餐厨垃圾固态发酵制备蛋白饲料及在黑水虻喂养中的应用

发布时间：2020-11-02 07:16

　　 餐厨垃圾(Kitchen Waste,KW)是人们消费过程中产生的有机废弃物,主要为米类、面类、蔬菜、油脂、肉类及骨头等食物残余;化学组成为淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。目前,KW的处理方式主要有堆肥法、发酵制氢法、填埋法和焚烧法,其中堆肥法和发酵制氢法存在周期长、效率低、资源化利用程度低等问题;而直接填埋法和焚烧法均会造成环境的二次污染。因此,寻找一条切实可行的KW处理方法,实现有机废弃物的合理利用,不仅可有效解决粮食浪费及环境污染问题,也为我国循环经济的发展提供一条新思路。本文利用从自然发酵的KW中分离的微生物对KW进行固态发酵制备蛋白饲料,将该饲料用于饲喂黑水虻幼虫,并对回收后的黑水虻幼虫进行营养成分分析及抗氧化活性研究。主要研究内容及结果如下:(1)本实验所用KW原料的含水量为62.06%,干物质组成为粗蛋白质22.72%、总糖29.52%、还原糖11.36%、粗脂肪14.88%、粗纤维4.08%、淀粉7.32%及灰分6.80%,营养较为丰富,可作为微生物的发酵基质;从自然发酵的KW中分离出22株菌株,其中包括15株细菌,依次命名为KWBA-1~KWBA-15;4株酵母菌,命名为KWSA-1~KWSA-4;3株霉菌,命名为KWMO-1~KWMO-3。对分离菌进行16S rDNA/ITS基因序列测序和系统发育树分析,结果表明细菌中糖苷黄单胞菌、解淀粉芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌各1株,涎腺肠炎杆菌及凝结芽孢杆菌各2株,枯草芽孢杆菌3株,蜡状芽孢杆菌4株;酵母菌包括间型假丝酵母1株,酿酒酵母3株;霉菌中裂褶菌、马氏杆菌及肉桂紫青霉各1株。(2)根据《饲料添加剂品种目录》确定可用于饲料生产的菌株为解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌及酿酒酵母,将其分别进行KW单菌和混菌发酵,并以感官品质、总蛋白和可溶性蛋白含量提高率为评定指标,结果表明发酵KW的最佳菌种组合为KWBA-8、KWBA-12及KWSA-2,其中KWBA-8为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),KWBA-12为凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans),KWSA-2为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。(3)通过单因素和响应面优化KW固态发酵制备蛋白饲料的工艺参数。结果发现在KW与豆粕比为3:1(w/w),KWBA-8、KWBA-12和KWSA-2比例为1:1:1(v/v/v),接种量1.5%,含水率65.60%,发酵时间44.5 h的条件下,发酵产物具有酒香味,形态松软、颜色呈棕黄色;与未发酵原料相比,总蛋白含量提高了21.64%,可溶性蛋白含量提高了406.18%;必需氨基酸(EAA)和总氨基酸(TAA)含量为11.65%和36.52%,较未发酵原料分别提高了22.63%和21.72%;分子量低于1,000 Da的蛋白质组分为87.81%,较未发酵原料提高了23.01%;GC-MS分析结果表明,发酵产物挥发性成分中的醇类物质较原料提高了403.56%,而具有恶臭的含硫类及萜烯类物质未检测出。(4)利用发酵后的蛋白饲料喂养黑水虻幼虫,并以未发酵原料喂养的幼虫作为对照。结果表明发酵饲料喂养的单只6、7、8及9日龄黑水虻幼虫体重较对照分别增加20.72%、26.56%、30.32%及36.37%;单只幼虫总体重增加46.61%,历期缩短7.75%,饲料利用率、转化率及幼虫存活率分别增加46.59%、56.21%及3.06%;其幼虫总蛋白含量为47.44%,较对照增加10.48%;必需氨基酸(EAA)和总氨基酸(TAA)含量为19.38%和46.41%,较对照分别增加53.09%和30.21%,幼虫EAA/NEAA(非必需氨基酸)和EAA/TAA均高于WHO/FAO理想蛋白模式,且其必需氨基酸指数(EAAI)≥0.90;发酵饲料喂养的黑水虻幼虫蛋白清除DPPH和羟基自由基的IC_(50)是对照幼虫蛋白的1.51倍和1.07倍,其总还原力为对照的1.53倍,即发酵饲料喂养的黑水虻幼虫蛋白抗氧化性较强。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S899.9;X799.3
【部分图文】：

KWBA-5 不规则圆形 表面褶皱 波形 不透明 浅白色KWBA-6 不规则 中心凹陷 锯齿状 半透明 浅黄色KWBA-7 较大圆形 平整湿润 不规则 不透明 白色KWBA-8 圆形 光滑干燥 整齐 不透明 乳白色KWBA-9 不规则圆形 中心褶皱 波形 不透明 浅白色KWBA-10 圆形 较光滑湿润 整齐 不透明 乳白色KWBA-11 圆形 光滑湿润 整齐 不透明 乳白色KWBA-12 近圆形 光滑干燥 不规则 不透明 乳白色KWBA-13 圆形 较光滑湿润 整齐 不透明 乳白色KWBA-14 圆形 光滑凸起 整齐 不透明 白色KWBA-15 近圆形 光滑湿润 整齐 不透明 乳白色KWSA-1 圆形 光滑凸起 整齐 不透明 乳白色KWSA-2 圆形 光滑、中心凸起 整齐 不透明 白色、边缘较浅KWSA-3 圆形 光滑凸起 整齐 不透明 白色KWSA-4 圆形 光滑、中心凸起 整齐 不透明 乳白色、边缘较浅

江苏大学硕士学位论文.2 可以看出 KWBA-1~KWBA-15 各菌的菌落形态及革兰氏染A-1、KWBA-3 和 KWBA-10 为 G-，其余均为 G+；且除 KW KWBA-10 外，其余 12 株细菌均能产生芽孢。DNA 序列测序为 KWBA-1~KWBA-15 的 16SrDNA 序列的 PCR 扩增电泳图的分子物均在 1500 bp 左右。Marker↓

图 2.4 KWBA-1~KWBA-7 系统发育树Fig. 2.4 Phylogenic tree of KWBA-1~KWBA-7图 2.5 KWBA-8 系统发育树Fig. 2.5 Phylogenic tree of KWBA-8
【参考文献】

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本文编号：2866737