TW201925453A - 用於廢棄物生物降解的方法和產品 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種用於製備廢棄物降解之產品的方法、一種用於廢棄物降解的產品、一種分離的微生物菌株、分離的微生物菌株的基本上純的培養物、微生物共同體或混合的微生物組合物,以及一種降解廢棄物的方法。用於製備廢棄物降解的產品的方法包括:從一種或多種食物廢棄物源中分離出在固體培養基上呈單獨菌落的多個微生物菌株;基於各微生物菌株的菌落的大小和/或豐度選擇多個分離出的微生物菌株,所選微生物菌株是基於與其他微生物菌株相比具有更大的菌落大小和/或更大的菌落豐度而選擇的;以及組合所選微生物菌株以製備用於廢棄物降解的微生物共同體。
Description
本發明涉及廢棄物生物降解的領域。具體而言,本發明涉及包含有機物的廢棄物的生物降解領域;利用微生物來有效地生物降解廢棄物的領域。
人類產生的廢棄物的量繼續以驚人的速度增長。幾乎所有的人類活動都會產生廢棄物。這種廢棄物可以是固體、液體或氣體形式。任何生物體都產生廢棄物。更高級的生物體進食的簡單行為不可避免地產生廢棄物,因為生物體可能不會消耗整個的食物部分以及消耗的食物沒有被完全消化和吸收。
人類廢棄物包括例如城市廢棄物、污水廢棄物和工業廢棄物。適當的廢棄物管理越來越重要,並且需要考慮許多因素、方面和目標;如有毒和有害物質的降低/去除,熟知(familiar)的降低、再利用和再迴圈口號。有機廢棄物的生物降解是廢棄物管理範圍的重要部分,因此需要發展新的改進的生物降解方法,作為解決廢棄物問題的一部分。
因此,在第一態樣,本發明提供了一種用於製備廢棄物降解的產品的方法。所述方法包括:從一種或多種食物廢棄物源中分離出在固體培養基上呈單獨菌落的多個微生物菌株;基於各微生物菌株的菌落的大小和/或豐度選擇多個分離出的微生物菌株,所選微生物菌株是基於與其他微生物菌株相比具有更大的菌落大小和/或更大的菌落豐度而選擇的;以及組合所選微生物菌株以製備用於廢棄物降解的微生物共同體。
第二態樣,本發明提供了一種用於廢棄物降解的產品,其包括微
生物共同體。微生物共同體包括微生物菌株的組合,所述微生物菌株從一種或多種食物廢棄物源中分離出在固體培養基上呈單獨菌落,並基於各微生物菌株的菌落的大小和/或豐度進行選擇,所選微生物菌株是基於與其他微生物菌株相比具有更大的菌落大小和/或更大的菌落豐度而選擇的。
在第三態樣,本發明提供了一種分離的微生物菌株,其選自由假絲酵母屬(Candida sp.)、片球菌屬(Pediococcus sp.)和陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)組成的組。具體而言,該組可以由光滑念珠菌(Candida glabrata)DSMZ 32770、片球菌屬(Pediococcus sp.)DSMZ 32729、陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)DSMZ 32739和腸內桿菌屬(Enterobacter sp.)DSMZ 32730組成。DSMZ編號是萊布尼茨研究所DSMZ-德國微生物收藏中心(Leibniz-Institute DSMZ-German Collection of Microorganisms)(布達佩斯條約國際寄存機構)的寄存號。
在第四態樣,本發明提供了根據第三態樣的任何分離的微生物菌株的基本上純的培養物。
在第五態樣,本發明提供微生物共同體或混合的微生物組合物,其包含兩種或更多種選自由假絲酵母屬、片球菌屬和陰溝腸桿菌組成的組中的菌株。具體而言,該組可以由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬(Enterobacter sp.)DSMZ 32730組成。
