CN111154690A

CN111154690A - 一种热嗜油地芽孢杆菌及其菌剂和在餐厨垃圾处理中的应用

Info

Publication number: CN111154690A
Application number: CN202010066135.3A
Authority: CN
Inventors: 郑会一
Original assignee: Shanghai Chuangjing Biological Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Chuangjing Biological Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: CN111154690B

Abstract

本发明属于环境微生物技术领域，提供了一种新的菌种，其为热嗜油地芽孢杆菌，拉丁名为Geobacillus thermoleovorans，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M 20191066；同时也提供了由此菌种制备的液体菌剂和固体菌剂；本发明还提供了所述菌种在餐厨垃圾处理中的应用，所述菌种能够在高温条件下高效、快速降解餐厨垃圾中的各类有机物，可用于餐厨垃圾的快速减量化处理，实现餐厨垃圾的快速生物减量化和稳定化。本发明菌种对餐厨垃圾好氧生物处理效果明显，能够显著降低处理成本，在餐厨垃圾处理领域具有较高的应用价值。

Description

一种热嗜油地芽孢杆菌及其菌剂和在餐厨垃圾处理中的应用

技术领域

本发明属于环境微生物技术领域，具体涉及一种热嗜油地芽孢杆菌及其菌剂和在餐厨垃圾处理中的应用。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程的不断推进以及人们生活水平的提高，我国的餐饮行业也不断发展，餐厨垃圾的数量也呈逐年增长的趋势，已成为城市生活垃圾的主要组成部分。餐厨垃圾具有含水率高（可高达60%~80%），有机质占比高（占到干重的95%~98%），含盐量高等特点。餐厨垃圾引发的环境污染也在不断扩大，如在储存及运输过程中极易腐烂而引发酸臭，同时可能产出大量毒素，滋生蚊蝇及病菌等。目前，餐厨垃圾主要用于饲养家畜，剩余部分多与城市垃圾混合进行填埋、焚烧或者堆肥处理，容易引发严重的环境污染与安全问题，很大程度上影响了居民生活环境和身体健康。

餐厨垃圾处理问题受到了世界各国的广泛关注，如日本的餐厨垃圾主要以堆肥处理为主，欧洲各国主要使用好氧堆肥和厌氧消化的方式对餐厨垃圾进行处理。随着我国对城市生活垃圾分类政策的开展，餐厨垃圾在处理上一般遵循无害化、减量化、资源化的三大原则。由于餐厨垃圾的有机物含量较高，采用微生物处理技术降解餐厨垃圾，不仅处理较为彻底，安全性良好，无二次污染等问题，而且处理后的残余物也可以制作有机肥料，实现资源的回收利用及减量化、无害化，具有明显的社会经济效益和环境效益。

微生物处理技术是利用微生物的生命活动及新陈代谢将餐厨垃圾中的有机成分降解为简单无机物的处理方法，主要包括好氧堆肥、厌氧消化、固态发酵制备蛋白饲料及好氧消化等工艺技术。其中，好氧消化主要借助于生化处理设备对餐厨垃圾中的有机物进行降解，利用降解能力较强的微生物菌种对有机质进行降解，有机质转化为水蒸气及无害气体如二氧化碳等，从而达到源头减量的目的。相比其他处理方法，好氧消化重在强调垃圾的减量，通过外加具有特殊降解功能的微生物菌群降解有机物质，就地对餐厨垃圾进行消化，避免了垃圾清运时产生的二次污染，使得餐厨垃圾在源头上得到有效控制，较好地实验了餐厨垃圾处理的减量化，被认为是最有发展前景的餐厨垃圾处理技术之一。好氧消化的核心技术是对具有适应特殊环境、特殊降解功能微生物菌种的筛选及应用，因此，根据我国饮食习惯特点来探求适合的高效微生物菌种，并将其应用到餐厨垃圾处理中势在必行。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的第一目的在于提供一种餐厨垃圾高温好氧生物处理菌种，从而实现餐厨垃圾的快速生物减量化和稳定化。

