納豆芽孢桿菌發(fā)酵廚余物的初步研究

■謝晨晨 劉敬為 張 怡 劉天美 劉朝陽(yáng) 黃 亮 童應(yīng)凱

（天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384）

廚余物，俗稱(chēng)泔水[1]。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[2]。由于廚余物可能含有口蹄疫病菌、豬瘟病菌、弓形蟲(chóng)、沙門(mén)氏菌、旋毛蟲(chóng)、彎曲桿菌等未經(jīng)處理的細(xì)菌，直接飼養(yǎng)畜禽會(huì)將其中的細(xì)菌通過(guò)食物鏈傳染給食用者[3]。不分類(lèi)收集的廚余物直接填埋由于其有機(jī)成分高對(duì)填埋場(chǎng)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]。

納豆芽孢桿菌,革蘭氏陽(yáng)性。納豆芽孢桿菌不僅具有分解蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等大分子物質(zhì)的性能,使發(fā)酵產(chǎn)品中富含氨基酸、有機(jī)酸、寡糖等多種易被人體吸收的成分,而且在納豆芽孢桿菌發(fā)酵的納豆中還發(fā)現(xiàn)一些生理活性物質(zhì)使其具有多種保健功能[4]。

本試驗(yàn)利用納豆芽孢桿菌對(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 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料：粉碎混勻后廚余物。

1.2 菌種：納豆芽孢桿菌。

1.3 培養(yǎng)基

①牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（%）：牛肉膏0.5；蛋白胨1.0；氯化鈉0.5；pH值7.2～7.4，121 ℃滅菌20 min。

②廚余物培養(yǎng)基，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不同調(diào)配。1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 發(fā)酵試驗(yàn)培養(yǎng)基的制備

稱(chēng)取10 g干燥廚余物固體，在研缽中研碎，放入培養(yǎng)皿中加入10 ml蒸餾水，共20 g濕料底物，再加入(NH4)2SO4、MgSO4、K2HPO4、和 CaCO3，在 121 ℃下滅菌20 min。

1.4.2 菌懸液的制備

在每只試管中加入10 ml蒸餾水棉塞封口后用報(bào)紙包好，放入高壓滅菌鍋，壓力1 kg/cm2，121℃，滅菌20 min。取出后放入經(jīng)過(guò)紫外照射20 min后的超凈工作臺(tái)中冷卻，然后向試管中加入稱(chēng)量好的0.1 g的納豆芽孢桿菌菌粉攪拌混勻后即能得到所需的菌懸液。

1.4.3 培養(yǎng)基發(fā)酵測(cè)定蛋白產(chǎn)物含量

含納豆芽孢桿菌培養(yǎng)基在37℃下，培養(yǎng)2 d。培養(yǎng)后，取出平板放入烘箱，在115℃下烘15 min使培養(yǎng)基和菌體內(nèi)酶失活，然后在65℃下放置12 h，粉碎過(guò)100目篩板，進(jìn)行凱氏定氮，測(cè)發(fā)酵產(chǎn)物的蛋白質(zhì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

以20 g濕料為發(fā)酵底物，進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),從而確定最優(yōu)發(fā)酵培養(yǎng)基配方。

表1 納豆芽孢桿菌發(fā)酵泔水正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表2。通過(guò)表2可知，影響納豆芽孢桿菌發(fā)酵泔水產(chǎn)物蛋白含量的因素依次為（NH4)2SO4、MgSO4、K2HPO4、CaCO3。從 K 值比較可以看出，以粉碎混合泔水為底料，加入1%（NH4)2SO4，0.2%K2HPO4，0.02%MgSO4，0.2%CaCO3在接入 0.1%納豆芽孢桿菌，30℃培養(yǎng)48 h下，納豆芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)物的蛋白含量最高。

2.2 重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)

以粉碎混合泔水為底料，加入1%（NH4)2SO4，0.2%K2HPO4，0.02%MgSO4，0.2%CaCO3，接入 0.1%的納豆芽孢桿菌，進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。結(jié)果見(jiàn)表3可知，納豆芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)物的蛋白含量為32.175%。

表2 正交試驗(yàn)(%)

表3 最佳配方重復(fù)試驗(yàn)

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)極差R分析，（NH4)2SO4、MgSO4對(duì)納豆芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)蛋白質(zhì)影響最大，說(shuō)明N、Mg元素能促進(jìn)納豆芽孢桿菌生長(zhǎng)，產(chǎn)生大量的蛋白質(zhì)。

3.2 納豆芽孢桿菌在中性偏堿性條件下生長(zhǎng)最適宜。但是，納豆芽孢桿菌發(fā)酵廚余物過(guò)程中pH值要下降，為了防止發(fā)酵體系pH值過(guò)低，試驗(yàn)加入少量的K2HPO4、CaCO3可以起到緩沖液的效果。

3.3 納豆芽孢桿菌發(fā)酵廚余物最佳工藝條件是：1%（NH4)2SO4，0.2%K2HPO4，0.02%MgSO4，0.2%CaCO3，接種0.1%的納豆芽孢桿菌，30℃發(fā)酵48 h。