餐廚垃圾蛋白的微波提取工藝研究

邱成林，鄧聯瓊，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研究中心，四川巴中 636000）

餐廚垃圾一般指含有有機質的生活垃圾，具有易腐爛、污染環境、發酵發臭等特點。餐廚垃圾包括家庭產生的廚余垃圾和餐飲服務、機團單位食堂、集貿市場等產生的餐廚垃圾，也包括家庭產生的小型樹枝、花草、落葉等[1]。由于傳統使用的焚燒、掩埋等不當處理方法，使餐廚垃圾成為危害環境和人體健康的危險源頭。因此，餐廚垃圾的處理成了一個棘手的問題[2]。

餐廚垃圾中含有大量有機質和纖維素，其中有機質容易腐爛變質，易滋生細菌和蚊蟲，影響城市的衛生狀況[3]。餐廚垃圾在一定溫度條件下會出現酸化、發霉、發酵等現象，且餐廚垃圾中往往摻入了雜質，若將其投喂給畜禽，可能會對畜禽造成一定的損害[4]。餐廚垃圾若隨意堆放，容易出現腐敗而產生硫化氫、甲烷、氨氣等有毒氣體[5]。

餐廚垃圾蛋白的傳統提取方法中有水溶液提取法、加熱法（60 ℃加熱、90 ℃加熱）、酸堿法、純蛋白質沉淀法、鹽析法、凝聚劑沉淀法、超濾法、電濃縮法、反膠團相轉移法、有機溶劑沉淀法、發酵酸法和微波提取法等[6]。在餐廚垃圾中的蛋白質提取中微波提取法具有提取時間短、提取產率較高、可處理大量樣品的優點[7]。微波提取技術具有選擇性高、萃取速度快、重現性好、省時節能、提取率高、產品質量好和不易破壞化學結構的特點[8]。已有部分學者將微波提取法用于蛋白質與其他生物活性物質提取中。例如，黃生權[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餐廚垃圾中的蛋白質進行提取，設計單因素試驗，尋找微波提取餐廚垃圾蛋白質的最佳提取pH值、提取時間、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，來源于西華大學食堂；無水乙醇，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，天津市致遠化學試劑有限公司；磷酸二氫鉀，天津市致遠化學試劑有限公司；純水制備儀，美國Millipore公司。

1.2 儀器與設備

BPG-9070A恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器；HHS-數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市醫療儀器廠；BT 423S電子天平，北京賽多斯科學儀器；ZN-200A高速中藥粉碎機，長沙市岳麓區中南制藥機械廠；LD5-10低速臺式離心機，北京醫用離心機廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 提取溫度對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

將餐廚垃圾平攤進烘盤后放入烘箱，設置溫度為70 ℃，烘干后，采用粉碎機將餐廚垃圾粉碎，過60目，按1∶10的比例將餐廚垃圾與蒸餾水進行混合，微波時間設置為60 min、微波功率設置為250 mW，提取pH值設置為6，提取溫度分別為設定35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃和55 ℃，進行單因素試驗。微波后設置離心機離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過馬斯亮藍法測定蛋白質含量，每項實驗進行3次，取平均值。

1.3.2 提取時間對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

按照1.3.1中的處理方法制成餐廚垃圾蒸餾水混合液，設定提取溫度為45 ℃，微波功率設置為250 mW，提取pH值設置為6，微波時間分別設置為20 min、40 min、60 min、80 min和100 min，進行單因素試驗。微波后設置離心機離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過馬斯亮藍法測定蛋白質含量，每項實驗進行3次，取平均值。

1.3.3 微波功率對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

按照1.3.1中的處理方法制成餐廚垃圾蒸餾水混合液，提取溫度設置為45 ℃，微波時間設置為60 min，微波功率分別設置為150 mW、200 mW、250 mW、300 mW和350 mW，提取pH值設置為6，進行單因素試驗。微波后設置離心機離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過馬斯亮藍法測定蛋白質含量，每項實驗進行3次，取平均值。

1.3.4 提取pH值對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

按照1.3.1中的處理方法制成餐廚垃圾蒸餾水混合液，提取溫度設置為45 ℃，微波時間設置為60 min，微波功率設置為250 mW，pH值分別設置為4、5、6、7和8，進行單因素試驗。微波后設置離心機離心速率為6 000 r·min-1，離心后取上層清液通過馬斯亮藍法測定蛋白質含量，每項實驗進行3次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 提取溫度對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

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得率先增加后減少，在35～40 ℃蛋白質得率增加，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速率加快。在40～45 ℃蛋白質得率迅速降低,可能是因為隨著溫度的增加，餐廚垃圾中的蛋白質釋放速率降低。在45～55 ℃，蛋白質活性明顯降低，可能是由于溫度過高，部分蛋白質活性喪失，導致能夠檢測到的蛋白質減少。因此，微波提取餐廚垃圾蛋白的最佳溫度為40 ℃。

圖1 提取溫度對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

2.2 提取時間對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

如圖2所示，微波提取餐廚垃圾蛋白隨著提取時間的增加，蛋白質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，可能是因為提取時間不夠，餐廚垃圾中的蛋白還沒有完全釋放出來；在40～60 min蛋白質得率的增加速率提升，可能是隨著時間的增加，餐廚垃圾蛋白提取產生了協同效應，導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到頂峰，說明微波提取餐廚垃圾蛋白的最佳提取時間是80 min。在80 min后蛋白質得率略微降低，可能是在反應后期，有一些蛋白質被分解。

圖2 提取時間對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

2.3 微波功率對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

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

圖3 微波功率對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

2.4 提取pH值對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

如圖4所示，餐廚垃圾蛋白質得率隨著提取pH值的增加，短暫增加后迅速降低，在pH值為5時餐廚垃圾蛋白質的提取率達到頂峰。在pH值4～5時餐廚垃圾的蛋白質提取率增加，可能是由于餐廚垃圾中的蛋白質更容易在弱酸的環境下釋放提取。在pH值5～6為餐廚垃圾的蛋白質提取率緩慢降低，可能是此區間是餐廚垃圾蛋白質提取的適應區，在pH值6～8，蛋白質得率迅速下降，可能是由于隨著pH值增加，對提取過程中餐廚垃圾蛋白質釋放有影響，甚至消融了蛋白質，導致蛋白質得率快速降低。

圖4 提取pH值對微波提取餐廚垃圾蛋白質得率的影響

3 結論

本試驗通過微波的方式對餐廚垃圾中的蛋白質進行提取，蛋白質得率對比其他提取方式較高，并設計單因素試驗來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，為后續餐廚垃圾的資源化、飼料化利用提供了一條可行之路。