为实现上述目的，本发明提供了一种热嗜油地芽孢杆菌，拉丁名为Geobacillus thermoleovorans，命名为CJ-8，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M20191066；保藏日期为2019.12.19。

所述的热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8，含有如SEQ IDNO.1所示的基因序列。

本发明的第二目的在于提供一种热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8液体菌剂，所述液体菌剂中热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8的浓度不小于1×10⁹ cfu/mL。

进一步的，液体菌剂的具体制备方法如下：将所述的热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8接种于液体培养基，培养16~24 h获得液体菌剂。

所述液体培养基为：蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 10 g/L、MgCl₂ 0.2g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01 g/L；溶剂为水，pH值调节为7~7.5。

本发明的第三目的在于提供一种热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8固体菌剂，由以下方法制备而成：将所述的热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8的液体菌剂与木屑、稻壳或麦麸中的一种或几种载体混合、干燥而成；其中载体与液体菌剂的质量比为1:（0.5~5）。

本发明还可以加入其它适宜的载体，制备成其它适宜的菌剂。

本发明的第四目的在于公开一种热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8在餐厨垃圾处理中的应用。

进一步的，所述的餐厨垃圾包括餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾等易腐有机垃圾。

进一步的，所述的应用包括如下步骤：

（1）将待处理的餐厨垃圾进行分拣，去除塑料、骨头、筷子等杂物；

（2）将分拣后的餐厨垃圾加入热嗜油地芽孢杆菌固体菌剂中，固体菌剂与餐厨垃圾的质量比为1：（1~5）；

（3）将上述物料搅拌均匀，在37~65 ℃下进行好氧发酵，过程中需不间断的通风搅拌，以保证受热均匀且在好氧条件下进行，发酵48h以上。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的热嗜油地芽孢杆菌，具有耐高温能力，可在高温（37~65 ℃）条件下快速降解餐厨垃圾；

2.本发明所述的热嗜油地芽孢杆菌，在高温条件下具有高产蛋白酶和脂肪酶的能力，可高效降解餐厨垃圾中的蛋白质、油脂等有机物，温度为55 ℃时，餐厨垃圾减量率达81%。

综上所述，热嗜油地芽孢杆菌Geobacillus thermoleovorans CJ-8应用于餐厨垃圾处理，可实现餐厨垃圾的快速、高效生物减量化和稳定化。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是菌株CJ-8的系统进化树；

图2是菌株CJ-8对餐厨垃圾的湿重减量率；

图3是菌株CJ-8对餐厨垃圾的干重减量率；

图4是菌株CJ-8对混合易腐垃圾的湿重减量率。

具体实施方案

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

本发明通过分离培养基初筛、产酶培养基复筛、餐厨垃圾高温好氧生物处理实验验证，得到一株具有高效降解餐厨垃圾的菌种，命名为CJ-8。通过菌落和细胞形态、生理生化特征、16S rRNA基因序列测定等数据综合分析，鉴定该菌株的分类学地位为：热嗜油地芽孢杆菌（Geobacillus thermoleovorans）。将该菌株保藏于中国典型培养物保藏中心（CCTCC），保藏日期为2019.12.19，保藏编号为CCTCC M 20191066，保藏地址为湖北省武汉市武昌区八一路武汉大学中国典型培养物保藏中心。

所述菌种降解餐厨垃圾实验结果表明，该菌株在好氧条件下能够提高餐厨垃圾的减量率，达到餐厨垃圾减量化和稳定化的目的，可用于降解餐厨垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾等易腐有机垃圾，具有很高的应用价值。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中，所用到的培养基如下：

分离纯化培养基：蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 10 g/L、MgCl₂ 0.2 g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01 g/L、琼脂20 g/L，pH值调节为7~7.5。

液体培养基：蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 10 g/L、MgCl₂ 0.2 g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01 g/L，溶剂为水，pH值调节为7~7.5。

