高校食堂固态餐厨废弃物的理化性质分析

蔡静雯,保先岚,罗亚洁,杨龙元,b,王汉林,b,刘先利,b,李 武,b*

(湖北理工学院a.环境科学与工程学院,b.矿区环境污染与修复湖北省重点实验室,湖北 黄石 435003)

随着经济高速发展,居民生活水平稳步提高,餐饮消费与日俱增,随之而来的便是堆积如山的餐厨废弃物。餐厨废弃物是除人们日常生活以外的活动产生的食物废弃物[1-4],是食品安全、环境污染的危险源,是城市卫生整治和食品安全管理的重点领域,处置不当会引发“地沟油”“潲水猪”“猪瘟”等食品安全与卫生问题。同时,餐厨废弃物又是一种有利用价值的“城市矿产”,若得以合理有效利用,将产生良好的经济效益和社会效益。

餐厨废弃物以动物固态脂肪、素食纤维类、淀粉类等有机质为主要成分,具有高水分、高油脂、高盐分以及易腐发臭、易生物降解等特点。合理利用餐厨废弃物,既可降解废弃物,又可回收生物质能源。研究餐厨废弃物的成分及其理化性质可为其无害化和资源化利用提供理论依据[5-8]。目前,湖北理工学院各食堂(义诚、腾龙、静园、枫园和樱园)每天产生大量的餐厨废弃物,由黄石市环投蓝德再生能源有限公司统一回收,采用厌氧发酵技术进行处理。本研究将主要针对高校食堂餐厨废弃物,对所采集样品通过物理方法进行固液分离,经化学方法测定并分析其物理化学性质,研究油脂的酸值、碘值、皂化值、过氧化值等指标,为高校食堂餐厨废弃物的分类及其资源化回收利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 取样及预处理

义诚食堂固体餐厨废弃物以米饭、青菜为主,腾龙食堂固体餐厨废弃物以肉类、面食,米饭为主,静园食堂固体餐厨废弃物以面食、青菜为主,枫园食堂固体餐厨废弃物以米饭为主,樱园食堂固体餐厨废弃物以豆制品、米饭为主。

多批次从食堂固态餐厨废弃物中取样,混合均匀,标记,并分批烘干。其烘干步骤为：置于温室大棚中,使其表面的水分蒸发,约历经5～7 d;水分蒸发后的样品置于烘箱中65 ℃烘干2～3 d,得到去除水分的固体餐厨废弃物。将固体餐厨废弃物粉碎,密封装袋标记后,放入4 ℃冰箱冷藏,待测。

1.2 实验方法

采用红外快速媒质分析仪测定固态餐厨废弃物样品的灰分和挥发分。参照《水质 总有机碳的测定》(HJ 501—2009)测定总有机碳含量,参照《水质 总氮的测定》(HJ 636—2012)测定总氮含量,参照《水质 总磷的测定》(GB/T 11893—1989)测定总磷含量,参照《食品中蛋白质的测定》(GB 5009.5—2016)测定蛋白质含量,参照《食品中脂肪的测定》(GB 5009.6—2016)测定脂肪含量。参照《动植物油脂 酸价和酸度测定》(GB/T 5530—1998)测定酸值,参照《动植物油脂 皂化值的测定》(GB/T 5534—1995)测定皂化值,参照《植物油碘价测定》(GB/T 5532—1995)测定碘值,参照《油脂过氧化值测定》(GB/T 5538—1995)测定过氧化值。

油脂透明度的测定方法：量取一定量的油脂放入烧杯中,在烧杯后放一张白纸以便观察油脂的透明度。透明度的观测结果用“廓清”“通明”“通明”“微浊”“污浊”表示。

油脂气味：取少量油脂样品放入小烧杯中,放至电炉上均匀加热到50 ℃后关闭电炉,用镊子取下烧杯放在石棉网上,用玻璃棒边搅拌边嗅气味。气味测定结果用“无气味”“具有大豆固有气味”“异味”表示。

