多粘芽孢杆菌发酵厨余物的初步研究

2014-01-22童应凯刘敬为

饲料工业 2014年15期

■张怡童应凯黄亮刘敬为

（天津农学院农学系生物技术实验室，天津 300384）

厨余物，即泔水，其主要组分包括：淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐；同时还含有一定量的钙、镁、钾、铁等微量元素[1]。伴随人们生活水平的提高，厨余物迅猛增加，在一定程度上对环境造成了污染。沈阳市环保局曾统计，沈阳市1万余家餐饮企业和个体饭馆，其中3 000多家为中型以上规模，每年产生的餐饮废弃食物量在1万吨左右[2]。现今需要寻求一种合理高效的处理方式，对厨余物进行处理。据相关报道称，可以利用微生物发酵产生微生态蛋白饲料的方法对厨余物进行处理[3]。多粘芽孢杆菌，G+细菌，对植物黄萎病、鹰嘴豆枯萎病、油菜腐烂病、黑松根腐病等多种植物病害均具有一定的控制作用。本实验通过其抑制真菌的特性，将其设定为发酵菌种，对厨余物进行发酵实验。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 菌种

多粘芽孢杆菌，天津农学院生物技术实验室保藏菌种。

1.1.2 培养基

牛肉膏蛋白胨培养基（%）：牛肉膏0.5、蛋白胨1.0、氯化钠0.5，pH值7.2～7.4，121 ℃灭菌20 min。

PDA培养基：称取去皮马铃薯200 g，切成小块，水煮沸37 min，用双层纱布滤成清液。加水至1 000 ml，加入20 g葡萄糖完全溶解，pH值自然。固体培养基加琼脂20 g。121℃灭菌15 min。

其它化学试剂配制：20 g(NH4)2SO4固体溶于100 ml蒸馏水；8 g K2HPO4固体溶于100 ml蒸馏水；2 g MgSO4固体溶于100 ml蒸馏水；CaCO3固体直接添加。

1.2 方法

1.2.1 不同营养添加剂下多粘芽孢杆菌平板发酵实验

在20 g混合的厨余物中分别加入不同量的麸皮，玉米粉进行48 h发酵，观察颜色和气味的变化，每24 h记录一次。

1.2.2 添加化学试剂的多粘芽孢杆菌正交实验

为提高多粘芽孢杆菌发酵产物蛋白水平，进行L9(34)正交实验，其中培养基为20 g粉碎混合厨余物，菌种接种量为0.1%。

表1 L9(34)正交水平实验(%)

1.2.3 多粘芽孢杆菌发酵厨余物产蛋白含量测定

将按正交实验表配以底料20 g厨余物的培养基，接入0.1%地衣芽孢杆菌菌悬液，放入37℃恒温箱培养，48 h后取出烘干（敞置于烘箱中，115℃下15 min使酶失活，然后65℃下12 h烘干）。粉碎过100目筛板，用凯氏定氮法测发酵产物中蛋白质含量。

1.2.4 最佳配方重复测定

正交实验后，分析出最佳配方，利用1.2.3节的方法对最佳配方进行重复验证实验。

2 结果与分析

2.1 不同辅料下发酵实验结果

在20 g厨余物中加入麸皮和玉米粉，观察不同辅料下厨余物发酵效果，结果如表2所示。

通过表2可以看出，在相同浓度下，不同辅料，玉米粉发酵产物要优于麸皮发酵产物。在同一辅料下，加入10%的辅料发酵产物要优于其他2个浓度。通过不同辅料间的对比，添加含易利用的糖辅料，多粘芽孢杆菌发酵泔水的产物颜色气味更好，更利于做动物的饲料。所以，选择10%玉米粉为发酵辅料。

表2 不同辅料下发酵实验

2.2 正交实验结果

用正交实验及凯氏定氮法获得各实验组发酵产物的蛋白含量，通过极差分析，选出发酵产蛋白的最佳配方。

表3 正交实验结果分析(%)

由R值可知，4因素对地衣芽孢杆菌发酵厨余物产蛋白影响的大小顺序是：（NH4)2SO4＞MgSO4＞K2HPO4＞CaCO3。从K值可以看出，A2C2B2D1配方下，多粘芽孢杆菌发酵厨余物产物的蛋白含量最高。以粉碎厨余物混合10%玉米粉为底料，加入0.5%（NH4)2SO4、0.2%K2HPO4、0.01%MgSO4、0%CaCO3，再接入 0.1%多粘芽孢杆菌，37℃培养48 h。

2.3 重复实验结果

取20 g粉碎的厨余物与10%玉米粉混合，加入 0.5%（NH4)2SO4、0.2%K2HPO4、0.01%MgSO4，再接入 0.1%多粘芽孢杆菌，37℃培养48 h。培养后，烘干粉碎，测得发酵产物蛋白含量为29.81%。

重复实验中蛋白含量不高。分析其原因可能是由于重复实验过程中实验人员比较多，恒温箱频繁开箱，难以保持恒定37℃。根据测试，白天温箱中的平均温度在20℃左右。根据资料指出，温箱在17℃时，大肠杆菌数最少[4]。所以在白天长达8 h的20℃温箱中，多粘芽孢杆菌发酵厨余物也要受到温度的影响，使得蛋白量减少。

3 讨论

3.1 添加辅料的选择

在厨余物发酵中加入适量的易利用的碳源，以促进菌体生长，同时增加了单细胞蛋白的含量。发酵菌种前期生长好，可以提高后期发酵厨余物的效率。虽然加大碳源添加量有利于多粘芽孢杆菌发酵厨余物，但是考虑到经济效益，辅料碳源添加要适量。

3.2 温度影响

温度和湿度是发酵过程较重要的条件，多粘芽孢杆菌发酵厨余物的温度是37℃。由于重复实验过程中，人为因素造成温度的波动性，使得重复实验结果不高，所以在未来的实验或生产中要保证温度。

3.3 正交实验中各因素影响

碳源和氮源的添加是直接影响发酵体系中菌种增殖的因素，所以（NH4)2SO4在四种因素中影响力最大。厨余物发酵过程中，MgSO4比K2HPO4更具有影响力，但MgSO4的加入量要明显小于K2HPO4，说明极微量的MgSO4都会对发酵体系产生明显的影响。所以在加入MgSO4时要准确添加。CaCO3的k值相差不明显，并且他对发酵体系的影响最小，说明在本发酵体系中钙盐对地衣芽孢杆菌发酵厨余物不起明显作用。