蛋白酶筛选培养基：干酪素10 g/L、蛋白胨5 g/L、酵母提取物2.5 g/L、NaCl 5 g/L、MgCl₂ 0.2 g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01 g/L、琼脂20 g/L，pH值调节为7~7.5。

脂肪酶筛选培养基：乳化橄榄油10 mL/L、蛋白胨5 g/L、酵母提取物2.5 g/L、NaCl5 g/L、MgCl₂ 0.2 g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01 g/L、琼脂20 g/L，pH值调节为7~7.5。

实施例1

菌株CJ-8的分离筛选及性能测定

分离纯化：试验样品采集自某餐厨垃圾处理厂好氧发酵罐，取适量样品加入无菌水混匀后，进行梯度稀释，将不同梯度的稀释液取200 μL涂布于分离纯化培养基平板上，于55℃恒温培养箱中培养24 h后，挑取形态大小不同的单菌落，划线纯化后编号保藏，经初筛共得到14个菌株。

复筛：将初筛得到的纯菌株，采用点接的方法接种到蛋白酶筛选培养基和脂肪酶筛选培养基上，进行菌株产酶能力的测定，从而进行复筛。将点接好的蛋白酶及脂肪酶筛选平板在55 ℃下培养48~72 h后，测量各菌落直径（d）和透明圈直径（D），计算D/d，挑选出同时具有较强蛋白质和脂肪降解能力的菌株，得到3株复筛菌株。

初步验证：将复筛得到的3株菌株接种至50 mL液体培养基，在37 ℃、180 r/min培养16 h，取20 mL培养好的菌液离心后用无菌生理盐水洗涤，重悬至10 mL，附着在40 g木屑上，将其接种于100 g餐厨垃圾中混合均匀，在55 ℃下不间通气进行初步验证，结果表明接种菌株CJ-8对餐厨垃圾湿重减量率最大，在48 h时达到81%。

所述菌株CJ-8的主要生物学特性为革兰氏阴性菌，短杆状，在固体平板上培养24h后的菌落形态为奶白色圆形、边缘整齐、表面光滑湿润。所述菌株CJ-8的16S rDNA序列如SEQ ID NO.1所示，在NCBI提交16S rRNA序列，通过软件与GenBank进行同源性序列比对分析，应用MEGA 6软件构建该菌株系统发育树（图1）。综合以上信息，鉴定菌株CJ-8为热嗜油地芽孢杆菌（Geobacillus thermoleovorans）。

实施例2

液体菌剂的制备

将CJ-8纯菌接种于50 mL液体培养基中，于37 ℃、180 r/min的恒温摇床中培养16~24h，然后再将其以0.5~1%的接种量接入到同样的液体培养基中，同样的培养条件下扩大培养，即可得到该菌株的液体菌剂。

实施例3

固体菌剂的制备

将该菌株的上述液体菌剂与木屑、稻壳、麦麸等低值生物质载体混合、干燥制备而成，其中载体与液体菌剂的质量比为1:（1~5）。

本发明还可以加入其它适宜的载体制备成其它类型菌剂。

实施例4

菌株CJ-8在餐厨垃圾处理中的效果

试验所采用的餐厨垃圾取上海某垃圾处理厂，将采集的待处理餐厨垃圾进行分拣，去除塑料、骨头、筷子等杂物,将其混合均质化备用；

先将运行设备温度升至37~40 ℃，先加入制备好的热嗜油地芽孢杆菌固体菌剂，固体菌剂为600 g，运行4~6 h，以便使菌种活化，后加入预处理后的餐厨垃圾1200 g，即固体菌剂和餐厨垃圾的质量比为1：2；

