专利名称：一种食品垃圾的生物发酵方法
技术领域：
本发明涉及一种垃圾的生物发酵方法。
背景技术：
食品垃圾指食堂、餐厅、家庭的餐厨垃圾以及食品工业中的废弃有机物。食品垃圾为生物质废弃物，有机物含量高，主要包括淀粉、纤维素、蛋白质等，可作为生物质能源再度利用，而且在城市生活垃圾中占有较大比重。食品垃圾的资源化已经受到科研学者及政府部门的高度重视，发酵产酸、醇、氢气、甲烷是食品垃圾资源化的主要方式。由于食品垃圾含有蛋白质、脂肪、多糖类等生物大分子，很难直接被产物发酵生产菌株(如乳酸菌、甲烷菌等)有效利用；如美国GUOCHENG DU等人利用食品垃圾的有机酸类发酵产物为原料生物合成聚羟基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate，PHA)，在16天厌氧发酵后有机酸的浓度只能达到乙酸5.5g/L、丙酸1.8g/L、丁酸7.4g/L、乳酸32.7g/L(Environ.Sci.Technol.2002(36)5511-5516)；日本KENJI SAKAI等人利用食品垃圾发酵生产乳酸，发酵48h后乳酸浓度也不到30g/L(Journal Of BioscienceAnd Bioengineering.98(1)48-56)。虽然在发酵工艺中加入商业酶制剂能提高目标产物的产量，但生产成本随之升高。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前食品垃圾中的蛋白质、脂肪、多糖类等生物大分子难以直接被产物发酵生产菌株有效利用和使用商业酶制剂生产成本升高的缺陷，而提供的一种食品垃圾的生物发酵方法。
食品垃圾按以下步骤生物发酵(一)将食品垃圾滤干接种黑曲霉，之后在30～35℃的条件下固态发酵5～6天制备糖化酶曲；(二)将糖化酶曲和生物发酵菌种加入到新鲜的食品垃圾中，并加入与新鲜食品垃圾等质量的自来水发酵；(三)分离、提纯，即得发酵产物。
本实施方式可用于发酵生产有机酸、醇、氢气和甲烷，并可根据所需要的发酵产物来选择生物发酵菌种和发酵条件，而且发酵产物的分离、提纯方法可采用现有常规方法。
本发明制备出的糖化酶曲不必干燥和冷冻，可直接使用，节省了大量的资源并降低了生产成本。本发明糖化酶曲中的黑曲霉因不经过干燥和冷冻保持了高度活性，能够在发酵过程中继续生长、产酶，并与发酵菌种协同作用，大大提高了食品垃圾资源的利用率和发酵产物的产量，可明显降低生产成本。
图1是具体实施方式
十六中利用黑曲霉制备的糖化酶曲发酵乳酸与使用商业酶制剂发酵乳酸的产量曲线图，图1中“○”曲线是使用商业酶制剂发酵乳酸的产量曲线，图中“■”曲线是利用黑曲霉制备的糖化酶曲发酵乳酸的产量曲线；图2是具体实施方式
十六中糖化酶曲中黑曲霉与乳酸菌协同发酵过程中的菌量曲线图，图2中“○”曲线是乳酸菌菌量曲线，图2中“■”曲线是黑曲霉孢子数量曲线。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式食品垃圾按以下步骤生物发酵(一)将食品垃圾滤干接种黑曲霉，之后在30～35℃的条件下固态发酵5～6天制备糖化酶曲；(二)将糖化酶曲和生物发酵菌种加入到新鲜的食品垃圾中，并加入与新鲜食品垃圾等质量的自来水发酵；(三)分离、提纯，即得发酵产物。
本实施方式步骤(一)制备出的糖化酶曲不需干燥，可直接使用。
本实施方式可用于发酵生产有机酸、醇、氢气和甲烷，并可根据所需要的发酵产物来选择生物发酵菌种和发酵条件，而且发酵产物的分离、提纯方法可采用现有常规方法。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(一)中将食品垃圾滤干后先粉碎成体积小于1.5cm3的颗粒。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(一)中按滤干后食品垃圾质量的7％～9％接种浓度为106～107孢子/mL的黑曲霉孢子悬液。其它步骤及参数与实施方式一相同。
本实施方式所制备的糖化酶曲未经干燥和提纯，其糖化酶酶活为3500～4500U/g。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一或三的不同点是步骤(一)中接种的黑曲霉为Aspergillus nigerUV 448。其它步骤及参数与实施方式一或三相同。
本实施方式黑曲霉Aspergillus nigerUV 448购自于黑龙江省微生物食用菌研究所。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(一)中按滤干后食品垃圾质量的8％接种浓度为106～107孢子/mL的黑曲霉孢子悬液。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(二)中按新鲜食品垃圾质量的2％～3％加入糖化酶曲，并按食品垃圾加水后发酵液总质量的6％～9％加入乳酸菌发酵乳酸。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(二)中按新鲜食品垃圾质量的2.5％加入糖化酶曲，并按食品垃圾加水后发酵液总质量的7％～8％加入乳酸菌发酵乳酸。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
六或七的不同点是步骤(二)中新鲜食品垃圾加入糖化酶曲、乳酸菌和自来水后在42～46℃的条件下发酵25±1h。其它步骤及参数与实施方式六或七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(二)中新鲜食品垃圾的含水率为75％～85％。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(二)中新鲜食品垃圾的含水率为78％～83％。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(二)中新鲜食品垃圾的含水率为80％。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
六或七的不同点是步骤(二)中的乳酸菌为Lactobacillus TD175。其它步骤及参数与实施方式六或七相同。
