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      關于發酵中發熱和發酵料溫度問題的詳細解答

      2010/7/9 15:16:10   文章來源:原創   作者:鐘啟平   瀏覽次數:25978
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           經常會接到用戶的來電咨詢,有些是問發酵中的溫度的問題的,比如說典型的有以下幾個問題:
           ① 為什么他發酵糟渣的過程中,物料的溫度不高?
           ② 為什么發酵糟渣剛開始幾天溫度較高,現在卻沒有溫度了,表面更是冷的?
           ③ 為什么我發酵的統糠、啤酒糟、玉米秸稈、米糠等發酵的溫度非常高,里面很熱,這會不會燒料呢,會不會損失營養呢?(注意這些物料都是比較疏松的)
           ④ 我是發酵雞糞喂豬的,為什么我發酵的料沒有什么溫度呢,而為什么別的人發酵堆肥做有機肥的,他們的堆肥發酵溫度非常高呵?
           ⑤ 為什么我發酵了10幾天的發酵床墊料里面沒有什么溫度呢,我現在還沒有進豬,翻了一下,也沒有什么溫度?
           ⑥ 發酵糟渣喂豬,是發酵溫度高一些好,還是溫度低一些好?
           ⑦ 我發酵糟渣含水量在30%~40%,料溫非常高,含水量在50~60%時,溫度卻不高?這是為什么?
       
           回答這些問題前先把正確的結論公布一下,大家心里有個印象,再從下面的內容中尋找答案和理論,結論就是:
           好氧發酵溫度高,厭氧發酵溫度低;進入的空氣越多,溫度越高,反之溫度越低;空氣越多時,微生物繁殖越多,反之繁殖越少;菌體蛋白并非一定比植物蛋白好等等;由此再引申出以下結論:
           ① 以喂養動物為目的的發酵糟渣發酵中,應該盡量用厭氧發酵法(盡量壓實壓緊密封好),以避免產生高溫高熱的現象;以免損耗消化能代謝能,以及損失維生素等;
           ② 在發酵制作堆肥,以制作肥料為目的的發酵中,才需要采用好氧發酵,產生大量的熱量和溫度,來消耗掉物料中的能量,以免將來做肥料時,造成燒根;
           ③ 越是疏松的發酵物料如(啤酒糟、統糠、麥麩米糠、帶殼的酒糟、秸稈……),越容易在物料內部藏有空氣,越容易發酵產熱,發酵溫度也較高;對于這些物料,必須用力壓實壓緊(作有機肥除外);
           ④ 發酵床養豬中的墊料發酵目的是為了分解糞便,所以,是好氧發酵,必須注意讓適當的空氣進入墊料,才好充分分解糞便,但是夏天天氣熱,豬容易產生熱應激,所以,夏天要注意少用點刨花、谷殼等粗料,多用點鋸末等細料(但也不能全部用鋸末),目的是適當控制進入墊料中的空氣,避免發熱量太大;
           ⑤ 微生物菌體蛋白不一定比植物蛋白好,因為菌體蛋白含有較難溶解的細胞壁,影響了菌體內部的細胞質蛋白的消化吸收,而植物細胞壁相對比較容易酶解,從而釋放植物蛋白;所以,從這一點看,發酵糟渣應該以靜悄悄的厭氧發酵和酶解反應為主,而不是追求大量繁殖微生物菌體,當然對雞糞是例外;
           ⑥ 雞糞本身含非蛋白氮比較多,真蛋白率比較少,所以,相對其他糟渣的發酵來講,需要一定的好氧發酵,所以,可以實行二段發酵法,即先密封發酵幾天后,再翻堆一次,進入一些空氣,再密封繼續進行發酵,目的是適當繁殖微生物菌體,讓微生物來同化非蛋白氮,成為菌體蛋白,提高真蛋白率。
           ⑦ 發酵糟渣的開頭幾天,會把糟渣里面藏有的空氣消耗掉,所以,頭幾天可能溫度高一些,但在消耗掉了物料里面的空氣后,則進入完全的厭氧發酵過程,溫度自然會降下來;
           ⑧ 含水量在30~40%時,由于物料不能充分吸水膨脹軟化,反而是體積膨脹了,比干的時候更加疏松了,物料顆粒間隙藏有大量的空氣,所以,這個含水量情況下發酵產熱比較大,含水又較少,所以料溫會很高;而在含水量50~60%的情況下,物料充分吸水膨脹和軟化,相互間粘結,通過壓實后,物料顆粒間基本不存在空氣,所以,本身發熱較小,加上含水量大,水是比熱系數比較大的蓄熱的東西,所以,即使有一點熱量也被水蓄積,不會產生過高的溫度。
           ⑨ 如果一直有空氣源源不斷地進入物料中,進行持續的好氧發酵,則最終會把物料中所有的可利用的能量消耗殆盡,這對于做肥料來說是可以的(不會燒根),但對于發酵的目的是為了喂動物作飼料來說,則是災難性的(能量是動物最重要的營養之一),是不好的。
           ⑩ 發酵產熱還需要能量飼料的源源不斷的供給,才能持續產熱,這是能量守恒定律決定的。所以,發酵床如果不能源源不斷地提供豬糞或其他能量,就不可能永遠發熱;
       