在第六態樣,本發明提供了一種降解廢棄物的方法。該方法包括提供根據第二態樣的用於廢棄物降解的產品、根據第三態樣的分離的微生物菌株、根據第四態樣的分離的微生物菌株的基本上純的培養物以及根據第五態樣的微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者;將用於廢棄物降解的產品、分離的微生物菌株、分離的微生物菌株的基本上純的培養物以及微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者與廢棄物混合;以及用用於廢棄物降解的產品、分離的微生物菌株、分離的微生物菌株的基本上純的培養物以及微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者生物降解廢棄物。
從以下結合附圖的詳細描述中,舉例說明本發明的原理,本發明
的其它態樣和優點將變得顯而易見。
如本文所使用的,“生物降解”是指通過生物過程分解或使腐爛
(decompose)。因此,通過使材料與細菌接觸來使有機材料腐爛的過程是生物降解的一個例子。
如本文所使用的,術語“包含”或“包括”應被理解為代表所提及的所述特徵、整體、步驟或組分的存在,但並不排除一個或多個特徵、整體、步驟或組分或其群組的存在或添加。然而,在本公開的上下文中,術語“包含”或“包括”還包括“由......組成”。詞彙“包含(comprising)”的變形(例如“包含(comprise)”和“包含(comprises)”)和“包括(including)”的變體(例如“包括(include)”和“包括(includes)”)具有相應的變化的含義。
如本文所使用的,“微生物”被理解為是指包括真核生物、原核生物或病毒的任何微觀生物體;進一步包括但不限於細菌(革蘭氏陽性、革蘭氏陰性或革蘭氏不定的),真菌、病毒、原生動物、藻類和它們的生殖形式,包括孢囊和孢子。例如,就細菌而言,它包括在真核細胞內複製的支原體、立克次氏體和衣原體以及那些不在真核細胞內複製的細菌。術語“微生物(microorganism)”可以與“微生物有機體”和“微生物(microbe)”互換使用。
如本文所使用的,用於微生物的術語“分離的”是指已經從其天然產生的環境中被除去和/或純化的微生物。如此,如本文所用的微生物的“分離菌株”是已從其天然環境中被除去和/或純化的菌株。因此,“分離的微生物”不包括存在於其天然產生的環境中的微生物。此外,術語“分離的”不一定反映微生物被純化的程度。微生物菌株的“基本上純的培養物”是指除了所需要的一種或多種微生物菌株之外基本上不含其他微生物的培養物。換句話說,微生物菌株的基本上純的培養物基本上不含其他污染物(包括微生物污染物以及不希望的化學污染物)。此外,如本文所使用的,“生物學純的”菌株旨在表示與自然界中通常與其相關的物質分離的菌株。要注意的是與其他菌株相關的菌株,或與自然界通常不會發現的化合物或材料相關的菌株仍定義為“生物學純的”。當然,特定菌株的單一培養物是“生物學純的”。如本文所使用的,分離的微生物菌株的術語“富集(enriched)的培養物”是指含有超過50%、60%、70%、80%、90%或95%的分離菌株的微生物培養物。
如本文所使用的,微生物共同體是指兩種或更多種微生物菌株的混合群體。通常,微生物菌株可以自然形成或者組合在一起並實現特定目標。例如,本發明的微生物共同體組合用於生物降解。
如本文所使用的,術語“有機物質”(與有機材料可互換使用)涵蓋包括碳的任何材料,包括化石和非化石材料。有機物質的非限制性例子包括生質、木質纖維素物質和含烴材料(例如褐煤、油葉岩和泥炭)。
如本文所用,“包含有機物的廢棄物”包括生物廢棄物、肥料、綠色廢棄物、城市廢棄物、污水、食物和農業廢棄物以及工業有機廢棄物。肥料可以包括由人類和各種動物產生的肥料,包括農場動物,例如牛、綿羊、馬、豬、山羊、兔子和家禽,如雞、火雞和鴨子。綠色廢棄物可以包括來自多種來源的各種基材,如庭院廢棄物,包括草屑、樹木、灌木和樹籬修剪物、樹葉、以及家庭和商業食物廢棄物。城市廢棄物可以包括住宅和商業廢物,例如紙張、木材、食物和庭院廢棄物。可被生物降解或堆肥的廢棄物可以從混合的非生物降解物質中分離出來。污水污泥可以作為有機廢棄物的來源。
