CN106282056A - 一种利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌的方法，所述方法包括获取固态食物餐饮垃圾置于敞口容器中，按固液体积比1：2～20的比例在敞口容器中添加自来水，并在20～45℃条件下，对其进行曝气或搅动至腐烂发出氨臭味；使其总氮浓度在298～1720mg/L，总磷浓度在42～410mg/L后移至透明容器中，并用自来水稀释至总氮含量在298～493mg/L，总磷浓度在42～117mg/L；然后加入钙盐、镁盐和铁盐的矿物质混合物，培育至出现暗红色红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。本发明以餐饮垃圾为廉价的培养基基础物质，提供一种利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌的方法。

Description

一种利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法
技术领域
本发明涉及水体微生物的培育方法，具体涉及一种利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌的方法。
背景技术
光合细菌尤其是红假单胞菌属光合细菌目前在水处理、水产养殖等领域应用较多，其具有多种功能，如将氨态氮、硫化氢和其他有害物质吸收而净化水质、作为培养浮游动物的饵料、作饲料添加剂等，并且光合细菌能产生氢气，从而在新能源研究方面很有意义。目前广泛利用的光合细菌液体培养基主要成分是乙酸钠、酵母膏、硫酸镁、氯化铵、磷酸二氢钾和水等，而固体培养基主要成分是牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂和水等。随着水产养殖业对光合细菌需求的增大，市场上出现了较多的光合细菌生产厂家，其均能通过一定的方法实现光合细菌的规模化高密度生产，但其培养基配方是保密的。
餐饮垃圾的主要成份是米、面、淀粉类以及骨、肉、油、皮、刺、鳞等，其中富含维生素、淀粉、蛋白质、油脂、食用纤维、脂肪酸、糖、盐等营养物质，以及钙、钠、镁、钾、铁等矿物质。餐饮垃圾在我国的产量很大，而大量餐饮垃圾的产生和未及时处理对餐饮业发达的城市造成了多种危害，尤其是在高温季节危害更为严重，如污染水环境、导致空气变臭、增加蝇虫、传播疾病等。目前我国的餐饮垃圾处理的主要方向是饲料化、能源化。
由于餐饮垃圾中含有丰富的淀粉、蛋白质、油脂等营养物质，是值得开发的资源，针对目前还没有相应的利用餐饮垃圾培育光合细菌的现状，本发明在大量研究的基础上发现了红假单胞菌属光合细菌对营养物质的需求特征，同时发现餐饮垃圾可以作为廉价的培养基基础物质，提供一种利用固态食物餐饮垃圾培育红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌的方法。
为了实现以上技术效果，本发明是通过如下步骤实现：
本发明利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法包括如下步骤：
S1、获取固态食物餐饮垃圾置于敞口容器中，按固液体积比1：2～20的比例在敞口容器中添加自来水，制得餐饮垃圾的固液混合物。所述固态食物餐饮垃圾为将餐饮垃圾中非食物类垃圾去除，留下食物类垃圾，并过滤或倒掉上层液体后得到的；所述餐饮垃圾包括米饭、面食、鱼、肉、蛋、蔬菜、水果、食盐、做菜的作料、骨头、汤中的一种或几种。
S2、保持温度为20～45℃，对步骤S1中的固液混合物进行曝气或搅动，直至腐烂形成发出氨臭味的悬浮态混合物；此时沉底的表层的固态食物垃圾的会腐烂变得细腻，有粒径小于20μm的颗粒出现。所述悬浮态混合物的总氮浓度在298～1720mg/L，总磷浓度在42～410mg/L。曝气或搅动的时间为30～60天。所述曝气为气石曝气；所述搅动方式为电转子搅拌。
S3、将步骤S2中的悬浮态混合物移至透明容器中，并用自来水稀释至总氮浓度为298～493mg/L，总磷浓度为42～117mg/L，制得稀释悬浮态混合物。形成更适宜的光合细菌的生长环境。这时也可以将制得的稀释悬浮态混合物用50-200目的滤网进行过滤，除去大颗粒物质。所述透明容器的材料为普通玻璃、有机玻璃、透明塑料或其他透光材质。