2 结果与分析

2.1 灰分和挥发分含量分析

各食堂固态餐厨废弃物的灰分和挥发分含量见表1。灰分主要是高温灼烧后剩余的无机盐和氧化物,挥发分主要是有机质和一部分矿物质高温挥发的成分[9]。从表1中可知,樱园食堂的固态餐厨废弃物灰分和挥发分含量最大,分别是6.2%和88.25%,枫园食堂的灰分含量最低。此外,各食堂餐厨废弃物的挥发分含量区别不大,均约85%左右。对比南京某高校餐厨废弃物中灰分含量(约占10%)和挥发分含量(约占75%)[10],湖北理工学院固态餐厨废弃物灰分相对较低,挥发分含量相对较高。结合食堂菜系种类可发现,餐厨废弃物中的主食越少,无机成分含量越高;菜系越清淡,无机成分含量越少,但食材都富含有机质与矿物质,进一步说明餐厨废弃物的资源化是可行的。

表1 各食堂固态餐厨废弃物的灰分和挥发分含量 %

2.2 总有机碳含量分析

总有机碳是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。各食堂固态餐厨废弃物总有机碳含量如图1所示。从图1中可以看出,义诚、腾龙、静园、樱园和枫园食堂固态餐厨废弃物总有机碳含量分别约为45.45%、60.25%、45.75%、38%和65.43%。其中,樱园食堂的固态餐厨废弃物总有机碳含量最低,枫园食堂的固态餐厨废弃物总有机碳含量最高。对比宿迁市餐厨垃圾[11]中的总碳平均含量(32.3%)可发现,湖北理工学院食堂的固态餐厨废弃物的碳含量明显高于宿迁市,表明其所含营养物质丰富。与兰州城区餐厨垃圾中有机碳含量(52.71%)[12]对比发现,湖北理工学院食堂的固态餐厨废弃物总有机碳平均含量与其接近。结合各食堂餐厨废弃物的种类分析发现,总有机碳含量偏低的食堂餐厨废弃物类别中缺乏肉类,是影响总有机碳的含量的关键。

图1 各食堂固态餐厨废弃物总有机碳含量

2.3 总氮含量分析

总氮是无机氮和有机氮的总和。各食堂固态餐厨废弃物中总氮含量如图2所示。由图2可知,义诚、腾龙、静园、樱园和枫园食堂固态餐厨废弃物总氮含量分别约为9.585%、9.535%、9.545%、9.41%和9.975%,各食堂的餐厨废弃物总氮含量较接近,各种形态无机和有机氮含量为9%～10%。相比较而言,上海市的餐厨垃圾中总氮含量为3.9%～6.9%[13],宿迁市的餐厨垃圾中总氮平均含量为3.43%[11],兰州市城区的餐厨垃圾中总氮平均含量为2.95%[12],湖北理工学院各食堂固态餐厨废弃物总氮含量明显偏高,说明校内食堂供餐营养丰富,餐厨废弃物中养分充足。

图2 各食堂固态餐厨废弃物中总氮含量

2.4 总磷含量分析

总磷是各种无机态磷和有机态磷存在的总和。各食堂固态餐厨废弃物中总磷含量如图3所示。

图3 各食堂固态餐厨废弃物中总磷含量

由图3可知,义诚、腾龙、静园、樱园和枫园食堂固态餐厨废弃物总磷含量分别约为0.045%、0.04%、0.05%、0.025%和0.02%。资料显示,上海市的餐厨垃圾中总磷含量为0.9%～2.6%[13],兰州市城区餐厨垃圾中总磷含量为0.284%[12],可见湖北理工学院各食堂固态餐厨废弃物总磷含量明显较低。这可能是因为各食堂的洗涤剂使用量比城市用量少。低磷含量的餐厨废弃物更适宜资源化利用,因而各食堂固态餐厨废弃物具有资源化利用前景。

2.5 蛋白质含量分析

蛋白质是一切生命的基础,是人体每天必须摄入的营养物质之一,在人体中占据18%左右[14]。食堂餐厨废弃物中的蛋白质含量能反应高校食堂的营养水平。各食堂固态餐厨废弃物中蛋白质含量如图4所示。