实验组为接入热嗜油地芽孢杆菌固体菌剂的处理组，对照组为不接入菌剂，即加入同等质量载体的处理组。

将物料搅拌均匀后，设备温度调至55 ℃，在该温度下进行好氧发酵，过程中设备需要不间断的通风、搅拌，以保证混合物料受热均匀且在好氧条件下进行。

每12 h对处理系统进行称重，得到餐厨垃圾的减量率，减量效果如图2和图3所示。

餐厨垃圾的减量效果主要由湿重减量率和干重减量率来反映。所述的湿重减量率及干重减量率通过以下方法检测得到：

1）每12 h称重，根据公式①计算该时间段的湿重减量率；

湿重减量率（%）=（m_始湿–m_终湿）/m_物湿×100% ①

其中，m_始湿为初始时固体菌剂与垃圾的总湿重，m_终湿为某检测时间固体菌剂与垃圾的总湿重，m_物湿为初始时垃圾的总湿重，单位：g。

2）每12 h取样，在105 ℃烘箱中烘干至恒重，根据公式②计算该时间段的干重减量率；

干重减量率（%）=（m_始干–m_终干）/m_物干×100% ②

其中，m_始干为初始时固体菌剂与垃圾的总干重，m_终干为某检测时间固体菌剂与垃圾的总干重，m_物干为初始时垃圾的总干重，单位：g。

从图2中可以看出，接入菌株CJ-8的实验组比未接入菌种的对照组一直呈现较高的减量率，接入菌种的湿重减量率在48 h时达到76.2%，比对照组的63.8%提高了19.4%。进一步从图3的干重减量率可知，接入热嗜油地芽孢杆菌对餐厨垃圾的干重减量率在48 h也达到了最高值38.4%，而此时对照组的干重减量率只有18.7%，实验组比对照组提高105.3%。由此可知，接入热嗜油地芽孢杆菌CJ-8可显著的提高餐厨垃圾的减量效果，实现餐厨垃圾的快速生物减量化和稳定化。

实施例5

菌株CJ-8对混合易腐有机垃圾的处理效果

将待处理的餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾这三种易腐有机垃圾按1:1:1混合后，进行分拣，去除塑料、骨头、筷子等杂物。在混合易腐有机垃圾中加入热嗜油地芽孢杆菌固体菌剂，固体菌剂与餐厨垃圾的质量比为1：3，搅拌均匀后在65 ℃下进行好氧发酵，过程中需要不间断的通风、搅拌，以保证混合物料受热均匀且在好氧条件下进行。每12 h对处理系统进行称重，得到餐厨垃圾的减量率，减量效果如图4所示。结果显示，在48 h时接入菌株CJ-8的实验组的垃圾湿重减量率高达89.3%，且在24 h后就已经接近最大值，而不接菌种的对照组的湿重减量率最高达76.5%。相比对照组，菌株CJ-8将垃圾的减量率提高了16.7%。由此可见，热嗜油地芽孢杆菌在好氧条件下不仅能够提高餐厨垃圾的减量率，还可用于降解餐厨垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾等混合易腐有机垃圾，具有很高的应用价值和广阔的应用前景。

序列表

<110> 上海创净生物环保科技有限公司

<120> 一种热嗜油地芽孢杆菌及其菌剂和在餐厨垃圾处理中的应用

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 1422

<212> DNA

<213> 热嗜油地芽孢杆菌(Geobacillus thermoleovorans)

