餐廚垃圾微生物發(fā)酵生產(chǎn)生物飼料的研究

莊禧懿，儲(chǔ)衛(wèi)華,，馬興旺，朱 衛(wèi)

(1.中國藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.南京日升康生物工程有限公司,江蘇 南京 211103)

餐廚垃圾，俗稱泔腳，是飯店、食堂及居民生活等食用殘余垃圾的總稱，主要包括米和面粉類、蔬菜、動(dòng)植物油、肉骨等食物殘余，其營養(yǎng)成分含量較高。這些廢棄物極易腐爛變質(zhì)、散發(fā)惡臭、傳播細(xì)菌和病毒。此外，其中的滲瀝水極易通過滲透作用污染地下水，而廢棄油脂和殘?jiān)鼊t會(huì)堵塞下水道，嚴(yán)重污染環(huán)境[1]。

目前，我國餐廚垃圾的主要處置方式有兩種：回收直接飼喂家畜或混入生活垃圾作填埋處置。這兩種方法都會(huì)給環(huán)境帶來損害。由于餐廚垃圾可能含有口蹄疫病菌、豬瘟病菌、弓形蟲、沙門氏菌、旋毛蟲、彎曲桿菌等，未經(jīng)處理直接飼養(yǎng)畜禽，會(huì)將其中的細(xì)菌通過食物鏈傳染給食用者。不分類收集的餐廚垃圾直接填埋，由于其有機(jī)成分高，對(duì)填埋場的沖擊負(fù)荷很大，會(huì)污染地下和地表水體，形成病菌滋生地[2,3]。

利用微生物將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，不僅能夠提高資源的利用效率，而且對(duì)消除環(huán)境污染、改善生態(tài)環(huán)境都具有重要意義[4～7]。并且微生物生產(chǎn)的生物飼料具有蛋白消化吸收率高、適口性好等優(yōu)點(diǎn)。作者利用枯草芽孢桿菌、酵母對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行發(fā)酵，生產(chǎn)出富含有益微生物和多種酶的生物飼料，達(dá)到了餐廚垃圾資源化利用、減少環(huán)境污染、變廢為寶的目的。

1 實(shí)驗(yàn)

1．1 餐廚垃圾及預(yù)處理

餐廚垃圾取自中國藥科大學(xué)學(xué)生食堂，初步分揀去除筷子、叉子等不可利用物，離心，去除部分水分，置冰箱中備用。其主要成分見表1。

表1 餐廚垃圾的組成/%

1.2 菌種

熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)、啤酒酵母(Saccharomycescerivisiae)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)，自行保存，均為農(nóng)業(yè)部關(guān)于飼料生物安全通用技術(shù)準(zhǔn)則附錄中規(guī)定使用的生產(chǎn)菌種。

1.3 培養(yǎng)基

酵母培養(yǎng)基：葡萄糖10 g，麥芽糖10 g,蛋白胨5 g，酵母粉5 g，NaCl 5 g，蒸餾水1000 mL，用于培養(yǎng)酵母菌。

牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，NaCl 5 g，瓊脂20 g，水1000 mL，pH值7.0～7.2，用于培養(yǎng)枯草芽孢桿菌。

固體發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基：經(jīng)過預(yù)處理的餐廚垃圾用勻質(zhì)機(jī)打漿，121 ℃滅菌20 min即為發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基。

1.4 方法

1.4.1 菌種的活化

將菌種從-70 ℃冰箱取出，用接種環(huán)挑取冷凍冰塊涂布于相應(yīng)的固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)24～48 h，然后挑取單個(gè)菌落接種到液體培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，作為種子液。

1.4.2 餐廚垃圾固體發(fā)酵實(shí)驗(yàn)

取一定量處理后的餐廚垃圾加不同含量的氮源作為發(fā)酵培養(yǎng)基，分別接入一定量的熱帶假絲酵母、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌，在一定的培養(yǎng)條件下進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。發(fā)酵完后，將發(fā)酵物于50 ℃鼓風(fēng)干燥，控制水分在10%左右。測定發(fā)酵產(chǎn)物的蛋白含量、微生物數(shù)量。

