一种酶解餐厨垃圾与玉米秸秆联合发酵产乳酸方法与流程

本发明属于固体废弃物处理与处置领域，具体涉及一种酶解餐厨垃圾与玉米秸秆联合发酵产乳酸方法，实现餐厨垃圾的资源化利用。

背景技术：

我国城市餐厨垃圾年产生量已超过9000万吨，占城市生活垃圾重量的60-70%。餐厨垃圾具有含水率高、有机物、盐分及油脂含量高的特点，具有很大的回收利用价值。如果处置不当，不仅严重污染环境，而且会造成“地沟油”、“疯牛病”等严重的社会问题。《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》指出，到2015年在50%的社区初步实现餐厨垃圾分类收运处理，处理率达到每天3万吨，而届时无害化处理率也仅为16.7%。因此如何合理处置餐厨垃圾，实现其减量化、无害化和资源化利用已经成为当今的热点问题。

目前以餐厨垃圾为原料发酵生产L-乳酸，存在的问题是餐厨垃圾成分复杂，大分子物质难以直接被乳酸菌降解，以及C/N比较低，反应体系pH值不稳定，导致L-乳酸产率偏低。为此寻找一种有效降解糖类、脂肪和蛋白质等大分子有机物质的方法，是提高乳酸菌利用率的关键因素，以及为平衡C/N比，可以将餐厨垃圾与废弃玉米秸秆进行联合发酵，从而增强反应体系稳定性，解决L-乳酸产率低的难题。这对与节约资源、防止环境污染、发展循环经济具有重要意义。而目前关于这方面的研究尚处于实验室阶段，报道较少。

技术实现要素：

本发明为解决现在技术中的问题，提供一种餐厨垃圾制备乳酸的方法，实现餐厨垃圾的资源化利用。本方法采用混合酶制剂对餐厨垃圾进行水解预处理，解决了难降解或大分子有机物不能直接被乳酸菌利用的难题，再通过添加玉米秸秆，平衡反应体系C/N比，提高系统的稳定性，最后加入乳酸菌，充分降解有机质，提高乳酸产率。

技术原理：餐厨垃圾中的淀粉类物质被淀粉酶水解为麦芽糖、低聚糖或葡萄糖；脂肪被脂肪酶催化转化为脂肪酸、甘油等简单物质；变性蛋白质被胰蛋白酶水解为多肽和氨基酸。这些水解后的部分小分子产物可以直接或间接被乳酸菌利用产生乳酸，比乳酸菌直接以餐厨垃圾为营养物质产乳酸所用时间短，底物利用率高。最后通过投加玉米秸秆的方式，调节系统的C/N，提高L-乳酸产率。

为实现上述目的，本发明的餐厨垃圾处理工艺，包括以下步骤：

（1）餐厨垃圾打浆。从餐厨垃圾中，分拣出骨头、塑料袋、木屑等无机杂质，经粉碎后，按照固液比1：5-8加入水，形成发酵原始底料。然后将餐厨垃圾发酵液注入到发酵罐中，进料量为反应器体积的4.5%~5%。

（2）混合酶制剂水解预处理。按产品说明对市售真菌α-淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶进行活化，将活化好的市售真菌α-淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶，浓度分别为300U/g•VS~600U/g•VS、100U/g•VS~300U/g•VS和30U/g•VS~150U/g•VS，配制成混合酶制剂。加入到步骤（1）中，调节温度为37±1℃，水解60min，冷却至室温。

（3）玉米秸秆粉碎。首先将玉米秸秆切成小段1~2cm，再用中药机粉碎，过40目筛，取筛下物置于干燥处，密封保存。

（4）乳酸菌培养。按产品说明对市售乳酸菌进行活化，制备乳酸菌液，平板划线，斜面保存。挑取菌落接种于灭菌后的200mL MRS液体培养基，放入37℃恒温培养箱中，培养24小时，备用。

上述步骤中，MRS液体培养基配制：蛋白胨10g，酵母粉5g，牛肉膏10g，葡萄糖20g，乙酸钠5g，柠檬酸氢二铵1.5g，MnSO₄·4H₂O 0.25g，MgSO₄·7H₂O 0.58g，K₂HPO₄ 2g，吐温80 1.0mL，1000mL蒸馏水，调节pH值为6.6~6.8，121℃灭菌30min。

