餐廚垃圾微生物發酵生產生物飼料的研究

莊禧懿，儲衛華,，馬興旺，朱 衛

(1.中國藥科大學生命科學與技術學院，江蘇 南京 210009；2.南京日升康生物工程有限公司,江蘇 南京 211103)

餐廚垃圾，俗稱泔腳，是飯店、食堂及居民生活等食用殘余垃圾的總稱，主要包括米和面粉類、蔬菜、動植物油、肉骨等食物殘余，其營養成分含量較高。這些廢棄物極易腐爛變質、散發惡臭、傳播細菌和病毒。此外，其中的滲瀝水極易通過滲透作用污染地下水，而廢棄油脂和殘渣則會堵塞下水道，嚴重污染環境[1]。

目前，我國餐廚垃圾的主要處置方式有兩種：回收直接飼喂家畜或混入生活垃圾作填埋處置。這兩種方法都會給環境帶來損害。由于餐廚垃圾可能含有口蹄疫病菌、豬瘟病菌、弓形蟲、沙門氏菌、旋毛蟲、彎曲桿菌等，未經處理直接飼養畜禽，會將其中的細菌通過食物鏈傳染給食用者。不分類收集的餐廚垃圾直接填埋，由于其有機成分高，對填埋場的沖擊負荷很大，會污染地下和地表水體，形成病菌滋生地[2,3]。

利用微生物將有機廢物轉化為蛋白質，不僅能夠提高資源的利用效率，而且對消除環境污染、改善生態環境都具有重要意義[4～7]。并且微生物生產的生物飼料具有蛋白消化吸收率高、適口性好等優點。作者利用枯草芽孢桿菌、酵母對餐廚垃圾進行發酵，生產出富含有益微生物和多種酶的生物飼料，達到了餐廚垃圾資源化利用、減少環境污染、變廢為寶的目的。

1 實驗

1．1 餐廚垃圾及預處理

餐廚垃圾取自中國藥科大學學生食堂，初步分揀去除筷子、叉子等不可利用物，離心，去除部分水分，置冰箱中備用。其主要成分見表1。

表1 餐廚垃圾的組成/%

1.2 菌種

熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)、啤酒酵母(Saccharomycescerivisiae)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)，自行保存，均為農業部關于飼料生物安全通用技術準則附錄中規定使用的生產菌種。

1.3 培養基

酵母培養基：葡萄糖10 g，麥芽糖10 g,蛋白胨5 g，酵母粉5 g，NaCl 5 g，蒸餾水1000 mL，用于培養酵母菌。

牛肉膏蛋白胨培養基：牛肉膏3 g，蛋白胨10 g，NaCl 5 g，瓊脂20 g，水1000 mL，pH值7.0～7.2，用于培養枯草芽孢桿菌。

固體發酵基礎培養基：經過預處理的餐廚垃圾用勻質機打漿，121 ℃滅菌20 min即為發酵基礎培養基。

1.4 方法

1.4.1 菌種的活化

將菌種從-70 ℃冰箱取出，用接種環挑取冷凍冰塊涂布于相應的固體培養基上培養24～48 h，然后挑取單個菌落接種到液體培養基中進行培養，作為種子液。

1.4.2 餐廚垃圾固體發酵實驗

取一定量處理后的餐廚垃圾加不同含量的氮源作為發酵培養基，分別接入一定量的熱帶假絲酵母、啤酒酵母、枯草芽孢桿菌，在一定的培養條件下進行發酵培養。發酵完后，將發酵物于50 ℃鼓風干燥，控制水分在10%左右。測定發酵產物的蛋白含量、微生物數量。

1.5 分析與檢測

水分的測定參照GB/T 6436-1992；粗脂肪的測定參照GB/T 6433-2006； 總糖的測定參照GB/T 3865-1983； 粗灰分的測定參照GB/T 6438-1992；粗蛋白的測定參照GB/T 6432-1994；總酸的測定參照GB/T 12456-1990。

