餐厨垃圾好氧发酵产物的品质评价及其在鲫鱼饲料中的应用

发布时间：2020-05-22 07:54

【摘要】：本试验从餐厨垃圾和活性污泥中用BHI培养基和LB培养基初筛,经蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的平板筛选,最终鉴定并确定2株具有较强分解能力的细菌株CY-1和CY-7作为试验菌株,通过优化其单菌株发酵及混合发酵条件,辅以酶制剂制成固态发酵菌剂,在BYM-F1-2型生物环保厨余机中进行25 d餐厨垃圾的好氧发酵,确定最佳发酵菌剂配伍和发酵条件,在BYM-B1-10型生物环保厨余机,得到试验用厨余发酵产物(Fermentation products of kitchen waste,FPKW)。对 FPKW 进行系统的物理性状、常规营养组分、微量元素、有害微生物及不同存储条件下毒素的综合评估后,将FPKW作为一种潜在的饲料原料,分别以0%、3%、6%、9%、12%、15%和30%添加到鲫鱼饲料中,制成6种等氮饲料,进行了为期60天的养殖试验,探究了其对初始体重为7.4±0.21g“中科3号”鲫鱼幼鱼的生长、表观消化率、血液生化指标和消化酶的影响,主要研究结果如下:1.从餐厨垃圾和活性污泥中筛选得到8株细菌株,经过蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶的平板筛选后,最终确定两株具有高酶活性的菌株CY-1和CY-7为试验菌株。CY-1菌株在LB培养基上所形成的菌落较大,圆形,生理生化鉴定为革兰氏阳性菌,不可厌氧生长,16S rDNA共有1491 bp,进化树分析显示CY-1与贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)的同源性置信度达到71,初步判断其为贝莱斯芽孢杆菌;CY-7菌株则为小菌落,圆形,湿润,浅黄色,生理生化鉴定为革兰氏阴性菌,不可厌氧生长,16S rDNA共有1480 bp,进化树分析显示CY-7与乙酸钙不动杆菌(Acinetobacter calcoaceticus)同源性置信度达到 100。2.分别对菌株CY-1和CY-7进行单菌株和1:1混合菌株摇床培养,24 h后菌株CY-1和CY-7混合培养的总菌数(9.1×108 cfu/g)显著高于CY-1的5.3×107 cfu/g和CY-7的3.5×107 cfu/g。7 L发酵罐中CY-1和CY-7等比例混合发酵,OD值显示CY-1和CY-7的混合发酵的迟缓期(lag phase)约为4 h,随即进入指数期(log phase),在20 h左右进入稳定期(stationary phase);酶活均在发酵16 h左右达到稳定期(蛋白酶47.2 U/ml,脂肪酶20.9 U/ml,淀粉酶38.9 U/ml);混菌发酵至16 h后,开始出现芽孢,连续发酵至20 h,芽孢大量生成芽孢,形成率基本达到90%以上。3.在BYM-F1-2生物环保厨余机中同时添加酶制剂和固体菌剂组,25 d的连续发酵结束后,厨余垃圾的减重率达到94.23%,发酵过程中餐厨样品总菌数均维持在1011 cfu/g。选用固体菌剂加酶制剂的发酵条件,在BYM-B1-10生物厨余机中连续发酵25 d,烘干得到FPKW用于后续试验。4.未经粉碎的FPKW为棕褐色固形物,经分级筛后,8目、12目、24目、32目筛上物主要为骨头和纤维,重量占比分别为35.94%、22.92%、22.12%和11.98%;32目筛下物主要为肉松状黄色粉末,重量比例为7.85%。FPKW经过粉碎后90%可过40目。FPKW粗蛋白质含量为18.7%,粗脂肪含量为20.4%,粗纤维为4.9%,灰分为5.7%,水分为7.5%,总磷含量为1.18%,水溶性氯化物含量为1.65%;微量元素中镁的含量最高为9.9×102 mg/kg,铁为2.4×102 mg/kg,铜为5.5 mg/kg,锌为39 mg/kg,硒为0.62 mg/kg,砷为0.089 mg/kg,而铅、汞、镉和铬均未检出;FPKW的17种氨基酸总量为17.43%,必需氨基酸为7.1%(占总氨基酸的40.73%),谷氨酸含量最高为2.68%,赖氨酸含量为1.09%,蛋氨酸含量为0.37%,经过氨基酸评分(AAS)和化学评分(CS)的评价判定,FPKW的第一限制性氨基酸为Val缬氨酸。5.0d的FPKW的黄曲霉毒素、呕吐毒素、沙门氏菌和大肠菌群均未检出。室温开袋放置10 d后FPKW的黄曲霉毒素含量为9.36 ug/kg;而密封放置10 d后FPKW的黄曲霉毒素含量为13.55 ug/kg,均低于国家饲料原料毒素的限量标准。无论何种储存方式,FPKW中呕吐毒素、沙门氏菌和大肠菌群均未检出。6.(1)饲料中FPKW添加量为9%时,60天鲫鱼幼鱼的增重率显著高于对照组和其他各组(P0.05),而FPKW添加量达到30%时鲫鱼幼鱼的增重率显著低于对照组和其他各组(P0.05)。鲫鱼的增重率(Y)与饲料中FPKW添加量(X)之间的关系可用Y=-1579.8X2+364.47X+282.02(R2=0.7313)表示,鲫鱼饲料中FPKW的最适添加量为1.7%～21.3%,当FPKW添加量为11.5%时,鲫鱼可获得最大的生长率。(2)FPKW添加量在15%及以下时,鲫鱼的干物质和粗蛋白的表观消化率均无显著差异(P0.05),鲫鱼中肠和肝胰脏的蛋白酶活性均随FPKW添加量的升高而先升高后下降,FPKW添加量达到30%时中场和肝脏蛋白酶显著降低(P0.05);鲫鱼肝胰脏和中肠的脂肪酶均在FPKW添加量为30%时达到峰值(32.49 U/g prot,52.01 U/g prot);鲫鱼的淀粉酶活性均随着FPKW添加量的上升而降低。(3)随着FPKW添加比例的上升,鲫鱼的血清谷草转氨酶、谷丙转氨酶、碱性磷酸酶、SOD、T-AOC和脂质的含量升高。鲫鱼组织切片证实较高的FPKW添加组中,鲫鱼幼鱼的肠道、肝脏和肾脏存在一定程度的损伤。以上结果表明,菌株CY-1和CY-7的混合发酵菌液辅以酶制剂在厨余机中可高效处理餐厨垃圾,并可在发酵过程中大大降低有害微生物及毒素的风险,所得到的FPKW营养指标符合饲料原料营养标准,经粉碎、筛分处理后,在鲫鱼饲料中适量添加可促进鲫鱼生长,且添加量不超过15%时对鲫鱼增重率、表观消化率和消化酶活性均无显著影响。
【图文】：

