餐厨垃圾蛋白的微波提取工艺研究

邱成林，邓联琼，张 铱，李 琼

（四川琳宸生物能源科技有限公司，四川省餐厨垃圾资源化利用工程技术研究中心，四川巴中 636000）

餐厨垃圾一般指含有有机质的生活垃圾，具有易腐烂、污染环境、发酵发臭等特点。餐厨垃圾包括家庭产生的厨余垃圾和餐饮服务、机团单位食堂、集贸市场等产生的餐厨垃圾，也包括家庭产生的小型树枝、花草、落叶等[1]。由于传统使用的焚烧、掩埋等不当处理方法，使餐厨垃圾成为危害环境和人体健康的危险源头。因此，餐厨垃圾的处理成了一个棘手的问题[2]。

餐厨垃圾中含有大量有机质和纤维素，其中有机质容易腐烂变质，易滋生细菌和蚊虫，影响城市的卫生状况[3]。餐厨垃圾在一定温度条件下会出现酸化、发霉、发酵等现象，且餐厨垃圾中往往掺入了杂质，若将其投喂给畜禽，可能会对畜禽造成一定的损害[4]。餐厨垃圾若随意堆放，容易出现腐败而产生硫化氢、甲烷、氨气等有毒气体[5]。

餐厨垃圾蛋白的传统提取方法中有水溶液提取法、加热法（60 ℃加热、90 ℃加热）、酸碱法、纯蛋白质沉淀法、盐析法、凝聚剂沉淀法、超滤法、电浓缩法、反胶团相转移法、有机溶剂沉淀法、发酵酸法和微波提取法等[6]。在餐厨垃圾中的蛋白质提取中微波提取法具有提取时间短、提取产率较高、可处理大量样品的优点[7]。微波提取技术具有选择性高、萃取速度快、重现性好、省时节能、提取率高、产品质量好和不易破坏化学结构的特点[8]。已有部分学者将微波提取法用于蛋白质与其他生物活性物质提取中。例如，黄生权[9]采用微波的方式，大幅度提高了赤灵芝蛋白的提取得率，且得到的赤灵芝多糖生物活性较好。但目前还很少有学者将微波提取蛋白的方法用于餐厨垃圾蛋白的提取中。

本研究将餐厨垃圾干处理后采用微波提取法对餐厨垃圾中的蛋白质进行提取，设计单因素试验，寻找微波提取餐厨垃圾蛋白质的最佳提取pH值、提取时间、微波功率和最佳温度。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

餐厨垃圾，来源于西华大学食堂；无水乙醇，成都市科龙化工试剂厂；碱石灰，成都市科龙化工试剂厂；草酸，成都市科龙化工试剂厂；苯酚，成都科龙化工试剂厂；磷酸氢二钠，天津市致远化学试剂有限公司；磷酸二氢钾，天津市致远化学试剂有限公司；纯水制备仪，美国Millipore公司。

1.2 仪器与设备

BPG-9070A恒温鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器；HHS-数显恒温水浴锅，江苏省金坛市医疗仪器厂；BT 423S电子天平，北京赛多斯科学仪器；ZN-200A高速中药粉碎机，长沙市岳麓区中南制药机械厂；LD5-10低速台式离心机，北京医用离心机厂。

1.3 试验方法

1.3.1 提取温度对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

将餐厨垃圾平摊进烘盘后放入烘箱，设置温度为70 ℃，烘干后，采用粉碎机将餐厨垃圾粉碎，过60目，按1∶10的比例将餐厨垃圾与蒸馏水进行混合，微波时间设置为60 min、微波功率设置为250 mW，提取pH值设置为6，提取温度分别为设定35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃和55 ℃，进行单因素试验。微波后设置离心机离心速率为6 000 r·min-1，离心后取上层清液通过马斯亮蓝法测定蛋白质含量，每项实验进行3次，取平均值。

1.3.2 提取时间对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

按照1.3.1中的处理方法制成餐厨垃圾蒸馏水混合液，设定提取温度为45 ℃，微波功率设置为250 mW，提取pH值设置为6，微波时间分别设置为20 min、40 min、60 min、80 min和100 min，进行单因素试验。微波后设置离心机离心速率为6 000 r·min-1，离心后取上层清液通过马斯亮蓝法测定蛋白质含量，每项实验进行3次，取平均值。

