CN102766588B

CN102766588B - 一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102766588B
Application number: CN201210110496.9A
Authority: CN
Inventors: 金京华; 高振; 程言君
Original assignee: Environmental Protection Institute of Light Industry
Current assignee: Institute Of Resources And Environment Beijing Academy Of Science And Technology
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: CN102766588A

Abstract

本发明涉及一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂，其包括以下重量百分比的组分：乳酸菌(Pediococcus acidilactici)0.5％-2％，酵母(Pichia pastoris)0.5％-1.5％，米糠40％-50％，麦麸40-50％，豆柏1％-10％，蛋白粉1％-10％；所述乳酸菌的有效含量为1.5×10⁶-3.0×10⁶cfu/g，所述酵母的有效含量为1.0×10⁶-3.5×10⁶cfu/g。本发明的复合菌剂由两种菌株组合，发酵简便，成本低，均属于无毒性菌株，对餐厨垃圾好氧处理效果明显，降低处理成本，所以有着很大的实用和推广价值。

Description

一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于微生物领域，特别涉及一种微生物复合菌剂，还涉及该微生物复合菌剂的制备方法和应用。

背景技术

餐厨垃圾主要成分包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐。主要特点是有机物含量丰富、水分含量高、易腐烂，其性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响，且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质。

由于饮食文化和聚餐习惯，每天产生巨量的餐厨垃圾。中国城市每年产生餐厨垃圾不低于6000万吨。营养丰富的餐厨垃圾是宝贵的可再生资源。但由于尚未引起重视，处置方法不当，它已成为影响食品安全和生态安全的潜在危险源。餐厨垃圾具有废物与资源的双重特性，可以说是典型的“放错了地方的资源”。而未经处理直接饲养畜禽，又会通过畜禽体内毒素、有害物质的积累对人体健康带来危害，从而造成人畜之间的交叉传染。还有目前不法商贩销售的“地沟油”中含有黄曲霉素、苯等有毒物质，经过地下途径回到人们的餐桌，供人食用造成慢性疾病的发生甚至致癌，对人们的身体健康造成极大的危害。

2011年9月22日，北京市人大常委会审议《北京市生活垃圾管理条例(草案)》。为切断地沟油流入餐桌的渠道，草案要求一定规模符合条件的就餐点应建垃圾就地处理设施。餐厨垃圾的含水量高，易腐败，臭味大，易行成二次污染，也为其运输带来的诸多不便。因此，如何快速连续有效地进行餐厨垃圾的原位无害化处理，成为当前社会亟待解决的问题。近年来，在餐厨垃圾好氧处理过程中，由于餐厨垃圾具有易腐败、酸败的特点，导致处理介质的环境极易改变，使得微生物的活性分解能力下降，随之产生恶臭的气味和处理效果不理想。

现有对餐厨垃圾处理菌剂，大多采用芽孢杆菌、假单胞菌等作为消解菌株，由于这些菌种抗酸性不强，抑制有害微生物生长的能力差，导致处理时间短，处理填料在餐厨垃圾投加过程中pH容易变低，引起微生物生长环境变化，分解能力下降，处理效果不理想。我国专利申请，申请号为“200810223029”，名称为“一种用于餐厨垃圾预处理的复合菌剂及其制备方法和应用”，公开了一种以脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、发酵单胞菌、土壤杆菌、酿酒酵母和假丝酵母为菌种的复合菌剂，虽然该申请对餐厨垃圾好氧处理有一定积极作用，但由于其发酵及制备工艺复杂，生产成本较高，且每种菌之间的拮抗作用比较强，对于产品的稳定性影响较大。另外该菌剂不具有强耐酸性，餐厨垃圾容易变酸，且处理时间长，容易产生臭味，所以给餐厨垃圾处理带来很多不便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂。

