農(nóng)牧副產(chǎn)物集成化快速處理與高值化利用新技術(shù)

■山東百德生物科技有限公司 季偉峰

農(nóng)牧副產(chǎn)物集成化快速處理與高值化利用新技術(shù)

■山東百德生物科技有限公司 季偉峰

山東百德生物科技有限公司董事長(zhǎng)，濰坊市畜牧協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、寒亭區(qū)政協(xié)委員、山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院特聘教授；主持承擔(dān)國(guó)家財(cái)政部、農(nóng)業(yè)部“2014年畜禽糞污等農(nóng)業(yè)農(nóng)村廢棄物綜合利用試點(diǎn)項(xiàng)目”，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)1,000萬(wàn)元，并于2015年驗(yàn)收完成，為國(guó)家農(nóng)業(yè)部在全國(guó)病死畜禽無(wú)害化處理推廣工作，提供了一套相對(duì)完整的規(guī)范化運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

1 農(nóng)牧副產(chǎn)物無(wú)害化處理和高值化利用項(xiàng)目背景

1.1 我國(guó)農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)鏈問(wèn)題分析

我國(guó)農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨三大危機(jī)：①資源緊缺：一方面，我國(guó)傳統(tǒng)飼料原料存在與人爭(zhēng)糧、與人爭(zhēng)田的問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)飼料蛋白原料約80%依賴(lài)進(jìn)口。另一方面，我國(guó)養(yǎng)殖成本高昂(其中70%是飼料成本)，與國(guó)外相比已經(jīng)失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。資源緊缺這一問(wèn)題在未來(lái)的30年之內(nèi)都會(huì)長(zhǎng)期存在。因此，尋找安全可靠的非糧型蛋白原料，是保障我國(guó)農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)戰(zhàn)略問(wèn)題。②環(huán)境污染：一方面，我國(guó)農(nóng)牧業(yè)規(guī)模巨大，大量農(nóng)作物秸稈資源被焚燒浪費(fèi)，養(yǎng)殖糞污無(wú)序排放占全國(guó)氮磷污染排放總量的45%，養(yǎng)殖污染已成為我國(guó)環(huán)境污染的一個(gè)重要問(wèn)題，因此，尋找安全高效的農(nóng)牧副產(chǎn)物高值化利用途徑，已成為制約我國(guó)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。③食品安全：近年來(lái)，因抗生素殘留、瘦肉精等導(dǎo)致食品安全事件頻發(fā)，低端肉蛋奶因安全得不到保障，反向?qū)е氯獾澳痰唾|(zhì)只能賣(mài)低價(jià)，養(yǎng)殖場(chǎng)利潤(rùn)得不到保障。

1.2 我國(guó)農(nóng)牧副產(chǎn)物資源統(tǒng)計(jì)分析

有效利用這些廢棄原料，可極大地降低資源浪費(fèi)，有效緩解與人爭(zhēng)糧、與人爭(zhēng)田的問(wèn)題。

表1 我國(guó)農(nóng)牧副產(chǎn)物資源

1.3 我國(guó)農(nóng)牧副產(chǎn)物處理與利用現(xiàn)狀分析

1.3.1 養(yǎng)殖糞污利用現(xiàn)狀 每年畜禽養(yǎng)殖糞污產(chǎn)生量約45億t，少量作為農(nóng)家肥使用，大部分隨意堆放或排入河道，嚴(yán)重污染水源及周邊空氣環(huán)境，因細(xì)菌病毒滋長(zhǎng)也容易導(dǎo)致疫病感染。1.3.2 病害動(dòng)物及屠宰副產(chǎn)物現(xiàn)狀 畜禽養(yǎng)殖業(yè)家畜死亡率約為5%，家禽死亡率約為8%，每年產(chǎn)生大量病害動(dòng)物尸體及屠宰下腳料，這類(lèi)病害動(dòng)物尸體處理不當(dāng)，極易導(dǎo)致食品安全及疫病污染。