（5）酶解后餐厨垃圾与玉米秸秆联合发酵。

在步骤（2）的基础上，向其中加入粉碎后的玉米秸秆、步骤（4）培养后的乳酸菌液和CaCO₃，调节C/N比为20：1~30：1，进行发酵。

在步骤（2）的基础上，向其中加入粉碎后的玉米秸秆和步骤（4）培养后的乳酸菌液和CaCO₃，调节温度为35℃~55℃，进行发酵。

在步骤（2）的基础上，向其中加入粉碎后的玉米秸秆、步骤（4）培养后的乳酸菌液和CaCO₃，调节pH值为5.0~7.0，进行发酵。

在步骤（2）的基础上，向其中加入粉碎后的玉米秸秆、CaCO₃和步骤（4）培养后的乳酸菌液，调节接种量为5%~20%，进行发酵。

（6）乳酸分离

发酵完成后过滤，滤渣为菌渣和发酵废渣，滤液主要成分为乳酸钙，向滤液中加入H₂SO₄，分离得乳酸。

优选的，所述的处理餐厨垃圾的工艺，所述步骤（1）中，餐厨垃圾是指家庭、酒店、餐馆、机关事业单位和学校食堂产生的收集或未收集的餐厨剩余物。

本发明与现有技术相比具有以下显著的有点；

1、实现了餐厨垃圾的资源化处理，使餐厨垃圾不仅从“量”上而且从“质”上达到完全去除，变废为宝。

2、本工艺制备了混合酶制剂，对餐厨垃圾进行了水解预处理，通过不同酶制剂的配伍和含量的调整，将难降解或大分子有机物分解为小分子物质，提高了底物的利用率。

3、将酶解餐厨垃圾与玉米秸秆进行协同发酵，平衡反应体系C/N比，增强了系统稳定性，提高乳酸产率。

4、本发明首先开发了一种“酶解餐厨垃圾+酶解餐厨垃圾和玉米秸秆协同发酵产乳酸”的方法，产生的乳酸可以回收利用作为工业原材料，同时实现餐厨垃圾的减量化、无害化和资源化。

附图说明

图1 一种酶解餐厨垃圾与玉米秸秆混合发酵产乳酸方法餐厨垃圾资源化利用的工艺流程简图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，本发明的权利要求保护不为实施例所限。

实施例1

餐厨垃圾2kg，分拣出骨头、塑料袋、木屑等杂质，粉碎，注入1.2L水，形成发酵原始底料。向其中加入活化好混合酶制剂，其中真菌α-淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶浓度依次为20万U、7万U和2万U，调节温度为37℃，水解60min，冷却至室温。向发酵液中加入玉米秸秆和碳酸钙，使C/N达到20:1，同时加入接种量为5%的乳酸菌液后，调节温度达到35℃，初始pH值达到5.0，发酵12小时，测得乳酸产量为0.16 kg。

实施例2

餐厨垃圾2kg，分拣出骨头、塑料袋、木屑等杂质，粉碎，注入1.2L水，形成发酵原始底料。向其中加入活化好的混合酶制剂，其中真菌α-淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶浓度依次为30万U、12万U和6万U，调节温度为37℃，水解60min，冷却至室温。向发酵液中加入玉米秸秆和碳酸钙，使C/N达到25:1，同时加入接种量为10%的乳酸菌液后，调节温度达到45℃，初始pH值达到6.0，发酵12小时，测得乳酸产量为0.28 kg。

实施例3

餐厨垃圾2kg，分拣出骨头、塑料袋、木屑等杂质，粉碎，注入1.2L水，形成发酵原始底料。向其中加入活化好的混合酶制剂，其中真菌α-淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶浓度依次为40万U、20万U和10万U，调节温度为37℃，水解60min，冷却至室温。向发酵液中加入玉米秸秆和碳酸钙，使C/N达到30:1，同时加入接种量为20%的乳酸菌液后，然后调节温度达到55℃，初始pH值达到7.0，发酵12小时，测得-乳酸产量为0.20 kg。