工艺流程图,餐厨垃圾,好氧发酵,工艺流程

表 1.6 餐厨垃圾发酵处理中常见的菌种及最适发酵条件Table 1.6 Common strains and optimum fermentation conditions in the fermentation of KW发酵菌株最适温度（℃）最适 pH 应用地衣芽孢杆菌 30 9~10 降解纤维素、蛋白质和脂肪枯草芽孢杆菌 30~37 6.8~7.2 降解纤维素、蛋白质和脂肪乳酸乳球菌 30 7.4~7.6 降解蛋白和脂肪红曲菌 26~30 6.5~7.5 优化发酵条件康宁木霉 28 6.8~7.2 降解纤维素、木质嗜热脂肪芽孢杆菌 28~77 6.8~7.2 高温堆肥发酵和餐厨垃圾堆肥此外，使用生物环保厨余机处理餐厨垃圾是近年来兴起的一种高效处理方式，其通过对缸体发酵环境的精准控制，使微生物好氧发酵及有机质酶解，从而快速发酵，实现餐厨垃圾的资源化利用，其工艺流程图见图 1.1，框内为厨余机内部，经过初筛和 60℃~80℃洗脱后进行发酵，可得到营养价值较高的厨余发酵产物。生物环保厨余机拥有因地制宜，，环保高效、无污染无异味，低运行成本的特点。

淀粉酶,蛋白酶,平盘,脂肪酶

图 2.1 8 株细菌富集分离Figure 2.1 Enrichment and separation of 8 strains经过蛋白酶平板、脂肪酶平板和淀粉酶平板的筛选，挑选出共 2 株具有高酶活特性的细菌株，CY-1 和 CY-7，平盘筛选结果见图 2.2 和图 2.3 所示。图 2.2 CY-1 的酶活性筛选（a.CY-1 的蛋白酶活筛选 b.CY-1 的淀粉酶活筛选）Figure 2.2 Screening chart of CY-1 enzyme activity（a. Screening of protease activity of
【学位授予单位】：武汉轻工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S963

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