1.3.3 農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀 耕地面積20億畝，作物秸稈年產(chǎn)量約7億t，目前作物秸稈大都被焚燒或還田，利用率不足30%，導(dǎo)致污染空氣及資源浪費(fèi)。作物秸稈蛋白質(zhì)含量3%～10%，秸稈飼料的開(kāi)發(fā)利用勢(shì)在必行。

1.3.4 農(nóng)副產(chǎn)品糟渣利用現(xiàn)狀 我國(guó)年產(chǎn)醋糟150～175萬(wàn)t、蘋(píng)果渣120～150萬(wàn)t、白酒糟產(chǎn)量3,076.8萬(wàn)t、含水75%的醬油渣470萬(wàn)t、柑橘皮渣1,000多萬(wàn)t、食用菌糠1,000萬(wàn)t、紅薯淀粉渣1.35億t。

1.3.5 餐廚副產(chǎn)物利用現(xiàn)狀 餐廚垃圾35%左右的干物質(zhì)中含粗脂肪12%、蛋白質(zhì)20%以上，我國(guó)1年產(chǎn)出的餐廚垃圾全部得以利用，相當(dāng)于節(jié)約3,000萬(wàn)畝玉米的能量和600萬(wàn)t生物柴油。據(jù)了解，82.5%的餐廚垃圾被直接用來(lái)喂豬等牲畜，二次處理的僅占7.2%，“潲水豬”、地溝油和下水道成了餐廚廢棄物的三大流向。

有效利用這些非常規(guī)原料，可極大降低資源浪費(fèi)，有效緩解與人爭(zhēng)糧、與人爭(zhēng)田的問(wèn)題。

1.4 我國(guó)飼料原料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀分析

目前畜牧業(yè)原料按飼料來(lái)源，可分為植物性飼料、動(dòng)物性飼料、單細(xì)胞蛋白。

1.4.1 植物性飼料 植物性能量飼料(如玉米、大麥、小麥、高粱、木薯、甘薯等；)存在較大的與人爭(zhēng)糧、與人爭(zhēng)田問(wèn)題；植物性蛋白飼料(如全脂大豆、豆粕、棉粕及各類(lèi)雜粕、DDGS、啤酒糟等)80%依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格受?chē)?guó)外期貨市場(chǎng)操控。

1.4.2 動(dòng)物性飼料 如魚(yú)粉、肉粉、肉骨粉、血粉、羽毛粉等。該類(lèi)原料存在同源性飼喂可能導(dǎo)致的生物安全問(wèn)題，限制了其使用范圍。

1.4.3 單細(xì)胞蛋白(菌體蛋白) 主要有釀酒酵母培養(yǎng)物、啤酒酵母、藻類(lèi)等單細(xì)胞蛋白培養(yǎng)物。該類(lèi)原料屬于新型生物飼料，目前主要執(zhí)行微生態(tài)添加劑審批標(biāo)準(zhǔn)，因技術(shù)壁壘及生產(chǎn)成本高昂，尚無(wú)法作為替代性飼料快速形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化布局。

2014年，酵母培養(yǎng)物已從《飼料添加劑目錄》轉(zhuǎn)至《飼料原料目錄》，這是一個(gè)好的起點(diǎn)。

1.5 我國(guó)農(nóng)牧副產(chǎn)物資源化利用的途徑分析

1.5.1 能源化利用 主要通過(guò)厭氧發(fā)酵的生產(chǎn)沼氣或利用沼氣發(fā)電，也有些生產(chǎn)生物質(zhì)燃料。該類(lèi)技術(shù)工藝成熟，但其經(jīng)濟(jì)性存在較大問(wèn)題，國(guó)家持續(xù)幾十年投入巨資，但目前能夠正常運(yùn)行的寥寥無(wú)幾。