图4 各食堂固态餐厨废弃物中蛋白质含量

由图4可知,义诚、腾龙、静园、樱园和枫园食堂固态餐厨废弃物蛋白质含量分别约为16.99%、16.91%、16.94%、16.77%和17.47%。与宿迁市餐厨垃圾中蛋白质平均含量(29.29%)[13]和兰州城区餐厨垃圾[12]中粗蛋白含量(18.43%)相比,湖北理工学院固态餐厨废弃物中蛋白质含量明显较低。这可能是由于高校各食堂餐厨废弃物中肉类较少,而结合学校各食堂菜品种类,进一步说明大学生在在高校食堂饮食过程中肉类摄入量相对较多,浪费较少。

2.6 脂肪含量分析

脂肪作为一种储能物质,能提炼生物柴油,资源化利用潜力大[15]。各食堂固态餐厨废弃物中脂肪含量如图5所示。由图5可知,义诚、腾龙、静园、樱园和枫园食堂固态餐厨废弃物脂肪含量分别约为15.8%、15.2%、13.8%、23.6%和5.8%。与上海市餐厨垃圾中粗脂肪含量(16.8%～36.4%)[13]、宿迁市餐厨垃圾中总油脂平均含量(3.82%)[11]及兰州市城区餐厨垃圾中粗脂肪平均含量(42.19%)[12]相比,湖北理工学院义诚、腾龙、静园、樱园食堂固态餐厨废弃物中脂肪含量与上海市餐厨垃圾中相近,而枫园食堂固态餐厨废弃物脂肪含量5.8%最低,这可能是由于枫园食堂以清淡为主,餐厨废弃物中油脂含量低。

图5 各食堂固态餐厨废弃物中脂肪含量

2.7 油脂理化性质分析

各食堂固态餐厨废弃物中油脂理化特性见表2。由表2可知,各食堂餐厨废弃物中的油脂均是污浊状态,且均有异味,樱园食堂餐厨废弃物中油脂的酸值最大为0.16 mg KOH/g,静园食堂和腾龙食堂餐厨废弃油脂的酸值相一致,且最小为0.12 mg KOH/g。静园食堂和义诚食堂餐厨废弃物中油脂的碘值相近,最高为101.52 g I/100 g,樱园、枫园和腾龙食堂餐厨废弃物中油脂的碘值相近,最小为97.29 g I/100 g。樱园食堂、枫园食堂、腾龙食堂的餐厨废弃物中油脂属于不干性油脂,而静园食堂、义诚食堂餐厨废弃物中油脂属于半干性油脂。从人体健康的角度出发,人们更会选择食用不饱和脂肪酸也即碘值越高的食用油[15-16],而义诚食堂和静园食堂的油脂中碘值更大,富含不饱和脂肪酸,更有利于人体的健康。静园食堂和腾龙食堂餐厨废弃物中油脂的皂化值相同,最大为143.34 mg KOH/g,义诚食堂、枫园食堂、樱园食堂餐厨废弃物中油脂的皂化值为142.50、142.21、140.53 mg KOH/g。静园食堂餐厨废弃物中油脂的过氧化值为1.59 meq/kg,腾龙食堂、枫园食堂和静园食堂餐厨废弃物中油脂的过氧化值分别为1.19、1.21、1.20 meq/kg。义诚食堂餐厨废弃油脂的过氧化值最小为1.02 meq/kg。

表2 各食堂固态餐厨废弃物中油脂理化特性

3 结论

通过对湖北理工学院腾龙、义诚、枫园、静园和樱园食堂的固态餐厨废弃物调研分析,考察了不同食堂餐厨废弃物的灰分、挥发分、总有机碳、总氮、总磷、蛋白质及脂肪等理化性质。结果表明,食堂餐厨废弃物中灰分含量为2.6%～8.8%左右、挥发分含量约为85%左右、总有机碳含量为38%～65.43%、总氮含量为9.41%～9.975%、总磷含量为0.02%～0.05%、蛋白质含量为16.77%～17.47%、脂肪含量为5.8%～23.6%。各食堂废弃物中油脂的pH值为6.6～6.9、酸值为0.12～0.16 mg KOH/g、碘值为97.29～101.52 g I/100 g、皂化值为140.53～143.34 mg KOH/g、过氧化值为1.02～1.59 meq/kg。