CN101003819B - 一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法 - Google Patents

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Abstract

一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，它涉及一种餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法。它解决了目前在餐厨垃圾中加入淀粉酶或纤维素酶生产乳酸成本过高的问题。餐厨垃圾通过以下步骤进行发酵生产乳酸：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)加入枯草杆菌；(三)糖化；(四)加水；(五)加乳酸菌，并加入碳酸钙，发酵；(六)固液分离，再提纯已过滤发酵液中的乳酸，即得到乳酸。本发明的开放式乳酸发酵无需高温灭菌，乳酸产量高，每升固液混合餐厨垃圾可产乳酸50～55.7g，乳酸占发酵液中有机酸总质量的94～97％，发酵液中杂酸种类少；而且本发明生产成本比加入淀粉酶或纤维素酶节约20％～26％。

Description

一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法
技术领域
本发明涉及一种餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法。
背景技术
餐厨垃圾是家庭、餐饮业丢弃的食物垃圾的通称，是人们在生活消费过程中形成的固体废物。餐厨垃圾为生物质废弃物，有机物含量高，主要包括淀粉、纤维素、蛋白质等，可作为生物质能源再度利用，而且在城市生活垃圾中占有较大比重。利用厨余垃圾生产乳酸，再提纯合成聚乳酸是实现其资源化、减量化的有效途径之一。
乳酸菌只能以葡萄糖等单糖为底物生产乳酸，若采用乳酸菌直接发酵厨余垃圾，垃圾中的复杂有机物(如淀粉、纤维素等)的糖化率低，以至于大量营养成分没有被乳酸菌利用，乳酸产量低，发酵四至五天乳酸浓度只有20～40g/L。目前都在餐厨垃圾中加入淀粉酶或纤维素酶以提高餐厨垃圾的糖化率，从而提高乳酸产率，但酶制剂价格昂贵，导致乳酸成本过高缺乏市场竞争力。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前在餐厨垃圾中加入淀粉酶或纤维素酶生产乳酸成本过高的问题，而提供的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法。枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸通过以下步骤实现：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)加入占餐厨垃圾质量0.8％～1.2％的枯草杆菌；(三)加入枯草杆菌的餐厨垃圾在35～45℃的条件下糖化25～35h；(四)加入固体餐厨垃圾质量0.5～1.5倍的水；(五)加入占固液混合餐厨垃圾质量3％～5％的乳酸菌，并加入碳酸钙保持经糖化的餐厨垃圾的pH值为6.2～6.4，经过糖化的餐厨垃圾在40～50℃的条件下发酵26～30h；(六)固液分离，再提纯已过滤发酵液中的乳酸，即得到乳酸。本发明属于开放式乳酸发酵，无需高温灭菌，乳酸产量高，每升固液混合餐厨垃圾可产乳酸50～55.7g，乳酸占发酵液中有机酸总质量的94～97％，发酵液中杂酸种类少；而且本发明生产成本比加入淀粉酶或纤维素酶节约20％～26％。
附图说明
图1是枯草杆菌糖化能力对比图，图1中▲曲线表示加入枯草杆菌后餐厨垃圾中还原糖浓度，图1中□曲线表示未加枯草杆菌的餐厨垃圾中还原糖浓度。图2是不同糖化时间乳酸产量对比图，图2中■表示糖化阶段终点的还原糖浓度，图2中□表示乳酸发酵阶段始点的乳酸浓度，图2中
Figure GSB00000544108700021
表示乳酸发酵阶段终点的乳酸浓度。图3是不同糖化温度还原糖浓度和乳酸浓度图，图3中□表示还原糖浓度，图3中◆曲线表示乳酸浓度。图4是枯草杆菌不同接种量的乳酸浓度图。图5是餐厨垃圾中不同加水量的乳酸浓度图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸通过以下步骤实现：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)加入占餐厨垃圾质量0.8％～1.2％的枯草杆菌；(三)加入枯草杆菌的餐厨垃圾在35～45℃的条件下糖化25～35h；(四)加入固体餐厨垃圾质量0.5～1.5倍的水；(五)加入占固液混合餐厨垃圾质量3％～5％的乳酸菌，并加入碳酸钙保持经糖化的餐厨垃圾的pH值为6.2～6.4，经过糖化的餐厨垃圾在40～50℃的条件下发酵26～30h；(六)固液分离，再提纯已过滤发酵液中的乳酸，即得到乳酸。
枯草杆菌可直接糖化作用于餐厨垃圾或其他有机废物的发酵。
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(四)加入固体餐厨垃圾质量0.7～1.3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(四)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的不同点是：步骤(二)加入占固液混合餐厨垃圾质量1.0％的枯草杆菌。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一或四的不同点是：步骤(二)中加入的枯草杆菌为Bacillussubtilis 1.420。其它步骤与实施方式一或四相同。
本实施方式中的菌株Bacillussubtilis 1.420购自于黑龙江省微生物食用菌研究所。
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)加入枯草杆菌的固液混合餐厨垃圾在37～42℃的条件下糖化28～32h。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(三)加入枯草杆菌的固液混合餐厨垃圾在40℃的条件下糖化30h。其它步骤与实施方式一相同。
本实施方式每升固液混合餐厨垃圾可产乳酸55.7g。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(五)中加入占固液混合餐厨垃圾质量4.0％的乳酸菌。其它步骤与实施方式一相同。
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)中经过糖化的餐厨垃圾在42～48℃的条件下发酵27～29h。其它步骤与实施方式一相同。
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(五)中经过糖化的餐厨垃圾在45℃的条件下发酵28h。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一或八的不同点是：步骤
(五)加入的乳酸菌为Lactobacillus plan ta rum TD175。其它步骤与实施方式一或八相同。
本实施方式中的菌株Lactobacillus plan ta rum TD175是从餐厨垃圾中分离并鉴定一株乳酸菌。在Qunhui Wang，Xuming Wang，et al.Bioconversicn ofKitchen Garbage to Lactic Acid by Two Wild Strains of Lactobacillus Species.Journal of Environmental Science and Health，40：1951-1962，2005和王旭明，汪群慧等，一株高产乳酸细菌的分离鉴定与发酵性能研究，哈尔滨工业大学学报，2006(9)：1483-1486两篇文献中都有对菌株Lactobacillus plan ta rum TD175的详细介绍。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(六)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。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤(五)中加入碳酸钙保持经糖化的餐厨垃圾的pH值为6.3。其它步骤与实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式进行多组实验。
①枯草杆菌糖化能力对比实验：第一组加入占固体餐厨垃圾质量1％的枯草杆菌(Bacillussubtilis 1.420)；第二组不加枯草杆菌，只有固体餐厨垃圾；两组均不添加乳酸菌与水，其它条件均相同。60h内还原糖浓度如图1所示，说明枯草杆菌具有糖化力，可以糖化餐厨垃圾中的淀粉和纤维素；而且糖化25～35h的糖化率高、餐厨垃圾中还原糖浓度高。
②其它条件相同的情况下不同糖化时间乳酸产量如图2所示。若枯草杆菌的糖化时间过长(如60h)，虽然在乳酸发酵前的初始乳酸浓度较高，但糖化浓度较低。这是因为本实验采取不灭菌的开放式发酵方式，在乳酸菌没成为优势菌群的糖化阶段，已有一部分产生的还原糖被其他杂菌所利用而产乙酸、乙醇等，从而导致后续乳酸发酵所需底物的减少，乳酸产量降低。若枯草杆菌的糖化时间过短(如6h)，枯草杆菌还没有充分产酶促进糖化，糖化浓度较低，使后续乳酸发酵后的最终乳酸浓度也较低。
③通过初始糖化阶段pH的对比实验，数据说明pH值为4.5～5.0乳酸产量高，固体餐厨垃圾的pH值约4.6，所以糖化阶段无需调整pH。
④糖化和乳酸发酵在其它条件相同的情况下，不同温度对还原糖浓度和乳酸浓度的影响如图3所示。糖化温度为35～45℃时乳酸产量高。
⑤在其它条件相同的情况下枯草杆菌不同接种量对乳酸浓度的影响如图4所示。枯草杆菌加入量为餐厨垃圾质量0.8％～1.2％时乳酸浓度高。
⑥在其它条件相同的情况下餐厨垃圾中的加水量不同对乳酸浓度的影响如图5所示。固体餐厨垃圾与所加水的质量比为1∶0.5～1.5时乳酸产量高。