1.5.2 肥料化利用 主要是通過(guò)好氧堆肥發(fā)酵法，利用糞污秸稈等廢棄物經(jīng)高溫腐熟后生產(chǎn)瓜果蔬菜有機(jī)肥，目前多為粗放式發(fā)酵，營(yíng)養(yǎng)損耗大、肥效低，且極易導(dǎo)致環(huán)境污染。1.5.3 飼料化利用 大多數(shù)僅限于糟渣、秸稈等非糧型飼料原料的開(kāi)發(fā)利用；也有部分從業(yè)者采用粗放式雞糞喂豬-豬糞肥水(培養(yǎng)藻類(lèi)單細(xì)胞菌體蛋白)-藻類(lèi)蛋白養(yǎng)魚(yú)的生態(tài)循環(huán)模式，利用動(dòng)物糞便作為昆蟲(chóng)蛋白培養(yǎng)基。

我們提出一個(gè)大膽的設(shè)想，能不能把這些廢棄物做無(wú)害化處理，做為微生物的“食物”。

2 農(nóng)牧副產(chǎn)物無(wú)害化處理和高值化利用項(xiàng)目概述

2.1 項(xiàng)目研究的核心宗旨

以先進(jìn)微生物技術(shù)為核心，以“集成化原位快速處理技術(shù)”為紐帶，致力于農(nóng)牧副產(chǎn)物的無(wú)害化處理與生態(tài)循環(huán)利用項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，為農(nóng)牧副產(chǎn)物生態(tài)循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)提供一種集成化技術(shù)解決方案，為大宗非糧型單細(xì)胞蛋白資源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目提供一種“就地取材-原位處理-就地利用”的區(qū)域性生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)新模式。

2.2 項(xiàng)目研究的兩個(gè)方向

以大宗非糧型單細(xì)胞蛋白資源開(kāi)發(fā)為目標(biāo)，通過(guò)幾年的研究，我們從兩頭來(lái)做，一個(gè)是入口端，一個(gè)是出口端。

2.2.1 從農(nóng)牧業(yè)的前端(入口)開(kāi)展研究 開(kāi)發(fā)安全可靠的低成本單細(xì)胞蛋白資源。在飼用原料成本高及利用轉(zhuǎn)化率低下的背景下，我們提出“誰(shuí)能為畜牧業(yè)提供安全可靠的低成本單細(xì)胞蛋白資源，誰(shuí)將擁有巨大的市場(chǎng)需求”的研究主張。

2.2.2 從農(nóng)牧業(yè)的末端(出口)開(kāi)展研究 尋找安全高效的農(nóng)牧副產(chǎn)物無(wú)害化處理與生態(tài)循環(huán)新途徑。在農(nóng)牧副產(chǎn)物無(wú)序排放導(dǎo)致巨大環(huán)境污染的背景下，我們提出“誰(shuí)能將農(nóng)牧副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為高附加值的產(chǎn)品，誰(shuí)將擁有廣闊的市場(chǎng)需求”的研究主張。

2.3 項(xiàng)目研究的三個(gè)主張

2.3.1 原位化處理 應(yīng)堅(jiān)持“誰(shuí)排放誰(shuí)處理”的原則，就地對(duì)各類(lèi)農(nóng)牧副產(chǎn)物進(jìn)行即時(shí)、快速處理，實(shí)現(xiàn)除臭、滅菌與生物轉(zhuǎn)化；可有效避免因久置導(dǎo)致病毒細(xì)菌傳播，不會(huì)污染周邊環(huán)境，并避免因轉(zhuǎn)運(yùn)導(dǎo)致的二次污染，同時(shí)極大降低運(yùn)力成本與政府相關(guān)部門(mén)的監(jiān)管成本。

2.3.2 高值化利用 我國(guó)農(nóng)牧副產(chǎn)物資源豐富，但因缺乏先進(jìn)的生態(tài)循環(huán)利用技術(shù)，導(dǎo)致農(nóng)牧固廢環(huán)保產(chǎn)業(yè)一直是政府主導(dǎo)推動(dòng)；如果開(kāi)發(fā)出能夠真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶的高值化利用技術(shù)，則我國(guó)農(nóng)牧固廢環(huán)保產(chǎn)業(yè)完全可以由是政府主導(dǎo)推動(dòng)的成本投入型轉(zhuǎn)變?yōu)槊耖g自主推動(dòng)的價(jià)值創(chuàng)造型生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)。

