1、固态发酵食物垃圾生产微生物蛋白饲料的研究刘英杰:固态发酵食物垃圾生产微生物蛋白饲料的研究一 4l 一固态发酵食物垃圾生产微生物蛋白饲料的研究刘英杰(中国寰球工程公司,北京 100029)摘要:本文以食物垃圾为对象,对利用食物垃圾生产微生物蛋白饲料的微生物进行了探索研究,筛选出处理食物垃圾的高效茵种,并对处理过程中的工艺参数进行优化研究,以期获得最优的处理效果,使处理后的食物垃圾转化成饲料,实现食物垃圾资源化.关键词:食物垃圾;饲料;微生物;固态发酵;粗蛋白;真蛋白TheStudyonProducingMycoproteinFeedwithFoodWastesbySolidFermentatio
2、nAbstract:Inthispaper,explorationandinvestigationstudiesonfoodwasteswereperformedtoproducemycoproteinfeedbydisposingofit.Somehighefficiencymicrobialspecieswereselectedandparameterswereoptimizedinordertoachievetheoptimumdisposalresult,tOmakefoodwastesintofeedandmakefoodwastesreclaimed.KeyWords:foodwa
3、stes;feed;microbe;solidfermentation;crudeprotein;realprotein在我国城市生活垃圾中,食物垃圾所占的比力求寻找一种微生物处理食物垃圾的方法,希望重较大,一般为 3040%左右,若将这部分食物真正使食物垃圾实现无害化,减量化和资源化.垃圾进行综合处理利用,在源头上治理,将对减 1 试验材料和方法少城市垃圾处理规模,减少环境污染和实现资源 1.1 试验材料再利用产生积极作用.1.1.1 主要仪器,设备2004 年 9 月 813,北京市十二届人大常委(1)高压蒸汽灭菌锅(2)洁净工作台(3)会第十四次会议对北京市动物防疫条例(草生化培养箱(4
4、)普通冰箱(5)马弗炉(6) 远红案)进行初审,草案明确规定,动物养殖场不得外干燥器(7)电子分析天平(8)KDN一 08A 定使用饭店,宾馆,餐厅,食堂产生的未经过无害化氮仪(9)CXC 一 06 粗纤维测定仪(10)SZFo6处理的餐厨垃圾饲喂动物,这就意味着今后将必脂肪测定仪须对餐厨垃圾进行处理.1.1.2 菌种目前,固体废物处理研究领域较多针对工业(1)发酵水解液废液酵母 2.570,15 号培养固体废物以及城市生活垃圾和农副业产品的处基,2528qC;理利用,而对食物固体废物处理研究中,多以堆(2)康宁木霉 3.2774,14 号培养基,25-28E.肥及物理处理为主.因此,寻找食物
5、垃圾的高效 1.2 试验方法处理方法成为世界范围内关注的课题.本试验 1.2.1 培养基一42 一中国饲料添加剂 2006 年第 9 期(总第 51 期)1.2.1.115 号培养基(Czapekg 琼胃旨培养基)配方:蔗糖 3O.0g,NaNO33.0g,MgSO4?7H2O0.5g,KC10.5g,FeSO4?7H200.01g,K2HPO41.0g,琼脂】5.0g,蒸馏水 1000mL,pH6.06.5.1.2.1.214 号培养基(马铃薯琼脂培养基)配方:马铃薯 200.0 克,葡萄糖 20.0 克,琼脂 152O 克.1.2.1.3l3 号培养基(麦芽汁琼脂培养基)配方:大麦粉 10