S4、加入钙盐、镁盐和铁盐的矿物质混合物至步骤S3中的稀释后的悬浮态混合物中；所述矿物质混合物质量与所述稀释的悬浮态混合物体积的比例为30～50g:10L。光合细菌的生长不只是需要氮、磷元素以及一些有机质降解后产生的维生素、氨基酸等，光合细菌高密度的快速生长还需要相应浓度的矿物盐。
S5、在保证每个白天最大光照度为500～20000Lux，且每个白天这个范围内光照的时间在8个小时以上、混合物每天的温度为20～45℃时，步骤S4中制得的含矿物质混合物将培育出浮游状态生长和附着状态生长的暗红色红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。
步骤S3中，步骤S4中，所述矿物质混合物是由质量比为20～28:8～12:1:3～8的一水磷酸二氢钙、乳酸钙、柠檬酸铁和七水硫酸镁组成的。这样比例的矿物盐配比，光合细菌的快速生长效果最好。
步骤S4中，所述矿物质混合物质量与所述稀释悬浮态混合物体积的比例为30～50g:10L。在上面矿物质配比的基础上，该矿物质的质量与所述稀释悬浮态混合物体积的比例为40g:10L，光合细菌的生长速度最快。
步骤S5中，所述培育时间为10～15天。
在步骤S2和步骤S5中，所述保持温度为26～45℃。温度越高，光合细菌的生长速度越快。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的红假单胞菌属光合细菌的培养过程简单、原料廉价易得、便于实施，培养成本低，经济效益大。
2、本发明的培养方法无需在实验过程中接种红假单胞菌属光合细菌做菌种，节约了劳动成本和前期资金。
3、本发明培育的红假单胞菌属光合细菌浓度高，浮游状态生长的光合细菌密度达到1.0×1013cells/L以上，而附着状态生长在容器内壁上的光合细菌呈浓浆状，无需浓缩可直接刮取下来使用，大大方便了光合细菌的收获和进一步利用。
4、能实现餐饮垃圾的资源化利用，为餐饮垃圾的资源化开发提供了好的前景和途径。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
实施例1
在温暖的5月，获取饭店餐饮垃圾，并将其中纸巾、筷子、塑料袋等非食物类去除，其中主要含有米饭、面条，并有一些猪肉、剩鱼、蛋壳、猪骨头、鱼刺、蔬菜等。将其中明显的汤水倒掉，保留湿润的固态物2.5L，添加到高约30cm的5L广口玻璃瓶中，然后添加自来水至总体积5L。将玻璃瓶放置在玻璃温室中，玻璃温室的顶部有可拉动的浅灰色帘布用于调控光照度。然后利用1个长5cm，直径3cm气石对玻璃瓶中曝气，曝气强度以能搅起餐饮垃圾中的部分米饭粒为准，但又不让瓶中餐饮垃圾飞溅出来。曝气期间瓶中有泡沫生成。曝气60天时，水色变成了浅灰褐色，沉底的固态食物垃圾的表层约20mm的颗粒物变得细腻，可通过50目的滤网，瓶中散发出明显氨臭味。期间补充自来水基本维持总体积在5L。曝气60天时，瓶中悬浮态混合物的总氮浓度为1720mg/L，总磷浓度为410mg/L。取该瓶中悬浮态混合物2L至1个10L的广口瓶中，并添加自来水，使10L瓶中液态物质总体积为7L，其中总氮浓度为493mg/L，总磷浓度117mg/L。
对10L瓶中添加矿物质混合物30g，该矿物质混合物的成分为一水磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸钙、柠檬酸铁和七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)，其中该4种物质的质量比例为27:8:1:8。
再过7天，可见10L瓶中底部内壁上附着生长了一薄层淡红色物，水体也逐渐变成棕色。至第22天时，10L瓶中水体变成了棕红色，水体中棕红色微生物的细胞密度达到了3.6×1010cells/L。利用高通量的Miseq平台进行微生物分析得到，生成的棕红色微生物为红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。
在5月～8月，玻璃瓶中水温为20～45℃。并且通过调节玻璃温室顶部的浅灰色帘布控制温室中的光照度或者在阴雨天气时添加1盏100瓦白炽灯照射，调控后玻璃温室中每个白天最大光照度为500～20000Lux，且每个白天这个范围内光照的时间在8个小时以上。
实施例2
