餐饮废渣固态发酵生产蛋白饲料的工艺优化.pdf

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1、贵州农业科学2 0 1 0 ，3 8 ( 5 ) ：2 3 0 2 3 2 G u i z h o uA g r i c u l t u r a lS c i e n c e s 文章编号 1 0 0 1 3 6 0 1 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 3 3 2 - 0 2 3 0 0 3 餐饮废渣固态发酵生产蛋白饲料的工艺优化 殷钟意1 ，郑旭煦，王星敏2 ，吕靖2 ，李强2 ，朱俊任2 ，汤敏3 ( 1 重庆工商大学废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆4 0 0 0 6 7 ；2 重庆工商大学环境与生物 工程学院，重庆4 0 0 0 6 7 ；3 綦江县环境保护局，重庆4 0

2、 1 4 2 0 ) 摘要 以可溶性蛋白和粗蛋白含量为指标，通过考察接种量、发酵温度、底物含水率和p H 等因素对 发酵产品的影响，研究餐饮废渣发酵蛋白饲料的工艺奈件。结果表明，在白地霉：解脂亚罗酵母：黄孢原毛 平革茵为3 ：3 ：2 条件下，得出最佳发酵工艺条件：复合菌种接种量为1 7 5 ，发酵温度为3 0 ，底物含水 率为6 5 ，p H 为7 ，发酵时间为8 0h 。发酵产物的粗蛋白含量接近3 5 ，可溶性蛋白含量为4 5m g g 。 关键词 餐饮废渣；固态发酵；蛋白饲料；工艺条件 中图分类号 $ 8 1 6 文献标识码 A S t u d yo nT e c h n o l o g

3、 yo fP r o t e i nF e e df r o mR e s t a u r a n t R e s i d u eb yS 0 | d s t a t eF e r m e n t a t i o n Y I NZ h o n g y i l ，Z H E N GX u X U ，W A N GX i n g r a i n 2 ，L UJ i n 9 2 ， L IQ i a n 9 2 ，Z H UJ u n - r e n 2 ，T A N GM i n 3 ( 1 E n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e rf o rW

4、 a s t eO i lR e c o v e r yT e c h n o l o g ya n dE q u i p m e n t ，M i n i s t r yo fE d u c a t i o n ，C h o n g q i n g T e c h n o l o g ya n dB u s i n e s sU n i v e r s i t y ，C h o n g q i n g4 0 0 0 6 7 ；2 C o l l e g eo fE n v i r o n m e n ta n dB t D P n g l n P e ，i n g ，C h o n g q

5、i n g T e c h n o l o g ya n dB u s i n e s sU n i v e r s i t y ，C h o n g q i n g4 0 0 0 6 7 ；3 Q 玎i a n gE n v i r o n m e n tP r o t e c t i o nB u r e a u ，C h o n g q i n g 4 0 1 4 2 0 C h i n a ) A b s t r a c t ：T h es o l u b l ep r o t e i na n dc r u d ep r o t e i nc o n t e n to ft h ep

6、 r o t e i nf e e df e r m e n t e df r o mr e s t a u r a n t r e s i d u ew e r ea n a l y z e dt os t u d yt h ee f f e c to fi n o c u l a t i o nd o s a g e ，f e r m e n t a t i o nt e m p e r a t u r e ，s u b s t a n c e m o i s t u r ea n dp Ho nf e r m e n t a t i o np r o d u c ta n dt h eo

7、 p t i m u mt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o no fp r o t e i nf e e d f e r m e n t e df r o mr e s t a u r a n tr e s i d u e T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u mf e r m e n t a t i o nt e c h n o l o g i e a l c o n d i t i o nw a s1 7 5 i n o c u l a t i o nd o s a g eo

8、fc o m p l e xf u n g i ( t h er a t i oo fG e o t r i c h u mc a n d i d u m3 ：Y a r r o w i a l i p o l y t i c a3 ：P h a n e r o c h a e t ec h r y s o s p o r i u m2 ) ，6 5 s u b s t a n c em o i s t u r e ，p H7 ，a t3 0 f o r8 0 h T h e c r u d ep r o t e i na n ds o l u b l ep r o t e i nc o n

