餐廚垃圾蛋白的微波提取工藝研究

邱成林，鄧聯(lián)瓊，張 銥，李 瓊

（四川琳宸生物能源科技有限公司，四川省餐廚垃圾資源化利用工程技術(shù)研究中心，四川巴中 636000）

餐廚垃圾一般指含有有機(jī)質(zhì)的生活垃圾，具有易腐爛、污染環(huán)境、發(fā)酵發(fā)臭等特點(diǎn)。餐廚垃圾包括家庭產(chǎn)生的廚余垃圾和餐飲服務(wù)、機(jī)團(tuán)單位食堂、集貿(mào)市場(chǎng)等產(chǎn)生的餐廚垃圾，也包括家庭產(chǎn)生的小型樹(shù)枝、花草、落葉等[1]。由于傳統(tǒng)使用的焚燒、掩埋等不當(dāng)處理方法，使餐廚垃圾成為危害環(huán)境和人體健康的危險(xiǎn)源頭。因此，餐廚垃圾的處理成了一個(gè)棘手的問(wèn)題[2]。

餐廚垃圾中含有大量有機(jī)質(zhì)和纖維素，其中有機(jī)質(zhì)容易腐爛變質(zhì)，易滋生細(xì)菌和蚊蟲(chóng)，影響城市的衛(wèi)生狀況[3]。餐廚垃圾在一定溫度條件下會(huì)出現(xiàn)酸化、發(fā)霉、發(fā)酵等現(xiàn)象，且餐廚垃圾中往往摻入了雜質(zhì)，若將其投喂給畜禽，可能會(huì)對(duì)畜禽造成一定的損害[4]。餐廚垃圾若隨意堆放，容易出現(xiàn)腐敗而產(chǎn)生硫化氫、甲烷、氨氣等有毒氣體[5]。

餐廚垃圾蛋白的傳統(tǒng)提取方法中有水溶液提取法、加熱法（60 ℃加熱、90 ℃加熱）、酸堿法、純蛋白質(zhì)沉淀法、鹽析法、凝聚劑沉淀法、超濾法、電濃縮法、反膠團(tuán)相轉(zhuǎn)移法、有機(jī)溶劑沉淀法、發(fā)酵酸法和微波提取法等[6]。在餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)提取中微波提取法具有提取時(shí)間短、提取產(chǎn)率較高、可處理大量樣品的優(yōu)點(diǎn)[7]。微波提取技術(shù)具有選擇性高、萃取速度快、重現(xiàn)性好、省時(shí)節(jié)能、提取率高、產(chǎn)品質(zhì)量好和不易破壞化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)[8]。已有部分學(xué)者將微波提取法用于蛋白質(zhì)與其他生物活性物質(zhì)提取中。例如，黃生權(quán)[9]采用微波的方式，大幅度提高了赤靈芝蛋白的提取得率，且得到的赤靈芝多糖生物活性較好。但目前還很少有學(xué)者將微波提取蛋白的方法用于餐廚垃圾蛋白的提取中。

本研究將餐廚垃圾干處理后采用微波提取法對(duì)餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)進(jìn)行提取，設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，尋找微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)的最佳提取pH值、提取時(shí)間、微波功率和最佳溫度。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

餐廚垃圾，來(lái)源于西華大學(xué)食堂；無(wú)水乙醇，成都市科龍化工試劑廠；堿石灰，成都市科龍化工試劑廠；草酸，成都市科龍化工試劑廠；苯酚，成都科龍化工試劑廠；磷酸氫二鈉，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；磷酸二氫鉀，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；純水制備儀，美國(guó)Millipore公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BPG-9070A恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器；HHS-數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；BT 423S電子天平，北京賽多斯科學(xué)儀器；ZN-200A高速中藥粉碎機(jī)，長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)中南制藥機(jī)械廠；LD5-10低速臺(tái)式離心機(jī)，北京醫(yī)用離心機(jī)廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 提取溫度對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

將餐廚垃圾平攤進(jìn)烘盤后放入烘箱，設(shè)置溫度為70 ℃，烘干后，采用粉碎機(jī)將餐廚垃圾粉碎，過(guò)60目，按1∶10的比例將餐廚垃圾與蒸餾水進(jìn)行混合，微波時(shí)間設(shè)置為60 min、微波功率設(shè)置為250 mW，提取pH值設(shè)置為6，提取溫度分別為設(shè)定35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃和55 ℃，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。微波后設(shè)置離心機(jī)離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過(guò)馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)含量，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次，取平均值。

1.3.2 提取時(shí)間對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

按照1.3.1中的處理方法制成餐廚垃圾蒸餾水混合液，設(shè)定提取溫度為45 ℃，微波功率設(shè)置為250 mW，提取pH值設(shè)置為6，微波時(shí)間分別設(shè)置為20 min、40 min、60 min、80 min和100 min，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。微波后設(shè)置離心機(jī)離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過(guò)馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)含量，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次，取平均值。