圖1顯示了根據本發明實施方式的固定化微生物細胞在空氣乾燥之前(0小時)和之後(72小時)之間的比較照片;圖2顯示了使用根據本發明的一個實施方式的廢棄物降解的產品降解之前(0小時)和之後(162小時)的雞廢棄物的照片;圖3顯示了使用根據本發明的一個實施方式的廢棄物降解的產品在降解之前(0小時)和之後(114小時)的熟肉的照片;圖4顯示了使用根據本發明的一個實施方式的廢棄物降解的產品在降解之前(0小時)和之後(114小時)的包含甘蔗渣的水果廢棄物的照片;圖5顯示了通過共培養四(4)種微生物菌株來製備並固定在鋸屑上的根據本發明的一個實施方式的廢棄物降解的產品的照片;圖6(a)至6(c)顯示了使用根據本發明的一個實施方式的廢棄物降解的產品之(a)熟肉、(b)0小時的降解肉和(c)48小時後的降解肉的照片;圖7(a)至7(c)顯示了使用市售的微生物共同體的(a)熟肉、(b)0小時的降解肉和(c)48小時後的降解肉的照片;圖8(a)至8(c)顯示了使用根據本發明的一個實施方式的廢棄物降解的產品之(a)麵條和肉類的組合、(b)0小時的降解物和(c)48小時後的降解物的照片;圖9(a)至9(c)顯示了使用市售的微生物共同體的(a)麵條和肉類的組合、(b)0小時的降解物和(c)48小時後的降解物的照片;圖10(a)至10(c)顯示了使用根據本發明的一個實施方式的廢棄物降解的產品的(a)麵條、(b)0小時的降解麵條和(c)120小時後的降解麵條的照片;以及圖11(a)至11(c)顯示了使用市售的微生物共同體的(a)麵條、(b)0小時的降解麵條和(c)120小時後的降解麵條的照片。
根據第一態樣,本發明提供了一種用於製備廢棄物降解的產品的方法。該方法包括從一種或多種食物廢棄物源中分離出在固體培養基上呈單獨菌落的多個微生物菌株;基於各微生物菌株的菌落的大小和/或豐度選擇多個分離出的微生物菌株,所選微生物菌株是基於與其他微生物菌株相比具有更大的菌落大小和/或更大的菌落豐度而選擇的;以及組合所選微生物菌株以製備用於廢棄物降解的微生物共同體。
具體而言,可以基於大小、形狀和顏色鑑別各微生物菌株的菌落。
用於製備廢棄物降解的產品的方法可以包括評估包含組合微生物菌株的微生物共同體的食物降解。
所選微生物菌株可以選自由假絲酵母屬、片球菌屬和陰溝腸桿菌組成的組。具體而言,該組可以由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬DSMZ 32730組成。
用於製備廢棄物降解的產品的方法可以進一步包括在組合所選微生物菌株之前培養所選各微生物菌株。可以在約30攝氏度(℃)至約70℃的溫度下培養所選各微生物菌株。組合所選微生物菌株的步驟可以包括將培養的微生物菌株接種到培養基中。
用於製備廢棄物降解的產品的方法還可以包括將微生物共同體固定到載體上。微生物共同體的含水培養物與載體的質量比可以是約2:1。載體可以是鋸屑、榖渣或衍生自油棕的空果叢。
在第二態樣,本發明提供了一種用於降解廢棄物的產品,其包括微生物共同體。微生物共同體包括微生物菌株的組合,所述微生物菌株從一種或多種食物廢棄物源中分離出在固體培養基上呈單獨菌落,並基於各微生物菌株的菌落的大小和/或豐度進行選擇,所選微生物菌株是基於與其他微生物菌株相比具有更大的菌落大小和/或更大的菌落豐度而選擇的。
可以基於大小、形狀和顏色鑑別各微生物菌株的菌落
所選微生物菌株可以選自由假絲酵母屬、片球菌屬和陰溝腸桿菌組成的組。具體而言,該組可以由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬DSMZ 32730組成。用於廢棄物降解的產品還可以進一步包括載體,微生物共同體固定到該載體上。載體可以是鋸屑、榖渣或衍生自油棕的空果叢。
