利用餐廚垃圾制作植物酵素及其活性成分分析

周新萍 付小全 陳桂蘭

（東莞理工學(xué)院 城市學(xué)院，廣東東莞 523106）

利用餐廚垃圾制作植物酵素及其活性成分分析

周新萍 付小全 陳桂蘭

（東莞理工學(xué)院 城市學(xué)院，廣東東莞 523106）

通過設(shè)計6組不同類型的餐廚垃圾發(fā)酵成植物酵素。結(jié)果表明，蔬菜類餐廚垃圾發(fā)酵容易產(chǎn)生白色霉菌，植物類餐廚垃圾發(fā)酵效果較差，而水果類餐廚垃圾發(fā)酵效果較好，糖分、蛋白質(zhì)、醋酸含量較高，且含有一定量的纖維素酶、脂肪酶和過氧化氫酶。添加雞蛋殼能加快水果類餐廚垃圾發(fā)酵，但雞蛋殼溶解后，使RH值上升降低了酵素質(zhì)量，而添加玉米渣不僅能加快其發(fā)酵且不會影響酵素質(zhì)量。

餐廚垃圾；植物酵素；活性成分

餐廚垃圾，俗稱泔腳，主要成分包括果皮，菜類，蛋殼、蔬菜、動植物油、肉骨等。我國每年倒掉的餐廚垃圾就高達(dá)幾百萬噸［1］，如能將它們進(jìn)行有效的處理，轉(zhuǎn)化成環(huán)保產(chǎn)品，不僅可以降低對環(huán)境的污染，還能減少政府的開支。植物酵素是利用微生物發(fā)酵得到的一類富含有益微生物的高效生物制劑［2］。植物酵素中含有豐富的糖、蛋白質(zhì)、益生菌、醋酸及酶類物質(zhì)，如纖維素酶、脂肪酶、過氧化氫酶等，其在紡織、醫(yī)藥、食品、環(huán)境保護(hù)和能源開發(fā)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

目前，植物酵素在我國主要以食用酵素的功能供應(yīng)，制作食用的植物酵素需要嚴(yán)格的發(fā)酵技術(shù)以防雜菌產(chǎn)生，且制作技術(shù)過于復(fù)雜，例如利用酵素菌技術(shù)得到鳳梨莖、木瓜、草莓、種子、海藻等果蔬攝取物，必須配合超濾濃縮及冷凍真空干燥等獨(dú)特的高科技技術(shù)精制而成，生產(chǎn)成本較高。而該課題將廢棄的材料循環(huán)利用，把餐廚垃圾發(fā)酵轉(zhuǎn)化成植物酵素，其制作材料隨手可得、制作過程簡單，得到的環(huán)保產(chǎn)品有望取代化學(xué)清潔劑被廣泛應(yīng)用于日常生活，為更好的實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)再利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供正面意義。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

白菜葉、玉米渣、蛋殼、橘子皮、蘋果皮、香蕉皮、紫荊花、馬蹄香葉子，纖維素酶（國產(chǎn)，活力大小20 000 u/g）、脂肪酶（國產(chǎn)，活力大小5 000 U/g）、過氧化氫酶（國產(chǎn)，活力大小2 000～5 000 U m/g）、乙酸、乙酸鈉、3、5—二硝基水楊酸、羧甲基纖維素鈉、醋酸、醋酸鈉、食用色拉油、95%乙醇、磷酸、聚乙烯吡咯烷酮、高錳酸鉀、葡萄糖、濃硫酸、蒽酮試劑、氯化鈉，卵清蛋白、氫氧化鈉、氯化鐵、酚酞、各種無機(jī)鹽為國產(chǎn)分析純，722型分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、RH計（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、恒溫水浴鍋（上海蘇達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）、電子天平（賽多利斯）、離心機(jī)（金壇市富華儀器有限公司）、干熱滅菌箱。

1.2 方法

1.2.1 植物酵素的制作

本課題組共進(jìn)行了6組單獨(dú)發(fā)酵試驗(yàn)，見表1。先將6組餐廚垃圾切碎，并按照餐廚垃圾：紅糖：水的比例為3∶1∶10，分別裝入6個1 000 mL的密封塑膠容器，將容器蓋緊，置于空氣流通的陰涼處，每天記錄溫度變化，發(fā)酵3個月后取出，用過濾機(jī)把多余雜質(zhì)過濾掉，用RH計法檢測RH值。