6、0 克,自来水 400mL,琼脂1.52.og/100mL 麦芽汁.1.2.1.4 发酵培养基(食物垃圾试样)食物垃圾 100g,(NH4)2SO40.5%,MgSO4?7H2O0.05%,FeSO4?7H2O0.01%,K2HPO40.1%,KH2PO40.1%.1.2.2 测定方法粗蛋白:GB/T64321994(凯氏定氮法)真蛋白:真蛋白的测定方法:试样经过 72干燥 lO 小时,然后用 5%的三氯乙酸和蒸馏水滤洗,各三遍,放人消化管内消煮,后面的步骤与粗蛋白的测定相同,即利用凯氏定氮法测定.粗脂肪:GB/T64331994粗纤维:GB/T64341994水分:GB/T64351986灰
7、分:GB/T64381992菌体数量:血球计数板直接计数法;平板菌落法1.2.3 生产工艺流程课题研究的规模为小试,所有试验都在实验室进行,基本工艺流程见图 1.画咂婪鹾卜匪耍囹圈夔四圃圆圃恒墅图 1 食物垃圾饲料化试验工艺流程1.2.4 反应器设计本试验的主体装置是食物垃圾与接种液混合发酵反应的反应器,在试验室安装.将食物垃圾灭菌后加入反应器,控制反应器内温度,同时通入灭菌空气,在要求的条件下进行固态发酵反应.反应器装置示意图见图 2:L 空气压缩机 2 吸收瓶 3.流嚣计屯五艺埠篱显廖计图 2 食物垃圾发酵反应器2 试验结果2.1 食物垃圾的组分分析对食物垃圾组成成分进行详尽的分析是食物垃
8、圾资源化利用的前提和基础.食物垃圾组分较复杂,随采样时间,地点的不同而变化,本试验只针对具体的学校食堂的食物垃圾进行分析,试验中食物垃圾试样选自北京建筑工程学院学生第三食堂,从残食台上拾取.经过多次取样测定,主要成分见表 1.表 1 学校食堂食物垃圾营养组分测定值由食物垃圾外观和表中结果可以看出,食物垃圾组成成分中固形物含量很大,多为淀粉类多糖物质,含有大量的淀粉糖类,脂肪和蛋白质,可以作为培养单细胞蛋白饲料菌种的营养成分.2.2 培养条件斜面培养:康宁木霉 3.2774 在马铃薯琼脂培养基,发酵水解液废液酵母 2.570 在 Czapeks琼脂培养基上接种,从已长好微生物的菌种管中挑取一环菌
9、种,接种在已经做好的新鲜空白斜面培养基上,在菌种培养要求的温度 25下恒温培养 36h.种子培养:将活化后的菌种从斜面培养基接刘英杰:固态发酵食物垃圾生产微生物蛋白饲料的研究一 43 一种到锥形瓶中,锥形瓶容量 250mL,内装液态培养基(酵母菌 :豆芽汁葡萄糖培养基,霉菌:马铃薯琼脂培养基)40mL,在生化培养箱中按菌种培养要求的温度 25恒温培养 24h.固态发酵:将培养好的菌种以一定的投加量与灭菌后的食物垃圾(100 克)混合均匀,添加无机盐和氮源,在反应器中进行固态发酵反应.控制恒温,反应时间随具体反应要求而定.2.3 试验控制参数底物质量:100g;底物含水率:70%一 75%;营养
10、盐组分:(NH):SO,底物质量的0.5%;KH2PO4,底物质量的 0.1%;MgSO4,底物质量的 0.05%;K2HPO4,底物质量的 0.1%;Fe.SO,底物质量的 0.01%;接种量:底物质量的 5%,10%,15%;接种方式:复合菌种不分先后,同时投入;反应时间:连续反应 24 小时,48 小时,72 小时;反应温度:25oC,32cI=,40 ;通风条件:反应在生化培养箱内反应器中进行,间歇通风,平均每小时 l0 分钟,通风量 O.1m3/h,0.2m3/h,0.3m3/h.2.4 试验方案2.4.1 康宁木霉 3.2774 和发酵水解液废液酵母 2.570 联合作用的最优工况