在第三態樣,本發明提供了一種分離的微生物菌株,其選自由假絲酵母屬(Candida sp.)、片球菌屬(Pediococcus sp.)和陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)組成的組。具體而言,該組可以由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬DSMZ 32730組成。DSMZ編號是萊布尼茨研究所DSMZ-德國微生物寄存中心(布達佩斯條約國際寄存機構)的寄存號。
在第四態樣,本發明還提供了根據第三態樣的任何分離的微生物菌株的基本上純的培養物。
在第五態樣,本發明提供了微生物共同體或混合的微生物組合物,其包含兩種或更多種選自由假絲酵母屬、片球菌屬和陰溝腸桿菌組成的組的菌株。具體而言,該組可以由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌
屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬DSMZ 32730組成。
本發明還包括一種製備如本文所述的分離菌株的基本上純的培養物的方法;以及一種製備如本文所述的微生物共同體或混合的微生物組合物的方法。
本發明進一步包括一種製備如本文所述的微生物共同體或混合的微生物組合物的方法,包括以下步驟:(i)分別培養各微生物菌株;以及(ii)將兩種或更多種之培養的微生物菌株組合,以產生微生物共同體或混合的微生物組合物。
步驟(i)可以包括分別培養各微生物菌株以形成不同的預接種培養物;以及步驟(ii)可以包括用所有的預接種培養物接種培養基並培養以得到微生物共同體或混合的微生物組合物。
本發明進一步包括一種製備微生物共同體或混合的微生物組合物的方法,包括以下步驟:(i)培養各微生物菌株(光滑念珠菌(DSMZ 32770)、片球菌屬(DSMZ 32729)、陰溝腸桿菌(DSMZ 32739)和腸內桿菌屬(DSMZ 32730))以形成各微生物菌株的基本上純的培養物;以及(ii)將所有四種基本上純的培養物組合,以產生微生物共同體或混合的微生物組合物。
步驟(i)可以包括培養各微生物菌株(光滑念珠菌(DSMZ 32770)、片球菌屬(DSMZ 32729)、陰溝腸桿菌(DSMZ 32739)和腸內桿菌屬(DSMZ 32730))以形成各微生物菌株的四種基本上純的預接種培養物;以及步驟(ii)可以包括用所有四種預接種培養物接種培養基。
如本文所述的基本上純的培養物、微生物共同體或混合的微生物組合物可以用固體培養基固定。因此,本文所述的方法進一步包括用固體培養基固定微生物菌株、微生物共同體或混合的微生物組合物。有利地,固體培養基充當固體支持物以增強商業用途的微生物共同體的穩定性。任何合適的固體培養基可用於固定基本上純的培養物、微生物共同體或混合的微生物組合物。較佳地,固體培養基便宜且可生
物降解。合適的固體培養基的例子包括但不限於鋸屑、榖渣或衍生自油棕的空果叢的固體培養基。
分離的微生物菌株可以單獨使用,或者微生物共同體或混合的微生物組合物可以用於廢棄物的生物降解。
本發明還提供了一種生物降解包含有機物的廢棄物的方法,包括以下步驟:(i)將至少一種選自光滑念珠菌(DSMZ 32770)、片球菌屬(DSMZ 32729)、陰溝腸桿菌(DSMZ 32739)和腸內桿菌屬(DSMZ 32730)的分離的微生物菌株與包含有機物的廢棄物混合以形成混合物;以及(ii)發酵混合物。
本發明還提供了一種用於生物降解包含有機物的廢棄物的方法,包括以下步驟:(i)混合兩種或更多種選自光滑念珠菌(DSMZ 32770)、片球菌屬(DSMZ 32729)、陰溝腸桿菌(DSMZ 32739)和腸內桿菌屬(DSMZ 32730)的菌株以形成混合物;以及(ii)發酵混合物。
廢棄物包含可被生物降解的有機物。