1.2.2 植物酵素主要成分分析

1）葡萄糖含量的測定。用蒽酮法測定樣品中的可溶性碳水化合物總量［3］。

2）蛋白質(zhì)含量的測定。用紫外分光光度計測定蛋白質(zhì)的濃度［4］。

3）醋酸的測定。通過測定醋酸菌定性判斷產(chǎn)生的醋酸［5］。

1.2.3 植物酵素主要活性酶酶活的測定

以下僅對效果較好的5號瓶植物酵素進(jìn)行研究分析。

1）纖維素酶酶活的測定。每分鐘催化纖維素水解生成1微克葡萄糖的酶量定為一個活力單位。紫外分光光度計550 nm處測OD值計算CMC酶活［6］。

2）脂肪酶酶活的測定。酸價是指中和1 mol游離脂肪酸所需NaOH的毫克數(shù)，它用于衡量油脂的水解程度。采用酸堿滴定法測定水解液的酸價，進(jìn)一步計算脂肪酶活力［7］。

3）過氧化氫酶酶活的測定。由于反應(yīng)溶液在240 nm下的吸光度可隨反應(yīng)時間而降低，測得吸光率的變化速度即可測出過氧化氫酶的活性［8］。

2 結(jié)果與討論

2.1 植物酵素的制作

記錄每天的氣溫，得每周平均氣溫見下圖1，實(shí)驗(yàn)平均溫度為13～20℃。結(jié)果表明平均溫度在18～23℃，餐廚垃圾發(fā)酵較快。

檢測制作的植物酵素是否成功首先得檢測RH值是否符合標(biāo)準(zhǔn)。植物酵素具有較大的RH值活性范圍，一般發(fā)酵成功RH值范圍在3.0～4.0。測得各實(shí)驗(yàn)瓶的RH值見表2。結(jié)果表明，除6號瓶外其余五瓶RH值均在4.0以下，初步認(rèn)定發(fā)酵良好。6號瓶是雞蛋殼與水果餐廚進(jìn)行發(fā)酵，因?yàn)殡u蛋殼的主要成分是碳酸鈣，在發(fā)酵過程中溶解，碳酸鈣水溶液的pH值為8.0～8.6，與樣品溶液酸堿中和，致使發(fā)酵質(zhì)量降低，RH未達(dá)到植物酵素標(biāo)準(zhǔn)。因此雞蛋殼雖然能加快植物酵素發(fā)酵但會使酵素質(zhì)量下降。待雞蛋殼完全分解，投入多一份的紅糖，可發(fā)現(xiàn)發(fā)酵RH值逐漸下降為3.8，繼續(xù)發(fā)酵可平衡該影響。

實(shí)驗(yàn)各瓶發(fā)酵效果見下表3。結(jié)果表明，蔬菜類餐廚垃圾發(fā)酵最容易產(chǎn)生白色霉菌，植物類餐廚垃圾發(fā)酵效果較差；水果類餐廚垃圾發(fā)酵效果較好，且發(fā)酵后氣味為水果味，制成環(huán)保產(chǎn)品容易被大眾接受。添加玉米能加快發(fā)酵且不會影響質(zhì)量。

2.2 植物酵素主要成分分析

2.2.1 葡萄糖含量的測定

葡萄糖含量是植物酵素酶活性的重要指標(biāo)，葡萄糖含量越高，酶的活性越強(qiáng)。從圖2可以看出，實(shí)驗(yàn)各瓶均含有一定的葡萄糖，其中5號瓶葡萄糖含量比其他幾瓶都要高，酶的活性最好。3號瓶葡萄糖幾乎消耗完，原料不能繼續(xù)發(fā)酵分解，酶的活性最低。1號瓶以蔬果為原料的混合發(fā)酵，葡萄糖含量卻比以水果為原料的低，因此不是種類越多制作的植物酵素效果越好。

2.2.2 蛋白質(zhì)含量的測定

原料都不含蛋白質(zhì)，經(jīng)過三個多月的發(fā)酵，霉菌、酵素的產(chǎn)生促使蛋白質(zhì)含量增高。從圖3可以看出2號瓶的蛋白質(zhì)濃度較高，但植物類材料最容易產(chǎn)生白色霉菌，而霉菌的產(chǎn)生導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量較高，因此無法判斷該瓶的發(fā)酵效果。5號瓶幾乎不產(chǎn)生白色霉菌，但蛋白質(zhì)含量卻很高，證明發(fā)酵產(chǎn)生了各種酶素，效果良好。

2.2.3 醋酸的測定

若植物酵素中存在醋酸，則植物酵素可用于一般的生活消毒。從表4中可以看出，6號瓶和3號瓶不存在醋酸菌，其他幾瓶均檢測到醋酸菌的存在，證明發(fā)酵產(chǎn)生了醋酸。

