CN101358171B - 一种用于餐厨垃圾预处理的复合菌剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合菌剂及其制备方法及其在餐厨垃圾预处理方面的应用。所述复合菌剂中活性组分为嗜热脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、发酵单胞菌、土壤杆菌、酿酒酵母和假丝酵母，所述组分按嗜热脂肪芽孢杆菌15～30％、地衣芽孢杆菌10～25％、发酵单胞菌10～25％、土壤杆菌10～25％、酿酒酵母15～30％、假丝酵母10～25％混合。所述复合菌剂按以下方法制备：将4℃保存的上述菌种分别接种到普通肉汤液体培养基，接种量为0.1％(v/v)，在28～37℃下活化培养8-18小时；然后分别转接普通肉汤液体培养基，在28～34℃下培养8-18小时，接种量为0.1～0.5％(v/v)，培养后将各菌液按上述比例混合。本发明可以用于餐厨垃圾的预处理，能抑制餐厨垃圾中病原微生物的繁殖，减少垃圾的变质发臭，便于其后续处理，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合菌剂及其制备方法和应用，特别是涉及一种复合菌剂及其制备方法及其在餐厨垃圾预处理方面的应用。
背景技术
餐厨垃圾俗称泔水，是厨房、餐饮行业等在食物加工和餐桌剩余食物中的废料及残余物。餐厨垃圾大部分呈固液混合态，化学成分复杂，主要包括水、无机盐和各种大分子有机物(如蛋白质、脂肪、纤维素和淀粉)。餐厨垃圾含有丰富的各类营养物质，同时带有多种微生物，在储存、运输过程中，微生物的活动容易引起餐厨垃圾的腐败变质。较常见的作用菌有腐败希瓦氏菌、产碱杆菌、沙雷氏菌、微球菌属、无色杆菌属、黄杆菌属、短小芽孢杆菌、假单胞菌属、片球菌属及一些霉菌(曲霉、毛霉、根霉)。这些微生物以餐厨垃圾为培养基生长繁殖，分泌大量酶类。如蛋白酶可分解蛋白质，使肉类组织变软被破坏、产生大量过度的分解蛋白质，同时自溶游离出来肽和氨基酸，并进一步发生脱羧、脱氨反应，产生吲哚、硫醇、氨、甲胺、硫化氢和粪臭素等有臭味物质，同时使餐厨垃圾发生颜色变化，如变暗褐色、发绿等。对脂肪的变化是，餐厨垃圾中的鱼、肉类等含有大量的不饱和脂肪酸及饱和脂肪酸，这些脂肪酸在有氧的情况下会发生氧化降解。对不饱和脂肪酸，首先发生的是自动氧化反应，生成氢过氧化物及环状过氧化物；饱和脂肪酸发生的是β-氧化降解，在光、热、pH及金属离子作用下，分解生成各种低分子化合物，如醛、酮、酸、醇等，并产生较强烈的油哈味。由于餐厨垃圾含有大量有机物，营养丰富，如果在运输、储存过程中处理不当，极有可能成为各种病原微生物及蝇虫繁殖滋生的场所，散发出异味并导致疾病的传播，不仅对环境造成极大的危害，对人类健康也是一种潜在的威胁。
餐厨垃圾无害化处理是摆在各国政府面前的一个普遍性难题，各国政府都采取了一定措施，使餐厨垃圾处理向无害化、减量化、资源化发展，并且取得了一定的效果。专利申请号为200410014201.3的专利申请公开了一种有机废弃物快腐菌剂及其构建方法，所述快腐菌剂包括细菌、放线菌、真菌等不同类群的微生物，不同微生物间具有良好的协同作用，所述菌剂直接以复合菌的形式分离筛选木质纤维素分解菌群而得，对作物秸秆、畜禽粪便、生活垃圾等有机废弃物具有高效稳定的降解机能。专利申请号为200410073014.2的专利申请公开了一种高效微生物复合菌剂处理城市生活垃圾的技术，用接种微生物复合菌剂在好氧动态发酵条件下处理生活垃圾，依次将生活垃圾分拣、粉碎、接种高效微生物复合菌剂、在动态好氧条件下发酵。所述的微生物复合菌剂主要包括有蛋白质降解菌、纤维素降解菌。上述技术均以整个生活垃圾的有机物为作用底物，生物处理目的范围宽泛，菌种作用底物不具体，针对性较差，难免产生垃圾处理不彻底的结果，用于餐厨垃圾的处理则存在餐厨垃圾处理不及时、各种微生物大量繁殖、变质发臭等问题，难以达到理想的效果。
发明内容
针对现有技术的缺点，发明人筛选得到的包括多种具有分解脂肪、蛋白质、纤维素等大分子有机物以及具有除臭能力的菌种的复合菌剂，利用上述复合菌剂对餐厨垃圾进行了预处理，可以抑制餐厨垃圾中病原微生物的繁殖，减少垃圾的变质发臭，便于餐厨垃圾的运输、存储及其后续处理。
