一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵处理生产生物蛋白饲料的方法
【专利摘要】本发明涉及一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵处理生产生物蛋白饲料的方法。所说生物蛋白饲料是指以餐厨垃圾为原料，经过分级、破碎、拌料、加热等物理处理，接种混合菌剂经发酵而制得。主要包括餐厨垃圾预处理、菌种菌剂复配筛选、混合菌种发酵工艺条件优化和产品生产过程及品质控制等工艺步骤。经检验，采用该工艺技术生产的生物蛋白饲料粗蛋白含量为24.20%，与原来未经处理前相比，提高了8.4%。该工艺技术通过生物转化作用，实现了餐厨垃圾的资源化高效利用，可为缓解我国饲料蛋白紧缺问题提供技术途径，具有良好的开发前景。
【专利说明】
一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵处理生产生物蛋白饲料的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵，生产生物蛋白饲料的方法，属生物工程领域。
【背景技术】
[0002]餐厨垃圾又称泔脚，是家庭、饮食单位抛弃的剩饭剩菜以及厨房余物的统称，也是城市生活垃圾的重要组成部分。主要包括米和面粉主食类、蔬菜、动植物油、肉骨等食物残余，含水率高、成分复杂、营养成分高。这些废弃物极易腐烂变质、散发恶臭、传播细菌和病毒。随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，餐厨垃圾的产量也在逐年上涨。
[0003]随畜牧业和饲料工业的发展，蛋白饲料的不足将成为全球性的问题。我国是一个饲料蛋白严重缺乏的大国，每年需从国外进口大量鱼粉和大豆来缓解供小于需的矛盾，同时需要将大量的精粮用于养殖业。目前我国已成为世界第二大饲料生产国，但人均占有量与发达国家仍有较大差距，仅相当于美国人均占有量的1/10，饲料蛋白严重不足，混(配)合饲料蛋白水平低，严重制约着畜牧业的发展。随着我国饲料工业的不断发展，对蛋白饲料的需求量将越来越大。然而由于对蛋白饲料资料认识不足，不少可以开发的资源却未能得到有效利用，既是惊人的资源浪费，又造成环境污染。
[0004]餐厨垃圾的处理问题已引起了人们的关注。目前我国餐饮垃圾的处理方法有直接排放、填埋、焚烧、直接用作动物饲料等方法，这些处理都会产生不利影响:
(1)直接排放:餐饮垃圾直接排放进入市政下水管网，易产生较多污水和臭气，废弃油脂和残渣则会堵塞下水道，直接污染环境，增加了病菌、蚊蝇的滋生和疾病的传播；
(2)填埋:将其作为生活垃圾填埋，这种方法占地面积大，废弃物中含有大量的有机物不但被浪费，并且会造成地下和地表水体污染；
(3)焚烧:焚烧处理，对环境造成了极大的污染；
(4)生物处理:堆肥化是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物，在一定的条件下将有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。
[0005]上述方法尽管处理了餐厨垃圾，但是会产生不利影响。餐厨垃圾营养成分很高，上述方法并没有将餐厨垃圾资源化利用。此外，餐厨垃圾大多数被直接用作动物饲料，由于餐厨垃圾可能含有口蹄疫病菌、猪瘟病菌、弓形虫、沙门氏菌、旋毛虫、弯曲杆菌等，未经处理直接饲养畜禽，会将其中的细菌通过食物链传染给食用者。进一步对人体造成危害，形成恶性循环，后果不堪设想。
[0006]然而利用微生物将有机废物转化为蛋白质，不仅能够提高资源的利用效率，而且对消除环境污染、改善生态环境都具有重要意义。注重推进资源、能源节约、资源综合利用和推行清洁生产，以便把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。利用微生物将有机废物转化为蛋白质，进入生态良性循环将极大程度缓解我国饲料蛋白紧缺的现状，促进畜牧业的发展，避免出现“人畜争粮”的危机，并且微生物生产的生物饲料具有蛋白消化吸收率高、适口性好等优点。
【发明内容】
[0007]本发明所述的一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵，生产生物蛋白饲料的方法包括以下步骤:
(1)餐厨垃圾及预处理；
(2)发酵菌种复配筛选；
(3)混合菌种发酵工艺条件优化；
(4)产品生产过程及品质控制。
