CN111117937A - 一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌及其制备方法与应用 - Google Patents

一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌及其制备方法与应用，该方法包括步骤：以芽孢杆菌、酵母和霉菌为原菌，进行酸和盐分诱变后分别获得具有抗酸耐盐性的驯化菌株。以餐厨垃圾的有机物组成比例为基准，配制出新型抗酸耐盐复合菌，用于居民小区餐厨垃圾的降解。结果表明该新型抗酸耐盐复合菌不仅对高盐分强酸性环境具有强耐受力和适应力，而且能快速调控底物环境的pH和盐分，促进细胞新陈代谢，对有机物的降解能力十分突出。本发明具有原菌来源广泛、驯化工艺简单、成本低以及适用范围广的优势，将抗酸耐盐复合菌应用到居民小区餐厨垃圾的降解上充分体现了餐厨垃圾减量化和无害化处理原则，具有深远的环境保护意义和经济价值。

Description

一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌及其制备方法 与应用
技术领域
本发明属于微生物技术领域，具体地说，涉及一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌及其制备方法与应用。
背景技术
餐厨垃圾不仅具有松散物理结构、高油、高盐、高蛋白、高含水率和酸性的性质，还含有大量碳水化合物(淀粉和纤维素)、脂类和蛋白质等易降解的有机物质，好氧堆肥和厌氧消化是目前全球管理餐厨垃圾应用最广泛的生物工程技术，但仍存在工艺耗时较长，影响因素多，中间过程复杂多变，效果不稳定的缺陷。与之相比，利用微生物复合菌剂降解餐厨垃圾具有高效稳定、无污染和适用性广的显著优势，能最大程度地实现餐厨垃圾减量化和无害化。
目前，用于降解餐厨垃圾的微生物菌剂，分为蛋白质降解菌、淀粉降解菌，纤维素降解菌和脂肪降解菌。在一种用于降解中国餐厨垃圾的微生物菌剂及其制备方法的发明专利中(申请号201210067350.0)，发明了放线菌和毛霉属的蛋白质降解菌、曲霉属和酵母菌的淀粉降解菌、芽孢杆菌属和假单胞杆菌属的脂肪降解菌、木霉属和青霉属的纤维素降解菌。随着微生物菌剂的不断发展，研究发现芽孢杆菌和酵母分别是高效降解蛋白质/淀粉和脂肪的优势功能菌株。而针对当前微生物菌剂降解法最大的局限(微生物菌剂的活性和降解能力易受餐厨垃圾的高盐性和酸性的抑制)常常抑制，本专利旨在发明一种新型抗酸耐盐复合菌高效降解餐厨垃圾。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌及其制备方法与应用，为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将解淀粉芽孢杆菌(BA)、蜡状芽孢杆菌(BC)、解脂复膜孢酵母(YL)和里氏木霉(TR)分别进行单独菌种培养，各菌株依次活化、复苏；
步骤2，将BA和BC分别转接至培养基中单独培养，振荡培养3天至对数生长期；
步骤3，将YL和TR分别在培养基的平板上进行划线，放置25～28℃生化培养箱中培养；
步骤4，步骤2、步骤3中的各培养基调节pH和盐分，直至获得在pH＝4～5和盐分为3～5％的培养基中能正常生长的耐受菌，连续培养50代至四种抗酸耐盐性菌株生长稳定；
步骤5，分别转接BA、TR、BC、YL的四种抗酸耐盐性菌株至相应的液体驯化培养基中，在恒温培养箱中振荡培养至对数期，再将BA、TR、BC、YL四种驯化菌按1:1:8～10:12～20的体积比混合，从而获得抗酸耐盐复合菌。
进一步地，所述步骤2中培养基为灭菌处理的营养肉汤培养基，振荡培养条件：温度30℃、转速150rpm。
进一步地，所述步骤3中，YL的培养基为麦芽汁琼脂培养基，TR的培养基为综合马铃薯琼脂培养基。
进一步地，步骤4中调节培养基pH和盐分的方式为：通过小梯度缓慢地添加混酸和NaCl来调节pH和盐分，其中，混酸主要由乙酸、丙酸、丁酸、乳酸组成，乙酸、丙酸、丁酸、乳酸的质量比为3:3:2～4:12～14。
进一步地，所述步骤5中，BA和BC的液体驯化培养基为pH＝4～5、盐分＝3～5％的营养肉汤培养基，YL和TR的液体驯化培养基分别是为pH＝4～5、盐分＝3～5％的麦芽汁培养基和综合马铃薯培养基。
