CN100433992C - 餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸和饲料的方法 - Google Patents

餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸和饲料的方法 Download PDF

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Abstract

餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸和饲料的方法，它涉及一种餐厨垃圾生产乳酸和饲料的方法。它解决了现有封闭式乳酸发酵需严格灭菌和接种发酵菌，需添加乳酸菌成长所需的营养物质，乳酸产量低和现有利用餐厨垃圾加工的饲料中蛋白质含量低的问题。发酵生产乳酸：(一)餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)加水；(三)加入纤维素酶和淀粉酶；(四)开放式发酵；(五)固液分离，再提纯得到发酵液中的乳酸。发酵生产饲料：(一)餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)加水；(三)加入纤维素酶和淀粉酶；(四)开放式发酵；(五)固液分离；(六)残渣灭菌、烘干，即得到饲料。本发明不必接种发酵菌，所得发酵液中乳酸占有机酸总质量的94～98%，乳酸产量达64～75g/L；本发明所制得的饲料中粗蛋白占饲料总质量的25～35%。

Description

餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸和饲料的方法
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾生产乳酸和饲料的方法。
背景技术
餐厨垃圾是一种生物质废弃物，有机物含量高，而且在城市生活垃圾中占有较大比重，所以餐厨垃圾发酵生产乳酸和饲料既可以有效地保护环境，又可变废为宝创造经济价值。现有封闭式乳酸发酵需严格灭菌和接种发酵菌，需添加乳酸菌成长所需的营养物质(如氮、磷、钾等)，存在工艺复杂、乳酸产量低问题。现有利用餐厨垃圾加工的饲料中蛋白质含量低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有封闭式乳酸发酵需严格灭菌和接种发酵菌，需添加乳酸菌成长所需的营养物质(如氮、磷、钾等)，存在工艺复杂、乳酸产量低和现有利用餐厨垃圾加工的饲料中蛋白质含量低的问题，而提供的一种餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸和饲料的方法。餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸的方法通过以下步骤实现：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1～3倍的水；(三)向固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶和淀粉酶，按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶10～20kU和淀粉酶5～10kU的比例添加；(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在35～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵20～30h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5～6，间断性搅拌为每隔6～8h搅拌一次，每次搅拌0.5～1h；(五)固液分离，再提纯发酵液中的乳酸，即得到乳酸。餐厨垃圾发酵生产饲料的方法通过以下步骤实现：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1～3倍的水；(三)向固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶和淀粉酶，按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶10～20kU和淀粉酶5～10kU的比例添加；(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在35～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵20～30h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5～6；(五)固液分离；(六)发酵固体残渣高温灭菌后在30～50℃的条件下烘干3～7h，即得到饲料。本发明的开放式乳酸发酵无需高温灭菌，无需额外接入乳酸菌和添加任何营养物，无需严格的无菌操作，工艺简单、节能、而且乳酸产量高，每升发酵液产乳酸64～75g，乳酸占发酵液中有机酸总质量的94～98％，发酵液中杂酸种类少。本发明饲料制备过程中由于餐厨垃圾富含有机物和营养物，所以本发明在饲料的制备过程中无须加入其它营养物质，本发明饲料中粗蛋白含量提高5～15％，占饲料总质量的25～35％。本发明可大量处理餐厨垃圾，生产成本低廉的乳酸和饲料，工艺环保无污染。本发明制备出的乳酸为DL-乳酸，虽然D-乳酸不能被人体所代谢，DL-乳酸不能在食品加工中使用；但DL-乳酸也有广泛的用途，如专利EP748846-A、EP662833-A、EP597427-A和JP4217914-A都涉及DL-乳酸的应用，而且Chang Chen-Jung(Biomaterials，27(7)：1035-1042)，CuiFude(Journal of Controlled Release，107(2，3)：310-319)，Liu Haifeng(Journal OfBiomaterials Applications，19(4)：303-322)，Miura Hidetaka(Journal Of ControlledRelease，97(1)：101-113)，Hao Jianyuan(Journal Of Pharmaceutical Sciences，93(4)：1083-1090)等人也都致力于聚DL-乳酸的合成及应用研究，所以DL-乳酸的应用前景十分乐观。
附图说明
图1是发酵液中有机酸液相色谱图，图中粗线是有机酸混合标样液相色谱曲线，图中细线是发酵液中有机酸液相色谱曲线，图中1号峰是乳酸色谱峰，2号峰是草酸钠色谱峰，3号峰是柠檬酸色谱峰，4号峰是甲酸色谱峰，5号峰是乙酸色谱峰，6号峰是丙酸色谱峰，7号峰是正丁酸色谱峰。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式通过以下步骤进行餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1～3倍的水；(三)向固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶和淀粉酶，按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶10～20kU和淀粉酶5～10kU的比例添加；(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在35～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵20～30h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5～6；(五)固液分离，再提纯发酵液中的乳酸，即得到乳酸。
本实施方式中餐厨垃圾包括家庭、餐饮业丢弃的剩菜剩饭和蔬菜、水果的下脚料；其它有机废弃物牛奶厂的乳清、啤酒厂的酒糟、糖厂的糖蜜以及废弃的纸杯也可作为发酵底物用于本实施方式发酵。本实施方式中发酵罐为间歇性敞开或封闭。由于餐厨垃圾富含营养物质，所以在乳酸发酵过程中无须加入其它营养物质。对本实施方式发酵液中的有机酸进行液相色谱分析，分析结果如图1所示，发酵液中杂酸种类少、含量低，乳酸占发酵液中有机酸总质量的94～98％。进行对比试验(发酵30h)，对比试验数据如表1、表2和表3所示，试验结果表明开放式发酵餐厨垃圾比封闭式发酵乳酸产量更高、加酶后乳酸产量提高48％～50％，而底物中是否添加营养物和是否接入发酵菌对乳酸产量没有影响。
表1
Figure C20061001004900061
表2
Figure C20061001004900062
表3
Figure C20061001004900063
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1.2～2.8倍的水。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤(二)中加入的水是自来水、餐厨垃圾滤液或餐饮、食堂废水。其它步骤与实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：步骤(二)中加入的水是餐厨垃圾滤液或餐饮、食堂废水。其它步骤与实施方式一或二相同。
本实施方式选用餐厨垃圾滤液或餐饮、食堂废水加入固体餐厨垃圾比选用自来水乳酸产量提高15～25％，而且节约成本。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(三)按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶15～18kU和淀粉酶6～8kU的比例添加。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(三)按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶17.6kU和淀粉酶6.4kU的比例添加。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在45～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵25～28h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5.2～5.8。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一或七的不同点是：步骤(四)中间断性搅拌为每隔6～8h搅拌一次，每次搅拌0.5～1h。其它步骤与实施方式一或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(五)中采用电渗析法提纯已过滤发酵液中的乳酸。其它步骤与实施方式一相同。
本实施方式采用三室电渗析法，阳极液是浓度为0.1mol/L的硫酸，浓缩室(又称中间室)中的电解质是浓度为5g/L的乳酸，阴极液为已过滤的发酵液；电渗析采用直流电，电流密度为2.0A/dm2，电渗析8～12h，乳酸回收率为80～90％。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎，粉碎后固体餐厨垃圾粒径小于20目。
具体实施方式十一：本实施方式通过以下步骤进行餐厨垃圾发酵生产饲料：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1～3倍的水；(三)向固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶和淀粉酶，按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶10～20kU和淀粉酶5～10kU的比例添加；(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在35～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵20～30h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5～6；(五)固液分离；(六)发酵固体残渣高温灭菌后在30～50℃的条件下烘干3～7h，即得到饲料。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式十一的不同点是：步骤(二)中加入的水是自来水、餐厨垃圾滤液或餐饮、食堂废水。其它步骤与实施方式十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一的不同点是：步骤(四)中间断性搅拌为每隔6～8h搅拌一次，每次搅拌0.5～1h。其它步骤与实施方式十一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十一的不同点是：步骤(六)中高温灭菌温度为110～130℃，灭菌时间为10～20min。其它步骤与实施方式十一相同。
具体实施方式十五：本实施方式通过以下步骤进行餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸和饲料：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1～3倍的水；(三)向固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶和淀粉酶，按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶10～20kU和淀粉酶5～10kU的比例添加；(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在35～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵20～30h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5～6；(五)固液分离；(六)提纯发酵液中的乳酸，得到乳酸；(七)发酵固体残渣高温灭菌后在30～50℃的条件下烘干3～7h，得到饲料。
本实施方式利用餐厨垃圾发酵同时生产乳酸和高蛋白饲料，即环保，又提高了餐厨垃圾的利用率。