9、t e n to ft h ef e r m e n t e dp r o d u c t i s3 5 a n d4 5m g gu n d e rt h eo p t i m u m f e r m e n t a t i o nt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o nr e s p e c t i v e l y K e yw o r d s ：r e s t a u r a n tr e s i d u e ；s o l i d s t a t ef e r m e n t a t i o n ；p r o t e i nf e e d ；t

10、 e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n 众所周知，我国是一个人口大国，其特有的饮食 习惯造成我国餐饮业有很大的浪费，但餐饮废渣是 一种巨大的可利用资源。国内外餐饮废渣的处理技 术主要有 1 屯 ：化学分解反应与填埋相结合，加工制 肥料，专业加工型饲料，焚烧发电，高温堆肥等。最 普遍的处理方式是与普通垃圾混合填埋( 或焚烧) 或 者直接运到农场喂猪。这些方法各有利弊，如采取 填埋处置，会导致渗滤液和沼气产量升高，造成大气 和土壤的二次污染。若采取焚烧处置，会使垃圾平 均热值降低口 ，而且N a C l 的高含量会促进二恶英 的生成，提高飞灰中重金属的浸

11、出率，加之因其含水 率高达8 5 9 0 ，会增高与其他垃圾混合处置的 含水率，增加处理成本。虽然堆肥法可有效处理餐 饮废渣，但没有将餐饮废渣中的营养成分充分利用， 造成资源的浪费。而直接运到农场喂猪，由于其来 源比较复杂，极有可能引起疾病传播，加上其含水率 和有机物含量较高，极易在较短时间内腐烂发臭和 滋生蚊蝇等，不能满足环境卫生要求。采用微生物 复合菌种固态发酵方法 4 巧 ，将餐饮废渣生产为高蛋 白饲料，不仅可以充分利用餐饮废渣中的营养成分， 而且可以减少环境污染和疾病流行。研究在前期菌 种和辅料筛选的基础上 6 ，通过考察发酵温度、p H 、 含水率、接种量等因素对发酵产品的影响，探讨

12、餐饮 废渣发酵生产高蛋白饲料的优化工艺条件。 1 材料与方法 1 1 菌种 白地霉( G e o t c h u mc a n d i d u m ) 、解脂亚罗酵母 ( Y a r r o 谢al i p o z y t i c a ) 、黄孢原毛平革菌( P h a n e r o c h a e t e c h r y s o s p o r i u m ) 均购自中国工业微生物保藏中心。 1 2 培养基及种子液 1 2 1 培养基白地霉与解脂亚罗酵母斜面菌种 培养基为蛋白胨0 8 ，葡萄糖1 o ，牛肉膏 0 3 ，琼脂2 o 。黄孢原毛平革菌斜面菌种培养 基为蔗糖3 0 9 、硝酸钠

13、2 9 、七水硫酸镁0 5 9 、氯化 钾0 5 9 、七水硫酸亚铁0 0 1g 、磷酸氢二钾1g 、琼 收稿日期 2 0 0 9 1 1 0 5 ；2 0 1 0 0 4 2 7 修回 基金项目 重庆市自然科学基金项目“餐饮废渣发酵制蛋白饲料的研究”( C S T C ，2 0 0 6 B B 7 2 5 3 ) 作者简介 殷钟意( 1 9 6 6 - - ) ，男，副教授高级实验师，从事废弃物资源化技术化学工程研究。E m a i l ：y z y 3 1 7 c t b u e d u c n * 通讯作者：郑旭煦( 1 9 6 4 一) ，女，博士，教授，硕导，从事废弃物资源化技术研究