       
      發酵料產熱的基本原理
          在回答這些問題之前,有必要解釋一下,微生物發酵過程中會產熱的基本原理,了解了這些原理后,再回過頭來看上面的問題就一目了然了,首先以下幾個原理是最基本的原理:
       
      1. 物料為什么大量發熱的最基本原因是物料里面的微生物在大量繁殖(且必須是有空氣參與)
          溫度大幅度升高只是一個表面現象,說明里面產生了強烈的微生物繁殖過程,所以說,反之如果沒有發熱,或發熱不大,只能說明物料內部微生物的繁殖不旺盛,或者說沒有繁殖;
           這一原理的結論就是,只有微生物在繁殖代謝了,才能產生熱量,而且這種大量繁殖的現象只發生在物料中空氣相對充足的好氧發酵情況下;厭氧發酵代謝活動弱一些,繁殖也少一些,所以相對產熱也少一些,主要以酶解、產乳酸、分泌代謝產物、內源性分解酶分解物料大分子、適當的底物水平的磷酸化來獲得能量并進行適當的繁殖為主的發酵過程。
       
      1.1. 但事情要一分為二,在以下兩種情況下,沒有必要再繁殖微生物,當然也就沒有必要讓物料發熱了:
      如果發酵劑產品中已經含有數量巨大的微生物菌,則就沒有必要繼續繁殖擴大了,直接進行厭氧發酵就可以改善糟渣的營養和物理性狀;
           不讓糟渣發熱的好處非常明顯,就是糟渣中本來含有的消化能或代謝能不會損耗掉,而消化能、代謝能是養殖豬雞中最重要的營養成分之一;第二個好處也非常明顯,就是不破壞糟渣中的維生素,因為維生素是熱敏性的東西,發熱會破壞維生素的活性;
           活力99生酵劑中含有數量巨大的微生物群(最近一次在江西省飼料質量監督檢驗站檢驗的結果達到了2000億/克以上),加上活力99的菌群協同共生關系,可以達到1+1>3的協同發酵效果,或者說在細胞數量上無形中增加了三倍,所以,菌數是足夠的,根本沒有必要再繼續繁殖數量;利用活力99生酵劑中現有的微生物菌數量就可以達到非常好的發酵效果。
           所以使用活力99生酵劑發酵糟渣的菌數是充足的,只需要厭氧發酵即可,而厭氧發酵(即沒有空氣參與的發酵)產熱量極少,關鍵在于物料在厭氧發酵中是否得到了改善;
      ⑵ 以酶解為主的發酵過程,也不需要空氣參與,不需要繁殖微生物,當然也不需要發熱
           我們知道,生物酶分解糟渣不需要空氣的參與就可以有效分解大分子營養物質如蛋白質和淀粉及粗纖維等,粗飼料降解劑就是一種以酶分解功能為主的產品,用粗飼料降解劑發酵糟渣不需要高溫,也沒有必要繁殖微生物,粗飼料降解劑中含有輔助酶系統,含有微生物代謝過程中的成千上萬種酶,可以有效對物料進行分解利用,以利動物消化吸收;
          當然,我們也在粗飼料降解劑這個產品中添加了部分發酵菌,從而有利于保存物料,對略有臟臭的物料進行改性改良。
       
