CN108314481A - 一种堆肥去除生物原料中黄曲霉毒素的方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于生物发酵技术领域，具体涉及一种堆肥去除生物原料中黄曲霉毒素的方法。该方法中所述生物原料为以碳素为主成分的生物质废料和/或以氮素为主成分的生物质废料；具体包括：生物原料预处理、添加活性发酵成分进行发酵等步骤，所述活性发酵成分为：啤酒酵母泥、食用菌菌渣或人畜粪便。总体而言，本申请所提供的处理方法，其操作处理过程较为便捷，降解黄曲霉毒素效果较为明显，且处理成本较低，可较好为食品安全、人体健康奠定基础，具有较好的实用价值和推广应用意义。

Description

一种堆肥去除生物原料中黄曲霉毒素的方法

技术领域

本申请属于生物发酵技术领域，具体涉及一种堆肥去除生物原料中黄曲霉毒素的方法。

背景技术

黄曲霉毒素(Aflatoxins，AFT)主要是由黄曲霉(Aspergillus flavus)和寄生曲霉(Aspergillus parasiticus)等多种真菌产生的具有极强的致癌、致突变和致畸性的一类剧毒性代谢产物。黄曲霉毒素无色、无嗅、无味，其分子结构中含有一个双呋喃环和一个氧杂萘邻酮(香豆素)，前者为基本毒素结构，后者与致癌有关。现已分离出的黄曲霉毒素达18种，对热稳定，耐高温黄曲霉毒素B1毒素（AFB1）在268～269℃时才分解；加入强碱和5%次氯酸钠可完全破坏；但在酸性条件下稳定，在pH值1～3的强酸性溶液中稍有分解。黄曲霉毒素可溶于氯仿、丙酮、甲醇、乙醇等多种有机溶剂中，但不溶于己烷、石油醚、水与***。

由于储存不当或其他原因，一些食品或饲料原料（如花生、玉米、大豆、小麦、花生饼（粕）、豆粕、棉粕、菜籽粕等）常会受到黄曲霉和寄生曲霉的感染，进而使得原料中含有较高含量的黄曲霉毒素，其黄曲霉毒素含量甚至可以高达50~80μg/kg。研究表明，家禽对黄曲霉毒素最敏感，其次是仔猪和母猪，而幼畜对黄曲霉毒素的敏感度又高于成年家畜。在动物生产中，一旦日粮（如玉米、豆粕等）被黄曲霉毒素污染，轻则导致动物体增重降低，饲料转化率下降，重则诱发肿瘤和癌症，甚至死亡，从而造成严重的经济损失。同时研究成果也表明，食物中黄曲霉毒素与肝细胞癌变 (Liver Cell Cancer，LCC) 呈正相关性，长时间食用含低浓度黄曲霉毒素的食物被认为是导致肝癌胃癌，肠癌等疾病的主要原因。而受黄曲霉毒素污染的原料进入饲料生产或食用菌生产领域，最终导致黄曲霉毒素进入饲料或食品循环，是影响食品安全、危害人类健康的一个重要途径和原因。

由于黄曲霉毒素污染范围较广且毒性较强，因此各国都提出了黄曲霉毒素的最高限量标准，中国规定了AFB1的含量为20μg/kg，欧盟规定农产品中AFT(B1+B2+G1+G2)的最高限量为4μg/kg，美国规定农产品中AFT(B1+B2+G1+G2)的最高限量为15μg/kg（刘银坤，1990；Moss, 2002）。因此防止霉变和去除霉变饲料或肥料原料中的黄曲霉毒素是饲料或肥料生产中必要的环节，也是保障食品安全的基本措施之一。

目前市场上常用的降解饲料或食品原料中黄曲霉毒素的方法主要有：1、生物法，即细菌、放线菌和酵母菌等微生物的直接降解和吸附等；2、物理法，即紫外光照射技术、268℃以上高温、吸附剂吸附脱毒等；3、化学法，即应用碱处理、氧化处理等。总体而言，这些方法虽然能够一定程度上去除原料中的黄曲霉毒素，但都存在一些问题，如成本高、二次污染、效果不佳等，因此仍需对生物原料中黄曲霉毒素的去除问题探讨新的方法。

