CN106047762A - 一种枯草芽孢杆菌及其在餐厨垃圾中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种枯草芽孢杆菌，其分类命名为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY‑4，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，邮编为100101，邮编为100101，保藏编号为：CGMCC NO.12447，保藏日期为2016年5月13日。本发明还提供了该枯草芽孢杆菌在餐厨垃圾处理中的应用。该枯草芽孢杆菌具有高活性蛋白酶、淀粉酶、油脂水解酶活性，降解葡萄糖产酸，具有高耐盐性、耐酸性的嗜热菌，通过与载体的有效结合，可快速高效地将投入餐厨重量减少量达到85％。
Description
技术领域
本发明属于微生物技术领域，尤其涉及一种枯草芽孢杆菌，还涉及该枯草芽孢杆菌在餐厨垃圾处理中的应用。
背景技术
餐厨垃圾主要来源于餐饮经营与居民生活的食物下脚料(厨余)和食用残余(泔脚)。我国由家庭、学校、食堂及餐饮行业产生的餐厨垃圾数量较大，若处理不当，会污染环境、传播疾病、危害人体健康。餐厨垃圾具有高含水量(可达80～95％)、高盐分、高有机质含量、易腐烂发臭和滋生蚊蝇等特点，主要成分为水分、糖类、蛋白质、脂肪、盐分和油脂等。
目前，餐厨垃圾的处理方式主要分为非生物处理(焚烧、脱水、真空油渣等)和生物处理(填埋、堆肥和厌氧消化)。其中，非生物处理方式具有燃烧不充分、能耗大、成本高和效果不佳等特点。生物处理主要利用高蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶活性的菌剂将餐厨垃圾可降解部分降解为水、二氧化碳和有机质，其中水和二氧化碳可散失到空气中，最终可达到餐厨减重量达到90％以上，是餐厨垃圾处理实现无害化、减量化、稳定化和资源化的一种较为理想的处理方法，具有较好的发展前景。高效地餐厨处理微生物菌剂与专业处理设备结合，可以高效、及时和快速地降解餐厨垃圾，处理设备可以放置在餐饮场所、食堂、居民小区及家庭等场所，高效地处理餐厨垃圾，还可以解决相关土地污染、地沟油等环保与食品问题，既环保，又健康。然而，现有生物处理方法效率低，效果差。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种枯草芽孢杆菌。
本发明的第二目的在于提供该枯草芽孢杆菌在餐厨垃圾处理中的应用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种枯草芽孢杆菌，其分类命名为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，邮编为100101，邮编为100101，保藏编号为：CGMCC NO.12447，保藏日期为2016年5月13日。
所述的枯草芽孢杆菌是在餐厨垃圾处理中的应用。
本发明还提供了一种生物处理剂，具体为：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4吸 附于载体上，构成生物处理剂。
优选地，所述枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4和载体的质量比为(1～3):(10～15)。
更优选地，所述载体为质量比(5～10):(1～3):(1～3)的木屑、糠粉和稻壳。
本发明还提供了上述生物处理剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌菌种于LB固体培养基划线培养，然后于液体发酵培养基摇瓶中进行种子培养，再将种子液接种于发酵罐中培养，制成液体微生物菌剂；
(2)将木屑、糠粉和稻壳混匀，得载体材料；
(3)将步骤(1)的液体微生物菌剂与步骤(2)所得载体材料混合，即得生物处理剂。
步骤(1)中，LB固体培养基上培养温度为30℃，培养时间为24h；液体发酵培养基上培养温度为30℃，培养时间为24h，摇瓶转速为130r/min；发酵罐中培养培养条件为：温度：30℃，搅拌速度：130r/min，pH＝6.6～7.2，溶解氧：30％，罐压：0.04MPa，培养时间24h。
本发明还提供了一种餐厨垃圾的处理方法，包括以下步骤：
(1)将上述的生物处理剂置于处理机中，预加热运行6h，同时通风搅拌；
(2)将待处理的餐厨垃圾加入预运行后的处理机中，与生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌。
步骤(1)中，生物处理剂添加量为处理机容量的10～20％；步骤(2)中，好氧发酵温度45～55℃，发酵时间为18～24h。
有益效果：本发明提供的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4具有高活性蛋白酶、淀粉酶、油脂水解酶活性，降解葡萄糖产酸，具有高耐盐性、耐酸性的嗜热菌，通过与载体的有效结合，可快速高效地将投入餐厨重量减少量达到90％。