14、。E m a i l ：x u x u z h e n g ( 西c t b u e d u c a 万方数据 第5 期殷钟意等餐饮废渣固态发酵生产蛋白饲料的工艺优化 脂1 5 2 0 9 、蒸馏水1 0 0 0 m L 。 1 2 2 斜面培养将自地霉、解脂亚罗酵母和黄 孢平革菌分别接种到相应斜面培养基中，在2 8 3 0 条件下静止培养2 0 4 8 h ，放入4 。C 冰箱保存。 1 2 3 一级种子液培养分别挑取2 环白地霉、 解脂亚罗酵母和黄孢平革菌于相应的培养基中，在 2 8 3 0 条件下摇床培养2 0 2 4 h ；再于相应的培 养基中进行接种量为5 1 0 的接种，在2 8

15、3 0 条件下摇床培养2 0 2 4 h ，进行级液体培养。 1 2 4 二级种子液培养分别将白地霉、解脂亚 罗酵母和黄孢平革菌的一级种子液接种于相应的培 养基中，接种量为5 1 0 ，在2 8 3 0 条件下摇 床培养2 0 2 4h ，进行二级液体培养。 1 3 固态发酵 按比例将二级种子液接人装有2 5 9 固态培养 基1 0c m 培养皿中，搅拌均匀，蒙上无菌膜，于恒温 培养箱中发酵，每8 h 补水1 次( 按所需温度及时间 发酵) ，研究不同条件( 发酵温度、p H 、含水率、接种 量) 对发酵效果的影响，测定粗蛋白含量和可溶性蛋 白含量。 1 4 分析测定方法 粗蛋白质含量测定：凯

16、氏定氮法，G B T 6 4 3 2 1 9 9 4 ；可溶性蛋白含量测定：考马斯亮蓝法 6 。 1 5 原料与辅料 餐饮废渣，取自重庆工商大学筱园食堂；豆饼 粕、麦麸等购自重庆市动物园。 1 6 工艺筛选试验 用餐饮废渣3 0 9 ，白地霉：解脂亚罗酵母：黄 孢原毛平革菌菌种配比为3 ：3 ：2 的混合液态菌液 按一定接种量接种，在餐饮废渣与辅料添加量最佳 比例为餐饮废渣：豆饼：麦麸一8 ：2 ：1 的情况 下，考察不同发酵温度、原料含水率、接种量、p H 值 对餐饮废渣发酵生产的可溶性蛋白含量的影响。因 前期试验得出复合菌种发酵高峰出现在8 0 h 左右， 故试验从6 4h 开始测定。 2

17、 结果与讨论 2 1 温度对发酵产物可溶性蛋白含量的影响 由图1 可见，在2 0 3 0 范围内，发酵产物的 可溶性蛋白含量随着温度的升高而逐渐增加，在 3 0 左右时到达最大值。当温度大于3 0 后，可溶 性蛋白含量随着温度的升高而逐渐降低，并且变化 显著。可见，温度高于3 0 ，微生物的活性会受到 影响，从而使正常的生长繁殖受到抑制，发酵产物的 可溶性蛋白含量随着温度的升高有所下降E T J 。因 此，发酵的最适温度为3 0 左右。 2 2 原料含水率对发酵产物可溶性蛋白及粗蛋白 含量的影响 为保证培养基中含水率始终保持发酵初期的状 态，在试验过程中，每隔8h 补1 次水到原重。由图 2

18、所示，餐饮废渣培养基含水率的不同对可溶性蛋 6 26 4 6 66 87 0 7 27 47 6 7 88 08 28 4 8 68 89 09 2 9 49 6 9 8 发酵时间，I l 图1不同温度对可溶性蛋白含量的影响 F i g 1 E f f e c to fd i f f e r e n tt e m p e r a t u r eo ns o l u b l e p r o t e i nc o n t e n t 6 2 6 46 66 87 07 27 4 7 67 88 08 28 48 68 89 09 29 49 69 8 发酵时间， l 6 26 46 6 6 87