发明内容

本申请目的在于提供一种堆肥方式去除生物原料中黄曲霉素的方法，从而为食品原料或饲料原料等生物原料的安全可靠奠定基础。

本申请所采取的技术方案详述如下。

一种堆肥去除生物原料中黄曲霉素的方法，所述生物原料为以碳素为主成分的生物质废料（玉米秸秆、玉米芯、麸皮、花生秧等）和/或以氮素为主成分的生物质废料（花生饼（粕）、豆粕、棉粕、菜籽粕等）；具体步骤如下：

（一）生物原料预处理

将生物原料适当粉碎预处理，针对不同类型的生物原料，具体预处理方式可参考如下：将玉米秸秆、花生秧秆切成0.5~3厘米再进行使用，将玉米芯粉碎至5~20目后再使用，而针对花生饼（粕）、豆粕、棉粕、菜籽粕、花生壳等，清洗、除尘后可直接使用；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

添加活性发酵成分并调整物料比例后进行发酵处理，所述活性发酵成分为：啤酒酵母泥、食用菌菌渣或人畜粪便；具体而言：

（2.1）以啤酒酵母泥发酵处理时，以干基计，生物原料：啤酒酵母泥=1：0.05~0.3（m/m），混合均匀后，加入混合物料质量2~4倍的水（调整含水率65~80%左右），混合均匀后，15~38℃保温2~5天，期间可搅拌3~10次，确保发酵效果均匀；发酵结束后，过滤或离心方式除去水分，所得生物原料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料；

（2.2）以食用菌菌渣发酵处理时，以干基计，生物原料：食用菌菌渣=1:0.1~0.5（m/m），混合均匀后，调整含水率至45~75%，同时用生石灰调整PH至7.5-9.5，堆积30~70cm 高度，培菌升温0.5~2天左右后，进行好氧发酵7~10天（发酵期间堆温控制在25~40℃左右），期间每1~2天翻拌一次，确保发酵均匀；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料；

（2.3）以人畜粪便发酵处理时，以干基计，生物原料：人畜粪便：尿素：麸皮=1：0.05~0.2：0~0.15：0~0.2（m/m），混合均匀后，调整含水率至45~75%，同时用生石灰调整PH至7.5-9.5，堆积30~70cm 高度，适度压紧，用塑料布或泥巴封严，厌氧发酵3~7天，最后在进行好氧发酵7~10天（发酵期间堆温控制在25~40℃左右），好氧发酵期间可1-2天翻拌一次，确保发酵均匀；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

啤酒酵母泥即啤酒泥是啤酒生产中重要的副产物，其量约占啤酒产量的0.15%（干固物），2017年我国啤酒年产4500万吨，据此计算我国啤酒酵母泥有6.75万吨。一般而言，啤酒酵母泥中酵母菌菌体量占总物质量的85-95%，其中的酵母有30%左右老化死亡，50-60%的酵母处于较高的活性状态，还有一部分酵母刚刚萌发，处于低活性状态，这些酵母群体是可以作为资源来利用的。

食用菌菌渣是平菇、草菇、金针菇等食用菌，利用秸秆、木屑、棉籽壳、玉米芯等原料进行食用菌代料栽培，子实体收获后的培养基剩余物，是食用菌菌丝残体及经食用菌酶解，结构发生质变的粗纤维等成分的复合物。我国年产菌糠（菌渣）总量约5000万吨左右。目前食用菌菌渣主要用作有机肥、燃料、沼气发酵原料、饲料等原料。

人畜粪便中有大量的微生物，一般主要是用于固态堆肥利用，利用率相对较低，且具有一定环境污染性。

总体而言，现有技术中，对于上述三种含有活性微生物废料的利用率较低，且缺乏较好的利用方式。本申请中，充分利用上述三种物料中的活性成分，进而实现对生物原料中黄曲霉毒素的降解。具体而言：

