张帅 吴绮晴 张静婷 张文康 程昊,3***

1（肇庆学院食品与制药工程学院，广东肇庆 526061）

2（广西科技大学生物与化学工程学院，广西糖资源绿色加工重点实验室，广西柳州螺蛳粉工程技术研究中心，广西柳州 545006）

3（蔗糖产业省部共建协同创新中心，广西南宁 530004）

随着世界经济的不断发展，环保被越来越多的人们所重视，环保的方式有很多种，其中资源的充分利用十分重要，人们致力于如何用有限的资源创造出更多的价值。

糖滤泥是糖厂在制糖过程中产生的以碳酸钙为主要成分的副产物，产量非常大，每生产1 t 糖就有产生约1 t 糖滤泥，这些糖滤泥在通常被直接用来肥田或者废弃不用，时间长了会使土壤碱化板结，且糖滤泥中含有多种有机营养成分，易发霉，滋养蚊虫，散发臭味，既污染空气，影响周围的环境卫生，又造成资源的浪费。

为了实现资源的循环充分利用，人们开始研究糖滤泥的综合利用。因糖滤泥中含有粗蛋白、粗纤维等，有研究者将糖滤泥制成动物饲料；因其中含有大量的有机质，及一些微量元素，有研究者将糖滤泥利用功能菌发酵成肥料。但传统的糖滤泥处理方法是将糖滤泥适当发酵之后直接用作肥料，肥效并不佳，适当发酵的糖滤泥与N、P2O5，K2O 复混而成的复混肥则可增强保肥力，减少土壤养分流失，因此发酵后的糖滤泥中总养分含量越高，肥料制作成本也就越低。

本试验利用4 种不同常见微生物发酵糖滤泥，对发酵过程中有机质、总氮、磷和钾的变化进行测定，探究不同微生物对糖滤泥发酵效果的影响，以寻求成本更低、效果更好的糖滤泥发酵微生物。同时，分析糖滤泥经过微生物发酵后的特点和优势。本研究为糖厂下脚料糖滤泥的综合利用开辟一条新途径。

1 材料与方法

1.1 材料

糖滤泥，广西糖资源绿色加工重点实验室。

1.2 试剂及试剂配制

氢氧化钠、硫酸、重铬酸钾、邻苯二甲酸氢钾、硫酸亚铁铵、1,10 菲罗啉、酚酞、甲基红、亚甲基蓝，均为分析纯，广州化学试剂厂。

重铬酸钾溶液：用分析天平称取39.23 g 重铬酸钾溶于700 mL 蒸馏水中，加水稀释至1 L，备用；0.25 mol/L 重铬酸钾基准溶液：准确称取12.2577 g经120 ℃干燥4 h 的基准重铬酸钾，先用少量水溶解，然后转移至1 L 容量瓶中，定容；1,10-菲罗啉-硫酸亚铁铵混合指示剂：用分析天平称取0.8 g 1,10-菲罗啉以及0.5 g 硫酸亚铁铵，溶于50 mL 水中，储存于棕色瓶；甲基红-亚甲基蓝混合指示液：将50 mL 甲基红溶液（2 g/L）和50 mL 亚甲基蓝溶液（1 g/L）混合；400 g/LNaOH 溶液：称取40 g NaOH 溶于100 mL 水中；0.25 mol/L 硫酸溶液：用移液管准确移取7.5 mL 硫酸于500 mL 水中，定容至1 L 容量瓶中；0.5 mol/L NaOH 标准滴定溶液：称取20 gNaOH 用蒸馏水定容至1 L 容量瓶中，然后用邻苯二甲酸氢钾溶液标定；邻苯二甲酸氢钾溶液：准确称取4.75 g 邻苯二甲酸氢钾置于250 mL锥形瓶中，加100 mL 蒸馏水溶解；酚酞指示剂：称取0.5 g 酚酞溶于乙醇，用乙醇稀释至50 mL。

1.3 主要仪器与设备

DHG-9070A 电热鼓风干燥箱，中仪国科（北京）科技有限公司；Agilent ICP-OES730 电感耦合等离子体原子发射光谱仪，美国安捷伦科技有限公司；戴安ICS-5000+离子色谱仪，美国Thermo-Fisher 公司；SHZ-D（Ⅲ）型循环水真空泵；HH4 数显恒温水浴锅，常州智博瑞仪器制造有限公司；自动消化仪；水蒸气蒸馏装置。

1.4 试验方法

1.4.1 菌种扩大培养

配制牛肉膏蛋白胨液体培养基和马铃薯葡萄糖琼脂（PDA）液体培养基，分装后置于高压蒸汽灭菌锅中121 ℃灭菌30 min，取出冷却至室温，将枯草芽孢杆菌接种于牛肉膏蛋白胨液体培养基中，将黑根霉、米曲霉、酵母菌接种于PDA 液体培养基中于27 ℃恒温培养箱中培养48 h。

1.4.2 材料处理

取适量糖滤泥于锥形瓶中，在120 ℃高压蒸汽灭菌锅中灭菌30 min，取出冷却至室温，将1 mL菌液接种于装有糖滤泥的锥形瓶中，4 种菌种接种完毕后贴上标签于27 ℃恒温培养箱中培养。分别将发酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 的糖滤泥取出于96 ℃烘箱烘干24 h，用研钵研成粉末密封装好，贴上标签。

1.4.3 有机质含量的测定

准确称取0.04 g～0.06 g 处理好的糖滤泥粉末（精确到0.0001 g）放入250 mL 锥形瓶中，准确加入15 mL 重铬酸钾溶液和15 mL 硫酸，并于锥形瓶口加一个漏斗，放入100 ℃水浴锅中保温30 min，取出冷却后用蒸馏水冲洗锥形瓶内壁，锥形瓶中溶液总体积控制在75 mL～100 mL，加入3 滴1,10-菲罗啉-硫酸亚铁铵混合指示剂，用硫酸亚铁标准溶液滴定至样液由橙色转为亮绿色，最后变为灰色为滴定终点，同时按以上步骤进行空白试验。

