餐厨垃圾固态发酵生产微生物蛋白饲料的试验研究

摘要：选择了餐厨垃圾固态发酵生产微生物蛋白饲料的菌种和最优实验条件，并考察了所选菌种对餐厨垃圾的综合处理效果。结果表明，康宁木霉3.2774和发酵水解液废液酵母2.570联合固态发酵餐厨垃圾时效果最好；试验最优实验条件为：接种量为10％（质量分数），温度为25℃，时间为72h，间歇通风量为0.3m3/h；康宁木霉3.2774与发酵水解液废液酵母2.570联合固态发酵餐厨垃圾时，投加不同的氮源，餐厨垃圾试样的粗蛋白相对增量为24.36％～115.69％，真蛋白相对增量为28.78％～37.45％，试样的粗脂肪和粗纤维也有所增加。餐厨垃圾经固态发酵后，可以满足成猪、仔猪配合饲料营养标准的要求。
关键词：餐厨垃圾；固态发酵；微生物蛋白饲料；粗蛋白；真蛋白
家庭及餐饮业在清洗、烹饪过程中废弃的餐厨垃圾数量大、易腐败，并产生令人厌恶的臭气。目前，我国餐厨垃圾的主要处理方法是与其他生活垃圾共同处理或直接饲喂牲畜，前者可能对环境造成污染，后者可能造成人畜间疫病的交叉感染。从餐厨垃圾成分和猪配合饲料营养成分标准的对比可以看出，餐厨垃圾组分中除粗蛋白含量有可能达不到标准外，其余指标均能够达到配合饲料标准[1]，因此利用微生物对餐厨垃圾进行发酵，提高其蛋白质含量，可以使处理后的餐厨垃圾成为廉价的微生物蛋白饲料，做到餐厨垃圾资源化、无害化。
微生物蛋白饲料发酵方式主要有固态发酵和液态发酵两种工艺体系[2]。目前，利用餐厨垃圾生产蛋白饲料的研究主要集中在利用垃圾废液进行液态发酵培养高蛋白微生物的研究上，也有研究者开始利用餐厨垃圾进行固态发酵生产蛋白饲料的研究[3]，但研究成果较少，对菌种、投入的氮源种类等因素对产品性能影响的研究有一定的局限性，且一般均未研究产品中真蛋白含量的变化情况。
固态发酵是以气相为连续相的生物反应过程，是指没有或几乎没有自由水存在下，在有一定湿度的水不溶性固体基质中，用微生物对原料中的有机物进行分解和转化的过程。固态发酵具有节水、节能、反应器小、工艺简单可控、没有大量废液产生等优点，近年来逐步得到世界各国的重视，是今后利用餐厨垃圾生产微生物蛋白饲料的重要研究方向。
1固态发酵菌种筛选试验
筛选和培养具有优良特性的菌种在生产微生物蛋白饲料工艺中起着关键作用，目前国内外采用的菌种多为芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌和丝状菌[4-6]。根据本课题前期工作结果，本试验选取了3种酵母菌和2种霉菌进行研究，这些菌种都是《中国菌种目录》中允许直接饲喂的微生物。具体菌种为：①发酵水解液废液酵母2.570；②热带假丝酵母2.587；③酒精及白酒酵母2.109；④米曲霉3.762；⑤康宁木霉3.2774。
作为优质蛋白源，主菌种酵母菌蛋白质量占细胞干物质的45％～55％，氨基酸构成合理，可以同化尿素、硫酸铵等非蛋白氮源。而辅菌种霉菌蛋白质量也很高，占干物质的30％～50％。在酵母菌和霉菌混合发酵过程中，可以产生大量的菌体蛋白，增加发酵产品的蛋白含量。
将3种酵母菌和2种霉菌分别进行6种不同的菌种组合，在一定的工况条件下，测定餐厨垃圾试样经组合菌种作用前后的粗蛋白含量。试验结果表明，康宁木霉3.2774与发酵水解液废液酵母2.570联合作用时产生的粗蛋白增量和相对增量均最高[7]，因此选择这两种菌种作为餐厨垃圾固态发酵生产微生物蛋白饲料的优选复合菌种。
2复合菌种联合作用的最优工况确定
2.1正交试验方案
影响餐厨垃圾发酵过程中粗蛋白增量的因素很多，根据文献[8～10]及本课题初步试验结果，主要影响因素有接种量、温度、时间和通风量。为找到较理想的反应工况，每个因素选出3个参数进行4因素、3水平的正交试验。
2.2试验装置
餐厨垃圾与复合菌种混合发酵反应在自制的发酵反应器中进行，反应器装置示意图见图1。

图1反应器装置示意图
1－空气压缩机；2－吸收瓶；3—流量计；4—反应器；5—生化培养箱；6—电子温湿度计
反应器为有机玻璃柱，上端开口盖有6层纱布，以防外界杂菌进入。反应器置于生化培养箱中，以保证发酵反应的温度。反应所需空气由空气压缩机提供。空气首先经过装有浓硫酸的第1个吸收瓶，以消除空气中微生物对反应的干扰作用，然后经过装有灭菌水的第2个吸收瓶，以防止浓硫酸中的二氧化硫气体进入反应器，同时可起到增加反应器内湿度的作用。空气流量由流量计控制，由下向上通过反应器中的反应物（内含复合菌种）。反应器内的湿度和温度由电子温湿度计记录。
2.3试验方法
对所购纯菌种进行复壮和扩大培养，将培养好的接种液以一定的量与灭菌后的餐厨垃圾混合均匀，同时投入适当的营养盐（目的是为了保证微生物对氮源和细胞合成所需的微量元素的要求，其中氮源是合成蛋白质的主要原料），而后在反应器中进行固态发酵反应。反应结束后取出反应物，将其在干燥箱里烘干3h，而后测定样品的粗蛋白含量。
2.4试验控制参数
底物（学生食堂餐厨垃圾）100g；底物含水率为70％～75％；底物经高压蒸汽灭菌锅灭菌。