利用酵母泥中有活力的酵母菌的生长及其产生的酶有效降解黄曲霉毒素，同时利用酵母泥中的死酵母菌体有效吸附一定量的黄曲霉毒素，从而最终实现降低黄曲霉毒素的目的；

利用食用菌菌渣处理时，其主要原理是利用活性菌丝的继续生长而产生一定活力的维素酶、木质素降解酶来降解黄曲霉毒素，与此同时，食用菌菌渣中本身富含的纤维素酶、木质素降解酶也可降解黄曲霉毒素，加上整个发酵过程中的pH处于碱性环境，进一步提高了酶降解黄曲霉毒素的效率；

而利用人畜粪便处理时，其主要利用固态堆肥发酵过程中的高温复合碱性条件对黄曲霉毒素的破坏、以及人畜粪便中大量的微生物生长所产生的酶来对黄曲霉毒素的降解，以实现黄曲霉毒素含量的大幅度降低，最终实现原料的无害化。

总体而言，本申请所提供的处理方法，其操作处理过程较为便捷，降解黄曲霉毒素效果较为明显，且处理成本较低，可较好为食品安全、人体健康奠定基础，具有较好的实用价值和推广应用意义。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请做进一步的解释说明，在介绍具体实施例前，就下述实施例中涉及部分实验物料情况简要介绍说明如下。

食用菌菌渣：是指利用秸秆、木屑、棉籽壳、玉米芯等原料进行平菇、草菇、金针菇等食用菌代料栽培、子实体收获后的培养基剩余物，是食用菌菌丝残体及经食用菌酶解，结构发生质变的粗纤维等成分的复合物；菌渣整体pH呈碱性，其成分中含有大量的菌丝体蛋白，多糖以及氮，磷，钾，维生素等多种微量元素；其主要特点是：菌渣中还有活性的菌体，在合适条件下仍可以继续生长萌发，并产生一下酶类代谢产物（例如维素酶、木质素降解酶等）；现有食用菌菌渣主要用作有机肥、燃料、沼气发酵原料、饲料等原料应用；

人畜粪便：是指人类生活或家禽、家畜养殖中产生的粪和便的集合，属于新陈代谢***物的集合；其主要组成成分为：3/4为水，1/4为固体；固体中的30%左右为死、活细菌，10%～20%为脂肪，2%～3%为蛋白质，10%～20%为无机盐，30%为未消化的残存食物及消化液中的固体成分如脱落的上皮细胞；液体成分中含有钠、钾、镁、氯、尿素等多种无机物；其主要特点是：含有一定的碳素和氮素，可供微生物生长利用；同时，人畜粪便中有大量的活性微生物，在条件合适时可以快速发酵繁殖；

啤酒酵母泥：即啤酒泥，是啤酒生产中重要的副产物，其量约占啤酒产量的0.15%（干固物）左右；其主要成分为：50%左右的蛋白质（主要为菌体蛋白），6~8%的核酸，还有丰富的B族维生素、维生素D2原、脂肪、多糖和矿质成分，还有一定的辅酶和细胞色素C等生理活性物质；其主要特点为：啤酒酵母泥中酵母菌菌体量占总物质量的85~95%，其中的酵母有30%左右老化死亡，50~60%的酵母处于较高的活性状态，还有一部分酵母刚刚萌发，处于低活性状态。

需要说明的是，下述实施例中所采用的食用菌菌渣、人畜粪便、啤酒酵母泥等生产原料，由于均属于常规生产中的废料，均为相关农业或工业生产企业馈赠所得，而本申请主要目的之一在于对这些生产废料的综合化开发利用，因此，就这些生产原料的具体成分、来源不再详细说明。

实施例1

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的玉米秸秆，具体处理时，过程如下：

（一）生物原料预处理

将生物原料玉米秸秆（黄曲霉毒素污染）切成0.5~3厘米左右备用；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以啤酒酵母泥进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：啤酒酵母泥=1：0.2（m/m），混合均匀后，加入混合物料质量2倍的水（调整含水率65%左右），混合均匀后，30℃左右保温3天，期间搅拌3次，确保发酵效果均匀；发酵结束后，过滤方式除去水分，所得生物原料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的60.7μg/Kg降低为19.6μg/Kg，降低效果明显。