在温暖的5月，获取饭店餐饮垃圾，并将其中纸巾、筷子、塑料袋等非食物类去除，其中主要含有米饭、面条，并有一些猪肉、剩鱼、蛋壳、猪骨头、鱼刺、蔬菜等。将其中明显的汤水倒掉，保留湿润的固态物2.5L，添加到高约30cm的5L广口玻璃瓶中，然后添加自来水至总体积5L。将玻璃瓶放置在玻璃温室中。然后利用1个长5cm，直径3cm气石对玻璃瓶中曝气，曝气强度以能搅起餐饮垃圾中的部分米饭粒为准，但又不让瓶中餐饮垃圾飞溅出来。曝气期间会有泡沫生成。曝气60天时，水色变成了浅灰褐色，沉底的固态食物垃圾的表层约20mm的颗粒物变得细腻，可通过50目的滤网，瓶中散发出明显氨臭味。期间补充自来水基本维持总体积在5L。曝气60天时，瓶中悬浮态混合物的总氮浓度为1720mg/L，总磷浓度为410mg/L。取该瓶中悬浮态混合物2L至1个10L的广口瓶中，并添加自来水，使10L瓶中液态物质总体积为7L，其中总氮浓度为493mg/L，总磷浓度117mg/L。
对10L瓶中添加矿物质混合物21g，该矿物质混合物的成分为一水磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸钙、柠檬酸铁和七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)，其中该4种物质的质量比例为24:10:1:4。
再过7天，可见10L瓶中底部内壁上附着生长了一薄层暗红色物，水体也逐渐变成灰棕色。至第15天时，10L瓶全部内壁上附着生长了密实的一层暗血红色物，水体也变成暗红色了，水体中暗红色微生物的细胞密度达到了3.2×1013cells/L。利用高通量的Miseq平台进行微生物分析得到，生成的暗红色微生物为红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。从而实现了光合细菌的高密度培育。并且该高密度光合细菌瓶可稳定维持35天。
在5月～8月，玻璃瓶中水温为20～45℃。并且通过调节玻璃温室顶部的浅灰色帘布控制温室中的光照度或者在阴雨天气时添加1盏100瓦白炽灯照射，调控后玻璃温室中每个白天最大光照度为500～20000Lux，且每个白天这个范围内光照的时间在8个小时以上。
实施例3
在炎热的7月，获取饭店餐饮垃圾，并将其中纸巾、筷子、塑料袋等非食物类去除，其中主要含有米饭、面条，并有一些猪肉、剩鱼、蛋壳、猪骨头、鱼刺、蔬菜等。将其中明显的汤水倒掉，保留湿润的固态物4.0L，添加到高1m、直径40cm的有机玻璃柱中，往有机玻璃柱中添加自来水至80L，并将有机玻璃柱放置在玻璃温室中，玻璃温室的顶部有可拉动的浅灰色帘布用于调控光照度。然后利用2个长5cm，直径3cm气石对柱中曝气，曝气强度以能搅起餐饮垃圾中的部分米饭粒为准，但又不让瓶中餐饮垃圾飞溅出来。曝气期间会有泡沫生成。曝气30天时，水色变成了浅黄灰色，沉底的固态食物垃圾的表层5mm颗粒物变得细腻，可通过50目的滤网，柱中散发出明显氨臭味。期间补充自来水基本维持总体积在80L。曝气30天时，柱中悬浮态混合物的总氮浓度为298mg/L，总磷浓度为42mg/L。取该瓶中悬浮态混合物10L至1个10L的广口瓶中，其中总氮浓度为298mg/L，总磷浓度42mg/L。
对10L瓶中添加矿物质混合物30g，该矿物质混合物的成分为一水磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸钙、柠檬酸铁和七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)，其中该4种物质的质量比例为28:12:1:8。
再过7天，可见10L瓶中底部内壁上附着生长了一薄层淡红色物，水体也逐渐变成浅棕色。至第10天时，10L瓶全部内壁上附着生长了密实的一层暗红色物，水体也变成暗红色了，其中暗红色微生物的细胞密度达到了2.1×1013cells/L。利用高通量的Miseq平台进行微生物分析得到，生成的暗红色微生物为红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。从而实现了光合细菌的高密度培育。并且该高密度光合细菌瓶可稳定维持25天。
在7月～9月，玻璃瓶中水温为26～45℃。并且通过调节玻璃温室顶部的浅灰色帘布控制温室中的光照度，调控后玻璃温室中每个白天最大光照度为500～20000Lux，且每个白天这个范围内光照的时间在9个小时以上。
实施例4