11、确定2.4.1.1 试验结果与分析试验中为了找出影响食物垃圾发酵过程中粗蛋白增量的主要因素及确定较理想的试验反应条件,通过康宁木霉 3.2774 和发酵水解液废液酵母 2.570 联合作用食物垃圾的正交试验,对发酵过程的影响条件进行优化确定.在有外加氮源(营养盐 )的条件下进行正交试验,粗蛋白增量数据正交分析表见表 2.样品原样的粗蛋白含量为 10.82%.表 2 粗蛋白增量数据正交分析表因平试验号茇L 再粗蛋白增量(%)表 2 中 K 表示因素分别在 1,2,3 水平上试验值的和,K 为 K 的平均值,i 有 1,2,3 三个水平.R 表示极差 (即 K;中最大值与最小值的差),是因素 j
12、对试验影响显着与否的判断依据,R 越大 ,该因素的影响能力越大.通过极差计算,可以得到 R3RR:R,因此可知试验范围内影响反应效果大小的因素依次为:培养时间,通风量,反应温度,接种量.对于本试验而言,较好的工作条件依次为:2 水平接种量;1 水平反应温度;3 水平培养时间及 3 水平通风量.即康宁木霉 3.2774 和发酵水解液废液酵母 2.570 在 100g食物垃圾底物(含外加氮源)中接种量为 10mL,.-44.-中国饲料添加剂 2006 年第 9 期(总第 51 期)在 25的温度下反应 72 小时,间歇通风量为0.3m/h,此时联合作用的试验中,食物垃圾中的粗蛋白增量最多,反应效果
13、最理想.2.4.1.2 试验结论通过正交试验的极差分析得到的试验最优工况为:接种量为 lOmL,25C 的温度,反应时间72 小时,间歇通风量为 0.3m/h.为进一步确定极差结果的可行性,还须做验证试验.2.4.2 康宁木霉 3.2774 和发酵水解液废液酵母2.570 最优工况的验证试验2.4.2.1 试验方法设计两组独立试验.第一组为选定的最优工况,即在 lOOg 食物垃圾中接种康宁木霉3.2774 和发酵水解液废液酵母 2.570 种子液lOmL(含外加氮源和营养盐),间歇通风,平均每小时 10 分钟,通风量为 0.3m/h,在 25的温度下反应 72 小时后测定其粗蛋白的增量.第二组
14、试验为正交试验中效果较好的 3 号试验,通过粗蛋白增量的测定,与正交试验中确定的优化工况(即第一组试验)对比,从中检验该发酵反应的最优工况条件.2.4.2.2 试验结果与分析第一组试验的结果见表 3.表 33.2774 和 2.570 在正交试验优化工况下粗蛋白增量(注:接种量为 lOmL,通风量 0.3m/h,在 25的温度下反应 72 小时)由表 3 可以看出,反应 72 小时后食物垃圾中的粗蛋白含量有一定的增量,粗蛋白相对增量为 24.36%,在反应时间为 48 小时附近区域粗蛋白含量基本达到高值.第二组试验的结果见表 4.表 43.2774 和 2.570 在正交试验3 号工况下粗蛋白
15、增量(注:接种量为 5mL,通风量 0.3m/h,在 4012 的温度下反应 72 小时)从正交试验 3 号工况下作用试验可以看出:反应至 72 小时食物垃圾中的粗蛋白含量均有一定的增量,72 小时粗蛋白相对增量为 23.2%,在反应 48 小时后粗蛋白含量基本达到高值.2.4.2.3 生物量的计量将 lOmL(5mL+5mL)康宁木霉 3.2774 和发酵水解液废液酵母 2.570 的种子液进行活菌数和总菌数的计量,活菌数为 3.9510/卜/mL,总菌数为 2.05x10.个/mL;同时对优化工况下发酵反应 72 小时后的样品进行活菌数和总菌数的计量,活菌数为 6.9510-1“-/g,总