本发明的另一目的在于提供一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂的制备方法。

本发明的还一目的在于提供一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂在分解餐厨垃圾中的应用。

为了实现本发明目的，本发明的一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂，其包括以下重量百分比的组分：乳酸菌(Pediococcus acidilactici)0.5％-2％，酵母(Pichia pastoris)0.5％-1.5％，米糠40％-50％，麦麸40-50％，豆柏1％-10％，蛋白粉1％-10％；所述乳酸菌的有效含量为1.5×10⁶-3.0×10⁶cfu/g，所述酵母的有效含量为1.0×10⁶-3.5×10⁶cfu/g。

优选地，包括以下重量百分比的组分：乳酸菌(Pediococcus acidilactici)1.5％，酵母(Pichia pastoris)1％，米糠46％，麦麸45.5％，豆柏5％，蛋白粉1％；所述乳酸菌的有效含量为3×10⁶cfu/g，所述酵母的有效含量为3.5×10⁶cfu/g。所述乳酸菌优选为保藏号为CGMCC No.5959的乳酸片球菌，所述酵母优选为保藏号为CGMCC No.5960的巴氏比赤酵母。

所述保藏号为CGMCC No.5959的乳酸菌可以分解葡萄糖和蛋白质，将其50％以上变换成乳酸，因此适宜在酸性环境下繁殖，并具有很强的抗酸能力，能够在pH3的环境中存活，相比其他乳酸菌更具有耐酸性。

所述菌为圆球状，在直角两个平面交替分裂形成四联状，一般细胞成对生，单生者罕见，不成链状排列。革兰氏阳性，不运动，产酸，兼性厌氧。在MRS培养基上菌落小，呈白色。沿洋菜穿刺线的生长物呈丝状。接触酶阴性，不产细胞色素。

所述保藏号为CGMCC No.5960的酵母菌具有高温发酵能力，能在60℃的温度下快速分解乳酸、氨基酸、有机物、蛋白质等基质，相比其他酵母菌繁殖能力更强，该菌能够和乳酸菌共存，对促进乳酸菌增值具有很重要的意义，该菌主要负责餐厨垃圾的高温发酵，加快分解速率，促进有效微生物的增值。所述菌种为球状菌，在麦芽汁琼脂上菌落为乳白色，无光泽，边缘有细缺口。在麦芽汁中培养，培养液表面有白而皱的粗糙的菌璞，底内有菌体沉淀。

另一方面，本发明提供了一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂的制备方法，其具体包括以下步骤：

(1)菌株扩繁培养：分别在培养基里培养所述乳酸菌和酵母菌株，得乳酸菌和酵母扩繁培养菌液；

(2)固态菌剂发酵：将上述扩繁培养菌液均匀喷洒在固体发酵培养基上进行固体菌剂发酵，所述固体发酵培养基包括米糠、麦麸、豆柏和蛋白粉，用薄膜封盖，进行培养。

步骤(1)中所述培养基为在每1升水里混合蛋白胨(protease peptone)1-1.5g，浓缩牛肉汁(beef extract)0.5-1g，葡萄糖(glucose)1-2.0g，乙酸钠(sodium acetate)3-4g，以及柠檬酸钠(ammoni acitrate)2-5g；培养条件为温度40-42℃，培养24-48小时。

步骤(2)中所述固体发酵培养基用40-60℃的温水调控固体发酵培养基的含水率至35-45％，并搅拌均匀。

步骤(2)中培养时间为48-72小时，期间每隔24小时搅拌一次。

步骤(2)中所述扩繁培养菌液与固体发酵培养基的体积重量比为1L：15kg-30kg。

本发明的有益效果：

(1)本发明的复合菌剂中的酵母菌利用自身发酵能力，把氨基酸，糖类，有机物等转化成有效的物质并帮助其他有效微生物的增殖和活动；

(2)本发明的餐厨垃圾复合菌剂能够在pH5.0-6.5的环境下保持活性，保持降解能力在98％以上；

(3)本发明的复合菌剂能维持填料长时间不更换，目前部分生物填料只能维持2-4个月的使用寿命，该菌剂能维持1年以上；

(4)本发明的复合菌剂能够在60℃的高温环境下好氧处理餐厨垃圾，具有耐高温的特点；

(5)本发明的复合菌剂能够有效的抑制胺、硫化氢等臭味的散发，依靠菌体对腐败垃圾的分解来消除恶臭气味；

总之，本发明的复合菌剂由两种菌株组合，发酵简便，成本低，均属于无毒性菌株，对餐厨垃圾好氧处理效果明显，降低处理成本，所以有着很大的实用和推广价值。

附图说明

图1为本发明应用例中处理60天垃圾重量变化图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的保护范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

