多粘芽孢桿菌發(fā)酵廚余物的初步研究

■張 怡 童應(yīng)凱 黃 亮 劉敬為

（天津農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系生物技術(shù)實驗室，天津 300384）

廚余物，即泔水，其主要組分包括：淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類和無機鹽；同時還含有一定量的鈣、鎂、鉀、鐵等微量元素[1]。伴隨人們生活水平的提高，廚余物迅猛增加，在一定程度上對環(huán)境造成了污染。沈陽市環(huán)保局曾統(tǒng)計，沈陽市1萬余家餐飲企業(yè)和個體飯館，其中3 000多家為中型以上規(guī)模，每年產(chǎn)生的餐飲廢棄食物量在1萬噸左右[2]。現(xiàn)今需要尋求一種合理高效的處理方式，對廚余物進行處理。據(jù)相關(guān)報道稱，可以利用微生物發(fā)酵產(chǎn)生微生態(tài)蛋白飼料的方法對廚余物進行處理[3]。多粘芽孢桿菌，G+細(xì)菌，對植物黃萎病、鷹嘴豆枯萎病、油菜腐爛病、黑松根腐病等多種植物病害均具有一定的控制作用。本實驗通過其抑制真菌的特性，將其設(shè)定為發(fā)酵菌種，對廚余物進行發(fā)酵實驗。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 菌種

多粘芽孢桿菌，天津農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)實驗室保藏菌種。

1.1.2 培養(yǎng)基

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。

PDA培養(yǎng)基：稱取去皮馬鈴薯200 g，切成小塊，水煮沸37 min，用雙層紗布濾成清液。加水至1 000 ml，加入20 g葡萄糖完全溶解，pH值自然。固體培養(yǎng)基加瓊脂20 g。121℃滅菌15 min。

其它化學(xué)試劑配制：20 g(NH4)2SO4固體溶于100 ml蒸餾水；8 g K2HPO4固體溶于100 ml蒸餾水；2 g MgSO4固體溶于100 ml蒸餾水；CaCO3固體直接添加。

1.2 方法

1.2.1 不同營養(yǎng)添加劑下多粘芽孢桿菌平板發(fā)酵實驗

在20 g混合的廚余物中分別加入不同量的麩皮，玉米粉進行48 h發(fā)酵，觀察顏色和氣味的變化，每24 h記錄一次。

1.2.2 添加化學(xué)試劑的多粘芽孢桿菌正交實驗

為提高多粘芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物蛋白水平，進行L9(34)正交實驗，其中培養(yǎng)基為20 g粉碎混合廚余物，菌種接種量為0.1%。

表1 L9(34)正交水平實驗(%)

1.2.3 多粘芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)蛋白含量測定

將按正交實驗表配以底料20 g廚余物的培養(yǎng)基，接入0.1%地衣芽孢桿菌菌懸液，放入37℃恒溫箱培養(yǎng)，48 h后取出烘干（敞置于烘箱中，115℃下15 min使酶失活，然后65℃下12 h烘干）。粉碎過100目篩板，用凱氏定氮法測發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量。

1.2.4 最佳配方重復(fù)測定

正交實驗后，分析出最佳配方，利用1.2.3節(jié)的方法對最佳配方進行重復(fù)驗證實驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輔料下發(fā)酵實驗結(jié)果

在20 g廚余物中加入麩皮和玉米粉，觀察不同輔料下廚余物發(fā)酵效果，結(jié)果如表2所示。

通過表2可以看出，在相同濃度下，不同輔料，玉米粉發(fā)酵產(chǎn)物要優(yōu)于麩皮發(fā)酵產(chǎn)物。在同一輔料下，加入10%的輔料發(fā)酵產(chǎn)物要優(yōu)于其他2個濃度。通過不同輔料間的對比，添加含易利用的糖輔料，多粘芽孢桿菌發(fā)酵泔水的產(chǎn)物顏色氣味更好，更利于做動物的飼料。所以，選擇10%玉米粉為發(fā)酵輔料。

表2 不同輔料下發(fā)酵實驗

2.2 正交實驗結(jié)果

用正交實驗及凱氏定氮法獲得各實驗組發(fā)酵產(chǎn)物的蛋白含量，通過極差分析，選出發(fā)酵產(chǎn)蛋白的最佳配方。

表3 正交實驗結(jié)果分析(%)

由R值可知，4因素對地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)蛋白影響的大小順序是：（NH4)2SO4＞MgSO4＞K2HPO4＞CaCO3。從K值可以看出，A2C2B2D1配方下，多粘芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)物的蛋白含量最高。以粉碎廚余物混合10%玉米粉為底料，加入0.5%（NH4)2SO4、0.2%K2HPO4、0.01%MgSO4、0%CaCO3，再接入 0.1%多粘芽孢桿菌，37℃培養(yǎng)48 h。

2.3 重復(fù)實驗結(jié)果

取20 g粉碎的廚余物與10%玉米粉混合，加入 0.5%（NH4)2SO4、0.2%K2HPO4、0.01%MgSO4，再接入 0.1%多粘芽孢桿菌，37℃培養(yǎng)48 h。培養(yǎng)后，烘干粉碎，測得發(fā)酵產(chǎn)物蛋白含量為29.81%。

重復(fù)實驗中蛋白含量不高。分析其原因可能是由于重復(fù)實驗過程中實驗人員比較多，恒溫箱頻繁開箱，難以保持恒定37℃。根據(jù)測試，白天溫箱中的平均溫度在20℃左右。根據(jù)資料指出，溫箱在17℃時，大腸桿菌數(shù)最少[4]。所以在白天長達(dá)8 h的20℃溫箱中，多粘芽孢桿菌發(fā)酵廚余物也要受到溫度的影響，使得蛋白量減少。

3 討論

3.1 添加輔料的選擇

在廚余物發(fā)酵中加入適量的易利用的碳源，以促進菌體生長，同時增加了單細(xì)胞蛋白的含量。發(fā)酵菌種前期生長好，可以提高后期發(fā)酵廚余物的效率。雖然加大碳源添加量有利于多粘芽孢桿菌發(fā)酵廚余物，但是考慮到經(jīng)濟效益，輔料碳源添加要適量。

3.2 溫度影響

溫度和濕度是發(fā)酵過程較重要的條件，多粘芽孢桿菌發(fā)酵廚余物的溫度是37℃。由于重復(fù)實驗過程中，人為因素造成溫度的波動性，使得重復(fù)實驗結(jié)果不高，所以在未來的實驗或生產(chǎn)中要保證溫度。

3.3 正交實驗中各因素影響

碳源和氮源的添加是直接影響發(fā)酵體系中菌種增殖的因素，所以（NH4)2SO4在四種因素中影響力最大。廚余物發(fā)酵過程中，MgSO4比K2HPO4更具有影響力，但MgSO4的加入量要明顯小于K2HPO4，說明極微量的MgSO4都會對發(fā)酵體系產(chǎn)生明顯的影響。所以在加入MgSO4時要準(zhǔn)確添加。CaCO3的k值相差不明顯，并且他對發(fā)酵體系的影響最小，說明在本發(fā)酵體系中鈣鹽對地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物不起明顯作用。

4 結(jié)論

多粘芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)蛋白的最佳培養(yǎng)基配方為：20 g廚余物混合10%玉米粉為底料，加入0.5%（NH4)2SO4、0.2%K2HPO4、0.01%Mg?SO4、0%CaCO3、0.1%多粘芽孢桿菌，37℃培養(yǎng)48 h。