1.3.3 微波功率對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

按照1.3.1中的處理方法制成餐廚垃圾蒸餾水混合液，提取溫度設(shè)置為45 ℃，微波時(shí)間設(shè)置為60 min，微波功率分別設(shè)置為150 mW、200 mW、250 mW、300 mW和350 mW，提取pH值設(shè)置為6，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。微波后設(shè)置離心機(jī)離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過(guò)馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)含量，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次，取平均值。

1.3.4 提取pH值對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

按照1.3.1中的處理方法制成餐廚垃圾蒸餾水混合液，提取溫度設(shè)置為45 ℃，微波時(shí)間設(shè)置為60 min，微波功率設(shè)置為250 mW，pH值分別設(shè)置為4、5、6、7和8，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。微波后設(shè)置離心機(jī)離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過(guò)馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)含量，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溫度對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

如圖1所示，隨著提取溫度的變化，微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率先增加后減少，在35～40 ℃蛋白質(zhì)得率增加，可能是由于隨著提取溫度的升高，微波餐廚垃圾提取蛋白的反應(yīng)速率加快。在40～45 ℃蛋白質(zhì)得率迅速降低,可能是因?yàn)殡S著溫度的增加，餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)釋放速率降低。在45～55 ℃，蛋白質(zhì)活性明顯降低，可能是由于溫度過(guò)高，部分蛋白質(zhì)活性喪失，導(dǎo)致能夠檢測(cè)到的蛋白質(zhì)減少。因此，微波提取餐廚垃圾蛋白的最佳溫度為40 ℃。

圖1 提取溫度對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

2.2 提取時(shí)間對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

如圖2所示，微波提取餐廚垃圾蛋白隨著提取時(shí)間的增加，蛋白質(zhì)得率迅速增加后降低，在20～40 min微波提取餐廚垃圾蛋白速率緩慢增加，可能是因?yàn)樘崛r(shí)間不夠，餐廚垃圾中的蛋白還沒(méi)有完全釋放出來(lái)；在40～60 min蛋白質(zhì)得率的增加速率提升，可能是隨著時(shí)間的增加，餐廚垃圾蛋白提取產(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，導(dǎo)致餐廚垃圾蛋白提取率迅速增加。在60～80 min餐廚垃圾蛋白提取率逐漸達(dá)到頂峰，說(shuō)明微波提取餐廚垃圾蛋白的最佳提取時(shí)間是80 min。在80 min后蛋白質(zhì)得率略微降低，可能是在反應(yīng)后期，有一些蛋白質(zhì)被分解。

圖2 提取時(shí)間對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

2.3 微波功率對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

如圖3所示，微波提取餐廚垃圾蛋白隨著提取功率的增加，蛋白質(zhì)得率迅速增加后降低，150～350 mW時(shí)蛋白質(zhì)提取率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在250 mW微波功率下，餐廚垃圾蛋白質(zhì)提取得率達(dá)到峰值，隨后餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率趨近平緩，可能是由于餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)已經(jīng)完全釋放。

圖3 微波功率對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

2.4 提取pH值對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

如圖4所示，餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率隨著提取pH值的增加，短暫增加后迅速降低，在pH值為5時(shí)餐廚垃圾蛋白質(zhì)的提取率達(dá)到頂峰。在pH值4～5時(shí)餐廚垃圾的蛋白質(zhì)提取率增加，可能是由于餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)更容易在弱酸的環(huán)境下釋放提取。在pH值5～6為餐廚垃圾的蛋白質(zhì)提取率緩慢降低，可能是此區(qū)間是餐廚垃圾蛋白質(zhì)提取的適應(yīng)區(qū)，在pH值6～8，蛋白質(zhì)得率迅速下降，可能是由于隨著pH值增加，對(duì)提取過(guò)程中餐廚垃圾蛋白質(zhì)釋放有影響，甚至消融了蛋白質(zhì)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)得率快速降低。

圖4 提取pH值對(duì)微波提取餐廚垃圾蛋白質(zhì)得率的影響

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)微波的方式對(duì)餐廚垃圾中的蛋白質(zhì)進(jìn)行提取，蛋白質(zhì)得率對(duì)比其他提取方式較高，并設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)來(lái)確定微波提取餐廚垃圾蛋白的最佳條件，得出餐廚垃圾蛋白提取的最佳溫度為40 ℃，餐廚垃圾蛋白的提取時(shí)間為80 min，餐廚垃圾蛋白提取的微波功率為250 mW，餐廚垃圾蛋白提取的pH值為5，為后續(xù)餐廚垃圾的資源化、飼料化利用提供了一條可行之路。