[0008]所述步骤(I)餐厨垃圾是指餐饮消费剩余的米面主食及植物类菜品固态及半固态混合物中的餐厨垃圾；预处理包括分级、破碎、拌料、加热等物理处理。分级，初步分拣去除一次性筷子、餐具碎片、餐盒、纸巾等不可利用物；破碎，将餐厨垃圾处理至适宜粒径，使其能够被微生物更好的利用，便于发酵转化；拌料，在经粉碎后的餐厨垃圾中，拌入麦麸、米糠等农产品加工副产物，使之吸收原料中的油水，稀释含水量，以满足固态发酵所需含水量、供氧要求及物料状态；加热，可对餐厨垃圾进行高温消毒，减少其中有害微生物的数量，有利于下一步对餐厨垃圾的无害化、资源化处理。
[0009]所述步骤(2)中的发酵菌种包括酵母(Saccharomyces cerivisia、、黑曲霉(Aspergillus和枯草芽孢杆菌subtilis)。这三种皆为农业部第1126号公告规定的适用于养殖动物及其饲料添加的微生物，且其纯度和应用特性都没有发生退化，可保证其本身的生物安全性。
[0010]本发明是一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵，生产生物蛋白饲料的方法，其特征在于:采用多菌协生混合发酵技术原理，将三种有益微生物复配，充分发挥各自的优势，以实现优势互补，增加产品粗蛋白含量的目的。其中的黑曲霉，利用其发酵生产的多种糖化酶分解原料中的淀粉、纤维素等大分子糖类，以提高发酵效率；枯草芽孢杆菌，可分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等多种酶系，具有较强的分解能力，在动物胃肠道酸性环境中高度稳定，并可在肠道上半部迅速复活转变成代谢中具有活性的细胞，而且在小肠中不增殖；通过促使酵母增殖，极大地增加菌体数量、来提高发酵物料中菌体蛋白的含量，同时因其具有酒精发酵和产酯能力，赋予发酵饲料特殊的香味，可明显改善产品的适口性。从营养价值上来说，其中氨基酸组成齐全，生物效价较高。酵母体内的硫胺素、核黄素、泛酸、胆碱、尼克酸、吡哆醇、生物素、肌醇等维生素含量比鱼粉丰富，而且还含有鱼粉中没有的B7和B8 ;酵母体内活性酶的种类、数量、活性大部分都超过鱼粉和豆饼；酵母体内含植物性胰岛素物质，可促进食欲、提高摄食率和消化率。
[0011]所述步骤(3)中以经过预处理后的餐厨垃圾为固体发酵培养基，在餐厨垃圾中拌入麦麸10_18%，添加0.1-0.5%尿素开展混菌发酵，探索了酵母菌(SaccharomycesceriKisia)、黑曲霉(供1_r)和枯草芽抱杆菌QBaciIIus的混合比例对发酵产物中粗蛋白含量的影响，优化得到的酵母菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌的接种比例为 0.7-1.2:1.5-2.5:0.8-1.5。
[0012]采用正交试验设计方法，分别研究了氮源、含水量、温度、发酵时间对发酵产物粗蛋白含量的影响。得到的优化发酵条件为:当酵母菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌的接种比例为0.7-1.2:1.5-2.5:0.8-1.5时，在餐厨垃圾中拌入麦麸10-18%，添加0.1-0.5%尿素，含水量控制在55-70%，温度在20-30°C，发酵40_50h，餐厨垃圾中粗蛋白含量增幅最高，可达到24.20%，与原来未经处理前(15.80%)相比，提高了 8.40%。
[0013]本发明确立的发酵控制模式为:
以黑曲霉、酵母菌、枯草芽孢杆菌按照一定比例混合作为复配发酵剂，接种量0.5-3.0%，温度控制20-30°C，间歇式通风供氧，前期通风量0.3-0.5 (V/V/min),中期通风量0.5-1.0 (V/V/min)，后期通风量0.1-0.3 (V/V/min);发酵40_50h，热风烘干即为初级发酵饲料。
[0014]所述步骤(4)中产品生产过程及品质控制，为保证产品质量和安全性，采用了系列关键指标的监测和控制。具体为:粗蛋白的测定参照GB5009.5-2010 ;氨基酸组成和含量测定参照GB5009.124-2003 ;水分的测定参照GB5009.3-2010 ;粗淀粉的测定参照GB5009.8-2008 ;还原糖的测定参照GB5009.7-2008 ;粗灰分的测定参照GB5009.4-2010 ；粗纤维的测定参照GB5009.10-2003 ；铅的测定参照GB5009.12-2010 ;氟的测定参照GB5009.18-2003 ;总砷的测定参照GB5009.11-2003 ;镉的测定参照GB5009.15-2003 ;黄曲霉毒素BI的测定参照GB/T5009.23-2006。微生物指标测定方法:参照GB4789.2-2010，取发酵物样品Ig置于9mL无菌水中，充分混匀后，取ImL进行梯度稀释，选取合适的稀释液分别涂布于适宜的培养基平板，37°C培养30h，计数平板中的菌落数。病原菌的检测:参照GB4789.4-2010，GB4789.10-2010，GB4789.15— 2010 等系列国家标准方法。