本发明的餐厨垃圾的处理方法高效快速稳定，处理效果好，可为家庭厨房、餐厅、食堂及其他与食品加工有关的行业服务，具有良好的发展前景。
附图说明
图1是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4在LB培养基生长上生长图；
图2是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4的100倍镜显微图；
图3是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4的降解蛋白试验结果图；
图4是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4的淀粉分解试验结果图；
图5是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4的油脂分解试验结果图；
图6是枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4在8％NaCl的LB培养基生长图。
具体实施方式
下面结合实验例详细阐述本发明枯草芽孢杆菌的应用。
本发明中，
LB固体培养基配方：胰蛋白胨10g，酵母粉5g，NaCl 10g，琼脂粉15～20g，定容至1L，用NaOH调pH至7.2。
液体发酵培养基配方：玉米粉10g，黄豆粉5g，葡萄糖5g，蛋白胨2g，NaCl 1g，K2HPO41g，MgSO4·7H2O 0.2g，定容至1L，自然pH。
实施例1枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4的分离筛选
本发明枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4的分离过程：称取镇江句容种植葡萄根际土壤10g，加入90mL无菌水中，得10-1稀释液，于30℃摇床中130r/min，培养2～3h，继续加入无菌水稀释，分别得到10-5，10-6，10-7，10-8的稀释液，分别取200uL上述稀释液于LB平板上涂布，30℃培养48h，挑取单菌落接种于LB固体培养基斜面上保存。
枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4的生理活性特征如下：
a、形态特征：革兰氏染色为阳性，呈杆状，有芽孢产生，芽孢呈椭圆形。在LB固体培养基上菌落表面粗糙有褶皱不透明，边缘不整齐，乳白色至微黄色；
b、生理生化特征：如表1结果，此枯草芽孢杆菌可产蛋白酶、淀粉酶、脂肪水解酶、明胶酶等，可在55℃、8％NaCl、pH＝5.0下生长；
c、测序结果：将枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4菌株委托上海生工生物工程股份有限公司进行16S rDNA测序，在NCBI网址中进行BLAST比对。结果显示与登录号GB_GU045558的Bacillus subtilisbs-k1的16S rDNA序列相似度达到99％，结合该菌株的形态特征和生理生化分析，将该菌株鉴定为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。
表1 CY-4菌株的生理生化试验结果
注：+为阳性，-为阴性
实施例2含枯草芽孢杆菌菌剂的生物处理剂的制备及与餐厨垃圾中的应用
含枯草芽孢杆菌生物处理剂的制备：
(1)将枯草芽孢杆菌于LB固体培养上，30℃培养24h；接种于发酵液体摇瓶中，30℃，130r/min下震荡培养24h，形成种子液；
将种子液按1:400的体积比例接种到发酵罐中的培养料中进行发酵生产，发酵罐的基本工作参数为：温度：30～35℃，搅拌速度：130r/min，pH＝6.6～7.2，溶解氧：30％，罐压：0.04MPa；发酵24h后终止发酵，再6000r/min离心10min，取沉淀物用无菌水稀释制成菌剂；检测得菌剂中活菌的浓度为6.3×109CFU/mL；
(2)将木屑、糠粉和稻壳按照质量比5:2:2制成载体；
(3)按照微生物菌剂和载体的质量比为1:10于机器中搅拌混合吸附后于低温条件(45℃以下)进行烘干，保证菌剂水分在10％左右，即为生物处理剂成品。
生物处理剂对餐厨垃圾处理后重量减量效率试验：
(1)餐厨垃圾的组成：食堂剩下的饭菜，去除塑料或骨头等大块、坚硬的部分；
(2)将上述方法制得的生物处理剂应用于餐厨垃圾的处理：预加热运行6h，同时通风搅拌；将待处理的餐厨垃圾10kg加入预运行后的处理机中，与生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌；生物处理剂添加量为6.13kg，好氧发酵温度45～55℃发酵时间为24h，持续通风，电机持续正转5min，停60s，反转5min，停60s，循环执行；试验持续5d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；