在温暖的6月，获取饭店餐饮垃圾，并将其中纸巾、筷子、塑料袋等非食物类去除，其中主要含有白米饭，并有一些面条和少量的猪肉、剩鱼、蛋壳、骨头、蔬菜等。将其中明显的汤水倒掉，保留湿润的固态物14L，添加到高40cm、总体积为70L的玻璃缸，并添加自来水至总体积为60L。将玻璃缸放置在玻璃温室中。然后利用一个电机带动的3片叶型的(单个转叶长约4cm)转子搅动缸中餐饮垃圾，转子离缸底的距离为3cm，转子转速为约150转/分钟。转子能搅起餐饮垃圾中的部分颗粒物，但又没有让缸中餐饮垃圾飞溅出来。转子搅动期间会有泡沫生成。搅动45天时，水色变成了浅灰褐色，沉底的固态食物垃圾的表层30mm颗粒物均变得细腻，可通过200目的滤网，瓶中散发出明显氨臭味。期间补充自来水基本维持总体积在60L。搅动45天时，缸中悬浮态混合物的总氮浓度为1430mg/L，总磷浓度为194mg/L。取该瓶中悬浮态混合物20L至另一个高40cm、总体积为70L的玻璃缸，并添加自来水稀释，使新缸中液态物质总体积为40L，其中总氮浓度为717mg/L，总磷浓度97mg/L。
对新缸中添加矿物质混合物200g，该矿物质混合物的成分为一水磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸钙、柠檬酸铁和七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)，其中该4种物质的质量比例为28:8:1:3。
再过7天，可见新缸底部内壁上附着生长了一薄层暗红色物，水体也逐渐变成浅棕色。至第15天时，新缸全部内壁上附着生长了密实的一层暗血红色物，水体也变成暗红色了，其中暗红色微生物的细胞密度达到了4.2×1013cells/L。利用高通量的Miseq平台进行微生物分析得到，生成的暗红色微生物为红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。从而实现了光合细菌的高密度培育。并且该高密度光合细菌可稳定维持35天。
在6月～9月，玻璃缸中水温为22～45℃。并且通过调节玻璃温室顶部的浅灰色帘布控制温室中的光照度，调控后玻璃温室中每个白天最大光照度为500～20000Lux，且每个白天这个范围内光照的时间在9个小时以上。
实施例5
在温暖的6月，获取饭店餐饮垃圾，并将其中纸巾、筷子、塑料袋等非食物类去除，其中主要含有白米饭，并有一些面条和少量的猪肉、剩鱼、蛋壳、骨头、蔬菜等。将其中明显的汤水倒掉，保留湿润的固态物14L，添加到高40cm、总体积为70L的玻璃缸，并添加自来水至总体积为60L。将玻璃缸放置在玻璃温室中。然后利用一个电机带动的3片叶型的(单个转叶长约4cm)转子搅动缸中餐饮垃圾，转子离缸底的距离为3cm，转子转速为约150转/分钟。转子能搅起餐饮垃圾中的部分颗粒物，但又没有让缸中餐饮垃圾飞溅出来。转子搅动期间会有泡沫生成。搅动45天时，水色变成了浅灰褐色，沉底的固态食物垃圾的表层30mm颗粒物均变得细腻，可通过100目的滤网，瓶中散发出明显氨臭味。期间补充自来水基本维持总体积在60L。搅动45天时，缸中悬浮态混合物的总氮浓度为1430mg/L，总磷浓度为194mg/L。取该瓶中悬浮态混合物3L至1个10L的广口瓶中，并添加自来水，使10L瓶中液态物质总体积为9L，其中总氮浓度为479mg/L，总磷浓度65mg/L。
对10L瓶中添加矿物质混合物36g，该矿物质混合物的成分为一水磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸钙、柠檬酸铁和七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)，其中该4种物质的质量比例为28:8:1:8。
再过7天，可见10L瓶底部内壁上附着生长了一薄层浅红色物，水体也逐渐变成浅棕色。至第15天时，10L瓶全部内壁上附着生长了密实的一层暗血红色物，水体也变成暗红色了，其中暗红色微生物的细胞密度达到了2.7×1013cells/L。利用高通量的Miseq平台进行微生物分析得到，生成的暗红色微生物为红假单胞菌属光合细菌。从而实现了光合细菌的高密度培育。并且该高密度光合细菌可稳定维持30天。
在6月-9月，玻璃缸中水温为22～45℃。并且通过调节玻璃温室顶部的浅灰色帘布控制温室中的光照度，调控后玻璃温室中每个白天最大光照度为500～20000Lux，且每个白天这个范围内光照的时间在9个小时以上。