19、07 27 47 67 88 0 8 28 48 68 89 09 2 9 49 69 8 发酵时问，h 图2不同含水率对可溶性蛋白和粗蛋白含量的影响 F i g 2 E f f e c t so fd i f f e r e n ts u b s t a n c em o i s t u r eo ns o l u b l e p r o t e i na n dc r u d ep r o t e i nc o n t e n t 白与粗蛋白含量有较大的影响。含水率在6 5 左 右时可溶性蛋白与粗蛋白含量较高，含水率低于 6 0 或高于7 0 其蛋白含量均下降。这是因为发 酵底物中淀粉含量

20、较高，含水率为6 0 时底物粘结 成团状，6 5 7 0 时底物颗粒均匀，8 0 时呈半液 态( 即浆状混合物) 。由于本试验所需用的菌种均是 好氧菌，在静置的半液态发酵培养基中由于不能及 时地被补充氧分，所以在含水率为8 0 的情况下会 引起产物中可溶性蛋白与粗蛋白含量的大幅度下 降 7 j 。在试验中发现，固态发酵培养基含水率在 6 5 7 0 时其致密度较佳，透气性较好，有利于水 及空气在固体物内部交互流动，使溶解氧能够正常 的传递，因此在培养基含水率为6 5 7 0 时，发 酵产物可溶性蛋白与粗蛋白含量最高。 2 3 接种量对发酵产物可溶性蛋白及粗蛋自含量 的影响 由图3 显示，接种量

21、在增加到2 0 之前，可溶 性蛋白及粗蛋白含量随着接种量的增加而增大；当 0 5 0 5 0 5 0 5 D 知 ”如 幻 加坫 加吣 儡詈)删扭缸嘲犁瓣耳 0 5 O 5 O 5 0 5 0 5 O如”钟如加叫 (j，邑、咖姐皿嗵掣缝p 加郡如巧加”加，0 承、棚妞皿髓霹 万方数据 2 3 2 贵州农业科学 6 26 46 66 87 0 7 27 47 67 8 8 0 8 28 48 68 89 09 29 4 9 69 8 发酵时间，l l 6 26 46 6 6 97 07 27 47 6 7 88 08 28 48 68 89 09 2 9 4 9 69 8 发酵时间h 图3不同接

22、种量对可溶性蛋白和粗蛋白含量的影响 F i g 3 E f f e c t so fd i f f e r e n ti n o c u l a t i o nd o s a g eo n s o l u b l ep r o t e i na n dc r u d ep r o t e i nc o n t e n t 接种量超过2 0 时，可溶性蛋白及粗蛋白含量明显 下降。其原因可能是因为菌种较多，所需要的营养 物质也增多，但培养基中的营养物质有限，当生长到 一定程度后就不能继续满足微生物的正常生长了， 复合菌种之间不再是协同作用，而变成相互竞争营 养源，使生长繁殖受到阻碍；同时由于接种量

23、增多， 微生物的生长过早进入衰亡期，出现自溶现象，也使 菌株的正常生长繁殖受到抑制，导致可溶性蛋白及 粗蛋白含量减少 8 曲 。因此，接种量对发酵产品可溶 性蛋白及粗蛋白含量的影响是显著的，当接种量为 1 7 5 左右时粗蛋白含量最高。 2 4 p H 对发酵产物可溶性蛋白及粗蛋白含量的 影响 由图4 可以看出，p H 在7 8 时，可溶性蛋 誊 蔷 釜 登 誉 6 26 46 6 6 87 07 27 47 6 7 8 8 08 2 8 48 6 8 89 0 9 29 49 69 8 发酵时间h 6 26 46 6 6 87 0 7 2 7 47 67 8 鲫8 28 48 68 89 0

24、9 29 4 9 69 8 发酵时间，l I 图4 不同p H 对可溶性蛋白和粗蛋白含量的影响 F i g 4 E f f e c t so fd i f f e r e n tp Ho ns o l u b l ep r o t e i na n d c r u d ep r o t e i nc o n t e n t 白及粗蛋白含量较高。而当p H 8 时， 可溶性蛋白及粗蛋白含量明显下降，其原因是因为 实验室保藏菌种为标准饲料用菌，其生长条件为普 通自然p H ，若提高或降低p H ，菌种不适应环境变 化，无法正常生长，导致可溶性蛋白及粗蛋白含量减 少。说明，p H 对发酵产品的可溶性