(3)测定餐厨垃圾减量效果，计算方法如下：
其中，A为加入餐厨垃圾前餐厨处理机重量与生物处理剂总重(kg)；B为加入餐厨垃圾总重(kg)；C为处理后餐厨处理机器与内容物总重(kg)；
称量未加餐厨垃圾时处理机和生物处理剂的重量为126.13kg(A)，每天加入10kg餐厨垃圾，连续投入5d，总投入50kg(B)，5d后再称量处理机及内容物总重为130.53kg(C)；
根据公式计算出处理机运行5d后餐厨垃圾重量平均减量效率为91.20％。
实施例3含枯草芽孢杆菌菌剂的生物处理剂的制备及与餐厨垃圾中的应用
该实施例与实施例2基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中，木屑、糠粉和稻壳的质量比为8:1:1；步骤(3)中，微生物菌剂和载体的质量比为2:15。
生物处理剂对餐厨垃圾处理后重量减量效率试验：
(1)餐厨垃圾的组成：食堂剩下的饭菜，去除塑料或骨头等大块、坚硬的部分；
(2)将上述方法制得的生物处理剂应用于餐厨垃圾的处理：预加热运行6h，同时通风搅拌；将待处理的餐厨垃圾10kg加入预运行后的处理机中，与生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌；生物处理剂添加量为7.23kg，好氧发酵温度45～55℃发酵时间为24h，持续通风，电机持续正转5min，停60s，反转5min，停60s，循环执行；试验持续10d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；
(3)测定餐厨垃圾减量效果，计算方法如下：
其中，A为加入餐厨垃圾前餐厨处理机重量与生物处理剂总重(kg)；B为加入餐厨垃圾总重(kg)；C为处理后餐厨处理机器与内容物总重(kg)；
称量未加餐厨垃圾时处理机和生物处理剂的重量为127.23kg(A)，每天加入10kg餐厨垃圾，连续投入10d，总投入100kg(B)，10d后再称量处理机及内容物总重为136.40kg(C)；
根据公式计算出处理机运行10d后餐厨垃圾重量平均减量效率为90.80％。
实施例4含枯草芽孢杆菌菌剂的生物处理剂的制备及与餐厨垃圾中的应用
该实施例与实施例2基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中，木屑、糠粉和稻壳的质量比为6:2:3；步骤(3)中，微生物菌剂和载体的质量比为1:13。
生物处理剂对餐厨垃圾处理后重量减量效率试验：
(1)餐厨垃圾的组成：食堂剩下的饭菜，去除塑料或骨头等大块、坚硬的部分；
(2)将上述方法制得的生物处理剂应用于餐厨垃圾的处理：预加热运行6h，同时通风搅拌；将待处理的餐厨垃圾10kg加入预运行后的处理机中，与生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌；生物处理剂添加量为8.45kg，好氧发酵温度45～55℃发酵时间为24h，持续通风，电机持续正转5min，停60s，反转5min，停60s，循环执行；试验持 续20d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；
(3)测定餐厨垃圾减量效果，计算方法如下：
其中，A为加入餐厨垃圾前餐厨处理机重量与生物处理剂总重(kg)；B为加入餐厨垃圾总重(kg)；C为处理后餐厨处理机器与内容物总重(kg)；
称量未加餐厨垃圾时处理机和生物处理剂的重量为128.45kg(A)，每天加入10kg餐厨垃圾，连续投入20d，总投入200kg(B)，20d后再称量处理机及内容物总重为145.39kg(C)；
根据公式计算出处理机运行20d后餐厨垃圾重量平均减量效率为91.53％。
实施例5含枯草芽孢杆菌菌剂的生物处理剂的制备及与餐厨垃圾中的应用
该实施例与实施例2基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中，木屑、糠粉和稻壳的质量比为5:1:3；步骤(3)中，微生物菌剂和载体的质量比为1:15。
生物处理剂对餐厨垃圾处理后重量减量效率试验：
(1)餐厨垃圾的组成：食堂剩下的饭菜，去除塑料或骨头等大块、坚硬的部分；
(2)将上述方法制得的生物处理剂应用于餐厨垃圾的处理：预加热运行6h，同时通风搅拌；将待处理的餐厨垃圾10kg加入预运行后的处理机(处理剂容量为100kg)中，与生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌；生物处理剂添加量为6.85kg，好氧发酵温度45℃发酵时间为24h，持续通风，电机持续正转5min，停60s，反转5min，停60s，循环执行；试验持续15d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；
根据公式计算出处理机运行15d后餐厨垃圾重量平均减量效率为91.64％。
实施例6含枯草芽孢杆菌菌剂的生物处理剂的制备及与餐厨垃圾中的应用