实施例2

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的玉米芯，具体处理时，过程如下：

（一）生物原料预处理

将生物原料玉米芯（黄曲霉毒素污染）粉碎至10目左右备用；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以啤酒酵母泥进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：啤酒酵母泥=1：0.15（m/m），混合均匀后，加入混合物料质量3倍的水（调整含水率75%左右），混合均匀后，30℃左右保温4天，期间搅拌5次，确保发酵效果均匀；发酵结束后，过滤方式除去水分，所得生物原料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的53.6μg/Kg降低为19.6μg/Kg，降低效果明显。

实施例3

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的花生粕，具体处理时，过程如下：

（一）生物原料预处理

生物原料花生粕不用处理，直接处理；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以啤酒酵母泥进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：花生粕=1：0.2（m/m），混合均匀后，加入混合物料质量2倍的水（调整含水率65%左右），混合均匀后，25℃左右保温4天，期间搅拌5次，确保发酵效果均匀；发酵结束后，过滤方式除去水分，所得生物原料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的50.3μg/Kg降低为18.1μg/Kg，降低效果明显。

实施例4

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的玉米芯，具体处理时，过程如下：

（一）生物原料预处理

将生物原料玉米芯（黄曲霉毒素污染）粉碎至10目左右备用；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以食用菌菌渣进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：食用菌菌渣=1：0.1（m/m），混合均匀后，调整含水率至65%左右，同时用生石灰调整pH至8.5左右，堆积50cm高度左右，松散堆积，用塑料布或泥巴封严后，培菌升温1天，然后将升温后的物料打开，充分翻拌，进行耗氧发酵，其中每2天翻拌一次，共耗氧发酵10天；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料；

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的66.8μg/Kg降低为16.7μg/Kg，降低效果明显。

实施例5

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的豆粕，具体处理时，过程与实施例4类似，具体如下：

（一）生物原料预处理

生物原料豆粕直接进行处理；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以食用菌菌渣进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：食用菌菌渣=1：0.2（m/m），混合均匀后，调整含水率至60%左右，同时用生石灰调整pH至9.0左右，堆积55cm高度左右，松散堆积，用塑料布或泥巴封严后，培菌升温1.5天，然后将升温后的物料打开，充分翻拌，进行耗氧发酵，其中每2天翻拌一次，共耗氧发酵10天；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料；

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的69.7μg/Kg降低为13.9μg/Kg，降低效果明显。

实施例6

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的花生粕，具体处理时，过程与实施例4类似，具体如下：

（一）生物原料预处理

生物原料花生粕直接进行处理；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以食用菌菌渣进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：食用菌菌渣=1：0.3（m/m），混合均匀后，调整含水率至60%左右，同时用生石灰调整pH至8.5左右，堆积55cm高度左右，松散堆积，用塑料布或泥巴封严后，培菌升温1天，然后将升温后的物料打开，充分翻拌，进行耗氧发酵，其中每2天翻拌一次，共耗氧发酵10天；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料；

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的75.8μg/Kg降低为13.6μg/Kg，降低效果明显。

实施例7

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的玉米秸秆，具体处理时，过程如下：

（一）生物原料预处理

将生物原料玉米秸秆（黄曲霉毒素污染）切成0.5~3厘米左右备用；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以人畜粪便进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：人畜粪便：尿素：麸皮=1：0.1：0.1：0（m/m），混合均匀后，调整含水率至50%左右，同时用生石灰调整pH至8.0，堆积65cm 高度左右，适度压紧，用塑料布或泥巴封严，厌氧发酵6天；将厌氧发酵后的物料打开，充分翻拌，进行耗氧发酵，其中每2天翻拌一次，共耗氧发酵9天；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的66.8μg/Kg降低为19.6μg/Kg，降低效果明显。