本发明的目的是提供一种用于餐厨垃圾预处理的微生物复合菌剂。
本发明的另一个目的是提供一种用于餐厨垃圾预处理的微生物复合菌剂的制备方法。
本发明还有一个目的是提供一种上述复合菌剂应用在餐厨垃圾预处理方面的应用。
本发明提供了一种用于餐厨垃圾预处理的微生物复合菌剂，所述复合菌剂中的活性组分为嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、发酵单胞菌(Zymomonas)、土壤杆菌(Agrobacterium sp)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和假丝酵母(Candidadattila dattila)，其混合比例为：嗜热脂肪芽孢杆菌15～30％、地衣芽孢杆菌10～25％、发酵单胞菌10～25％、土壤杆菌10～25％、酿酒酵母15～30％、假丝酵母10～25％。
在上述复合菌剂中，优选的混合比例为：嗜热脂肪芽孢杆菌30％、地衣芽孢杆菌15％、发酵单胞菌12％、土壤杆菌13％、酿酒酵母20％、假丝酵母10％。
在上述复合菌剂中，嗜热脂肪芽孢杆菌具有的较强分解脂肪的能力，可以使餐厨垃圾中较多的脂肪降解为脂肪酸和甘油；甘油再经磷酸化和脱氢反应，转变成磷酸二羟丙酮，纳入糖代谢途径；脂肪酸再由其他生物酶的作用下，进一步分解成小分子营养物质或者彻底氧化分解成二氧化碳和水。地衣芽孢杆菌对餐厨垃圾中的致病菌有很强的拮抗作用，并对复合菌剂中的其他有效菌有促进生长作用，从而可调整餐厨垃圾中的微生物数量和比例，进一步减少餐厨垃圾对环境和人畜的生物危害。土壤杆菌可广泛利用碳水化合物、有机酸盐和氨基酸作为碳源，对降解餐厨垃圾中丰富的碳水化合物、有机酸盐和蛋白质具有重要的作用。酿酒酵母和假丝酵母可降低、消除餐橱垃圾转运、存放中的异味，通过有益菌的前处理过程，可有效地发酵、分解餐橱垃圾中的蛋白质、脂肪、多醣类物质等种物质，产生利于动植物吸收转化的小分子营养物质(如胨、肽、各种氨基酸、单糖、双糖、及各种维生素等)，也能分解餐橱垃圾中的有毒有害物质。发酵单胞菌与上述各菌具有协同作用，可促进其他各菌的代谢活性。
制备本发明所述的复合菌剂的步骤如下：将4℃保存的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、发酵单胞菌(Zymomonas)、土壤杆菌(Agrobacterium sp)、酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)和假丝酵母(Candida dattila dattila)分别接种到普通肉汤液体培养基，接种量为0.1％(v/v)，在28～37℃下活化培养8-18小时；然后分别转接到普通肉汤液体培养基，在28～34℃下培养8-18小时，接种量为0.1～0.5％(v/v)，培养后将各菌液按上述比例混合。
本发明所述复合菌剂可以用于餐厨垃圾的预处理，并可根据处理季节、处理条件、餐厨垃圾容器的不同调整使用量及处理时间，以获得更好的处理效果。
本发明所述复合菌剂应用于处理餐厨垃圾具有以下优点：
1.可使餐厨垃圾在较高的温度下长时间(24小时内)不腐败变质、形状正常且无异味；
2.可使餐厨垃圾中较大分子的有机物降解为小分子物质，端产品提供更多的营养物质；
3.在环境保护、餐厨垃圾处理除臭方面会有更大的作用等。
通过实施例的方式可进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述实施例范围之中。
具体实施方式：
实施例1
将4℃保存的嗜热脂肪芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、发酵单胞菌、土壤杆菌、酿酒酵母和假丝酵母分别接种到普通肉汤液体培养基，接种量为0.1％(v/v)，在28～37℃下活化培养8-18小时；然后分别转接到普通肉汤液体培养基，在28～34℃下培养8-18小时，接种量为0.1～0.5％(v/v)。养后将各菌液按下述比例混合：嗜热脂肪芽孢杆菌15％、地衣芽孢杆菌15％、发酵单胞菌12％、土壤杆菌18％、酿酒酵母25％、假丝酵母15％，制得实施例1的复合菌剂。
实施例2