[0015]本发明与现有技术相比具有以下优点:
(I)将循环经济发展模式进入到饲料的生产实践活动中，实现了资源的高效利用，有利于消除环境污染，促进畜牧业的发展。
[0016]针对目前我国餐饮行业产生的餐厨垃圾量大、面广，且再利用途径单一，以及现有处理方式属于资源浪费、环境污染型的突出问题。本项目采用微生物发酵技术，选用酵母菌、黑曲霉、枯草芽孢杆菌等为混合菌剂对餐厨垃圾进行固态发酵，通过研究无机氮源、含水量、温度、发酵时间等对蛋白转化率的影响，优化培养基组成、发酵工艺参数及产品生产过程控制体系，以保证其质量和安全性，使餐厨垃圾发酵成动物饲料。
[0017]其特点是将餐厨垃圾再利用，可以减少餐厨垃圾最终的处理量，能够减少经济过程中的物质流动速度以及物质使用规模；同时，该处理方式再利用餐厨垃圾能是一种环境友好的处理活动，并不会将许多新的污染物排放到环境中，不会造成二次污染；另外因餐厨垃圾收集的成本较低，再利用生产动物饲料就有了较高的经济价值。总之，该处理及再利用方式由于注重推进资源、能源节约，资源综合利用和推行清洁生产，能够将经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。
[0018](2)利用微生态学原理和技术，将多种益生菌复配，大大提高了产品的价值。
[0019]本发明涉及到一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵处理生产生物蛋白饲料的方法。混合菌种包括酵母(￡>6.cenWa)、黑曲霉供>_r)和枯草芽孢杆菌(SaciWiA? subtil is、。这三种皆为农业部第1126号公告规定的适用于养殖动物及其饲料添加的微生物，可保证其本身的生物安全性。
[0020]采用多菌协生混合发酵技术原理，将三种有益微生物复配，充分发挥各自的优势，以实现优势互补，增加产品粗蛋白含量和营养价值的目的。
[0021](3)较直接作为饲料使用而言，餐厨垃圾经微生物发酵成动物饲料后，其安全性大大提尚。
[0022]而本发明中采用系列安全保障和控制措施，可避免未经处理直接饲养畜禽，会将其中的细菌等潜在病原物通过食物链传染给食用者。包括:①对原料的质量控制；②通过添加微生物菌种，利用微生物的发酵作用，对原料中的毒素进行降解或转化；还可能产生一些次级代谢产物与毒素结合而解毒。③发酵菌种的质量控制；④发酵操作过程中的质量控制。
[0023](4)餐厨垃圾微生物发酵成动物饲料后，其营养价值大大提高。
[0024]通过发酵处理可提高其作饲料的营养价值，发酵可提高蛋白质含量，经本发明确定的工艺生产出来的饲料，其中的粗蛋白含量可达到24.20%，与原来未经处理前(15.80%)相比，提高了 8.40%。微生物利用廉价的氮、碳产生的微生物菌体蛋白，营养价值较高，含有丰富的B族维生素，碳水化合物和各种酶，含有大量生长因子。其中的氨基酸组成齐全，生物效价较高，酵母体内的硫胺素、核黄素、泛酸、胆碱、尼克酸、吡哆醇、生物素、肌醇等维生素含量比鱼粉丰富，而且还含有鱼粉中没有的B7和B8 ;酵母体内活性酶的种类、数量、活性大部分都超过鱼粉和豆饼。微生物在生长、繁殖过程中，分泌一定量的酶，产生维生素、醇、酯、酸等类物质，改善原料的营养组成，提高动物的消化利用率，从而使原料的品质、适口性、风味得以很大改进，改善原料的适口性、风味；由微生物产生的多种不饱和脂肪酸或芳香酸，可明显刺激猪等动物的食欲。
【主权项】
1.一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行固态发酵，生产生物蛋白饲料的方法包括以下步骤: (1)餐厨垃圾及预处理； (2)发酵菌种复配筛选； (3)混合菌种发酵工艺条件优化； (4)产品生产过程及品质控制。2.如权利要求1所述的采用混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵，生产生物蛋白饲料的方法，其特征在于:所述步骤(I)中的餐厨垃圾是指餐饮消费剩余的米面主食及植物类菜品固态及半固态混合物；预处理过程包括分级、初步分拣去除一次性筷子、餐具碎片、餐盒、纸巾等不可利用物；破碎，将餐厨垃圾处理至适宜粒径，使其能够被微生物更好的利用，便于发酵转化；拌料，在经粉碎后的餐厨垃圾中，拌入麦麸、米糠等农产品加工副产物，使之吸收原料中的油水，稀释含水量，以满足固态发酵所需含水量、供氧要求及物料状态；加热，可对餐厨垃圾进行高温消毒，减少其中有害微生物的数量，有利于下一步对餐厨垃圾的无害化、资源化处理。