      1.2. 那么在用活力99生酵劑或粗飼料降解劑發酵糟渣時,在嚴格壓緊壓實密封好發酵時,顯然物料里面含空氣極少,沒有空氣的參與,微生物繁殖當然就極少,發熱量也不大,那么,這又如何能達到發酵糟渣,改善糟渣營養和物理性狀(例如使之柔軟、提高消化率、提高消化能、滅菌、變得不臭、以及脫霉、脫毒等)的目的呢?
           這首先要求我們搞清楚我們發酵的目的是為了什么?我們發酵糟渣的目的是為了:
           ① 是為了分解蛋白質成為多肽、小肽、氨基酸;讓動物更好消化吸收,并節省動物消化它們的所消耗的能量;
           ② 是為了分解粗纖維成為葡萄糖、低糖;從而也把不可利用的粗纖維變成了可利用的糖能量,從而提高了糟渣的可利用能量;
           ③ 是為了分解淀粉成為葡萄糖等小分子營養,以便更好地讓動物消化,和增加可利用能量;
           ④ 把氨態氮如氨味吸收同化到菌體中,把硫化氫酸化和吸收同化,從而降低臭味;
           ⑤ 把微量元素螯合化以提高生物效價,把碳酸鈣變成乳酸鈣,提高補鈣的效率;
           ⑥ 把植酸磷這些植物中普遍存在的抗營養因子分解成有利的有效磷,從而解除
           ⑦ 把霉菌毒素吸附降低其毒性(微生物細胞壁吸附作用),吸收到菌體降低毒性,霉菌自溶降低毒性,毒素分子改性降低毒性等,利用自然界自然存在的毒素分解酶分解毒素來降低毒性等發酵過程;
           ⑧ 對棉菜粕脫毒也具有上述第⑦條同樣的原理,自然進化過程中,自然界往往形成了俗話說的“物物相克”“一物降一物”等道理,即很多情況下,發酵提供了一個物物相克的場所,充分利用了如菜粕本身存在的硫葡萄糖甙酶來分解毒素,同時,發酵微生物本身也具有同化、吸收、吸附、改性等作用。
          另外,前面已經講過,活力99生酵劑中的微生物數量已經非常巨大,并不需要再繁殖擴大數量,可以直接厭氧發酵即可。
          只有那些微生物細胞數量不夠的發酵劑產品,才需要翻料進入空氣,先進行好氧發酵以提高菌的數量,例如堆肥發酵劑往往含菌量較少,(國家家農業部行業標準NY 609-2002都只規定堆肥發酵劑只需要達到0.5億/克就合格),這是為什么呢?這與使用目的是用于肥料,而不是用于養殖業的目的有關,肥料不要求含有能量(有機肥含能量反而會燒根),所以,需要在堆肥發酵過程中把能量消耗掉,這就需要好氧發酵(有空氣參與才能快速消耗能量和大量發熱),反正是好氧發酵,而好氧發酵最微生物大量繁殖的最佳條件,所以,對有機肥發酵劑的菌數要求不高,因為反正在發酵過程中會大量增加數量,所使用的菌種也是好氧型的耐高溫型的腐熟菌種。
          所以,以活力99生酵劑厭氧發酵糟渣時,可以達到以上8個目的,因為活力99不僅微生物數量巨大,而且發酵力較強,并能分泌胞外酶來作用于底物,活力99生酵劑具有的無底物誘導(酶分泌)技術、發酵助劑技術,所以,可以在厭氧的環境中,對物料進行發酵改良,并保留了糟渣原料的可利用能量。
          粗飼料降解劑則主要以發酵粗纖維含量相對較高的物料,這兩種發酵劑各自主要發酵什么物料,有什么不同的功能,看這里:http://www.hl99cn.com/show.asp?newsid=1666&cateid=34
       