有机质含量使用下式进行计算：

式中：W2—有机质含量的质量分数，%；

W1—氯离子含量，%；

V3—空白试验时消耗的硫酸亚铁标准滴定溶液体积，mL；

V4—测定样品时消耗的硫酸亚铁标准滴定溶液体积，mL；

m—测定样品质量，g；

c2—硫酸亚铁标准滴定溶液浓度，mol/L；1/12—与1%氯离子相当的有机碳的质量分数；1.724—有机碳与有机质之间的经验转换系数。

1.4.4 总氮含量的测定

取0.5 g～0.6 g 处理后的样品放入消化管中加入硫酸铜硫酸钾混合催化剂，15 mL 硫酸，置于自动消化仪中消化至澄清透明，取出冷却后用蒸馏水定容至50 mL 容量瓶中待用。取10 mL 样液于水蒸气蒸馏装置中的反应管中，加10 mL 400 g/LNaOH 溶液，以35 mL 0.25 mol/L H2SO4标准溶液作为吸收液沸腾蒸馏15 min，用pH 试纸测试管口无碱性时停止蒸馏，滴加4 滴甲基红亚甲基蓝混合指示剂，用NaOH 标准滴定溶液滴定，将10 mL 样液换成10 mL 蒸馏水重复上述试验以作空白。

总氮含量使用下式计算：

式中：w—总氮含量，%；

C—NaOH 标准滴定溶液浓度，mol/L；

V0—空白试验时使用的NaOH 标准滴定溶液体积，mL；

V—测定时使用的NaOH 标准滴定溶液体积，mL；

14.01 —氮的摩尔质量，g/mol；

m—样品的质量，g；

5—稀释倍数。

1.4.5 磷、钾、氯的测定

磷与钾含量的测定使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪进行测定，氯含量的测定使用ICS-5000+离子色谱仪进行测定。

2 结果与分析

2.1 有机质含量试验结果分析

接种黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢杆菌的糖滤泥在发酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 时有机质含量的变化情况如图1 所示。

图1 不同微生物发酵过程中有机质含量变化

由图1 可知，不同微生物发酵糖滤泥过程中有机质含量均逐渐下降，但不同微生物之间有机质含量变化差别不大，在发酵336 h 时有机质含量最高的是米曲霉，为38.14%，其次是酵母菌，最低的是黑根霉，为35.87%。

2.2 总氮含量试验结果分析

接种黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢杆菌的糖滤泥在发酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 时总氮含量的变化情况如图2 所示。

图2 不同微生物发酵过程中总氮含量变化

由图2 可知，除黑根霉外，其余菌种在发酵糖滤泥的过程中总氮含量均逐渐下降，而黑根霉由于其具有固氮能力在发酵49 h～120 h 总氮含量有一个上升过程，后因菌种老化固氮能力下降，总氮含量开始下降，在336 h 时总氮含量最高的为黑根霉，为1.88%，其次为酵母菌，总氮含量最低的为米曲霉，为1.39%。

2.3 磷含量试验结果分析

接种黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢杆菌的糖滤泥在发酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 时磷含量的变化情况如图3 所示。

图3 不同菌种发酵过程中磷含量的变化

由图3 可知，不同菌种在发酵糖滤泥的前192 h过程中磷含量的变化没有明显规律，但除枯草芽孢杆菌外其余菌种在发酵192 h 之后磷含量均逐渐上升，且高于未发酵时糖滤泥中磷含量，在发酵336 h时，磷含量最高的为酵母菌，为2.31%，其次为黑根霉，磷含量最低的为枯草芽孢杆菌，为2.14%。

2.4 钾含量试验结果分析

接种黑根霉、米曲霉、酵母菌、枯草芽孢杆菌的糖滤泥在发酵0 h、49 h、120 h、192 h、264 h、336 h 时钾含量的变化情况如图4 所示。

图4 不同菌种发酵过程中钾含量的变化

由图4 可知，黑根霉发酵糖滤泥的过程中钾含量是逐渐升高的，其余菌种发酵糖滤泥过程中钾含量无明显变化规律，但都高于未发酵时糖滤泥中钾含量，在发酵336 h 时，钾含量最高的是酵母菌，为0.18%，钾含量最低的是枯草芽孢杆菌，为0.1618%。

3 结论

本试验利用黑根霉、枯草芽孢杆菌、酵母菌、米曲霉4 种菌种发酵糖滤泥，在发酵过程中对糖滤泥中有机质、总氮、磷、钾含量进行测定，根据GB/T 18877—2020《有机无机复混肥料》规定有机-无机复混肥料中有机质含量应≥20%，总养分（N+P2O5+K2O）≥15%。本试验中4 种菌种发酵糖滤泥有机质含量均大于20%，发酵336 h 时黑根霉发酵的糖滤泥总养分为4.33%，枯草芽孢杆菌发酵的糖滤泥总养分为3.76%，酵母菌发酵的糖滤泥总养分为3.99%，米曲霉发酵的糖滤泥总养分为3.77%，因此在发酵336 h 时，黑根霉发酵的糖滤泥最适合添加无机肥料制成有机-无机复混肥，其次是酵母菌发酵的糖滤泥。糖滤泥经过微生物发酵后，虽然有机质和总氮含量下降，但磷、钾含量有了大幅度提升，因此相比未发酵的糖滤泥，发酵后的糖滤泥在用作磷肥、钾肥时更有优势。