在第六態樣,本發明提供了一種降解廢棄物的方法。該降解廢棄物的方法包括:提供用於廢棄物降解的產品、分離的微生物菌株、分離的微生物菌株的基本上純的培養物、或微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者;將用於廢棄物降解的產品、分離的微生物菌株、分離的微生物菌株的基本上純的培養物、或微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者與廢棄物混合;以及用用於廢棄物降解的產品、分離的微生物菌株、分離的微生物菌株的基本上純的培養物、或微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者生物降解廢棄物。廢棄物可以在約30攝氏度(℃)至約50℃之間的溫度下生物降解。在提供用於廢棄物降解的產品的一個實施方式中,用於廢棄物降解的產品和廢棄物可以以約1:1的質量比提供。
現在已經總體地描述了本發明,通過參考下列實施例將更容易理解本發明,這些實施例是以說明的方式提供的,並且不旨在限制本發明。
通過混合從瑋思康私人有限公司(Westcom Solution Pte Ltd.)的食物廢棄物樣品中分離的關鍵微生物菌株,發展了一種新的微生物共同體WM4。
從瑋思康私人有限公司的食物廢棄物樣品中分離出關鍵微生物菌株。基於瓊脂平板上的菌落形態、顏色、形狀、大小和豐度,很大程度上識別出了相同菌株的不同菌落。菌株基於瓊脂平板上的大小和豐度來選擇。
從樣品2中分離出一種酵母克隆C1和一種細菌克隆C2,並從樣品3中分離出兩種細菌克隆C3和C4。
四(4)種分離株在實驗室中鑒定,並由萊布尼茨研究所DSMZ-德國微生物寄存中心進一步證實。
所有四(4)種關鍵菌株在30℃和50℃下在100mL的液體培養基(含5g/L的氯化鈉、2g/L的K2HPO4.2H2O、10g/L的酵母提取物、50g/L的右旋糖)中生長以比較細胞生長。發現所有細菌菌株在30℃下比在50℃下生長得更好。生長24小時後,使用NaOH將培養物的pH調節至7,再加入50g/L的葡萄糖並將培養物再溫育(incubated)24小時。在50℃培養時,由於OD600值低,因此葡萄糖的消耗量低,24小時後不再進一步添加葡萄糖。生長48小時後,與在50℃培養的培養物相比,在30℃培養的培養物的OD600高得多(表2)。
在一個特定的例子中,將所有10種細菌培養物(在兩種溫度下培養)均勻混合並在4000rpm、4℃下離心10分鐘。傾析培養物上清液,留下200ml培養基重新懸浮細胞團塊用於固定在鋸屑上。較佳地,在另一個實施方式中,在一個溫度下生長的四種不同的微生物菌株可以組合在一起。
培養後,得到微生物細胞並通過加入鋸屑進行固定,並將固定的細胞在通風櫥中風乾2-3天(圖1)。空氣乾燥72小時後,微生物共同體WM4即可用於廢棄物降解。通過在烘箱中在80℃下乾燥48小時,然後測量其在烘箱乾燥之前和之後的重量損失,來測量微生物共同體
WM4的含水量。其含水量因此被確定為32.2%。
使用WM4分別降解高壓滅菌的雞肉、熟肉和包括甘蔗渣的新鮮水果廢棄物。通過將來自實施例4的固定的微生物細胞(WM4)50g(濕重)與50g食物廢棄物(濕重)混合並在50℃和200rpm下溫育混合物,來進行食物降解實驗。高壓滅菌的雞肉、廢棄的熟肉和包括甘蔗渣的新鮮水果廢棄物分別在162小時、114小時和114小時後被有效地降解(圖2至圖4)。降解效果至少與使用市售微生物共同體的降解效果(即使在162小時後,未降解的三種食物廢棄物仍然明顯可見)一樣好。
當知任何一種菌株都可以用於生物降解包含有機材料的廢棄物。亦當知根據本發明的微生物共同體可以包含四種細菌菌株中的兩種或更多種。
發展了一種製備微生物共同體的簡化方法,以有助於其商業應用。分別製備各菌株的預接種培養物,並且可以使用任意兩種、三種或所有四種預培養物接種培養基以培養菌株,來產生混合培養物(即微生物共同體)。
6.1所有四種菌株的共培養