25、蛋白及粗蛋白 含量的影响较为明显，对发酵p H 的控制十分重要， 最佳发酵p H 应在7 左右，此时发酵产品的粗蛋白 含量接近3 5 ，可溶性蛋白含量为4 5 m g g 。 3 结论与讨论 通过对复合菌种发酵工艺条件的研究，得到最 佳的工艺条件为：复合菌种配比为3 ：3 ：2 的混合 液态按1 7 5 的接种量接种，发酵温度为3 0 ，底 物含水率6 5 ，p H 为7 ，固态发酵8 0 h ，发酵产品的 粗蛋白含量接近3 5 ，可溶性蛋白含量达4 5 m g g 。 针对重庆地区餐饮废渣含油量高、营养成分多、 有害物质少等特点，通过多种菌种的复合发酵，利用 产蛋白菌种、油脂降解菌种、纤维素

26、与木质素降解菌 的共同作用，使得餐饮废渣中的油脂和纤维素等成 分转化成动物更易吸收的蛋白质，以提高产品的蛋 白含量和营养成分，使发酵产品可望开发为一种高 蛋白的饲料添加剂。以大学食堂的餐饮废渣为对 象，研究其发酵为高蛋白饲料的最优工艺条件，如果 是重庆餐馆的某些特殊废渣( 如火锅废渣) ，尚需研 究其中的辣椒碱、红色素等物质的降解情况及其对 发酵过程的影响；同时，如果再增加含盐量、油脂、纤 维素、木质素等检测指标，就可对餐饮废渣中的相关 成分的降解及其对发酵的影响进行系统分析，以获 得更高品质的蛋白饲料。 参考文献 1 谷庆宝，郑丙辉，李发生，等国内外餐饮垃圾的管理 J 环境污染治理技术与设备

27、，2 0 0 4 ，5 ( 6 ) ：1 7 2 0 2 王向会，李广魏，孟虹，等国内外餐厨垃圾处理状 况概述E J 环境卫生工程，2 0 0 5 ，1 3 ( 2 ) ：4 1 4 3 3 耿土锁高含水率有机垃圾资源化处置对策 J 江苏 环境科技，2 0 0 2 ，1 5 ( 2 ) ：2 4 2 5 4 陈贵才，戴德慧，黄光荣，等多菌种发酵餐饮废弃物 生产蛋白饲料研究C J 浙江大学学报：农业与生命科 学版，2 0 0 7 ，3 3 ( 4 ) ：4 2 9 4 3 4 5 王星敏，郑旭煦，马强，等菌群固体发酵提高餐饮 废渣产蛋白含量的研究 J 环境科学与技术，2 0 0 8 ， 3 1

28、( 3 ) ：7 6 - 7 8 6 郑旭煦，吕靖，殷钟意，等餐饮废渣固态发酵生产 蛋白饲料过程中菌种和辅料筛选研究 J ，安徽农业 科学，2 0 0 9 ，3 7 ( 2 5 ) ：1 2 0 2 1 1 2 0 2 3 ，1 2 0 3 3 7 刘军醋渣生产蛋白饲料的研究E J - I 粮食与饲料工 业，2 0 0 0 ( 6 ) ：3 2 3 4 8 蔡浩，余晓斌多菌种发酵生物活性蛋白饲料的发 酵研究 J 粮食与饲料工业，2 0 0 0 ( 6 ) ：3 2 3 4 ， 9 王丽娟。孙满吉饲料酵母及培养物的作用激励机制 研究进展 J 粮食与饲料工业，2 0 0 5 ( 4 ) ：1 1 2 1 1 4 ( 特约编辑：潘红) O 5 0 5 0 5 0 5 O 5 0 5 O 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 O O 崔目一、棚加皿娜驵缝口 柏弱筋坫m 5 O 鲫如”枷如加：2加吣 驺筋埒m，0 万方数据