      2、只有充分滿足了微生物所需要的溫度、含水量(濕度)、營養、滲透壓環境的條件下,才能先生存繁殖,再產熱:
          任何微生物在環境中,都會竭盡所能地充分利用環境中的營養物質、氧氣、溫度條件、濕度條件,進行最大限度的生長繁殖,并想方設法排斥其他菌類的生長,這樣才能在自然競爭中生存下來,這是自然進化的規律;但只有在滿足了微生物生長所需要的營養、空氣、溫度、濕度條件進,才有可能生長繁殖;
           這一原理的結論就是,物料中必須存在微生物生長繁殖的必要條件,如溫度、濕度、營養物質、氧氣(空氣)、還要加上適宜的滲透壓環境(鹽水中是不能生長的)、還要加上沒有抗菌物質等必要條件;以上幾個條件缺一不可,缺少任何一個條件,都不可能產熱,或產熱極慢,從而用人手感覺不到溫度;
           例如有北方的用戶在冬天0下溫度條件下制作發酵床,也不采取任何提溫措施,整個物料都處于0下溫度下,當然不可能發酵起來,也不可能會有熱量產生;
           再例如有人用醬油渣來發酵,總也感覺不到溫度,這是因為其中含鹽達到15%,滲透壓環境非常高,根本不可能有微生物能生長;
       
      3、必須有能量源源不斷地供給,才能持續產熱
          微生物發酵產熱的一個最基本的條件是,必須有能量物質的存在,才能產熱,最好的能量物質是碳水化合物如葡萄糖、淀粉、其次是蛋白質(分解脫氨后產生碳骨架,生成碳水化合物)、其次是纖維素、其次是木質素(需要產木質素酶的微生物如木霉菌);
          越好的碳水化合物,產生的熱量速度越快,溫度上升越高,絕大多數微生物都是通過代謝過程中的三羧酸循環模式來分解能量物質的,并由此獲取自己生長繁殖所需要的生物能量ATP(三磷酸腺苷),并釋放出分解過程中產生的鍵能,以發熱的形式釋放出去,于是就產生了我們能感覺到的溫度;
          1個分子葡萄糖經過三羧酸循環,如果在有氧氣充分參與的情況下,則徹底被微生物氧化分解,可產生32~38個ATP能量,并放出6分子二氧化碳和大量熱量;
          經常有人說,我的發酵床墊料中,開始制作的頭幾天,里面有熱量 ,后來過了10天后,就冰涼的沒有熱了,其實這是因為墊料中那些很容易被微生物利用的能量物質(如葡萄糖、淀粉、脂肪、甚至纖維素)等等,都利用完了,剩下的是一些非常難以被利用的能量(如鋸末中的木質素),則當然由于沒有了好的能量物質,當然就不會發熱了,即使有少量的發熱,也會由于空氣對流而感覺不到。
       