该实施例与实施例2基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中，木屑、糠粉和稻壳的质量比为10:3:1；步骤(3)中，微生物菌剂和载体的质量比为3:10。
生物处理剂对餐厨垃圾处理后重量减量效率试验：
(1)餐厨垃圾的组成：食堂剩下的饭菜，去除塑料或骨头等大块、坚硬的部分；
(2)将上述方法制得的生物处理剂应用于餐厨垃圾的处理：预加热运行6h，同时通风搅拌；将待处理的餐厨垃圾20kg加入预运行后的处理机(处理剂容量为100kg)中，与 生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌；生物处理剂添加量为7.53kg，好氧发酵温度55℃发酵时间为18h，持续通风，电机持续正转5min，停60s，反转5min，停60s，循环执行；试验持续21d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；
根据公式计算出处理机运行，21d后餐厨垃圾重量平均减量效率为92.02％。
实施例7含枯草芽孢杆菌菌剂的生物处理剂的制备及与餐厨垃圾中的应用
该实施例与实施例2基本相同，不同之处仅在于：步骤(2)中，木屑、糠粉和稻壳的质量比为7:2:2；步骤(3)中，微生物菌剂和载体的质量比为2:13。
生物处理剂对餐厨垃圾处理后重量减量效率试验：
(1)餐厨垃圾的组成：食堂剩下的饭菜，去除塑料或骨头等大块、坚硬的部分；
(2)将上述方法制得的生物处理剂应用于餐厨垃圾的处理：预加热运行6h，同时通风搅拌；将待处理的餐厨垃圾10kg加入预运行后的处理机(处理剂容量为100kg)中，与生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌；生物处理剂添加量为6.52kg，好氧发酵温度50℃发酵时间为24h，持续通风，电机持续正转5min，停60s，反转5min，停60s，循环执行；试验持续，10d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；
根据公式计算出处理机运行10d后餐厨垃圾重量平均减量效率为91.15％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种枯草芽孢杆菌，其分类命名为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4，保藏在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所，邮编为100101，邮编为100101，保藏编号为：CGMCC NO.12447，保藏日期为2016年5月13日。
2.权利要求1所述的枯草芽孢杆菌在餐厨垃圾处理中的应用。
3.一种生物处理剂，其特征在于：枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CY-4吸附于载体上，构成生物处理剂。
4.如权利要求3所述的一种生物处理剂，其特征在于：所述枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)CY-4和载体的质量比为(1～3):(10～15)。
5.如权利要求3所述的一种生物处理剂，其特征在于：所述载体为质量比(5～10):(1～3):(1～3)的木屑、糠粉和稻壳。
6.权利要求2至5所述的生物处理剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将枯草芽孢杆菌菌种于LB固体培养基划线培养，然后于液体发酵培养基摇瓶中进行种子培养得种子液，再将种子液接种于发酵罐中培养，制成液体微生物菌剂；
(2)将木屑、糠粉和稻壳混匀，得载体材料；
(3)将步骤(1)的液体微生物菌剂与步骤(2)所得载体材料混合，即得生物处理剂。
7.如权利要求6所述的生物处理剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，LB固体培养基上培养温度为30℃，培养时间为24h；液体发酵培养基上培养温度为30℃，培养时间为24h，摇瓶转速为130r/min；发酵罐中发酵条件为：温度：30℃，pH＝6.6～7.2，搅拌速度：130r/min，溶解氧：30％，罐压：0.04MPa，培养时间24h。
8.一种餐厨垃圾的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将权利要求2至5任一项所述的生物处理剂置于处理机中，预加热运行6h，同时通风搅拌；
(2)将待处理的餐厨垃圾加入预运行后的处理机中，与生物处理剂混合进行好氧发酵，同时通风搅拌。
9.根据权利要求8所述的一种餐厨垃圾的处理方法，其特征在于：步骤(1)中，生物处理剂添加量为处理机容量的10～20％；步骤(2)中，好氧发酵温度45～55℃，发酵时间为18～24h。
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