所述乳酸菌及酵母菌均从食物残渣中分离获得，本发明公开了一种乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici），其保藏名称为HBS-RS，保藏号：CGMCC No.5959。本发明还公开了一种巴氏毕赤酵母（Pichia pastoris），其保藏名称为HBS-Hab，保藏号：CGMCC No.5960。保藏单位：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所；保藏日期：2012年4月9日。

实施例2餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂

1)斜面培养：将实施例1中的酵母和乳酸菌原始菌种无菌条件下分别接种于固体培养基上，37℃条件下培养2天；

2)一级种子培养：将步骤1)培养的菌种无菌条件下接种于液体培养基，42℃条件下，150r/min摇床培养1天，结束培养时酵母和乳酸菌悬液光密度OD600值均达到4.0；

3)二级种子培养：按液体培养基的体积比为10％的接种量，将一级种子分别接种到1000L的发酵罐中，发酵罐内培养液的总体积为500L，酵母和乳酸菌42℃条件下，搅拌速度为150r/min，通气量为1:1，培养1天，制得二级种子；

其中，步骤1)、2)中酵母和乳酸菌所用的培养基是蛋白酶胨 (protease peptone)1g，浓缩牛肉汁(beef extract)1g，葡萄糖(glucose)2g，乙酸钠(sodium acetate)3g，以及柠檬酸钠(ammoni acitrate)2g。

步骤3)所用的培养基的配方按质量百分比为：玉米粉2.5％、大豆粉1％、蛋白胨1％、酵母粉2.5％、K₂HPO₄ 0.5％、MgSO₄ 0.005％、吐温801％、醋酸钠0.5％、余量为水，pH6.4。

发酵培养过程包括：起始12小时内，间隔通气，保持在有氧条件发酵，通气量1:1，调控发酵溶解氧10％，搅拌转速180r/min，搅拌间隔时间2小时，搅拌2分钟，温度42℃；微溶氧和厌氧培养阶段：12小时以后，保持发酵液上层微溶氧状态，静止培养，间隔搅拌，搅拌间隔时间4小时，搅拌4分钟，温度42℃。

500升扩繁培养菌液中加入固体发酵培养基7500kg，所述固体发酵培养基为乳酸菌(Pediococcus acidilactici)1.5％，酵母(Pichia pastoris)1％，米糠(46％)、麦麸(45.5％)、豆柏(5％)、蛋白粉(1％)搅拌均匀，用薄膜封盖，每隔24小时一搅拌，培养72小时。

实施例3

依照实例2中液体发酵方法扩繁菌种。

其中，步骤1)、2)中酵母和乳酸菌所用的培养基是蛋白酶胨(protease peptone)1.5g，浓缩牛肉汁(beef extract)0.5g，葡萄糖(glucose)1g，乙酸钠(sodium acetate)3g，以及柠檬酸钠(ammoni acitrate)2g。

步骤3)所用的培养基的配方按质量百分比为：玉米粉1％、大豆粉1％、蛋白胨1％、酵母粉1.5％、K₂HPO₄ 0.5％、MgSO₄ 0.005％、吐温801％、醋酸钠0.5％、余量为水，pH6.4。

发酵培养过程包括：起始12小时内，间隔通气，保持在有氧条件发酵，通气量1:1，调控发酵溶解氧10％，搅拌转速180r/min，搅拌间隔时间2小时，搅拌2分钟，温度41℃；微溶氧和厌氧培养阶段：12小时以后，保持发酵液上层微溶氧状态，静止培养，间隔搅拌，搅拌间隔时间4小时，搅拌4分钟，温度41℃。