Claims (8)

1.一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸通过以下步骤实现：(一)将餐厨垃圾滤干、粉碎；(二)加入占餐厨垃圾质量0.8％～1.2％的枯草杆菌；(三)加入枯草杆菌的餐厨垃圾在35～45.℃的条件下糖化25～35h；(四)加入固体餐厨垃圾质量0.5～1.5倍的水；(五)加入占固液混合餐厨垃圾质量3％～5％的乳酸菌，并加入碳酸钙保持经糖化的餐厨垃圾的pH值为6.2～6.4，经过糖化的餐厨垃圾在40～50℃的条件下发酵26～30h；(六)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所述的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(四)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所述的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(二)中加入的枯草杆菌为Bacillus subtilis 1.420。
4.根据权利要求1所述的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(五)中加入占固液混合餐厨垃圾质量4.0％的乳酸菌。
5.根据权利要求1所述的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(五)中经过糖化的餐厨垃圾在45℃的条件下发酵28h。
6.根据权利要求1或4所述的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(五)加入的乳酸菌为Lactobacillus plantarum TD175。
7.根据权利要求1所述的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(六)中采用电渗析法提纯已过滤发酵液中的乳酸。
8.根据权利要求1所述的一种枯草杆菌糖化餐厨垃圾发酵生产乳酸的方法，其特征在于步骤(五)中加入碳酸钙保持经糖化的餐厨垃圾的pH值为6.3。
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