一种餐厨废弃物处理用降解菌剂的制备方法与流程

本发明涉及城市垃圾处理领域，尤其涉及一种一种餐厨废弃物处理用降解菌剂的制备方法。

背景技术：

随着我国经济的快速增长和居民消费水平的日益提高，人们在餐饮方面的消费与日俱增，带来了餐厨废弃物的迅速增长。2018年，全国餐厨废弃物产生量约在1.08亿吨左右，日均产量达29.2万吨/日，年复合增长率达到8％以上。

餐厨废弃物是餐饮垃圾和厨余垃圾的总称。餐饮垃圾指从各类餐馆、宾馆、酒店及学校企事业单位食堂在食品使用过程中产生的废料，以及废弃的剩饭菜、废弃食用油脂及食物残渣等。厨余垃圾指厨房食品加工过程中产生的废料和过期的废弃食品，如家庭厨房产生的菜叶、果皮、动物的内脏等。

利用餐厨废弃物非法提炼的“潲水油”中含有大量危险致癌物质，其中剧毒的黄曲霉素是目前发现最强的化学致癌物质之一，其毒性是砒霜的100倍。用“潲水油”加工生产的食品含有大量对人体有害的苯类成份及许多其它致癌物质，对人体健康危害极大，长期食用可导致肝癌、胃癌、肾癌、肠癌、乳腺癌、卵巢癌等多种癌症。

餐厨废弃物具有高含水率、高有机质、高油脂、高盐分，易腐烂、易变质的特点，水分占餐厨废弃物湿重的70～90％，有机干物质含量达到餐厨废弃物干重90％以上，其中，粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和总淀粉总含量占到有机干物质的70％以上，油脂含量占餐厨废弃物湿重的3～5％，盐分含量占餐厨废弃物湿重的0.2％～1.0％，盐分主要有na⁺和cl^-，还包括少量的ca²⁺、mg²⁺、和k⁺等。

餐厨垃圾一体化处理设备以餐厨废弃物为原料，通过分拣、破碎、压榨脱水、油水分离、微生物高温好氧发酵等综合处理技术，对其进行快速分解。有机垃圾在前段预处理的过程中减量80％～85％，污水并入城市管网或就地处理后达标排放，油脂回收利用，15％～20％的固体排放物经发酵仓高温好氧发酵生产有机肥料，产生的臭气经吸收、转化处理达标后排放，从而实现餐厨废弃物处理的减量化、无害化、稳定化和资源化利用。

一般来说，餐厨垃圾一体化处理设备发酵仓中餐厨垃圾需停留至少7-15天，即可达到基本腐熟状态。目前，市场上的餐厨垃圾一体化处理设备发酵仓由于空间有限，餐厨垃圾停留时间1-5天，餐厨垃圾停留时间不足导致腐熟程度低，易造成“烧苗、烧根”等现象。这时，可按一定比例向餐厨垃圾中添加复合腐熟菌剂，提高发酵效率，缩短发酵时间，弥补发酵仓空间不足的缺陷。

餐厨垃圾油脂含量高，油脂包裹物料，不易降解，粘性大，物料密实，不透气。目前，针对餐厨垃圾堆肥发酵的腐熟菌剂，降解油脂的效率低，这些均严重影响餐厨垃圾高温好氧发酵过程，延长腐熟时间，导致物料停留时间延长，发酵仓空间利用率降低，有机肥料腐熟程度低，严重影响产品品质。

餐厨垃圾盐分含量高会产生盐胁迫，高浓度盐分对微生物生长及生物活性产生抑制作用，严重时，微生物会丧失生物活性。有研究发现，盐分对好氧微生物的呼吸抑制作用较强。盐分含量高影响餐厨垃圾高温好氧发酵过程，导致发酵效率降低，延长腐熟时间，导致物料停留时间延长，发酵仓空间利用率降低。

中国发明专利申请cn201910548200.3提供了一种复合菌剂及其处理餐厨垃圾的方法，该复合菌剂包括：白耙齿菌、瘤胃微生物、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌、产酸克雷伯氏菌、地衣芽孢杆茵以及黑曲霉。利用该发明复合菌剂、处理设备以及处理方法，能降解餐厨垃圾中90％以上有机垃圾，处理效率高。但该方法仍然不适用于盐分含量较高的餐厨垃圾的降解。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种餐厨垃圾处理用降解菌剂及其制备方法，提高餐厨垃圾降解效率，进而提高发酵仓空间利用率，迅速生物分解油脂，降低盐分对菌剂活性的抑制作用，提高餐厨垃圾降解效率和腐熟度，提高有机肥料产品品质。