      4、 在有氧氣參與的條件下,微生物繁殖速度最快,發熱量也越多,反之在無氧氣參與的情況下,微生物繁殖慢,發熱量也就越少;
          如前所述,在有氧充分參與時,1個葡萄糖分子經過糖酵解生成丙酮酸,再生產乙酰輔酶A,再進入三羧酸循環徹底氧化成二氧化碳,經過氧化磷酸化,產生38個ATP和大量熱量;
          而如果在沒有氧氣的情況下,即在厭氧環境中,則微生物對葡萄糖的能量和利用只能通過底物水平的磷酸化過程,即葡萄糖經過酵解產生2分子丙酮酸、 2ATP、2NADH,丙酮酸再經過丙酮酸脫氫酶變成乳酸分子,這一過程中,微生物僅得到少量的能量,和釋放微不足道的熱量于環境中,葡萄糖中大量的能量得以保存于乳酸和菌體中;在這一過程中,葡萄糖能量的損失僅在5%以內;
          所以,我們多次強調,在發酵糟渣物料時,要盡量用力壓實壓緊物料,密封好進行發酵,只有這樣,才能充分保存糟渣原料中的消化能,而消化能是養殖中最重要的營養之一;
          需要說明一下的是:盡管發酵中可能損失5%的消化能,但是由于物料得到了分解,動物在消化這些預先分解了的物料時,可以少消耗體內的能量來消化它們,所以,又節約了能量,所以,損失與節約相抵消了,最終實際上能量沒有損失,例如豬在利用乳酸作為能量源時,效率要遠遠高于利用葡萄糖作為能量源,因為葡萄糖要經過整個的糖酵解過程變成丙酮酸,再經乙酰CoA,才能進入三羧循環得到ATP能量,而乳酸則可以通過丙酮酸脫羧酶,脫羧變成丙酮酸,再經乙酰CoA快速進入三羧酸循環得到ATP,所以,乳酸作為動物能量源,不僅提供能量的速度快,而且數量也多;
          而我們的發酵糟渣中,含乳酸是比較高的,這樣在動物應激或發病時,最需要的是快速提供能量和維生素,乳酸可以快速及時地提供能量源,從而提高了抗病力,所以說發酵糟渣提高了動物的抗病力,這也是其中的一個道理(另外,還有免疫刺激、提高非特異性免疫功能、產生小肽增強抗病力、競爭性抑制病原菌、生物抗菌素的產生、調節腸道微生態平衡、降低腸道PH等其他道理);
          還需要說明一下的是,發酵糟渣由于分解了動物原來不能利用的粗纖維,變成了動物可以利用的葡萄糖,從而提高了可利用的能量,所以,最終發酵糟渣,反而是提高了原料的能量值,而之前的很多人,都想當然地認為發酵會降低物料的能量,這是不對的,只要嚴格密封得好,壓實壓緊,反而是可以提高能量的。
       
          所以,有人在使用發酵床時,使用了大量的鋸末,而沒有添加粗一些的墊料(如刨花,谷殼等),造成墊料通氣性不好,里面的發熱量則就比較小或不發熱,此時翻耙一下墊料,進入空氣,可以快速提高墊料溫度。
          另外,在發酵堆肥作有機肥時,由于目的是為了充分腐熟,所以,最好采用好氧發酵的方式,如疏松堆放,不覆蓋等,所以,發熱量也是比較大的。
          發酵雞糞作為豬飼料的操作中,往往采用二段發酵法,即密封發酵七天左右,再翻堆一次,再密封壓實發酵,這樣的目的是為了充分發酵雞糞,因為雞糞必竟是比較難發酵的東西。而如果發酵的目的是為了作有機肥,則就不要密封發酵了,堆放發酵即可,甚至還要加入秸稈讓其疏松,容易進入空氣來發酵。
       
      5、 物料發熱造成的溫度上升的幅度,與物料中的含水量有極大的關系:
          這里有一個簡單的道理,即水的比熱比較大,水是一個蓄熱性較強的東西,如果物料中含水量比較大,則微生物發酵所產生的一點點熱量,往往會被水吸收于無形中,即根本感覺不到有溫度,例如保健液的制作基本上是液體發酵,又是厭氧發酵方式 ,所以,靠發酵本身產生的熱量是根本無法提高保健液的溫度的,所以,保健液的制作必須人工創造一個溫度在15度以上的室內環境,才能發酵制作成功;
           固體發酵雖然含水量偏少,但也是有區別的,例如含水量在20~40%左右的物料最容易發熱,原因有兩個:
          ① 一是因為這個含水量情況下,微生物有一定的活力,可以啟動發酵,但是發酵所產生的熱量卻沒有足夠的水來吸收吸納,加上固體物料中物質傳遞速度慢,熱量散發不出去,所以,造成物料內部非常的熱,溫度可能上升到60度以上,非常燙手,造成燒料,維生素也有大量損失;
          ② 第二個重要原因是這個含水量情況下,物料變得非常疏松,甚至比不加水時還要疏松,因為物料吸水膨脹(卻又不會充分吸水膨脹,保持一定的剛性),從而相互支撐,造成物料之間存在極大的空隙,里面藏有大量的空氣,從而造成事實上的好氧發酵方式,如前所述,在有氧氣存在時,微生物繁殖更快,發熱量更大;
       