一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌，该新型抗酸耐盐复合菌采用上述制备方法制备。
上述新型抗酸耐盐复合菌在降解餐厨垃圾中的应用。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
①该新型复合菌能快速调控底物环境的pH和盐分，促进细胞生长代谢，提高有机物降解能力
②新型抗酸耐盐复合菌对高盐分强酸性环境的耐受力和适应力增强，缩短降解启动时间，提高有机物降解率
本发明具有原菌来源广泛、驯化工艺简单、成本低以及适用范围广的优势，将抗酸耐盐复合菌应用到居民小区餐厨垃圾的降解上充分体现了餐厨垃圾减量化和无害化处理原则，具有深远的环境保护意义和经济价值。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明实施例三中餐厨垃圾在5天降解过程中有机物降解率的变化示意图；
图2是本发明实施例三中餐厨垃圾在5天降解过程中pH值的变化示意图；
图3是本发明实施例三中餐厨垃圾在5天降解过程中盐分的变化示意图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
本发明基础处理菌：解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens,BA,GIM1.129)、蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus,BC,GIM 1.199)、解脂复膜孢酵母(Yarrowialipolytica,YL,GIM 2.197)和里氏木霉(Trichoderma reesei,TR,GIM 3.553)，可以从各种市场渠道购买获得，以下实施例中所采用菌株来自广东省微生物菌种保藏中心，解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens,BA,GIM 1.129)、蜡状芽孢杆菌(Bacilluscereus,BC,GIM 1.199)、解脂复膜孢酵母(Yarrowia lipolytica,YL,GIM 2.197)和里氏木霉(Trichoderma reesei,TR,GIM 3.553)
将BA和BC转接至装有50mL营养肉汤培养基的250mL锥形瓶中，在150rpm，30℃条件下振荡培养3天至对数生长期。
将YL和TR分别在麦芽汁琼脂培养基和综合马铃薯琼脂培养基的平板上进行划线，放置25℃生化培养箱中培养。
为获得能耐受pH＝4.5和盐分为4％的复合菌，对BA，BC，YL和TR分别进行抗酸耐盐性驯化试验。由于餐厨垃圾中的蛋白质、淀粉和油脂等在降解过程中会产生小分子有机酸，主要以乙酸、丙酸、丁酸和乳酸为主，因此本研究采用质量比为3:3:2.5:12.5的上述四种酸来调节培养基pH值。试验通过小梯度缓慢地添加混酸和NaCl来调节培养基的pH和盐分，直至获得在pH＝4.5和盐分为4％的培养基中能正常生长的耐受菌。连续培养50代至四种抗酸耐盐性菌株生长稳定。
应用：准确称取50g的餐厨垃圾于250mL锥形瓶中，解淀粉芽孢杆菌：里氏木霉：蜡状芽孢杆菌：解脂复膜孢酵母的驯化菌组成比例按照居民小区餐厨垃圾中淀粉：纤维素：蛋白质：脂肪＝1:1:9:13，摇床转速为150rpm，接种量为2％，堆积密度为0.02g/cm3，温度为28℃条件下，抗酸耐盐复合菌对餐厨垃圾的三天降解率为78.77％。
实施例二
应用：准确称取50g的餐厨垃圾于250mL锥形瓶中，解淀粉芽孢杆菌：里氏木霉：蜡状芽孢杆菌：解脂复膜孢酵母的驯化菌的接种比例按照1:1:10:20的比例，摇床转速为150rpm。为了进一步考察抗酸耐盐复合菌对餐厨垃圾的降解能力，试验设置了接种量/堆积密度/温度三个因变量，每个变量设置了三个水平(见表1)，采用Central CompositeDesign(CCD)的响应面优化分析法，利用Design-Expert 8.0.5软件自动生成了20组试验组(见表2)，不同条件下抗酸耐盐复合菌对餐厨垃圾五天降解率见表3。
表1自变量因素和水平编码
Figure BDA0002384964310000041
表2试验组自变量的参数设计
Figure BDA0002384964310000042
Figure BDA0002384964310000051