本实施方式中乳酸菌菌株Lactobacillus TD175是从餐厨垃圾中分离并鉴定的乳酸菌(1.Qunhui Wang，Xuming Wang，et al.Bioconversion of KitchenGarbage to Lactic Acid by Two Wild Strains of Lactobacillus Species.Journal ofEnvironmental Science and Health，401951-1962，2005；2.王旭明，汪群慧等.一株高产乳酸细菌的分离鉴定与发酵性能研究.哈尔滨工业大学学报，2006(9)1483-1486)。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(一)中食品垃圾滤干接种黑曲霉后在31～34℃的条件下固态发酵5天，并每隔11～13h搅拌一次。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(一)中食品垃圾滤干接种黑曲霉后在32～33℃的条件下固态发酵5天，并每隔12h搅拌一次。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
一的不同点是步骤(二)新鲜食品垃圾中的固体物被粉碎为粒径小于0.1cm的颗粒。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式
十六本实施方式食品垃圾按以下步骤生物发酵乳酸(一)将食品垃圾滤干后先粉碎成体积小于1.5cm3的颗粒，再按滤干食品垃圾质量的8％接种浓度为106～107孢子/mL的黑曲霉孢子悬液，然后在32℃的条件下固态发酵5天，并每隔12h搅拌一次，制备糖化酶曲；(二)先将新鲜食品垃圾中固体物粉碎为粒径小于0.1cm的颗粒，并加入与新鲜食品垃圾等质量的自来水，再按新鲜食品垃圾质量的2.5％加入糖化酶曲、按食品垃圾加水后发酵液总质量的7％～8％加入乳酸菌发酵乳酸，然后再在45℃的条件下发酵25h；(三)固液分离后采用电渗析法提纯发酵液中的乳酸，即得乳酸；其中所述黑曲霉为Aspergillus niger UV448；乳酸菌为Lactobacillus TD175；步骤(二)中新鲜食品垃圾的含水率为75％～85％。
本实施方式糖化酶曲中黑曲霉能保持有高度活性，能够在乳酸发酵过程中继续生长、产酶、与乳酸菌产生协同作用如附图2，糖化效果明显优于单纯使用商业酶制剂，更能促使乳酸的发酵。本实施方式新鲜食品垃圾经固液分离后检测乳酸浓度可达到63g/L。本实施方式制备的糖化酶曲不需干燥可直接使用。
对比实验用商业酶制剂(新鲜食品垃圾质量1％的糖化酶，糖化酶酶活为100000U/g)代替本实施方式中的糖化酶曲进行乳酸发酵，其它发酵条件与本实施方式(具体实施方式
十六)步骤(二)相同；经商业酶制剂发酵新鲜食品垃圾经固液分离后检测乳酸浓度为49g/L。
利用黑曲霉制备的糖化酶曲发酵乳酸与使用商业酶制剂发酵乳酸的产量如图1所示，本实施方式利用黑曲霉制备的糖化酶曲发酵乳酸的产量比使用商业酶制剂发酵乳酸高28.6％，促进了食品垃圾的生物发酵。
对比实验中商业酶制剂购自于肇东北方酶制剂厂。
权利要求
1.一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于食品垃圾按以下步骤生物发酵(一)将食品垃圾滤干接种黑曲霉，之后在30～35℃的条件下固态发酵5～6天制备糖化酶曲；(二)将糖化酶曲和生物发酵菌种加入到新鲜的食品垃圾中，并加入与新鲜食品垃圾等质量的自来水发酵；(三)分离、提纯，即得发酵产物。
2.根据权利要求1所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(一)中将食品垃圾滤干后先粉碎成体积小于1.5cm3的颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(一)中按滤干后食品垃圾质量的7％～9％接种浓度为106～107孢子/mL的黑曲霉孢子悬液。
4.根据权利要求1或3所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(一)中接种的黑曲霉为Aspergillus niger UV 448。
5.根据权利要求1所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(二)中按新鲜食品垃圾质量的2％～3％加入糖化酶曲，并按食品垃圾加水后发酵液总质量的6％～9％加入乳酸菌发酵乳酸。
6.根据权利要求1或5所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(二)中新鲜食品垃圾的含水率为75％～85％。
7.根据权利要求6所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(二)中的乳酸菌为Lactobacillus TD175。
8.根据权利要求1所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(一)中食品垃圾滤干接种黑曲霉后在31～34℃的条件下固态发酵5天，并每隔11～13h搅拌一次。
9.根据权利要求1所述的一种食品垃圾的生物发酵方法，其特征在于步骤(二)新鲜食品垃圾中的固体物被粉碎为粒径小于0.1cm的颗粒。
全文摘要
一种食品垃圾的生物发酵方法，它涉及一种垃圾的生物发酵方法。它解决了目前食品垃圾中生物大分子难以直接被产物发酵生产菌株有效利用和使用商业酶制剂生产成本升高的缺陷。食品垃圾按以下步骤生物发酵(一)将食品垃圾滤干接种黑曲霉发酵制备糖化酶曲；(二)将糖化酶曲和生物发酵菌种加入到新鲜的食品垃圾中发酵；(三)分离、提纯，即得发酵产物。本发明制备出的糖化酶曲不必干燥和冷冻，可直接使用，节省了大量的资源，由于黑曲霉不经过干燥和冷冻保持了高度活性，能够在发酵过程中继续生长、产酶，并与发酵菌种协同作用，大大提高了食品垃圾资源的利用率和发酵产物的产量，可明显降低生产成本。
文档编号C12R1/225GK101082053SQ200710072170
公开日2007年12月5日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者汪群慧, 王孝强 申请人:哈尔滨工业大学