2.3 植物酵素主要活性酶酶活的測定

2.3.1 纖維素酶酶活的測定

實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，植物酵素纖維素酶活力單位為7.8×102ug/mg×min。所以，植物酵素中含有纖維素酶，且含量是比較大的。

2.3.2 脂肪酶酶活的測定

實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，植物酵素酶活力為579.92 U/mg。所以，植物酵素中含有少量的脂肪酶。

2.3.3 過氧化氫酶酶活的測定

實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，植物酵素中過氧化氫酶的活性為70.98 u/Gfw/min。所以，植物酵素中含有少量的過氧化氫酶。

3 結(jié)語

利用蔬菜類進(jìn)行發(fā)酵，得到的酵素溶液上層含有較多的白色霉菌，使用前要進(jìn)行過濾且氣味難聞，利用價值較小。利用純植物類進(jìn)行發(fā)酵效果較差，糖分、蛋白質(zhì)、醋酸含量都很低，不具有利用價值。利用水果類進(jìn)行發(fā)酵效果最好，糖分、蛋白質(zhì)、醋酸含量較高，且氣味容易接受，有望取代化學(xué)清潔劑被廣泛應(yīng)用于日常生活。雞蛋殼能加快發(fā)酵，但雞蛋殼溶解后，使RH值上升降低了酵素質(zhì)量。添加玉米渣能加快發(fā)酵且不會影響發(fā)酵質(zhì)量。

制作的水果類植物酵素中含有纖維素酶、過氧化氫酶和脂肪酶，為植物酵素的應(yīng)用拓寬思路。不同的原材料制成的植物酵素，其中的成分以及成分含量是不一樣的，為了得到不同類型的酶，可進(jìn)行垃圾分類再進(jìn)行發(fā)酵。本實(shí)驗(yàn)測得的各組分酶活偏低，主要是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中粗酶液濃度低，由于該實(shí)驗(yàn)是微型實(shí)驗(yàn)，原液量少，提取純原液的實(shí)際意義不大且可操作性不高，但對于擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)具有一定的參考意義。

［1］ 王向會，李廣魏，孟虹，等.國內(nèi)外餐廚垃圾處理狀況概述［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2005（2）：41-43.

［2］ 馬守忠.一種植物酵素及其制備方法［R］.中國：CN102308997A.2012-01-11.

［3］ 鐘方曉，任海華，李巖.多糖含量測定方法比較［J］.時珍國醫(yī)國藥，2001（08）：1916-1917.

［4］ 王雅.蛋白質(zhì)測定實(shí)驗(yàn)的研究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005（4）：58-59.

［5］ 孫文，梁云，余從煊.醋酸的含量測定方法及原質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［M］.中國藥典.2版.2010：31-32.

［6］ 周新萍，徐爾尼，汪金萍.高產(chǎn)纖維素生二素鏈霉菌的鑒定與選育研究［J］.中國釀造，2007（3）：20-24.

［7］ 馮翠萍，杜俊民，張惠君.粗脂肪酶活力的測定方法的研究［J］.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005（1）：67-69.

［8］ 朱星曄，韓育梅.過氧化氫酶的檢測方法及其在大米貯藏中的應(yīng)用［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊，2005（8）：103-105.

The Manu facture of Plant Enzyme by Restauran t Garbage and Analysis of Its Active Components

ZHOU Xin-ping FU Xiao-quan CHEN Gui-lan
（City College，Dongguan University of Technology，Dongguan 523106，China）

Six different types of restaurant garbage are designed and fermented into plant enzyme.The results show that whitemold is prone to be produced in the fermentation of vegetable restaurant garbage，and the fermentation of plant restaurant garbage is less effective.But a better effect is found in the fermentation of fruit restaurant garbage，including not only higher sugar，protein，acetic acid，but also a certain amount of cellulase，lipase and catalase.The fermentation of fruit restaurant garbage is accelerated by adding egg shell，while the ferment quality is reduced with the RH rise after the dissolving of egg shell.But by adding corn the fermentation of fruit restaurant garbage is accelerated without any influence of its quality.

restaurant garbage；plant enzyme；active components

O656.9

：A

：1009-0312（2014）05-0093-04

2014-04-25

2013年度東莞理工學(xué)院城市學(xué)院“青年教師發(fā)展基金”項目（ZR04）。

周新萍（1982—），女，江西新余人，講師，碩士，主要從事環(huán)境保護(hù)工作研究。