Claims (9)

1、餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸的方法，其特征是通过以下步骤进行餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1～3倍的水；(三)向固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶和淀粉酶，按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶10～20kU和淀粉酶5～10kU的比例添加；(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在35～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵20～30h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5～6，间断性搅拌为每隔6～8h搅拌一次，每次搅拌0.5～1h；(五)固液分离，再提纯已过滤发酵液中的乳酸，即得到乳酸。
2、根据权利要求1所述的餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(二)中加入的水是自来水、餐厨垃圾滤液或餐饮、食堂废水。
3、根据权利要求1所述的餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(三)按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶15～18kU和淀粉酶6～8kU的比例添加。
4、根据权利要求1所述的餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(四)中间断性搅拌为每隔6～8h搅拌一次，每次搅拌0.5～1h。
5、根据权利要求1所述的餐厨垃圾开放式发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(五)中采用电渗析法提纯已过滤发酵液中的乳酸。
6、餐厨垃圾发酵生产饲料的方法，其特征是通过以下步骤进行餐厨垃圾发酵生产饲料：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)向被粉碎的固体餐厨垃圾中加入固体餐厨垃圾质量1～3倍的水；(三)向固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶和淀粉酶，按每100g固液混合餐厨垃圾中加入纤维素酶10～20kU和淀粉酶5～10kU的比例添加；(四)加入纤维素酶和淀粉酶的固液混合餐厨垃圾在35～50℃的条件下间断性搅拌开放式发酵20～30h，并加入碳酸钙保持固液混合餐厨垃圾pH值为5～6，间断性搅拌为每隔6～8h搅拌一次，每次搅拌0.5～1h；(五)固液分离；(六)发酵固体残渣高温灭菌后在30～50℃的条件下烘干3～7h，即得到饲料。
7、根据权利要求6所述的餐厨垃圾发酵生产饲料的方法，其特征在于步骤(二)中加入的水是自来水、餐厨垃圾滤液或餐饮、食堂废水。
8、根据权利要求6所述的餐厨垃圾发酵生产饲料的方法，其特征在于步骤(四)中间断性搅拌为每隔6～8h搅拌一次，每次搅拌0.5～1h。
9、根据权利要求6所述的餐厨垃圾发酵生产饲料的方法，其特征在于步骤(六)中高温灭菌温度为110～130℃，灭菌时间为10～20min。
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