微生物指標測定方法[8]：取發酵物樣品1 g置于9 mL無菌水中，充分混勻后，取1 mL進行梯度稀釋，選取合適的稀釋液分別涂布于適宜的培養基平板，37 ℃培養30 h，計數平板中的菌落數。

2 結果與討論

2.1 無機氮源對餐廚垃圾發酵的影響

以固體發酵基礎培養基為基礎，分別添加不同量的尿素、磷酸氫二銨、硫酸銨，pH值自然，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種( 熱帶假絲酵母∶啤酒酵母∶枯草芽孢桿菌=1∶1∶1，下同)，30 ℃培養48 h 后測定粗蛋白含量。結果顯示，3種無機氮源均能提高餐廚垃圾的粗蛋白含量，在等氮量的情況下，尿素對餐廚垃圾粗蛋白的提高優于磷酸氫二銨和硫酸銨，當尿素添加量為1.5%時，發酵產物的粗蛋白含量達28%。

2.2 含水量對餐廚垃圾發酵的影響

取準備好的基礎餐廚垃圾添加1.5%的尿素，將其含水量調成20%、30%、40%、50%、60%、70%，pH 值自然，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種，30 ℃培養48 h 后測定粗蛋白含量。結果顯示，隨著含水量的增加,粗蛋白含量逐漸升高；含水量為60%時,粗蛋白含量最高,達到28%；但含水量超過60%后粗蛋白含量反而下降，這可能是由于隨著水分的增加，餐廚垃圾的粘度增大，發酵物料的通氣量受到影響。

2.3 溫度對餐廚垃圾發酵的影響

取準備好的餐廚垃圾添加1.5%的尿素，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種，在28 ℃、30 ℃、37 ℃溫度下培養48 h 后測定粗蛋白含量。結果顯示，隨著溫度的升高，發酵產物粗蛋白含量逐漸升高；溫度為30 ℃時粗蛋白含量最高，達到28%；但繼續升高溫度，粗蛋白含量反而有所下降。

2.4 發酵時間對餐廚垃圾發酵的影響

取準備好的餐廚垃圾添加1.5%的尿素，121 ℃滅菌20 min，接種2%的混合菌種，在30 ℃下培養24 h、36 h、48 h、60 h 后測定粗蛋白含量。結果顯示，培養48 h 時發酵產物的粗蛋白含量最高，達到28%。

2.5 發酵產物菌含量的測定

對發酵烘干后的生物飼料進行微生物總數的測定，結果發現枯草芽孢桿菌及總酵母菌含量分別在5.2×109cfu·g-1和8.4×108cfu·g-1以上。

3 結論

以含水量60%的餐廚垃圾為原料，利用微生物將其發酵轉化為生物飼料，確定最佳的發酵工藝條件為：以熱帶假絲酵母∶啤酒酵母∶枯草芽孢桿菌=1∶1∶1混合菌作為種子液，接種量2%，添加1.5%的尿素，30 ℃發酵48 h，50 ℃烘干，所得發酵產物的粗蛋白含量達到28%，發酵產物有酒香味。該研究為餐廚垃圾資源化利用提供了理論和實踐基礎，為餐廚垃圾利用微生物發酵生產蛋白質飼料開辟了一條途徑。

參考文獻：

[1] 吳玉萍，董鎖成.當代城市生活垃圾處理現狀與展望[J].城市環境與城市生態,2001,14(1):33-36.

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[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] 蘇維洲，高雁，孫震，等.餐飲廢棄食物(泔水) 加工再生為蛋白質飼料的探討[J].飼料工業，2003，24(10)：51-53.

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[7] 李建政，汪群慧.廢物資源化與生物能源[M].北京：化學工業出版社，2004.

[8] 劉國生.微生物學實驗技術[M].北京：科學出版社，2007：125-127.