1.5 分析與檢測

水分的測定參照GB/T 6436-1992；粗脂肪的測定參照GB/T 6433-2006； 總糖的測定參照GB/T 3865-1983； 粗灰分的測定參照GB/T 6438-1992；粗蛋白的測定參照GB/T 6432-1994；總酸的測定參照GB/T 12456-1990。

微生物指標(biāo)測定方法[8]：取發(fā)酵物樣品1 g置于9 mL無菌水中，充分混勻后，取1 mL進(jìn)行梯度稀釋，選取合適的稀釋液分別涂布于適宜的培養(yǎng)基平板，37 ℃培養(yǎng)30 h，計(jì)數(shù)平板中的菌落數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 無機(jī)氮源對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵的影響

以固體發(fā)酵基礎(chǔ)培養(yǎng)基為基礎(chǔ)，分別添加不同量的尿素、磷酸氫二銨、硫酸銨，pH值自然，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種( 熱帶假絲酵母∶啤酒酵母∶枯草芽孢桿菌=1∶1∶1，下同)，30 ℃培養(yǎng)48 h 后測定粗蛋白含量。結(jié)果顯示，3種無機(jī)氮源均能提高餐廚垃圾的粗蛋白含量，在等氮量的情況下，尿素對(duì)餐廚垃圾粗蛋白的提高優(yōu)于磷酸氫二銨和硫酸銨，當(dāng)尿素添加量為1.5%時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白含量達(dá)28%。

2.2 含水量對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵的影響

取準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)餐廚垃圾添加1.5%的尿素，將其含水量調(diào)成20%、30%、40%、50%、60%、70%，pH 值自然，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種，30 ℃培養(yǎng)48 h 后測定粗蛋白含量。結(jié)果顯示，隨著含水量的增加,粗蛋白含量逐漸升高；含水量為60%時(shí),粗蛋白含量最高,達(dá)到28%；但含水量超過60%后粗蛋白含量反而下降，這可能是由于隨著水分的增加，餐廚垃圾的粘度增大，發(fā)酵物料的通氣量受到影響。

2.3 溫度對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵的影響

取準(zhǔn)備好的餐廚垃圾添加1.5%的尿素，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種，在28 ℃、30 ℃、37 ℃溫度下培養(yǎng)48 h 后測定粗蛋白含量。結(jié)果顯示，隨著溫度的升高，發(fā)酵產(chǎn)物粗蛋白含量逐漸升高；溫度為30 ℃時(shí)粗蛋白含量最高，達(dá)到28%；但繼續(xù)升高溫度，粗蛋白含量反而有所下降。

2.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵的影響

取準(zhǔn)備好的餐廚垃圾添加1.5%的尿素，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種，在30 ℃下培養(yǎng)24 h、36 h、48 h、60 h 后測定粗蛋白含量。結(jié)果顯示，培養(yǎng)48 h 時(shí)發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白含量最高，達(dá)到28%。

2.5 發(fā)酵產(chǎn)物菌含量的測定

對(duì)發(fā)酵烘干后的生物飼料進(jìn)行微生物總數(shù)的測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌及總酵母菌含量分別在5.2×109cfu·g-1和8.4×108cfu·g-1以上。

3 結(jié)論

以含水量60%的餐廚垃圾為原料，利用微生物將其發(fā)酵轉(zhuǎn)化為生物飼料，確定最佳的發(fā)酵工藝條件為：以熱帶假絲酵母∶啤酒酵母∶枯草芽孢桿菌=1∶1∶1混合菌作為種子液，接種量2%，添加1.5%的尿素，30 ℃發(fā)酵48 h，50 ℃烘干，所得發(fā)酵產(chǎn)物的粗蛋白含量達(dá)到28%，發(fā)酵產(chǎn)物有酒香味。該研究為餐廚垃圾資源化利用提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，為餐廚垃圾利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料開辟了一條途徑。

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