<400> 1

ccccttgcgg gttacctcac cgacttcggg tgttgcaagc tctcgtggtg tgacgggcgg 60

tgtgtacaag gcccgggaac gtattcaccg cggcatgctg atccgcgatt actagcgatt 120

ccggcttcat gcaggcgagt tgcagcctgc aatccgaact gagagcggct ttttgggatt 180

cgctccccct cgcgggttcg cagccctttg taccgcccat tgtagcacgt gtgtagccca 240

ggtcataagg ggcatgatga tttgacgtca tccccacctt cctccgactt gtcgccggca 300

gtccctctag agtgcccaac cgaatgctgg caactagagg cgagggttgc gctcgttgcg 360

ggacttaacc caacatctca cgacacgagc tgacgacaac catgcaccac ctgtcaccct 420

gtccccccga agggggaacg cccaatctct tgggttgtca ggggatgtca agacctggta 480

aggttcttcg cgttgcttcg aattaaacca catgctccac cgcttgtgcg ggcccccgtc 540

aattcctttg agtttcagcc ttgcggccgt actccccagg cggagtgctt atcgcgttag 600

ctgcagcact aaagggtgtg acccctctaa cacttagcac tcatcgttta cggcgtggac 660

taccagggta tctaatcctg tttgctcccc acgctttcgc gcctcagcgt caggtgcagg 720

ccagagagcc gccttcgcca ctggtgttcc tccacatctc tacgcatttc accgctacac 780

gtggaattcc gctctcctct cctgccctca agtcccccag tttccaatga ccctccacgg 840

ttgagccgtg ggctttcaca tcagacttaa gagaccgcct gcgcgcgctt tacgcccaat 900

aattccggac aacgctcgcc ccctacgtat taccgcggct gctggcacgt agttagccgg 960

ggctttctcg tgaggtaccg tcaccgcgcc gccctcttcg aacggcgctc cttcgtccct 1020

cacaacagag ctttacgacc cgaaggcctt cttcgctcac gcggcgtcgc tccgtcaggc 1080

tttcgcccat tgcggaagat tccctactgc tgcctcccgt aggagtctgg gccgtgtctc 1140

agtcccagtg tggccggtca ccctctcagg ccggctacgc atcgtcgcct tggtgagccg 1200

ttacctcacc aactagctaa tgcgccgcgg gcccatccgc aagtgacagc ccaaaggccg 1260

cctttcaacc gaagaccatg cggtcttcgg tgttatccgg tattagctcc ggtttcccgg 1320

agttatcccg gtcttgcggg caggttgccc acgtgttact cacccgtccg ccgctgaccg 1380

aacaaaagca agcctcgatt cggtccgctc gacttgcatg ta 1422

Claims

1.一种热嗜油地芽孢杆菌，拉丁名为Geobacillus thermoleovorans，命名为CJ-8，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC M 20191066。

2.根据权利要求1所述的热嗜油地芽孢杆菌，其特征在于，所述的热嗜油地芽孢杆菌含有如SEQ ID NO.1所示的基因序列。

3.一种由权利要求1或2所述的热嗜油地芽孢杆菌制备的液体菌剂，其特征在于，热嗜油地芽孢杆菌的浓度不小于1×10⁹ cfu/mL。

4.根据权利要求3所述的热嗜油地芽孢杆菌制备的液体菌剂，其特征在于，由以下方法制备而成：将所述的热嗜油地芽孢杆菌接种于液体培养基，培养16~24 h即得。

5.根据权利要求4所述的热嗜油地芽孢杆菌制备的液体菌剂，其特征在于，所述的液体培养基包括：蛋白胨10 g/L、酵母提取物5 g/L、NaCl 10 g/L、MgCl₂ 0.2 g/L、FeSO₄·7H₂O0.01 g/L；溶剂为水，pH值调节为7~7.5。

6.一种由权利要求3-5中任一项所述的热嗜油地芽孢杆菌制备的液体菌剂制备的固体菌剂，其特征在于，由以下方法制备而成：液体菌剂与低值生物质载体混合、干燥制备而成，所述载体与液体菌剂的质量比为1:（0.5~5）。

7.根据权利要求6所述的热嗜油地芽孢杆菌制备的固体菌剂，其特征在于，所述低值生物质载体为木屑、稻壳、麦麸中的一种或几种。

8.一种权利要求1或2所述的热嗜油地芽孢杆菌在餐厨垃圾处理中的应用。

9.根据权利要求8所述的热嗜油地芽孢杆菌在餐厨垃圾处理中的应用，其特征在于，所述的餐厨垃圾包括餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾中的一种或几种。

10.根据权利要求8所述热嗜油地芽孢杆菌在餐厨垃圾处理中的应用，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将待处理的餐厨垃圾进行分拣，去除杂物；

（2）将分拣后的餐厨垃圾加入权利要求6所述的固体菌剂中，固体菌剂与餐厨垃圾的质量比为1：（1~5）；

（3）将上述物料搅拌均匀，在（37~65） ℃下进行好氧发酵，持续通风搅拌，发酵48h以上。