重复实施例1的制备步骤，活化培养后将各菌液按下述比例混合：嗜热脂肪芽孢杆菌20％，地衣芽孢杆菌17％，发酵单胞菌13％，土壤杆菌15％，酿酒酵母19％，假丝酵母16％的比例，制得实施例2的复合菌剂。
实施例3
重复实施例1的制备步骤，活化培养后将各菌液按下述比例混合：嗜热脂肪芽孢杆菌30％，地衣芽孢杆菌15％，发酵单胞菌12％，土壤杆菌13％，酿酒酵母20％，假丝酵母10％的比例，制得实施例3的复合菌剂。
实施例4
该实施例为本发明的应用实施例。将本发明的复合菌剂应用到餐厨预处理时，可将复合菌剂用自来水稀释50～100倍制得复合菌剂菌液，用液体喷雾装置(如喷壶或喷枪)喷洒到处理对象(餐厨垃圾表面或其容器内表面)上，例如：
1.使用餐厨垃圾收集桶或其他收集器皿时，在餐厨垃圾收集前，用液体喷雾装置喷洒复合菌剂菌液于餐厨垃圾桶的内部表面，一次性喷洒量20～30ml(餐厨垃圾桶容量按100L计)，夏季温度较高条件下，在餐厨产生后6小时内喷洒；春秋季节温度条件下，在餐厨产生后10小时内喷洒；冬季温度较低条件下，在餐厨产生后12小时内喷洒。
2.使用餐厨垃圾收集桶或其他收集器皿时，待餐厨垃圾收集后，用液体喷雾装置喷洒复合菌剂菌液于餐厨垃圾表面，一次性喷洒量30～40ml(餐厨垃圾桶容量按100L计)，夏季温度较高条件下，在餐厨产生后6小时内喷洒；春秋季节温度条件下，在餐厨产生后10小时内喷洒；冬季温度较低条件下，在餐厨产生后12小时内喷洒。
3.在没有餐厨垃圾收集装置或餐厨垃圾直接堆放的场所，用液体喷雾装置，直接将复合菌剂菌液喷洒于餐厨垃圾表面，一次性喷洒量400～500ml/吨餐厨垃圾，夏季温度较高条件下，在餐厨产生后6小时内喷洒；春秋季节温度条件下，在餐厨产生后10小时内喷洒；冬季温度较低条件下，在餐厨产生后12小时内喷洒。
试验例1复合菌剂处理餐厨垃圾微生物指标检测
将当日餐厨垃圾滤去多余水分，挑出塑料袋、砖头、金属等不可降解杂物，混合均匀，分成四组，设对照组、实施例1组、实施例2组和实施例3组，分别盛于5L塑料桶中，每桶放餐厨垃圾2.0～3.0kg。将实施例1、2和3制得的复合菌剂分别加入实施例1组、实施例2组和实施例3组的餐厨垃圾中，每桶接种量为10～15ml，对照组加入等量生理盐水。四组均于34℃左右条件下，恒温培养箱培养，分别于0、4和8小时取样，倍比稀释测定细菌数、酵母数和芽孢菌数，记录结果如下：
表1
由上表可以看出，餐厨垃圾中通过接种三种不同配比的复合菌剂，在不同时间段，实施例1、2、3处理组餐厨垃圾较对照组在细菌和酵母菌数量上都有不同的增加，说明复合菌剂在餐厨垃圾中有较好的生长繁殖，对餐厨垃圾处理在菌剂上有了前提基础，通过下面的试验例可进一步证实复合菌剂对餐厨垃圾的实际处理效果。
试验例2复合菌剂处理餐厨垃圾理化指标检测试验
餐厨垃圾分组、处理同试验例1，分别于0、8和24小时取样测定脂肪和蛋白质的含量，并对各个时期的餐厨垃圾的形态、气味、色泽等特征做记录。脂肪含量测定方法：参照GB/T5009.6-2003方法中索氏抽提法，利用SZC-C脂肪测定仪乙醚作为提取剂，分别测定各组不同时间餐厨垃圾中脂肪含量。粗蛋白含量测定方法：参照GB/T6432-94方法用KDY-9820型凯氏定氮仪，分别测定各组不同时间餐厨垃圾中粗蛋白含量。
表2
加入复合菌剂后的餐厨垃圾(实施例1、2、3组)，由于有益菌的生长繁殖成了优势菌群，有效的抑制了某些腐败菌类的活动，使餐厨垃圾在34℃下24小时不变质，同时还产生了很多小分子有机后端物质，在废物再利用循环经济链条上起到了更大的作用。
由表3可以看出，与对照组相比，实施例1、2、3处理组餐厨垃圾中粗脂肪、粗蛋白含量在8、24h时均有不同降低，尤其是粗脂肪含量降幅多大71.7％，相比对照组粗脂肪含量则基本没有变化。这对减少餐厨垃圾异味，对餐厨垃圾后续处理及应用都具有重大意义。
试验例3复合菌剂预处理餐厨垃圾肠道致病菌检测试验
餐厨垃圾分组、处理、组别、接入等同实试验例1，于34℃左右放置24小时，取样进行沙门氏菌属(Salmonella Lignieres)、志贺氏菌属(ShigellaCastellani and Chalmers)、金黄色葡萄球菌(Staphyloccocus aureusRosenbach)、大肠杆菌(Escherichia coli)、肉毒梭菌(Clostridium botlinum)检验，分别参照以下方法：沙门氏菌，参照GB/T4789.4-2003；志贺氏菌，参照GB/T4789.5-2003；金黄色葡萄球菌，参照GB/T4789.10-2003；肉毒梭菌，参照GB/T4789.12-2003和SN/T0865-2000规定方法。