本发明的方法中进行搅动或曝气以形成局部有氧降解餐饮垃圾、控制系统中氮素和磷素的浓度水平、添加矿物质混合物是该发明的3个关键控制因子，选择合适的条件，对于红假单胞菌属光合细菌的培养都具有重要的影响。因此本发明对这三个因子进行控制，实现了利用固态食物餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的目的。
本发明提供的红假单胞菌属光合细菌的培养过程简单、原料廉价易得、便于实施，培养成本低，经济效益大。本发明的培养方法无需在实验过程中接种红假单胞菌属光合细菌做菌种，节约了劳动成本和前期资金。本发明培育的红假单胞菌属光合细菌浓度高，浮游状态的光合细菌密度达到1.0×1013cells/L以上，而附着生长在容器内壁上的光合细菌直接呈浓浆状，无需浓缩可直接刮取下来使用，大大方便了光合细菌的收获和进一步利用。从而能实现餐饮垃圾的资源化利用，为餐饮垃圾的资源化开发提供了好的前景和途径。
以上各实施例中的检测数据也可以证明，通过本发明的培养方法，可以快速得到高密度、高纯度的红假单胞菌属光合细菌，而且餐饮垃圾可以持续利用，培养方法稳定可靠、原料易得、便于实施，培养成本低，并且利用餐饮垃圾培养红假单胞菌属光合细菌也具有环境保护、新能源开发等多方面的意义。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、将固态食物餐饮垃圾置于敞口容器中，按固液体积比1：2～20的比例在敞口容器中添加自来水，制得餐饮垃圾的固液混合物；
S2、保持温度为20～45℃，对步骤S1中的固液混合物进行曝气或搅动，直至腐烂形成发出氨臭味的悬浮态混合物；所述悬浮态混合物的总氮浓度在298～1720mg/L，总磷浓度在42～410mg/L；
S3、将步骤S2中的悬浮态混合物移至透明容器中，并用自来水稀释至总氮浓度为298～493mg/L，总磷浓度为42～117mg/L，制得稀释悬浮态混合物；
S4、加入钙盐、镁盐和铁盐的矿物质混合物至步骤S3中稀释的悬浮态混合物中；所述矿物质混合物质量与所述稀释悬浮态混合物体积的比例为30～50g:10L；
S5、保持光照时间8-16小时/天、光照强度500～20000Lux、温度20～45℃，将步骤S4中制得的含矿物质混合物培育出暗红色红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)光合细菌。
2.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：步骤S1中所述固态食物餐饮垃圾为将餐饮垃圾中非食物类垃圾去除，留下食物类垃圾，并过滤或倒掉上层液体后得到的；所述餐饮垃圾包括米饭、面食、鱼、肉、蛋、蔬菜、水果、食盐、做菜的作料、骨头、汤中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：步骤S2中，曝气或搅动时间为30～60天。
4.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：步骤S2中，所述曝气为气石曝气；所述搅动方式为电转子搅拌。
5.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：在步骤S3和步骤S4之间，将步骤S3中制得的稀释悬浮态混合物用50-200目的滤网进行过滤，除去大颗粒物质。
6.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：步骤S3中，所述透明容器的材料为普通玻璃、有机玻璃、透明塑料或其他透光材质。
7.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：步骤S4中，所述矿物质混合物是由质量比为20～28:8～12:1:3～8的一水磷酸二氢钙、乳酸钙、柠檬酸铁和七水硫酸镁组成的。
8.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：步骤S4中，所述矿物质混合物质量与所述稀释悬浮态混合物体积的比例为30g:10L。
9.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：步骤S5中，所述培育时间为10～15天。
10.根据权利要求1所述的利用餐饮垃圾培育红假单胞菌属光合细菌的方法，其特征在于：在步骤S2和步骤S5中，所述保持温度为26～45℃。
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