除了C2以外,所有四(4)種細菌分離株都在30℃下在20ml的酵母提取物肽右旋糖(YPD)培養液(酵母提取物10g/L,蛋白腖20g/L以及右旋糖20g/L)中單獨預培養過夜,並且分離株C2(片球菌屬)在30℃下在20ml的De Man,Rogosa和Sharpe(MRS)培養液(示蛋白腖10g/L,牛肉提取物10g/L,酵母提取物5g/L,右旋糖20g/L,聚山梨酯80 1g/L,檸檬酸銨2g/L,乙酸鈉5g/L,硫酸鎂0.1g/L,硫酸錳0.050g/L,磷酸二鉀2g/L)中培養並溫育過夜。次日,將所有四(4)種培養物接種到含有300mL液體培養基(含5g/L的氯化鈉,2g/L的K2HPO4.2H2O,10g/L的酵母提取物,50g/L的右旋糖)的錐形瓶中,使最終培養體積為380ml,初始OD600為1.97。將混合物在30℃溫育24小時,OD600測得為18.9且pH為4.0。為了中和酸度,加入2.5g的NaHCO3至最終pH為7,然後再加入50g/L的葡萄糖並將培養物再
溫育24小時。最終的OD600在48小時達到40。
6.2將共培養的菌株固定在鋸屑上
將鋸屑加入到得到的共培養物中以固定微生物共同體。在這種固定的微生物共同體空氣乾燥之後,微生物共同體WM4即可用於廢棄物降解。通過在烘箱中在80℃下乾燥48小時,然後測量其在烘箱乾燥之前和之後的重量損失,來計算固定的微生物共同體WM4的含水量。其含水量因此被確定為61.2%。圖5顯示了通過共培養四(4)種菌株然後用鋸屑固定而製備的微生物共同體WM4。
6.3食物廢棄物降解
由上述實施例6.2製備的固定共同體(WM4)和市售微生物共同體和食物廢棄物(熟肉和麵條)以1:1(w/w,濕重)的比例使用。將50g由上述實施例6.2製備的固定共同體(WM4)和用作對照組的市售微生物共同體(50克,濕重)分別與50g食物廢棄物(濕重)混合並在37℃以200rpm振盪溫育。將熟肉(50g,濕重)、生麵條(50g,濕重)(希普吉普食品製造私人有限公司)和熟肉與生麵條(各25g,濕重)的組合作為食物廢棄物降解的底物,進行測試(圖6-11)。
6.4固體減少總量和食物廢棄物減少量
測量使用由以上實施例6.2製備的固定共同體(WM4)和市售微生物共同體的總固體(食物廢棄物+固定的微生物共同體)重量損失和食物廢棄物重量損失。取10克來自實施例6.3的不同食物樣品(測試組和對照組)並重新懸浮於50ml水中。將每個樣品徹底渦旋2-3分鐘,並在4000rpm離心30分鐘。每個不同食物樣品的顆粒物質和不溶於水的物質在每個樣品各自的falcon管中被沉澱下來,並且上清液中的可溶性部分被傾析出。在80℃下乾燥具有顆粒的falcon管,直到觀察不到重量減輕。分別在降解48小時(肉類和肉類加麵條)和120小時(僅麵條)後,計算固體減少總量和食物廢棄物減少量(表3)。
計算固體減少總量的公式是:
A i :食物廢棄物和微生物共同體的初始乾重
A f :降解後食物廢棄物和微生物共同體的最終乾重
計算食物廢棄物減少量的公式是:
A f :降解後食物廢棄物和微生物共同體的最終乾重
M i :微生物共同體的初始乾重
F i :食物廢棄物的初始乾重
可以看出,僅麵條的樣品在120小時後,WM4的固體減少總量和食物廢棄物減少量分別高出市售微生物共同體的1.2倍和1.4倍。對於僅肉類的樣品,在48小時後,WM4的固體減少總量和食物廢棄物減少量分別高出市售微生物共同體的6.0倍和4.4倍。對於肉類和麵條樣品的組合,在48小時後,WM4的固體減少總量和食物廢棄物減少量分別高3.9倍和2.3倍。因此,WM4比市售微生物共同體在降解食物廢棄物上更加有效,因其降解程度更高和操作溫度更低(<40℃)。據推測,與僅麵條的樣品相比,肉類和麵條樣品的降解時間更短,因為肉類的存在為微生物菌株的生長提供了更多的氮。
6.5被降解食物廢棄物的pH值的測量
將取自降解前後每種食物廢棄物樣品的固體樣品(1.0g,濕重)各自加入到10ml自來水中。麵條的降解時間為120小時,僅肉類以及肉類和麵條樣品的降解時間為48小時。將每種混合物渦旋並在室溫靜置以使固體沉降。然後測量每個樣品的上清液pH值(表4)。