2.3.3 簡(jiǎn)單化運(yùn)行 農(nóng)牧副產(chǎn)物分布在農(nóng)村，如果工藝技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，農(nóng)民就不會(huì)采用這種工藝。

2.4 項(xiàng)目整體技術(shù)工藝路線設(shè)計(jì)

農(nóng)牧副產(chǎn)物→快速原位處理→微生物培養(yǎng)基→二次發(fā)酵→單細(xì)胞蛋白

利用農(nóng)牧副產(chǎn)物資源及其廢棄物的無(wú)害化產(chǎn)物作為微生物培養(yǎng)基，經(jīng)二次微生物發(fā)酵，轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白資源(或微生物菌肥資源)。

圖1 技術(shù)工藝路線

3 技術(shù)成果

3.1 無(wú)害化處理專(zhuān)用菌劑

采用動(dòng)物源廢棄物專(zhuān)用菌、植物源廢棄物專(zhuān)用菌、養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境改良專(zhuān)用菌、有機(jī)肥高溫腐熟專(zhuān)用菌等系列菌劑，在各類(lèi)動(dòng)物性廢棄物惡劣條件下迅速繁殖，可在24h之內(nèi)內(nèi)迅速降解有機(jī)廢棄物、殺滅各類(lèi)病源微生物，確保產(chǎn)物符合無(wú)害化處理標(biāo)準(zhǔn)(病原微生物、霉菌毒素等)；且發(fā)酵產(chǎn)物味呈酸甜、酒香濃郁，可作為微生物培養(yǎng)基。

圖2 利用禽糞制備高活性生物有機(jī)肥

圖3 利用新鮮雞糞制備飼用級(jí)活性微生態(tài)蛋白

圖4 病死動(dòng)物無(wú)害化處理

3.2 多功能集成化快速發(fā)酵裝置

立式、臥式、好氧、厭氧等類(lèi)型的設(shè)備，在處理效率、處理費(fèi)用或設(shè)備價(jià)格方面，都有較大的優(yōu)勢(shì)。10m3型多功能集成化發(fā)酵機(jī)組在3h內(nèi)可將家禽糞便快速轉(zhuǎn)化為味呈酸甜酒香的活性微生態(tài)培養(yǎng)物。

4 該技術(shù)在“養(yǎng)殖廢棄物無(wú)害化處理項(xiàng)目”的應(yīng)用技術(shù)

4.1 利用禽糞制備高活性生物有機(jī)肥（圖 2）。

4.2 利用新鮮雞糞制備飼用級(jí)活性微生態(tài)蛋白（圖3）。

4.3 病死動(dòng)物無(wú)害化處理

該技術(shù)在病死動(dòng)物處理項(xiàng)目中應(yīng)用附加值極高，處理產(chǎn)物味呈酸甜酒香，可作為優(yōu)質(zhì)的微生物培養(yǎng)基（圖4）。

5 該技術(shù)在“大宗非糧型生物飼料資源開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”的應(yīng)用

將鮮雞糞無(wú)害化處理后，轉(zhuǎn)化為酒香濃郁的單細(xì)胞蛋白培養(yǎng)基，回收該培養(yǎng)基并進(jìn)行二次復(fù)配后，可等量替代育肥豬飼料，按30%添加，可極大降低飼料成本、降低抗生素用，而且提高了動(dòng)物的免疫力。同時(shí)，試驗(yàn)所得的豬肉，背膘較薄、口感好、各種氨基酸含量普遍偏高，必需脂肪酸亞油酸、亞麻酸含量遠(yuǎn)高于市場(chǎng)豬肉。■

(編輯楊營(yíng)整理)