3.如权利要求1所述的一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵，生产生物蛋白饲料的方法，其特征在于:采用多菌协生混合发酵技术原理，将三种有益微生物复配，充分发挥各自的优势，以实现优势互补，增加产品粗蛋白含量的目的；所述步骤(2)中复配的混合菌剂中包括:①黑曲霉，利用其发酵生产的多种糖化酶分解原料中的淀粉、纤维素等大分子糖类，以提高发酵效率枯草芽孢杆菌，可分泌蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等多种酶系，具有较强的分解能力，在动物胃肠道酸性环境中高度稳定，并可在肠道上半部迅速复活转变成代谢中具有活性的细胞，而且在小肠中不增殖；③酵母菌，通过促使酵母增殖，极大地增加菌体数量、来提高发酵物料中菌体蛋白的含量，同时因其具有酒精发酵和产酯能力，赋予发酵饲料特殊的香味，可明显改善产品的适口性；由于采用了多菌种复配，从而保证了产品营养价值；因其中氨基酸组成齐全，生物效价较高，酵母体内的硫胺素、核黄素、泛酸、胆碱、尼克酸、吡哆醇、生物素、肌醇等维生素含量比鱼粉丰富，而且还含有鱼粉中没有的B7和B8 ;酵母体内活性酶的种类、数量、活性大部分都超过鱼粉和豆饼；酵母体内含植物性胰岛素物质，可促进食欲、提高摄食率和消化率；通过发酵处理可提高其作饲料的营养价值，可提高蛋白质含量，微生物利用廉价的氮、碳产生的微生物菌体蛋白，营养价值较高，含有丰富的B族维生素，碳水化合物和各种酶，含有大量生长因子，它由非致病菌产生，故无毒副作用；不含任何抗生素，无任何药物和有害物质，可用于生产绿色畜禽产品；微生物在生长、繁殖过程中，分泌一定量的胞外酶，产生维生素、醇、酯、酸等类物质，改善原料的营养组成，提高动物的消化利用率，从而使原料的品质、适口性、风味得以很大改进，改善原料的适口性、风味；由微生物产生的多种不饱和脂肪酸或芳香酸，可明显刺激猪等动物的食欲。4.如权利要求1所述的一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行发酵，生产生物蛋白饲料的方法，其特征在于:所述步骤(3)中餐厨垃圾微生物发酵生产蛋白饲料的工艺条件确定及控制，是指通过优化各种各种工艺参数，寻找到最佳的条件组合及控制策略，通过实施和控制，最终保障发酵过程的顺利进行；因为发酵是一种非常复杂的生物转化过程，各种工艺条件的控制决定着发酵过程产物的趋向；本发明确定的工艺参数如下:在餐厨垃圾中拌入麦麸10-18%，添加0.1-0.5%尿素，以黑曲霉、酵母菌、枯草芽孢杆菌按照一定比例混合作为复配发酵剂，接种量0.5-3.0%，温度控制20-30°C，间歇式通风供氧，前期通风量0.3-0.5 (V/V/min)，中期通风量 0.5-1.0 (V/V/min)，后期通风量 0.1-0.3 (V/V/min);发酵 40_50h ;热风烘干即为初级发酵饲料。5.如权利要求1所述的一种以混合菌剂对餐厨垃圾进行固态发酵，生产生物蛋白饲料的方法；其特征在于:严格对产品生产过程及质量进行控制，体现在:①对原料的质量控制；餐厨垃圾在收集及堆放过程中可能落入杂菌、并产生毒素；在餐厨垃圾预处理阶段，通过采用高温处理，可有效的减少其中的有害微生物的活菌数量；②通过添加微生物菌种，利用微生物的发酵作用，对原料中的毒素进行降解或转化，微生物既可以以这些毒素为营养成分进行吸收利用经代谢转化成无毒的次级代谢产物，又可以分泌酶作用于这些毒素使之分解；还可能产生一些次级代谢产物与毒素结合而解毒发酵菌种的质量控制；本发明采用的黑曲霉、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母等菌种，皆为农业部第1126号公告规定的适用于养殖动物及其饲料添加的微生物，且其纯度和应用性都没有发生退化，可保证其本身的生物安全性发酵操作过程中的质量控制；为防止杂菌的进入，在接种及生产过程中严格环境质量控制，并按照无菌操作原则进行，生产过程及产品检测依照国标进行，可保障产品的质量安全。
【文档编号】A23K1/10GK105851462SQ201510026227
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月20日
【发明人】贠建民, 蔡静, 张紊玮
【申请人】甘肃农业大学