注意到,在麵條降解的情況下,使用WM4和市售微生物共同體降解後的pH值均升高。在熟肉以及熟肉和麵條組合的情況下,觀察到pH的降低。麵條、僅肉類和肉類+麵條(WM4和對照組)的降解產物的HPLC分析顯示存在大量乙酸和少量丁酸作為主要酸性物質。
通過從瑋思康私人有限公司收集的食物廢棄物產品中分離出微生物,並將最強大的分離株組合成新的微生物共同體,發展了一個新的微生物共同體WM4。
從食物廢棄物產品中分離出三(3)種細菌菌株(腸內桿菌屬、片球菌屬、陰溝腸桿菌)和一(1)種酵母菌株(光滑念珠菌),且所有這些菌株均被歸類為生物安全級別1(BSL 1)。
優化了培養條件,並且微生物共同體被固定在便宜且可生物降解的固體培養基上以增強商用微生物的穩定性。
混合在30℃下生長的所有四(4)種分離株的個體培養物,然後收穫,並加入鋸屑以固定細胞,得到微生物共同體WM4,與市售微生物共同體相比,WM4能夠在30-50℃更高效地降解食物廢棄物。
發展了一種製備WM4的簡化方法,其中四(4)種分離株被共培養,然後固定在鋸屑上以降低生產成本並有利於其商業應用。
新的微生物共同體WM4就縮短處理時間以及食物廢棄物的降解程度提高方面而言,能夠比市售的微生物共同體更有效地轉化食物廢棄物。
新的微生物共同體WM4在將食物廢棄物降解為有機肥料方面比市售微生物共同體更有效地運作,這節省了處理時間和能源消耗,並且提高了處理效率,有利於處理經濟性。
使用市售微生物共同體處理食物廢棄物需要更長的時間(每個迴圈超過24小時)並且處理需要在更高的溫度(50℃)進行。使用這種市售的微生物共同體處理食物廢棄物時,觀察到了較低的降解率和較高的能量消耗。新的微生物共同體WM4可以比市售的微生物共同體更有效地運作,並且可以在較低的溫度(低於40℃)下實施,顯著提高了處理效率和經濟性。
WM4比市售的微生物共同體更有效地降解熟肉、麵條以及熟肉和麵條的組合,導致形成更酸性的環境。
雖然已經說明和描述了本發明的較佳實施方式,但顯然本發明不僅限於這些實施方式。對於本領域技術人員來說,許多修改、改變、變化、替換和等同是顯而易見的,而不脫離如申請專利範圍中所描述的本發明的範圍。
此外,除非上下文清楚地要求,否則在整個說明書和申請專利範圍中,詞語“包含”、“包括”等應被解釋為包含性而不是排他性或窮舉性的含義;也就是說,就“包括但不限於”的意義而言。
Claims (28)
- 一種製備用於廢棄物降解的產品的方法,包含:從一種或多種食品廢棄物源中分離出在固體培養基上呈單獨菌落的多個微生物菌株;基於各微生物菌株的菌落的大小和/或豐度選擇多個分離出的微生物菌株,其中所選微生物菌株是基於與其他微生物菌株相比具有更大的菌落大小和/或更大的菌落豐度而選擇的;以及組合所選微生物菌株以製備用於廢棄物降解的微生物共同體(consortium)。
- 根據申請專利範圍第1項所述的方法,其中各微生物菌株的菌落係基於大小、形狀和顏色而鑑別。
- 根據申請專利範圍第1或2項所述的方法,更包括評估包含該組合的微生物菌株之微生物共同體的食物降解。
- 根據前述申請專利範圍任一項所述的方法,其中所選微生物菌株選自由假絲酵母屬(Candida sp.)、片球菌屬(Pediococcus sp.)和陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)組成的群組。
- 根據申請專利範圍第4項所述的方法,其中該群組由光滑念珠菌(Candida glabrata)DSMZ 32770、片球菌屬(Pediococcus sp.)DSMZ 32729、陰溝腸桿菌(Enterobacter cloacae)DSMZ 32739和腸內桿菌屬(Enterobacter sp.)DSMZ 32730所組成。
- 根據前述申請專利範圍任一項所述的方法,更包括在組合所選微生物菌株之前培養所選各微生物菌株。
- 根據申請專利範圍第6項所述的方法,其中在約30攝氏度(℃)至約70℃之間的溫度下培養所選各微生物菌株。