           而含水量在50—60%的情況下時,則正好相反,由于含水量大,物料充分吸水膨脹,并軟化,物料之間相互粘結,反而形不成空隙,比較容易壓實壓緊,從而排除了物料里面存在空氣的可能,從而造就一個絕對厭氧的發酵環境,加上水的蓄熱性好,所以,這種含水量下的厭氧發酵產熱量非常小;這個含水量往往是用手捏一把料,手指間有水印出來,但不滴出來的物料(這是一般情況下的測定方法,對于一些吸水性極好,粉碎得又細的秸稈料,則如果能捏出水來,含水量基本上已經是75%了),有水印出來,也說明物料含有自由水,如果此時進行發酵或酶解,效果是最好的。
           什么情況下會造成20~40%的含水量呢,這在使用發酵糟渣養殖戶中會經常遇到這種含水量情況,例如養殖戶在喂豬前,將60斤濕的發酵料+60斤干的自配全價飼料混合后喂豬,則混合后,含水量正好是30%左右,最容易發熱,所以,建議養殖戶,混合好料后,要及時喂完,不要留料,如果確實想在早上一次性混合好,留作一天的日糧用,則不如干脆再加點水,使含水量增加到50~60%的樣子,即用手捏一把有水印出來為準,再用力壓實壓緊,放在容器中密封保存,注意一定要用容器密封保存,不能用地面打堆的方法保存;這樣操作的話,哪怕用兩天也是可以的。
           以上的經驗,養殖戶務必要記清楚,不能馬虎;
       
      6、 越是疏松的物料,越是容易發熱;
          比如,疏松的物料有:麥麩、米糠、統糠、啤酒糟、秸稈料、發酵床墊料中的刨花……,如果發酵配料中這些物料用量大,則非常容易發熱,原因很簡單,就是因為這些物料比較粗,相互之間會搭橋,形成物料內部有很大的空隙,藏了很多的空氣在里面,如果加上密封不好,則外界空氣也容易通過對流的方式進入物料中,前面講了,越是有氧氣參與的發酵,發酵越旺盛,從而加速發酵,自然發熱量也大,
          如果您發酵的目的是為了喂畜禽動物的,則盡量不要讓其發熱,發熱并不好,損失能量,損失維生素等,所以,遇到用這些物料時,要盡量用力壓實壓緊密封好進行發酵,要一層一層地壓實,不要等加滿了料才來壓,同時,要用容器裝料,不能用打堆的方式來裝料發酵。
       
      7、我們還必須明白一個道理,即并不是所有的發酵,發熱量越大越好,這要看您的目的是為了什么?并非是溫度越高越好,要適可而止;
           從前面可知:好氧發酵產熱量大,厭氧發酵則產熱量極少,所以,上面的問題也可以簡單地歸納為:根本您的目的,是選擇好氧發酵的方式,還是選擇厭氧發酵的方式的問題。
           ① 如果發酵的目的是為了喂畜禽動物,則一定是采用厭氧發酵的方式,自然產熱量就不大了;
           為什么要用厭氧方式來發酵,原因很簡單,就是要盡可能地保存糟渣原料中的消化能,不要讓這些能量發熱損失掉了,同時,如果發熱量大,溫度高,還會造成熱敏性的維生素的大量損失;
          當然,發酵雞糞喂豬的發酵方法是一個例外,雞糞本身含非蛋白氮比較多,真蛋白率比較少,所以,相對其他糟渣的發酵來講,需要一定的好氧發酵,所以,可以實行二段發酵法,即先密封發酵幾天后,再翻堆一次,進入一些空氣,再密封繼續進行發酵,目的是適當繁殖微生物菌體,讓微生物來同化非蛋白氮,成為菌體蛋白,提高真蛋白率。
           在發酵制作堆肥,以制作肥料為目的的發酵中,才需要采用好氧發酵,產生大量的熱量和溫度,來消耗掉物料中的能量,以免將來做肥料時,造成燒根;
           如果有源源不斷的空氣進入發酵料中,則最終可以把物料完全腐熟,全部消耗掉其中的能量,成為優質的有機肥。

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