16、菌数为 5.0510.-i-/g.通过对生物量的计量可以看出:生物量在发酵后食物垃圾中有明显的增加,这也能间接地说明发酵后食物垃圾中增加的蛋白含量部分来源于菌体蛋白.2.4.3 试验结论康宁木霉 3.2774 和发酵水解液废液酵母2.570 在正交试验优化工况(接种量为 lOmL,通风量 0.3m./h,在 25的温度下反应 72 小时)下粗蛋白最大相对增量为 24.36%,而在正交试验中粗蛋白增量较大的 3 号工况下粗蛋白最大相对增量为 23.20%.因此可以验证康宁木霉3.2774 和发酵水解液废液酵母 2.570 联合作用于食物垃圾,提高其粗蛋白含量的最优工况确是正交试验中确定的最优工况
17、.即康宁木霉 3.2774和发酵水解液废液酵母 2.570 联合作用食物垃圾底物的试验最优工况为接种量为 lOmL,25“C的温度,反应时间 4872 小时,间歇通风量晏和平:亚急性瘤胃酸中毒对泌乳奶牛碳酸氢钠自由摄入量的影响一 45 一亚急性瘤胃酸中毒对泌乳奶牛碳酸氢钠自由摄人量的影响晏和平(长沙杰盟生物科技有限公司,长沙 410016)摘要:用 4 头产奶中期的荷斯坦奶牛进行 4 个周期(每个周期为 7 天)的转换试验以研究诱发性亚急性瘤胃酸中毒(SARA)对 NaHCO,自由摄入量的影响 .SARA 的诱发采用如下方法:用含粉碎小麦和大麦各 50%的颗粒(以干物质计)取代总混合日粮(TM
18、R,以干物质计)自由摄入量的 25%并在 07 点至 17 点间不能采食 TMR.对照组任意采食TMR.粉状NaHCO.自由采食.用内置 pH 计连续测定瘤胃 pH 值.SARA 的发生降低了日瘤胃pH 均值(从 6.08 降至 5.87,P0.05),瘤胃 pH 值低于 6.0 的平均持续时间从 547min?d增至916min?d(P0.05),pH 值低于 5.6 的平均持续时间从 132min?d 增至 397rain?d(P0.05),但不显着影响 NaHCO3 摄入量.SARA 组 NaHCO3 的平均摄入量为26.8g?d,对照组为 34.5g?d.这些低摄入量的 NaHCO3
19、对瘤胃 pH 值的影响应该不大.牛与牛之间的 NaHCO3 摄入量差异显着(P0.05).以上数据表明奶牛并不因为缓解SARA 而选择 NaHCO.1 研究介绍SARA 是一种普通却影响到经济利益的奶牛代谢紊乱症.由于诊断 SARA 比较困难,因此这方面的文献资料较少.Oetzel 等(1999)发现为 0.3m/h.粗蛋白相对增量为 24.3l%,基本可以达到普通饲料的质量标准,同时也对食物垃圾中的真蛋白含量进行了测定,真蛋白相对增量为 28.78%.对食物垃圾转化为微生物蛋白饲料有较大的贡献.本试验对康宁木霉 3.2774 和发酵水解液废液酵母 2.570 两菌种混合固态发酵食物垃圾的工艺
20、参数进行了初步研究和探讨,以期在利用微生物处理食物垃圾生产微生物蛋白饲料的研究中发挥一定的参考价值,与大家共同探讨.随着世界人口的急剧增长,人们对家畜和禽类的需求量越来越大,家畜,禽类所必需的蛋白质资源短缺问题日益严重,而微生物菌体的蛋白质含量很高,且微生物世代时间短,在最佳环境条件下生长速率惊人,因此可视其为一种理想的蛋白质资源.同时,食物垃圾中富含大量糖类,纤维素等可再生生物资源,在这种背景下,利用微生物将其转变为廉价高蛋白饲料,可使食物垃圾真正实现无害化,减量化和资源化,具有比较重要的理论意义和现实意义.参考文献1葛乐通,等 .城市食物垃圾饲料化处理技术及设备研制.江苏工业学院,20o3,15(3):36 39.2李贤柏.固态发酵鸡粪生产蛋白饲料用菌种的筛选.重庆师范学院(自然科学版),20(12,(3):4951+.3吴绵斌,等 .双菌种固态发酵木糖渣生产饲料蛋白.粮食与饲料工业,2002,(5):2830.
