無機鹽對地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)蛋白的影響

張 怡，童應(yīng)凱，黃 亮，劉敬為

（天津農(nóng)學(xué)院，農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，生物技術(shù)實驗室，天津 西青300384）

廚余物，又稱餐廚垃圾，包括剩菜、剩飯、菜葉、果皮、蛋殼、茶渣、骨、貝殼等，主要是家庭、賓館、飯店、學(xué)校等單位飲食殘留下來的供餐垃圾，是人們生活消費過程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物[1]。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平大幅度提高，餐廚垃圾產(chǎn)量也明顯增加?，F(xiàn)在世界每年產(chǎn)生的城市生活垃圾約500億t，其中廚余物的比重占10%～20%[2]。由于廚余物本身營養(yǎng)豐富，容易滋生各種微生物，從而發(fā)酵、變質(zhì)、腐爛，產(chǎn)生大量的毒素，并散發(fā)出難聞的氣味，嚴(yán)重影響環(huán)境衛(wèi)生；如不及時處理還會傳播疾病，危害人們的健康[3-5]。目前，廚余物的處理方式主要有直接破碎排放、衛(wèi)生填埋、微生物處理、飼料化、能源化等。其中，直接破碎排放和衛(wèi)生填埋兩種方式不能對廚余物進行再利用，造成一定的資源浪費，不符合科學(xué)發(fā)展觀；而其他處理方式均離不開微生物的作用[6-7]。

地衣芽孢桿菌能產(chǎn)生抗活性物質(zhì)，抑制致病菌生長繁殖，有效預(yù)防動物腸炎等疾?。贿€能分解有毒有害物質(zhì)，具有較強的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，能促進飼料中營養(yǎng)素降解，使飼料更易吸收利用，增強機體免疫力。

無機鹽是微生物生長必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，是酶活性中心的組成部分，可維持生物大分子和細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，控制細胞的氧化還原電位，還可作為某些微生物生長的能源物質(zhì)，在微生物發(fā)酵過程中起著重要作用。

試驗以地衣芽孢桿菌為供試菌種，通過正交試驗，研究（NH4）2SO4、K2HPO4、MgSO4和CaCO3四種無機鹽的添加量對地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物過程中產(chǎn)蛋白質(zhì)的影響，以期為廚余物微生物發(fā)酵制備動物飼料的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

地衣芽孢桿菌由天津農(nóng)學(xué)院生物技術(shù)綜合實驗室保存，活化后作為供試菌種。廚余物培養(yǎng)基：取20 g研磨后的廚余物放入培養(yǎng)皿中，加入等量無菌水室溫浸泡，攪拌均勻。（NH4）2SO4、K2HPO4和MgSO4分別配制成0.20、0.08和0.02g/m L的母液，CaCO3固體直接添加。

1.2 試驗方法

1.2.1 無機鹽添加量的正交試驗設(shè)計 為提高地衣芽孢桿菌發(fā)酵產(chǎn)物蛋白水平，對培養(yǎng)基中的無機鹽添加量進行了正交設(shè)計（見表1）。培養(yǎng)基為廚余物培養(yǎng)基，地衣芽孢桿菌的接種量為0.1%，置于37℃恒溫箱發(fā)酵培養(yǎng)，發(fā)酵周期48 h。

1.2.2 發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量測定 發(fā)酵結(jié)束后，取出發(fā)酵終產(chǎn)物置于115℃烘箱中15min（滅酶活），然后在65℃下烘干處理12 h。將烘干后的發(fā)酵終產(chǎn)物粉碎過100目篩板，用凱氏定氮法測發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)含量。

1.2.3 無機鹽最適添加量驗證 正交試驗后，分析獲得最佳配方，利用上述方法對最佳配方進行重復(fù)驗證。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗

從表1中可以看出，4種無機鹽對地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)蛋白含量影響的大小順序為：（NH4）2SO4＞CaCO3＞MgSO4＞K2HPO4。由K值可知，（NH4）2SO4和MgSO4的添加量與蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈正相關(guān)性，K2HPO4和CaCO3的添加量與蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈負相關(guān)性。因此，A3B1C3D1為最佳配方，可使地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)蛋白的含量最高。

表1 L9（34）正交試驗結(jié)果分析

2.2 地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物過程中無機鹽的最適添加量

20 g廚余物培養(yǎng)基中，加入1%（NH4）2SO4和0.2%MgSO4，再接入0.1%地衣芽孢桿菌菌懸液，培養(yǎng)后測得發(fā)酵廚余物蛋白質(zhì)含量為30.55%，含量并不高。這可能是由于培養(yǎng)環(huán)節(jié)中溫度波動性較大，對地衣芽孢桿菌發(fā)酵有一定影響。所以試驗或生產(chǎn)過程中要保證溫度恒定在37℃左右，以此獲得較大的蛋白質(zhì)收益。

3 討論

地衣芽孢桿菌最適生長溫度一般在37℃左右。食物廢棄物的發(fā)酵會產(chǎn)熱，因此發(fā)酵溫度很難控制。由于實驗室中人員流動性大，溫箱溫度很難控制在37℃左右。重復(fù)試驗中測得溫箱溫度每天平均在30℃左右，極大地影響了蛋白產(chǎn)量。因此溫度控制是地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物產(chǎn)蛋白的關(guān)鍵因素之一。

試驗結(jié)果顯示，（NH4）2SO4的添加量與蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈正相關(guān)性，且該無機鹽對發(fā)酵的影響最顯著，由此推測氮鹽在發(fā)酵過程中對地衣芽孢桿菌的生長有較明顯的促進作用。而MgSO4顯示出對發(fā)酵的影響力較小，說明鎂鹽對地衣芽孢桿菌生長的促進作用相對較小。與上述兩種無機鹽相反，CaCO3和K2HPO4的添加量與蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈負相關(guān)性，說明這兩種無機鹽對地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物有不利影響。因此，在發(fā)酵過程中不宜添加CaCO3和K2HPO4。

因此，地衣芽孢桿菌發(fā)酵廚余物的最佳培養(yǎng)基配方為：20g研磨后的廚余物，加入等量無菌水室溫浸泡，攪拌均勻，再添加1%的（NH4)2SO4和0.2%的MgSO4。

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