采用正交实验优化湿热法处理厨余垃圾的工艺条件

粗纤维随着温度的升高呈下降趋势。如表4所示，温度对粗纤维的影响极其显著(P<0.05)。粗脂肪在100～120℃的温度范围内含量降低，高于120℃之后，降低趋势显著增加，受温度影响显著(P<0.1)。高温加热加快了油脂的水解，游离态的油脂水解成可溶态油脂[11]，导致垃圾本身的油脂含量降低。这一点可以在实验中直观地得到印证，反应后的垃圾表面漂浮着一层明显的油脂，这表明该加工处理有利于油脂从垃圾中分离出来，从而降低原料中高浓度的油脂含量。文献表明，适当的加热可以使脂肪酶失活，从而降低酸败的可能性，而且可以加大可溶性维生素的溶解度[12，13]。 
表4各种加工因素对成分影响的方差分析 


注：在因素影响都不显著的情况下，将平方和最小的一项并入误差项处理[10]；由于厨余本身成分变化较大，故本文选取α=0.1为判断差别是否显著的标准。 
粗蛋白的含量随着温度的升高略有降低，但变化幅度不显著(P>0.1)。适度加热有助于蛋白质的水解和吸收，提高消化率，也不会强烈影响蛋白质的高级结构[14]。从营养学的观点来看，温和热处理所引起的变化一般是有利的[15，16]。 
粗灰分、盐分和钙的含量并没有随温度产生显著性的改变(P>0.1)。 
3.2加水量对厨余中各种成分的影响 
加水量对厨余中各种成分的影响如图3所示。 


图3加水量对各种成分的影响 
总体来说，加水量对粗纤维、粗蛋白、粗灰分和钙的影响不显著(P>0.1)。从图3和表4可知，加水量对盐分含量有极其显著影响(P<0.05)，在加水量20%～38%之间无明显变化，但在38%～50%的范围内，盐分的损失率从4.3%上升到14.2%。这可能是由于水量的增加，对盐分起到了稀释的作用。加水量对粗脂肪也有极其显著影响(P<0.05)，在20%～38%范围内，粗脂肪的损失率从5.4%升高到24.2%。 
3.3时间对厨余中各种成分的影响 
时间对厨余中各种成分的影响如图4所示。总体来讲，时间对各种成分均无显著性影响(P>0.1)。 


图4时间对各种成分的影响 
3.4最佳反应条件的确定 
用直观分析法[6]对数据进行处理，处理结果如表5所示，从表5中可以看出，不同因素对各种成分的影响以及每种成分各自的最佳加工条件。然后采用多指标评价的综合平衡法[11]来确定最佳工艺条件。其中，粗灰分和钙的变化幅度均在国家规定的常规饲料标准内，对产品质量无显著影响，因此进一步筛选粗脂肪、粗纤维、粗蛋白和盐分作为主要衡量标准。 
表5不同因素对各种成分影响的极差分析 


从原料成分中可以看出，厨余垃圾中粗脂肪和盐分含量偏高，由于过高的油脂含量会加剧产品氧化酸败的速度，降低产品的贮藏性能，而过高的含盐量可能导致动物中毒，从而严重影响饲料的质量品质。实验室小试的结果表明，粗蛋白和粗纤维处理前后的变化不显著，而且均在国家饲料营养标准规定的范围内上下浮动，因此将油脂和盐分这2种含量过高成分的去除率作为工艺首选指标。因此本工艺最理想的处理结果是：在保证杀菌的前提下，降低原料中过高的含油量和含盐量，调整有利营养成分的含量，使垃圾的物化性质均一化。从表4可以看出，目前的工艺条件对粗蛋白无显著影响，粗纤维的含量有所下降，而在国家饲料标准范围内，适当降低粗纤维的含量有助于各种营养因素的吸收[16]。从数据分析可知，针对本实验选取的评价指标来讲，A1B2C2为最佳反应条件，即温度为100℃、加水量50%、反应时间为60min。 
此工艺条件恰好在正交实验中的实验2出现，反应后各种成分的含量以及其相对于典型饲料成分的对照见表6。从表6可知，反应后粗蛋白含量基本没有变化，粗灰分和粗纤维略有降低，而粗脂肪和盐分的含量分别下降了18.8%和24.3%。由此可以证明，经湿热法处理后的厨余垃圾，不利成分大大降低，而对营养成分无显著影响，饲用价值得到明显的改善。 
表6最佳工艺条件下的各成分含量 


由方差分析可知，时间是工艺参数中的不显著因素，其改变对各指标没有明显影响。而最佳工艺条件中时间为60min，会导致能耗升高，从而增加运行成本，而对主要指标并没有明显的影响。因此综合考虑能耗、成本等各项工艺因素，最终确定30min为最佳工艺反应时间。 
4结论 
实验室条件下的正交实验证明，湿热法处理工艺中，温度、时间、水分对厨余垃圾的成分均有不同程度的影响。温度对粗纤维有极其显著的影响，对粗脂肪、粗灰分有显著影响。加水量对盐分有极其显著的影响，对粗脂肪和粗灰分有显著影响。其中，温度升高降低了粗纤维、粗脂肪和粗灰分的含量，加水量的增加降低了盐分、粗脂肪和粗灰分的含量。时间对各种成分均无显著影响。
综合考虑各种因素，确定温度为100℃、加水量50%、反应时间为30min为湿热法处理厨余垃圾并使其饲料化的最佳工艺条件。此加工条件下的处理可以显著降低厨余原料中过高的油脂和盐分含量，并且保持粗蛋白、粗纤维、灰分和钙的含量不受到显著影响，从而使处理后的厨余垃圾的饲用价值得到明显改善。 

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