采用正交實驗優(yōu)化濕熱法處理廚余垃圾的工藝條件

粗纖維隨著溫度的升高呈下降趨勢。如表4所示，溫度對粗纖維的影響極其顯著(P<0.05)。粗脂肪在100～120℃的溫度范圍內含量降低，高于120℃之后，降低趨勢顯著增加，受溫度影響顯著(P<0.1)。高溫加熱加快了油脂的水解，游離態(tài)的油脂水解成可溶態(tài)油脂[11]，導致垃圾本身的油脂含量降低。這一點可以在實驗中直觀地得到印證，反應后的垃圾表面漂浮著一層明顯的油脂，這表明該加工處理有利于油脂從垃圾中分離出來，從而降低原料中高濃度的油脂含量。文獻表明，適當?shù)募訜峥梢允怪久甘Щ睿瑥亩档退釘〉目赡苄裕铱梢约哟罂扇苄跃S生素的溶解度[12，13]。 
表4各種加工因素對成分影響的方差分析 


注：在因素影響都不顯著的情況下，將平方和最小的一項并入誤差項處理[10]；由于廚余本身成分變化較大，故本文選取α=0.1為判斷差別是否顯著的標準。 
粗蛋白的含量隨著溫度的升高略有降低，但變化幅度不顯著(P>0.1)。適度加熱有助于蛋白質的水解和吸收，提高消化率，也不會強烈影響蛋白質的高級結構[14]。從營養(yǎng)學的觀點來看，溫和熱處理所引起的變化一般是有利的[15，16]。 
粗灰分、鹽分和鈣的含量并沒有隨溫度產生顯著性的改變(P>0.1)。 
3.2加水量對廚余中各種成分的影響 
加水量對廚余中各種成分的影響如圖3所示。 


圖3加水量對各種成分的影響 
總體來說，加水量對粗纖維、粗蛋白、粗灰分和鈣的影響不顯著(P>0.1)。從圖3和表4可知，加水量對鹽分含量有極其顯著影響(P<0.05)，在加水量20%～38%之間無明顯變化，但在38%～50%的范圍內，鹽分的損失率從4.3%上升到14.2%。這可能是由于水量的增加，對鹽分起到了稀釋的作用。加水量對粗脂肪也有極其顯著影響(P<0.05)，在20%～38%范圍內，粗脂肪的損失率從5.4%升高到24.2%。 
3.3時間對廚余中各種成分的影響 
時間對廚余中各種成分的影響如圖4所示。總體來講，時間對各種成分均無顯著性影響(P>0.1)。 


圖4時間對各種成分的影響 
3.4最佳反應條件的確定 
用直觀分析法[6]對數(shù)據(jù)進行處理，處理結果如表5所示，從表5中可以看出，不同因素對各種成分的影響以及每種成分各自的最佳加工條件。然后采用多指標評價的綜合平衡法[11]來確定最佳工藝條件。其中，粗灰分和鈣的變化幅度均在國家規(guī)定的常規(guī)飼料標準內，對產品質量無顯著影響，因此進一步篩選粗脂肪、粗纖維、粗蛋白和鹽分作為主要衡量標準。 
表5不同因素對各種成分影響的極差分析 


從原料成分中可以看出，廚余垃圾中粗脂肪和鹽分含量偏高，由于過高的油脂含量會加劇產品氧化酸敗的速度，降低產品的貯藏性能，而過高的含鹽量可能導致動物中毒，從而嚴重影響飼料的質量品質。實驗室小試的結果表明，粗蛋白和粗纖維處理前后的變化不顯著，而且均在國家飼料營養(yǎng)標準規(guī)定的范圍內上下浮動，因此將油脂和鹽分這2種含量過高成分的去除率作為工藝首選指標。因此本工藝最理想的處理結果是：在保證殺菌的前提下，降低原料中過高的含油量和含鹽量，調整有利營養(yǎng)成分的含量，使垃圾的物化性質均一化。從表4可以看出，目前的工藝條件對粗蛋白無顯著影響，粗纖維的含量有所下降，而在國家飼料標準范圍內，適當降低粗纖維的含量有助于各種營養(yǎng)因素的吸收[16]。從數(shù)據(jù)分析可知，針對本實驗選取的評價指標來講，A1B2C2為最佳反應條件，即溫度為100℃、加水量50%、反應時間為60min。 
此工藝條件恰好在正交實驗中的實驗2出現(xiàn)，反應后各種成分的含量以及其相對于典型飼料成分的對照見表6。從表6可知，反應后粗蛋白含量基本沒有變化，粗灰分和粗纖維略有降低，而粗脂肪和鹽分的含量分別下降了18.8%和24.3%。由此可以證明，經濕熱法處理后的廚余垃圾，不利成分大大降低，而對營養(yǎng)成分無顯著影響，飼用價值得到明顯的改善。 
表6最佳工藝條件下的各成分含量 


由方差分析可知，時間是工藝參數(shù)中的不顯著因素，其改變對各指標沒有明顯影響。而最佳工藝條件中時間為60min，會導致能耗升高，從而增加運行成本，而對主要指標并沒有明顯的影響。因此綜合考慮能耗、成本等各項工藝因素，最終確定30min為最佳工藝反應時間。 
4結論 
實驗室條件下的正交實驗證明，濕熱法處理工藝中，溫度、時間、水分對廚余垃圾的成分均有不同程度的影響。溫度對粗纖維有極其顯著的影響，對粗脂肪、粗灰分有顯著影響。加水量對鹽分有極其顯著的影響，對粗脂肪和粗灰分有顯著影響。其中，溫度升高降低了粗纖維、粗脂肪和粗灰分的含量，加水量的增加降低了鹽分、粗脂肪和粗灰分的含量。時間對各種成分均無顯著影響。
綜合考慮各種因素，確定溫度為100℃、加水量50%、反應時間為30min為濕熱法處理廚余垃圾并使其飼料化的最佳工藝條件。此加工條件下的處理可以顯著降低廚余原料中過高的油脂和鹽分含量，并且保持粗蛋白、粗纖維、灰分和鈣的含量不受到顯著影響，從而使處理后的廚余垃圾的飼用價值得到明顯改善。 

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