将500升扩繁培养菌液加入到固体发酵培养基中(7500kg-8000kg)。所述固体发酵培养基为乳酸菌(Pediococcus acidilactici)1.5％，酵母(Pichia pastoris)1％，米糠(40％)、麦麸(40％)、豆柏(7.5％)、蛋白粉(10％)，搅拌均匀，用薄膜封盖，每隔24小时一搅拌，培养48小时。

实施例4

依照实例2中液体发酵方法扩繁菌种。

其中，步骤1)、2)中酵母和乳酸菌所用的培养基是蛋白酶胨(protease peptone)1g，浓缩牛肉汁(beef extract)1g，葡萄糖(glucose)2g，乙酸钠(sodium acetate)3g，以及柠檬酸钠(ammoni acitrate)2g。

步骤3)所用的培养基的配方按质量百分比为：玉米粉2.5％、大豆粉2.5％、蛋白胨2％、酵母粉2.5％、K₂HPO₄ 1.5％、MgSO₄ 0.005％、吐温801％、醋酸钠0.5％、余量为水，pH6.6。

发酵培养过程包括：起始12小时内，间隔通气，保持在有氧条件发酵，通气量1:1，调控发酵溶解氧10％，搅拌转速180r/min，搅拌间隔时间2小时，搅拌2分钟，温度40℃；微溶氧和厌氧培养阶段：12小时以后，保持发酵液上层微溶氧状态，静止培养，间隔搅拌，搅拌间隔时间4小时，搅拌4分钟，温度40℃。

将500升扩繁培养菌液加入到固体发酵培养基中7800kg。所述固体发酵培养基为乳酸菌(Pediococcus acidilactici)1.5％，酵母(Pichia pastoris)1％，米糠(48％)、麦麸(47.5％)、豆柏(1％)、蛋白粉(1％)搅拌均匀，用薄膜封盖，每隔24小时一搅拌，培养66小时。

实施例5

依照实例2中液体发酵方法扩繁菌种。

步骤3)所用的培养基的配方按质量百分比为：玉米粉1.0％、大豆粉2％、蛋白胨2.5％、酵母粉2％、K₂HPO₄ 1.5％、MgSO₄ 0.1％、吐温801.5％、醋酸钠1.5％、余量为水，pH6.8。

发酵培养过程包括：起始12小时内，间隔通气，保持在有氧条件发酵，通气量1:1.2，调控发酵溶解氧10％，搅拌转速180r/min，搅拌间隔时间2小时，搅拌2分钟，温度42℃；微溶氧和厌氧培养阶段：12小时以后，保持发酵液上层微溶氧状态，静止培养，间隔搅拌，搅拌间隔时间4小时，搅拌4分钟，温度42℃。

将500升扩繁培养菌液加入到固体发酵培养基中8000kg。所述固体发酵培养基为乳酸菌(Pediococcus acidilactici)1.5％，酵母(Pichia pastoris)1％，米糠(43％)、麦麸(43％)、豆柏(6％)、蛋白粉(5.5％)搅拌均匀，用薄膜封盖，每隔24小时一搅拌，培养72小时。

应用例

(1)此次实验周期为30天，按照实例2-5的固体菌剂培养流程制作成产品，对4种产品依次编号为JH1、JH2、JH3、JH4，每隔5天统计各菌剂的活菌数量，如下图数据显示实例2对应的JH1菌剂对微生物的吸附保护效果最好，30天活菌数量保持在6.5×10⁶cfu/g，存活率达到85％，实例3对应的JH3菌剂效果最差，30天活菌数量下降到4.2×10⁵cfu/g，存活率下降到6.5％。由此得出四种培养方法的排序为JH1＞JH2＞JH4＞JH3，最佳的培养方式为实例2。

表1 4种复合菌剂处理30天的活菌数量

(2)此次实验周期为14天，在1kg处理量的好氧餐厨垃圾处理机中，连续每天加入至少540g的餐厨垃圾，单天最高加入1746g。当中加入过鸡骨头、鱼骨头、菜类、米饭、肉类等垃圾。其方法为：所述菌种经过液体发酵增殖，并定植在固体填充料中，制成固体菌剂JH1，该菌剂在以1％的添加量投加到餐厨垃圾处理机中。从实验效果来看，载体菌剂质量并未增加，分解过程无刺激气味产生，整体餐厨垃圾消解率为96％以上。从餐厨垃圾投加前后对比，4小时后餐厨垃圾基本处理完全，无明显残留。骨头等物质分解较慢，需要至少半个月以上时间进行分解。在此段处理过程中，含水率趋于稳定，处理机载体内温度在50摄氏度左右，微生物生长良好，无厌氧发酵现象。