1.3.3 微波功率对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

按照1.3.1中的处理方法制成餐厨垃圾蒸馏水混合液，提取温度设置为45 ℃，微波时间设置为60 min，微波功率分别设置为150 mW、200 mW、250 mW、300 mW和350 mW，提取pH值设置为6，进行单因素试验。微波后设置离心机离心速率为6 000 r·min-1，离心后取上层清液通过马斯亮蓝法测定蛋白质含量，每项实验进行3次，取平均值。

1.3.4 提取pH值对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

按照1.3.1中的处理方法制成餐厨垃圾蒸馏水混合液，提取温度设置为45 ℃，微波时间设置为60 min，微波功率设置为250 mW，pH值分别设置为4、5、6、7和8，进行单因素试验。微波后设置离心机离心速率为6 000 r·min-1，离心后取上层清液通过马斯亮蓝法测定蛋白质含量，每项实验进行3次，取平均值。

2 结果与分析

2.1 提取温度对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

如图1所示，随着提取温度的变化，微波提取餐厨垃圾蛋白质得率先增加后减少，在35～40 ℃蛋白质得率增加，可能是由于随着提取温度的升高，微波餐厨垃圾提取蛋白的反应速率加快。在40～45 ℃蛋白质得率迅速降低,可能是因为随着温度的增加，餐厨垃圾中的蛋白质释放速率降低。在45～55 ℃，蛋白质活性明显降低，可能是由于温度过高，部分蛋白质活性丧失，导致能够检测到的蛋白质减少。因此，微波提取餐厨垃圾蛋白的最佳温度为40 ℃。

图1 提取温度对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

2.2 提取时间对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

如图2所示，微波提取餐厨垃圾蛋白随着提取时间的增加，蛋白质得率迅速增加后降低，在20～40 min微波提取餐厨垃圾蛋白速率缓慢增加，可能是因为提取时间不够，餐厨垃圾中的蛋白还没有完全释放出来；在40～60 min蛋白质得率的增加速率提升，可能是随着时间的增加，餐厨垃圾蛋白提取产生了协同效应，导致餐厨垃圾蛋白提取率迅速增加。在60～80 min餐厨垃圾蛋白提取率逐渐达到顶峰，说明微波提取餐厨垃圾蛋白的最佳提取时间是80 min。在80 min后蛋白质得率略微降低，可能是在反应后期，有一些蛋白质被分解。

图2 提取时间对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

2.3 微波功率对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

如图3所示，微波提取餐厨垃圾蛋白随着提取功率的增加，蛋白质得率迅速增加后降低，150～350 mW时蛋白质提取率呈现先上升后下降的趋势。在250 mW微波功率下，餐厨垃圾蛋白质提取得率达到峰值，随后餐厨垃圾蛋白质得率趋近平缓，可能是由于餐厨垃圾中的蛋白质已经完全释放。

图3 微波功率对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

2.4 提取pH值对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

如图4所示，餐厨垃圾蛋白质得率随着提取pH值的增加，短暂增加后迅速降低，在pH值为5时餐厨垃圾蛋白质的提取率达到顶峰。在pH值4～5时餐厨垃圾的蛋白质提取率增加，可能是由于餐厨垃圾中的蛋白质更容易在弱酸的环境下释放提取。在pH值5～6为餐厨垃圾的蛋白质提取率缓慢降低，可能是此区间是餐厨垃圾蛋白质提取的适应区，在pH值6～8，蛋白质得率迅速下降，可能是由于随着pH值增加，对提取过程中餐厨垃圾蛋白质释放有影响，甚至消融了蛋白质，导致蛋白质得率快速降低。

图4 提取pH值对微波提取餐厨垃圾蛋白质得率的影响

3 结论

本试验通过微波的方式对餐厨垃圾中的蛋白质进行提取，蛋白质得率对比其他提取方式较高，并设计单因素试验来确定微波提取餐厨垃圾蛋白的最佳条件，得出餐厨垃圾蛋白提取的最佳温度为40 ℃，餐厨垃圾蛋白的提取时间为80 min，餐厨垃圾蛋白提取的微波功率为250 mW，餐厨垃圾蛋白提取的pH值为5，为后续餐厨垃圾的资源化、饲料化利用提供了一条可行之路。