餐厨垃圾微生物发酵生产生物饲料的研究

庄禧懿，储卫华,，马兴旺，朱 卫

(1.中国药科大学生命科学与技术学院，江苏 南京 210009；2.南京日升康生物工程有限公司,江苏 南京 211103)

餐厨垃圾，俗称泔脚，是饭店、食堂及居民生活等食用残余垃圾的总称，主要包括米和面粉类、蔬菜、动植物油、肉骨等食物残余，其营养成分含量较高。这些废弃物极易腐烂变质、散发恶臭、传播细菌和病毒。此外，其中的渗沥水极易通过渗透作用污染地下水，而废弃油脂和残渣则会堵塞下水道，严重污染环境[1]。

目前，我国餐厨垃圾的主要处置方式有两种：回收直接饲喂家畜或混入生活垃圾作填埋处置。这两种方法都会给环境带来损害。由于餐厨垃圾可能含有口蹄疫病菌、猪瘟病菌、弓形虫、沙门氏菌、旋毛虫、弯曲杆菌等，未经处理直接饲养畜禽，会将其中的细菌通过食物链传染给食用者。不分类收集的餐厨垃圾直接填埋，由于其有机成分高，对填埋场的冲击负荷很大，会污染地下和地表水体，形成病菌滋生地[2,3]。

利用微生物将有机废物转化为蛋白质，不仅能够提高资源的利用效率，而且对消除环境污染、改善生态环境都具有重要意义[4～7]。并且微生物生产的生物饲料具有蛋白消化吸收率高、适口性好等优点。作者利用枯草芽孢杆菌、酵母对餐厨垃圾进行发酵，生产出富含有益微生物和多种酶的生物饲料，达到了餐厨垃圾资源化利用、减少环境污染、变废为宝的目的。

1 实验

1．1 餐厨垃圾及预处理

餐厨垃圾取自中国药科大学学生食堂，初步分拣去除筷子、叉子等不可利用物，离心，去除部分水分，置冰箱中备用。其主要成分见表1。

表1 餐厨垃圾的组成/%

1.2 菌种

热带假丝酵母(Candidatropicalis)、啤酒酵母(Saccharomycescerivisiae)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)，自行保存，均为农业部关于饲料生物安全通用技术准则附录中规定使用的生产菌种。

1.3 培养基

酵母培养基：葡萄糖10 g，麦芽糖10 g,蛋白胨5 g，酵母粉5 g，NaCl 5 g，蒸馏水1000 mL，用于培养酵母菌。

牛肉膏蛋白胨培养基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，NaCl 5 g，琼脂20 g，水1000 mL，pH值7.0～7.2，用于培养枯草芽孢杆菌。

固体发酵基础培养基：经过预处理的餐厨垃圾用匀质机打浆，121 ℃灭菌20 min即为发酵基础培养基。

1.4 方法

1.4.1 菌种的活化

将菌种从-70 ℃冰箱取出，用接种环挑取冷冻冰块涂布于相应的固体培养基上培养24～48 h，然后挑取单个菌落接种到液体培养基中进行培养，作为种子液。

1.4.2 餐厨垃圾固体发酵实验

取一定量处理后的餐厨垃圾加不同含量的氮源作为发酵培养基，分别接入一定量的热带假丝酵母、啤酒酵母、枯草芽孢杆菌，在一定的培养条件下进行发酵培养。发酵完后，将发酵物于50 ℃鼓风干燥，控制水分在10%左右。测定发酵产物的蛋白含量、微生物数量。

1.5 分析与检测

水分的测定参照GB/T 6436-1992；粗脂肪的测定参照GB/T 6433-2006； 总糖的测定参照GB/T 3865-1983； 粗灰分的测定参照GB/T 6438-1992；粗蛋白的测定参照GB/T 6432-1994；总酸的测定参照GB/T 12456-1990。

微生物指标测定方法[8]：取发酵物样品1 g置于9 mL无菌水中，充分混匀后，取1 mL进行梯度稀释，选取合适的稀释液分别涂布于适宜的培养基平板，37 ℃培养30 h，计数平板中的菌落数。