表2处理14天后的垃圾总量监测结果

实验周期(天)	处理前总重(g)	投加垃圾总量(g)	处理后总重(g)
				14	7000	8572	7337

(3)此次实验周期为28天，实验设备为日处理量50kg的好氧餐厨垃圾处理机。其方法为：所述菌种经过液体发酵增殖，并定植在固体填充料中，制成固体菌剂JH1，该菌剂在以1％的添加量投加到餐厨垃圾处理机中。填料添加总量为450kg，28天处理餐厨垃圾总量为1390kg，最后的结余总量为380kg，餐厨垃圾处于完全处理状态，由于一部分自身填料也被微生物消耗利用，并以热能形式释放，造成结余总量低于加入填料总量。

表3处理28天后的垃圾总量监测结果

时间(天)	添加垃圾量(kg)	加入填料(kg)	结余量(kg)	分解效率
					1	20	400
2	20
					3	20
4	30	50
					5～26	50
27	100
					28	100
总量	1390	450	380	100％

(4)本次实验周期为60天，实验设备为日处理量1kg的好氧餐厨垃圾处理机。其方法为：按照表4方法制作菌剂，将菌剂在分别以1％的添加量投加到餐厨垃圾处理机中，填料总重为7kg。每天监测其重量变化情况。由图1可以看出，60天垃圾累计添加15kg，HBS-1的复合菌剂处理能力最强，垃圾累积量最少，60天后重量为6.2kg，相比餐厨垃圾添加总量，垃圾完全分解。然而，只加入乳酸菌的菌剂，处理效果稍差，60天后重量为8.7kg，处理率为89％。只加入酵母菌的处理组效果最差，60天后重量为10.5kg，处理率为77％。由此，可以得出，添加复合菌剂要优于只添加单菌的处理效果。

表4不同菌种添加量的配比方法

上所述％单位均为重量百分比。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种餐厨垃圾消减型微生物复合菌剂，其包括以下重量百分比的组分：乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）1.5%，巴氏毕赤酵母（Pichia pastoris）1%，米糠46%，麦麸45.5%，豆柏5%，蛋白粉1%；所述乳酸片球菌的有效含量为3×10⁶cfu/g，所述巴氏毕赤酵母的有效含量为3.5×10⁶cfu/g；所述乳酸片球菌为保藏号为CGMCCNo.5959的乳酸片球菌，所述巴氏毕赤酵母为保藏号为CGMCCNo.5960的巴氏毕赤酵母。

2.制备如权利要求1所述复合菌剂的方法，其具体包括以下步骤：

（1）菌株扩繁培养：分别在培养基里培养所述乳酸片球菌和巴氏毕赤酵母菌株，得乳酸片球菌和巴氏毕赤酵母扩繁培养菌液；

（2）固态菌剂发酵：将上述扩繁培养菌液均匀喷洒在固体发酵培养基上进行固体菌剂发酵，所述固体发酵培养基包括米糠、麦麸、豆柏和蛋白粉，用薄膜封盖，进行培养。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述培养基为在每1升水里混合蛋白胨1-1.5g，浓缩牛肉汁0.5-1g，葡萄糖1-2.0g，乙酸钠3-4g，以及柠檬酸钠2-5g。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述培养条件为温度40-42℃，培养时间为24-48小时。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述固体发酵培养基用40℃-60℃的温水调控固体发酵培养基的含水率至35%-45%，并搅拌均匀。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中培养时间为48-72小时，期间每隔24小时搅拌一次。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述扩繁培养菌液与固体发酵培养基的体积重量比为1L：15kg-30kg。

8.权利要求1所述复合菌剂在分解餐厨垃圾中的应用。