表3
| 组次 | 沙门氏菌属 | 志贺氏菌属 | 金黄色葡萄球菌 | 大肠杆菌 | 肉毒梭菌 |
| 对照组(MPN) | 1/20几率 | - | 230 | 1/10几率 | - |
| 实施例1 | - | - | - | - | |
| 实施例2 | - | - | - | - | |
| 实施例3 | - | - | - | - |
注：-表示未检出。
在使用实施例1-3制备的复合菌剂处理的餐厨垃圾中均没有肠道致病菌、沙门氏菌属、志贺氏菌属、金黄色葡萄球菌和肉毒梭菌的检出。而对照组沙门氏菌属、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有检出，志贺氏菌属检出几率较低，实施中未检出；肉毒梭菌是严格的厌氧菌，在餐厨垃圾中不适合(即没有)生长繁殖环境，因而也未检出。该实验结果说明本发明复合菌剂处理餐厨垃圾在肠道致病菌上符合安全要求。
试验例4复合菌剂对小白鼠急性经口毒性试验
受试物：实施例2复合菌剂
受试动物：昆明种小鼠(中国药品生物制品检定所实验动物中心提供)，体重18～22g，试验前禁食14h，自由饮水。
试验方法：雌、雄小鼠各10只，按性别分笼群养，采用一次经口灌胃方式，按照0.2ml/10g体重计算灌胃量，灌胃复合菌剂。
观察指标：灌胃后，观察小鼠的一般状况、中毒症状和死亡情况，观察期限两周，观察期内每周称量体重一次。试验结束时所有小鼠解剖，记录小鼠脏器病理变化，根据急性毒性分级标准进行急性毒性分级。
试验结果：灌胃后，小鼠无任何中毒症状及死亡情况出现，未见任何脏器病理变化，小鼠体重呈增加趋势。复合菌剂对雄、雌小白鼠经口LD50>20ml/kg体重，属于无毒级。
试验例5复合菌剂对家兔急性皮肤刺激性试验
受试物：实施例2复合菌剂
受试动物：普通级新西兰种家兔(中国疾病预防控制中心传染病预防控制所实验动物中心提供)，雌、雄各2只，体重雄性2.2～2.3kg，雌性2.1～2.3kg。
试验方法：试验前24h，将动物背部脊柱两侧毛剪掉，范围左右各约3×3cm。取复合菌剂0.5ml直接涂抹于动物皮肤上，然后用两层纱布和一层玻璃纸覆盖，再用无刺激性胶布和绷带加以固定，另一侧皮肤最为对照，时间4h。然后用温水清洗以除去残留受试物。于清除受试物后的1、24、48、72h观察涂抹部位皮肤的反应。
试验结果：复合菌剂对家兔一次性接触均为未引起家兔皮肤刺激反应，属于无刺激性。
Claims (4)
1.一种复合菌剂，其特征在于所述复合菌剂的活性组分为嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、发酵单胞菌(Zymomonas)、土壤杆菌(Agrobacterium sp)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和假丝酵母(Candida dattila dattila)，所述活性组分的混合比例为：嗜热脂肪芽孢杆菌15～30％、地衣芽孢杆菌10～25％、发酵单胞菌10～25％、土壤杆菌10～25％、酿酒酵母15～30％、假丝酵母10～25％。
2.根据权利要求1所述的复合菌剂，其特征在于所述活性组分的混合比例为：嗜热脂肪芽孢杆菌30％、地衣芽孢杆菌15％、发酵单胞菌12％、土壤杆菌13％、酿酒酵母20％、假丝酵母10％。
3.权利要求1或2所述的复合菌剂的制备方法，其特征在该方法包括以下步骤：将4℃保存的嗜热脂肪芽孢杆菌(Bacillus stearothermophilus)、地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)、发酵单胞菌(Zymomonas)、土壤杆菌(Agrobacterium sp)、酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和假丝酵母(Candidadattila dattila)分别接种到普通肉汤液体培养基，接种量为0.1％(v/v)，在28～37℃下活化培养8-18小时；然后分别转接到普通肉汤液体培养基，在28～34℃下培养8-18小时，接种量为0.1～0.5％(v/v)，培养后将各菌液按上述比例混合。
4.权利要求1或2所述的复合菌剂在餐厨垃圾预处理方面的应用。
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Date of cancellation: 20150212 Granted publication date: 20100714 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING GOLDENWAY BIO-TECH Co.,Ltd. Registration number: 2013990000470 |
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Denomination of invention: Complex bacteria for preprocessing of restaurant garbage, preparation method and application thereof Effective date of registration: 20150215 Granted publication date: 20100714 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING GOLDENWAY BIO-TECH Co.,Ltd. Registration number: 2015990000154 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20170918 Granted publication date: 20100714 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING GOLDENWAY BIO-TECH Co.,Ltd. Registration number: 2015990000154 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A compound microbial agent for the pretreatment of food waste and its preparation method and Application Effective date of registration: 20200730 Granted publication date: 20100714 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Goldenway Bio-Tech Co.,Ltd. Registration number: Y2020990000853 |
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Addressee: Zhang Lin Document name: payment instructions |
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Addressee: Zhang Lin Document name: Notice of conformity |
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Date of cancellation: 20230724 Granted publication date: 20100714 Pledgee: Beijing ustron Tongsheng financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING GOLDENWAY BIO-TECH Co.,Ltd. Registration number: Y2020990000853 |