表3试验组有机物的降解率
Figure BDA0002384964310000052
Figure BDA0002384964310000061
实施例三
准确称取50g的餐厨垃圾于250mL锥形瓶中，解淀粉芽孢杆菌：里氏木霉：蜡状芽孢杆菌：解脂复膜孢酵母的驯化菌的接种比例按照1:1:10:20的比例，摇床转速为150rpm，接种量为5％，堆积密度为0.04g/cm3，温度为32.33℃条件下，餐厨垃圾五天降解率高达94.87％。
由图1、图2和图3可知，复合微生物菌剂在降解餐厨垃圾的过程中，pH和盐分也会随之产生变化。降解至第一天，餐厨垃圾的pH值从4.52增至4.62，有机物的降解率达到35.38％。这主要是由于易降解的蛋白质被分解为氨基酸，有效降低了环境的酸度。同时表明，添加抗酸耐盐型微生物菌剂能显著地缩短微生物的环境适应期，加快细胞生长繁殖。从降解第二天至第三天，降解底物的盐分含量从1.74％显著减少至1.55％，有机物的降解率提高了57.35％，有机物降解率的提高速率最大。这充分说明抗酸耐盐型复合微生物在高盐分降解底物中完全未受到盐分的胁迫作用，具有良好的渗透调节能力，成功避免和减轻了NaCl的毒害。在此之后，盐分含量达到平衡，有机物降解率呈稳步增长，在降解第五天达到94.87％。除渗透压外，微生物生长还易受外界环境的pH的影响。降解底物的pH值整体逐渐升高，第四天略有波动。这可能是由于餐厨垃圾表面的油脂不断被降解，表面覆盖的油膜越来越少，微生物菌剂获得了更多的溶解氧，促进了好氧反应，微生物新陈代谢加快，产生更多能缓冲酸性物质的中间产物。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将解淀粉芽孢杆菌(BA)、蜡状芽孢杆菌(BC)、解脂复膜孢酵母(YL)和里氏木霉(TR)分别进行单独菌种培养，各菌株依次活化、复苏；
步骤2，将BA和BC分别转接至培养基中单独培养，振荡培养3天至对数生长期；
步骤3，将YL和TR分别在培养基的平板上进行划线，放置25～28℃生化培养箱中培养；
步骤4，步骤2、步骤3中的各培养基调节pH和盐分，直至获得在pH＝4～5和盐分为3～5％的培养基中能正常生长的耐受菌，连续培养50代至四种抗酸耐盐性菌株生长稳定；
步骤5，分别转接BA、TR、BC、YL的四种抗酸耐盐性菌株至相应的液体驯化培养基中，在恒温培养箱中振荡培养至对数期，再将BA、TR、BC、YL四种驯化菌按1:1:8～10:12～20的体积比混合，从而获得抗酸耐盐复合菌。
2.根据权利要求1所述的一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所采用的原菌分别是芽孢杆菌、酵母和霉菌。
3.根据权利要求1所述的一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌的制备方法，其特征在于，所述步骤2中培养基为灭菌处理的营养肉汤培养基，振荡培养条件：温度30℃、转速150rpm。
4.根据权利要求1所述的一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，YL的培养基为麦芽汁琼脂培养基，TR的培养基为综合马铃薯琼脂培养基。
5.根据权利要求1所述的一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌的制备方法，其特征在于，步骤4中调节培养基pH和盐分的方式为：通过小梯度缓慢地添加混酸和NaCl来调节pH和盐分，其中，混酸主要由乙酸、丙酸、丁酸、乳酸组成，乙酸、丙酸、丁酸、乳酸的质量比为3:3:2～4:12～14。
6.根据权利要求1所述的一种用于降解餐厨垃圾的新型抗酸耐盐复合菌的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，BA和BC的液体驯化培养基为pH＝4～5、盐分＝3～5％的营养肉汤培养基，YL和TR的液体驯化培养基分别是为pH＝4～5、盐分＝3～5％的麦芽汁培养基和综合马铃薯培养基。
7.采用权利要求1-6任一所述制备方法制备得到的新型抗酸耐盐复合菌。
8.权利要求7所述新型抗酸耐盐复合菌在降解餐厨垃圾中的应用。
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