2 结果与讨论

2.1 无机氮源对餐厨垃圾发酵的影响

以固体发酵基础培养基为基础，分别添加不同量的尿素、磷酸氢二铵、硫酸铵，pH值自然，121 ℃灭菌20 min，接种2%的混合菌种( 热带假丝酵母∶啤酒酵母∶枯草芽孢杆菌=1∶1∶1，下同)，30 ℃培养48 h 后测定粗蛋白含量。结果显示，3种无机氮源均能提高餐厨垃圾的粗蛋白含量，在等氮量的情况下，尿素对餐厨垃圾粗蛋白的提高优于磷酸氢二铵和硫酸铵，当尿素添加量为1.5%时，发酵产物的粗蛋白含量达28%。

2.2 含水量对餐厨垃圾发酵的影响

取准备好的基础餐厨垃圾添加1.5%的尿素，将其含水量调成20%、30%、40%、50%、60%、70%，pH 值自然，121 ℃灭菌20 min，接种2%的混合菌种，30 ℃培养48 h 后测定粗蛋白含量。结果显示，随着含水量的增加,粗蛋白含量逐渐升高；含水量为60%时,粗蛋白含量最高,达到28%；但含水量超过60%后粗蛋白含量反而下降，这可能是由于随着水分的增加，餐厨垃圾的粘度增大，发酵物料的通气量受到影响。

2.3 温度对餐厨垃圾发酵的影响

取准备好的餐厨垃圾添加1.5%的尿素，121 ℃灭菌20 min，接种2%的混合菌种，在28 ℃、30 ℃、37 ℃温度下培养48 h 后测定粗蛋白含量。结果显示，随着温度的升高，发酵产物粗蛋白含量逐渐升高；温度为30 ℃时粗蛋白含量最高，达到28%；但继续升高温度，粗蛋白含量反而有所下降。

2.4 发酵时间对餐厨垃圾发酵的影响

取准备好的餐厨垃圾添加1.5%的尿素，121 ℃灭菌20 min，接种2%的混合菌种，在30 ℃下培养24 h、36 h、48 h、60 h 后测定粗蛋白含量。结果显示，培养48 h 时发酵产物的粗蛋白含量最高，达到28%。

2.5 发酵产物菌含量的测定

对发酵烘干后的生物饲料进行微生物总数的测定，结果发现枯草芽孢杆菌及总酵母菌含量分别在5.2×109cfu·g-1和8.4×108cfu·g-1以上。

3 结论

以含水量60%的餐厨垃圾为原料，利用微生物将其发酵转化为生物饲料，确定最佳的发酵工艺条件为：以热带假丝酵母∶啤酒酵母∶枯草芽孢杆菌=1∶1∶1混合菌作为种子液，接种量2%，添加1.5%的尿素，30 ℃发酵48 h，50 ℃烘干，所得发酵产物的粗蛋白含量达到28%，发酵产物有酒香味。该研究为餐厨垃圾资源化利用提供了理论和实践基础，为餐厨垃圾利用微生物发酵生产蛋白质饲料开辟了一条途径。

参考文献：

[1] 吴玉萍，董锁成.当代城市生活垃圾处理现状与展望[J].城市环境与城市生态,2001,14(1):33-36.

[2] 于晖.餐厨废弃物饲喂畜禽对人体健康的危害[J].粮食与饲料工业，2006，(10)：40-41.

[3] Debosz K，Petersen S O，Kube L K，et al.Evaluating effects of sewage sludge and household compost on soil physical，chemical and microbiological properties[J].Appl Soil Ecol，2002，19(3)：237-248.

[4] 苏维洲，高雁，孙震，等.餐饮废弃食物(泔水) 加工再生为蛋白质饲料的探讨[J].饲料工业，2003，24(10)：51-53.

[5] Tsai H S，Liu C P，Yang S S.Microbial conversion of food wastes for biofertilizer production with thermophilic lipolytic microbes[J].Renew Energ，2007，32(6)：904-915.

[6] Mustafa C.The potential of restaurant waste lipids as biodiesel feedstocks[J].Bioresource Technol，2007，98(1)：183-190.

[7] 李建政，汪群慧.废物资源化与生物能源[M].北京：化学工业出版社，2004.

[8] 刘国生.微生物学实验技术[M].北京：科学出版社，2007：125-127.