实施例8

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的花生粕，具体处理时，过程与实施例7类似，具体如下：

（一）生物原料预处理

生物原料花生粕直接进行处理；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以人畜粪便进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：人畜粪便：尿素：麸皮=1：0.1：0：0.2（m/m），混合均匀后，调整含水率至45%左右，同时用生石灰调整pH至8.2，堆积50cm 高度左右，适度压紧，用塑料布或泥巴封严，厌氧发酵4天；将厌氧发酵后的物料打开，充分翻拌，进行耗氧发酵，其中每2天翻拌一次，共耗氧发酵8天；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的65.6μg/Kg降低为17.3μg/Kg，降低效果明显。

实施例9

本实施例针对的生物原料为污染黄曲霉毒素的花生粕和玉米芯，具体处理时，过程与实施例7类似，具体如下：

（一）生物原料预处理

将生物原料玉米芯（黄曲霉毒素污染）粉碎至10目左右备用；生物原料花生粕不需额外处理；

处理时，以质量比计，玉米芯：花生粕=1:5；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

本实施例以人畜粪便进行发酵处理，处理时，以干基计，生物原料：人畜粪便：尿素：麸皮=1：0.2：0.1：0.2（m/m）；混合均匀后，调整含水率至55%左右，同时用生石灰调整pH至7.5，堆积65cm 高度左右，适度压紧，用塑料布或泥巴封严，厌氧发酵5天；将厌氧发酵后的物料打开，充分翻拌，进行耗氧发酵，其中每1.5天翻拌一次，共耗氧发酵10天；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

处理完成后，对生物原料中黄曲霉毒素含量进行测定，结果表明，黄曲霉毒素含量已由处理前的78.3μg/Kg降低为29.7μg/Kg，降低效果明显。

综合上述实施例可以看出，无论采用哪种活性发酵成分，均能取得较好发酵成果，同时这也其他废料处理提供了新的用途，表现出较好的综合效益。

Claims (3)

1.一种堆肥去除生物原料中黄曲霉素的方法，其特征在于，所述生物原料为以碳素为主成分的生物质废料和/或以氮素为主成分的生物质废料；

具体步骤如下：

（一）生物原料预处理

将生物原料粉碎预处理；

（二）添加活性发酵成分进行发酵

添加活性发酵成分并调整物料比例后进行发酵处理，所述活性发酵成分为：啤酒酵母泥、食用菌菌渣或人畜粪便；具体而言：

以啤酒酵母泥发酵处理时，以干基计，生物原料：啤酒酵母泥=1：0.05~0.3（m/m），混合均匀后，加入混合物料质量2~4倍的水，混合均匀后，15~38℃保温2~5天；发酵结束后，所得生物原料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料；

以食用菌菌渣发酵处理时，以干基计，生物原料：食用菌菌渣=1:0.1~0.5（m/m），混合均匀后，调整含水率至45~75%，同时用生石灰调整pH至7.5~9.5，堆积30~70cm 高度，培菌升温0.5~2天后，进行好氧发酵7~10天，发酵期间堆温控制在25~40℃，确保发酵均匀；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料；

以人畜粪便发酵处理时，以干基计，生物原料：人畜粪便：尿素：麸皮=1：0.05~0.2：0~0.15：0~0.2（m/m），混合均匀后，调整含水率至45~75%，同时用生石灰调整pH至7.5-9.5，堆积30~70cm 高度，厌氧发酵3~7天，最后再进行好氧发酵7~10天，发酵期间堆温控制在25~40℃，确保发酵均匀；发酵结束后所得物料即为降解黄曲霉毒素后无害生物原料。

2.如权利要求1所述堆肥去除生物原料中黄曲霉素的方法，其特征在于，所述碳素为主成分的生物质废料，具体为：玉米秸秆、玉米芯、麸皮、花生秧中一种或几种任意比例混合物；

所述素为主成分的生物质废料，具体为：花生饼、豆粕、棉粕、菜籽粕中一种或几种任意比例混合物。

3.如权利要求2所述堆肥去除生物原料中黄曲霉素的方法，其特征在于，步骤（一）中，具体预处理方式为：将玉米秸秆、花生秧秆切成0.5~3厘米再进行使用，将玉米芯粉碎至5~20目后再使用；针对花生饼、豆粕、棉粕、菜籽粕、花生壳，清洗、除尘后直接使用。