Investigation of Chemical Characteristics Variation for Converting Swine Manure by Lactobacillus sp.

本研究擬利用醱酵技術，將豬排泄物轉換為有用的飼料或添加物。實驗使用乳酸菌為菌種，在測試階段以養樂多為乳酸菌來源;正式實驗階段則使用乳酸菌Lactobacillus kefiri和Lactobacillus acidophilus。基質使用乾燥後的豬糞，經厭氧醱酵以改變豬糞的性質，並使用固體分析等方式進行分析。 正式實驗階段實驗先分別以Lactobacillus kefiri和Lactobacillus acidophilus兩株菌單獨進行含水率70%、90%之醱酵實驗，接著則是混合兩株乳酸菌，分別進行70%、90%之醱酵實驗。 研究結果顯示，含水率90%在蛋白質上有較佳的產量，在乳酸的濃度方面，則以含水率70%有較好的表現。乳酸菌的選擇上，混合Lactobacillus kefiri和 Lactobacillus acidophilus兩株菌種含水率90%的醱酵方式在第14天能獲得36.20%的蛋白質含量。而Lactobacillus acidophilus含水率90%的反應槽在第三週蛋白質含量也可達到35.90%，而以上兩種操作同時也有較高的粗脂肪。In this study, swine manure were converted by Lactobacillus sp. through fermentation. In the phase I, Lactobacillus Casei Shirota inYakult was used as the seed, while Lactobacillus kefiri and Lactobacillus acidophilus were selected as the seed in the phase II. The substrate used in the study was dry manure. In phase II, Lactobacillus kefiri and Lactobacillus acidophilus were used separately to start up fermentations at two different moisture contents, 70% and 90%. After finishing the above experiments, tests of using the mixed culture of the above two species were conducted at 70% and 90% moisture contents consequently. The results showed that at moisture content of 90%, more protein content in the product was observed; and higher concentration of lactic acid appeared in the moisture content of 70%. In comparison of the efficiency of Lactobacillus, the results indicated that fermentations of Lactobacillus acidophilus on the 21st day and mixed Lactobacillus sp .on the 14th day, the highest protein content and higher crude fat content could be obtained for both at 90% of moisture content.誌謝...........................……...…………...…1 摘要…………………………………...……………...…2 Abstract.……………………………………….……...…3 目錄………………………………………...……………i 圖目錄.……………………………………….............…iii 表目錄.………………………………………...………...v 附錄………………………………………...…………..vi 第一章 前言.………………………………………...…1 第二章 文獻探討......……………………………………..2 2.1 豬糞尿廢水處理..........…………………………………2 2.1.1 堆肥處理.....………………………………………....2 2.1.2 厭氧消化原理....……………………………………2 2.1.3 好氣處理.........………………………………………...4 2.2 乳酸菌之介紹............…………………………………4 2.2.1 乳酸菌醱酵型態…………………………………….5 2.2.2 乳酸桿菌屬(Lactobacillus) .….…………………. 5 2.2.3 乳酸菌對豬隻生長性能影響.………………………5 2.3 動物飼料養分...…………………………………….6 2.4 以微生物醱酵轉換廢棄物..……………………….7 2.4.1 以乳酸菌轉換家禽排泄物為飼料添加物…………………….7 2.4.2 利用乳酸和酵母菌將魚廢棄物轉換為飼料添加物.………….8 2.4.3 利用乳酸菌轉換屠宰場廢棄物.……………………………….9 第三章 研究方法..........................12 3.1 實驗設備...12 3.2 實驗材料...........................13 3.3 前處理..........................................14 3.4 實驗設計...........................................14 3.4.1 測試實驗(preparatory experiment, phase I) .........14 3.4.2 正式實驗(designed experiment, phase II) ...........16 3.5 分析項目及方法....................17 第四章 結果與討論....................................24 4.1 初步測試...........................................24 4.2 以乳酸菌進行厭氧醱酵...................27 4.2.1 pH值.......................................29 4.2.2 總有機碳………………………..29 4.2.3 TKN……………………………………31 4.2.4 粗脂肪…………………………………..33 4.2.5 粗纖維……………………………………..35 4.2.6 乳酸…………………………………..37 第五章 結論………………………………..38 第六章 建議……………………………………………..40 參考文獻……………………………………………………..41 附錄A： 乳酸測定……………………………………43 圖目錄 圖2-1 三段式豬糞尿水處理流程..…………..…………3 圖3-1 實驗配置示意圖…….……………...12 圖3-2 試驗1反應槽架設圖….....................15 圖3-3 試驗4與試驗5實驗示意圖……………………16 圖4-1 試驗1基質和菌種混合後狀況.….....…..24 圖4-2 試驗4與試驗5二氧化碳產生情況…......……………27 圖4-3 Lactobacillus kefiri含水率70%(試驗6)、90%(試驗7)之總有機碳變化圖.................…………………….30 圖4-4 Lactobacillus acidophilus含水率70%(試驗8)、90%(試驗9)總有機碳變化圖...........…………..30 圖4-5 Lactobacillus kefiri及Lactobacillus acidophilus混合菌種含水率70%(試驗10)、90%(試驗11)總有機碳變化圖……………………………………31 圖4-6 Lactobacillus kefiri (BCRC 14011)、Lactobacillus acidophilus (BCRC 14079)及混合兩菌種混合含水率70%(試驗6、試驗8、試驗10)含氮量變化圖.....……32 圖4-7 Lactobacillus kefiri (BCRC 14011)、Lactobacillus acidophilus (BCRC 14079)及兩菌種混合含水率90%(試驗7、試驗9、試驗11)含氮量變化圖………33 圖4-8 Lactobacillus kefiri (BCRC 14011)含水率70%(試驗6)、90%(試驗7)之粗脂肪變化圖.…………………..34 圖4-9 Lactobacillus acidophilus (BCRC 14079)含水率70%(試驗8)、90%(試驗9)之粗脂肪變化圖…………………..34 圖4-10 Lactobacillus kefiri及Lactobacillus acidophilus混合菌種含水率70%(試驗10)、90%(試驗11)之粗脂肪變化圖………35 圖4-11 Lactobacillus kefiri (BCRC 14011)含水率70%(試驗6)、90%(試驗7)之粗纖維變化圖……………………………………35 圖4-12 Lactobacillus acidophilus (BCRC 14079)含水率70%(試驗8)、90%(試驗9)之粗纖維變化圖………………………………36 圖4-13 Lactobacillus kefiri及Lactobacillus acidophilus混合菌種含水率70%(試驗10)、90%(試驗11)之粗纖維變化圖……36 表目錄 表2-1 家禽排泄物和發酵後產物中微生物資料…..…………..8 表2-2 牲畜廢棄物10天醱酵前後之性質變化…………..……….10 表2-3 家禽廢棄物經10天醱酵前後之性質變化……..……….11 表3-1 實驗設計………………..……..18 表4-1 試驗4與試驗5固體分析結果………………6 表4-2 菌種濃度……………………………..…..28 表4-3 pH值…………….……………………..….29 表4-4 乳酸濃度……………………………....37 附錄 圖 A-1 乳酸標準酸FID分析結果……………………………43 圖 A-2 標準酸FID分析結果………...………………...44 圖 A-3 試驗6稀釋倍率25% FID分析結果...…………45 圖 A-4 試驗8稀釋倍率50%FID分析結果…………………46 圖 A-5 試驗10稀釋倍率25% FID分析結果.………………47 圖 A-6 試驗7 FID分析結果………………...…………………48 圖 A-7 試驗11 FID分析結果……………………………………..4