發酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 的糖濾泥取出于96 ℃烘箱烘干24 h，用研缽研成粉末密封裝好，貼上標簽。

1.4.3 有機質含量的測定

準確稱取0.04 g～0.06 g 處理好的糖濾泥粉末（精確到0.0001 g）放入250 mL 錐形瓶中，準確加入15 mL 重鉻酸鉀溶液和15 mL 硫酸，并于錐形瓶口加一個漏斗，放入100 ℃水浴鍋中保溫30 min，取出冷卻后用蒸餾水沖洗錐形瓶內壁，錐形瓶中溶液總體積控制在75 mL～100 mL，加入3 滴1,10-菲羅啉-硫酸亞鐵銨混合指示劑，用硫酸亞鐵標準溶液滴定至樣液由橙色轉為亮綠色，最后變為灰色為滴定終點，同時按以上步驟進行空白試驗。

有機質含量使用下式進行計算：

式中：W2—有機質含量的質量分數，%；

W1—氯離子含量，%；

V3—空白試驗時消耗的硫酸亞鐵標準滴定溶液體積，mL；

V4—測定樣品時消耗的硫酸亞鐵標準滴定溶液體積，mL；

m—測定樣品質量，g；

c2—硫酸亞鐵標準滴定溶液濃度，mol/L；1/12—與1%氯離子相當的有機碳的質量分數；1.724—有機碳與有機質之間的經驗轉換系數。

1.4.4 總氮含量的測定

取0.5 g～0.6 g 處理后的樣品放入消化管中加入硫酸銅硫酸鉀混合催化劑，15 mL 硫酸，置于自動消化儀中消化至澄清透明，取出冷卻后用蒸餾水定容至50 mL 容量瓶中待用。取10 mL 樣液于水蒸氣蒸餾裝置中的反應管中，加10 mL 400 g/LNaOH 溶液，以35 mL 0.25 mol/L H2SO4標準溶液作為吸收液沸騰蒸餾15 min，用pH 試紙測試管口無堿性時停止蒸餾，滴加4 滴甲基紅亞甲基藍混合指示劑，用NaOH 標準滴定溶液滴定，將10 mL 樣液換成10 mL 蒸餾水重復上述試驗以作空白。

總氮含量使用下式計算：

式中：w—總氮含量，%；

C—NaOH 標準滴定溶液濃度，mol/L；

V0—空白試驗時使用的NaOH 標準滴定溶液體積，mL；

V—測定時使用的NaOH 標準滴定溶液體積，mL；

14.01 —氮的摩爾質量，g/mol；

m—樣品的質量，g；

5—稀釋倍數。

1.4.5 磷、鉀、氯的測定

磷與鉀含量的測定使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀進行測定，氯含量的測定使用ICS-5000+離子色譜儀進行測定。

2 結果與分析

2.1 有機質含量試驗結果分析

接種黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢桿菌的糖濾泥在發酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 時有機質含量的變化情況如圖1 所示。

圖1 不同微生物發酵過程中有機質含量變化

由圖1 可知，不同微生物發酵糖濾泥過程中有機質含量均逐漸下降，但不同微生物之間有機質含量變化差別不大，在發酵336 h 時有機質含量最高的是米曲霉，為38.14%，其次是酵母菌，最低的是黑根霉，為35.87%。

2.2 總氮含量試驗結果分析

接種黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢桿菌的糖濾泥在發酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 時總氮含量的變化情況如圖2 所示。

圖2 不同微生物發酵過程中總氮含量變化

由圖2 可知，除黑根霉外，其余菌種在發酵糖濾泥的過程中總氮含量均逐漸下降，而黑根霉由于其具有固氮能力在發酵49 h～120 h 總氮含量有一個上升過程，后因菌種老化固氮能力下降，總氮含量開始下降，在336 h 時總氮含量最高的為黑根霉，為1.88%，其次為酵母菌，總氮含量最低的為米曲霉，為1.39%。

2.3 磷含量試驗結果分析

接種黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢桿菌的糖濾泥在發酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 時磷含量的變化情況如圖3 所示。

圖3 不同菌種發酵過程中磷含量的變化

由圖3 可知，不同菌種在發酵糖濾泥的前192 h過程中磷含量的變化沒有明顯規律，但除枯草芽孢桿菌外其余菌種在發酵192 h 之后磷含量均逐漸上升，且高于未發酵時糖濾泥中磷含量，在發酵336 h時，磷含量最高的為酵母菌，為2.31%，其次為黑根霉，磷含量最低的為枯草芽孢桿菌，為2.14%。

2.4 鉀含量試驗結果分析

接種黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢桿菌的糖濾泥在發酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 時鉀含量的變化情況如圖4 所示。

圖4 不同菌種發酵過程中鉀含量的變化

由圖4 可知，黑根霉發酵糖濾泥的過程中鉀含量是逐漸升高的，其余菌種發酵糖濾泥過程中鉀含量無明顯變化規律，但都高于未發酵時糖濾泥中鉀含量，在發酵336 h 時，鉀含量最高的是酵母菌，為0.18%，鉀含量最低的是枯草芽孢桿菌，為0.1618%。

3 結論

本試驗利用黑根霉、枯草芽孢桿菌、酵母菌、米曲霉4 種菌種發酵糖濾泥，在發酵過程中對糖濾泥中有機質、總氮、磷、鉀含量進行測定，根據GB/T 18877—2020《有機無機復混肥料》規定有機-無機復混肥料中有機質含量應≥20%，總養分（N+P2O5+K2O）≥15%。本試驗中4 種菌種發酵糖濾泥有機質含量均大于20%，發酵336 h 時黑根霉發酵的糖濾泥總養分為4.33%，枯草芽孢桿菌發酵的糖濾泥總養分為3.76%，酵母菌發酵的糖濾泥總養分為3.99%，米曲霉發酵的糖濾泥總養分為3.77%，因此在發酵336 h 時，黑根霉發酵的糖濾泥最適合添加無機肥料制成有機-無機復混肥，其次是酵母菌發酵的糖濾泥。糖濾泥經過微生物發酵后，雖然有機質和總氮含量下降，但磷、鉀含量有了大幅度提升，因此相比未發酵的糖濾泥，發酵后的糖濾泥在用作磷肥、鉀肥時更有優勢。