- 根據申請專利範圍第6或7項所述的方法,其中組合所選微生物菌株的步驟包括將培養的微生物菌株接種到培養基中。
- 根據前述申請專利範圍任一項所述的方法,更包括將該微生物共同體固定在載體上。
- 根據申請專利範圍第9項所述的方法,其中該載體是鋸屑、榖渣或衍生自油棕的空果叢。
- 一種用於廢棄物降解的產品,包括:微生物共同體,包括微生物菌株的組合,該微生物菌株從一種或多種食物廢棄物源中分離出在固體培養基上呈單獨菌落,並基於各微生物菌株的菌落的大小和/或豐度進行選擇,其中所選微生物菌株是基於與其他微生物菌株相比具有更大的菌落大小和/或更大的菌落豐度而選擇的。
- 根據申請專利範圍第11項所述用於廢棄物降解的產品,其中各微生物菌株的菌落係基於大小、形狀和顏色而鑑別。
- 根據申請專利範圍第11或12項所述用於廢棄物降解的產品,其中該微生物菌株選自由假絲酵母屬、片球菌屬和陰溝腸桿菌組成的群組。
- 根據申請專利範圍第13項所述用於廢棄物降解的產品,其中該群組由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬DSMZ 32730所組成。
- 根據申請專利範圍第11至14項中任一項所述用於廢棄物降解的產品,更包括載體,其中該微生物共同體固定在該載體上。
- 根據申請專利範圍第15項所述用於廢棄物降解的產品,其中該載體是鋸屑、榖渣或衍生自油棕的空果叢。
- 一種分離的微生物菌株,其選自由假絲酵母屬、片球菌屬和陰溝腸桿菌組成的群組。
- 根據申請專利範圍第17項所述分離的微生物菌株,其中該群組由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬DSMZ 32730所組成。
- 一種根據申請專利範圍第17或18項所述分離的微生物菌株之基本上純的培養物。
- 根據申請專利範圍第19項所述分離的微生物菌株之基本上純的培養物,其用固體培養基固定。
- 根據申請專利範圍第20項所述分離的微生物菌株之基本上純的培養物,其中該固體培養基是鋸屑、榖渣或衍生自油棕的空果叢。
- 一種微生物共同體或混合的微生物組合物,其包含兩種或更多種選自由假絲酵母屬、片球菌屬和陰溝腸桿菌組成的群組中的微生物菌株。
- 根據申請專利範圍第22項所述的微生物共同體或混合的微生物組合物,其中該群組由光滑念珠菌DSMZ 32770、片球菌屬DSMZ 32729、陰溝腸桿菌DSMZ 32739和腸內桿菌屬DSMZ 32730所組成。
- 根據申請專利範圍第22或23項所述的微生物共同體或混合的微生物組合物,其用固體培養基固定。
- 根據申請專利範圍第24項所述的微生物共同體或混合的微生物組合物,其中該固體培養基是鋸屑、榖渣或衍生自油棕的空果叢。
- 一種降解廢棄物的方法,包括:提供申請專利範圍第11至16項中任一項所述用於廢棄物降解的產品、申請專利範圍第17或18項所述分離的微生物菌株、申請專利範圍第19至21項中任一項所述分離的微生物菌株之基本上純的培養物和申請專利範圍第22至25項中任一項所述的微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者;將該用於廢棄物降解的產品、該分離的微生物菌株、該分離的微生物菌株之基本上純的培養物、或該微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者與廢棄物混合;以及使用該用於廢棄物降解的產品、該分離的微生物菌株、該分離的微生物菌株之基本上純的培養物、或該微生物共同體或混合的微生物組合物中的一者生物降解該廢棄物。
- 根據申請專利範圍第26項所述的降解廢棄物的方法,其中該廢棄物在約30攝氏度(℃)至約50℃之間的溫度下生物降解。
- 根據申請專利範圍第26或27項所述的降解廢棄物的方法,其中提供該用於廢棄物降解的產品,且其中該用於廢棄物降解的產品和該廢棄物以約1:1的質量比提供。
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