因此，本发明首先提供一种餐厨废弃物处理用降解菌剂的制备方法，所述降解菌剂包括枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母以及生物表面活性剂；所述制备方法包括如下步骤：步骤a、活化培养：先将枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、光滑假丝酵母和解脂耶罗威亚酵母这六种菌种分别接种至其活化培养基中进行活化培养；步骤b、驯化培养：然后对六种菌种分别进行驯化培养，所述驯化培养为对每种微生物进行逐步提高培养用氯化钠浓度的逐级驯化培养；步骤c、液体发酵扩大培养：将驯化得到的六种菌种分别接种到其发酵罐内进行液体发酵扩大培养；步骤d、脱水干燥：将扩大培养得到的各种单菌脱水干燥，制备成休眠体微生物干粉；步骤e、混合均匀：将步骤d制备的六种休眠体微生物干粉混合均匀，再与生物表面活性剂混匀即可得到所述餐厨废弃物处理用降解菌剂。

在一种具体的实施方式中，步骤d中按枯草芽孢杆菌20～30份、赖氨酸芽孢杆菌10～15份、地衣芽孢杆菌10～20份、绿色木霉15～25份、光滑假丝酵母5～10份、解脂耶罗威亚酵母5～10份的重量比混合均匀，而生物表面活性剂的用量为1～5重量份。

在一种具体的实施方式中，步骤a中活化培养时枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌的培养温度为30～35℃，其活化培养基均为牛肉膏蛋白胨液体培养基；步骤a中活化培养时绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母菌的培养温度为20～25℃，其活化培养基均为马铃薯葡萄糖固体培养基。

在一种具体的实施方式中，步骤b中驯化培养均为在含氯化钠的固体筛选培养基中，首先未经驯化的菌种在固体筛选培养基中氯化钠浓度为4～6g/l的条件下培养，且驯化培养的最后一步中菌种在固体筛选培养基中氯化钠浓度为12～14g/l的条件下培养。

在一种具体的实施方式中，步骤b中驯化培养时枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌的培养温度为30～35℃，其驯化培养基均为含氯化钠的牛肉膏蛋白胨固体培养基；步骤b中驯化培养时绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母菌的培养温度为20～25℃，其驯化培养基均为含氯化钠的马铃薯葡萄糖固体培养基。

在一种具体的实施方式中，步骤c液体发酵扩大培养中，将驯化到最高氯化钠浓度的培养基上得到的六种菌种分别接种到其发酵罐内进行液体发酵扩大培养。

在一种具体的实施方式中，由步骤b驯化后接种至步骤c的液体培养基中六种菌种的菌液浓度均达到2×10⁸cfu/ml以上，优选5×10⁸cfu/ml以上。

在一种具体的实施方式中，步骤c液体发酵扩大培养中，枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌的培养温度为30～35℃，其液体发酵扩大培养基均为牛肉膏蛋白胨液体培养基；步骤c液体发酵扩大培养中，绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母菌的培养温度为20～25℃，其液体发酵扩大培养基均为马铃薯葡萄糖液体培养基。

在一种具体的实施方式中，步骤d中的干燥温度为-10℃到-50℃。

在一种具体的实施方式中，所述降解菌剂包括枯草芽孢杆菌20～30wt％、赖氨酸芽孢杆菌10～15wt％、地衣芽孢杆菌10～20wt％、绿色木霉15～25wt％、光滑假丝酵母5～10wt％、解脂耶罗威亚酵母5～10wt％以及生物表面活性剂1～5wt％；所述降解菌剂中总的有效活菌数不低于9×10⁹cfu/g，所述生物表面活性剂为包括槐糖脂、鼠李糖脂、海藻糖脂和皂角苷中的一种或多种，优选生物表面活性剂为其中三种以上的混合物。

本发明还提供一种餐厨废弃物处理用降解菌剂，所述降解菌剂包括枯草芽孢杆菌20～30份、赖氨酸芽孢杆菌10～15份、地衣芽孢杆菌10～20份、绿色木霉15～25份、光滑假丝酵母5～10份、解脂耶罗威亚酵母5～10份以及生物表面活性剂1～5份。

在一种具体的实施方式中，所述降解菌剂是用包含枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、光滑假丝酵母和解脂耶罗威亚酵母这六种微生物的休眠体微生物干粉与生物表面活性剂混合制备得到。

在一种具体的实施方式中，所述休眠体微生物干粉通过对六种菌种单独进行驯化培养和脱水干燥后得到，且所述驯化培养为对每种微生物进行逐步提高培养用氯化钠浓度的逐级驯化培养。

本发明优选的，与直接购买的六种菌种混合并与生物表面活性剂混合后的降解菌剂的降解效率相比，采用本发明驯化培养后的单菌制备得到的降解菌剂的降解效率要提高一倍左右。也就是说如果直接将商购的六种单菌进行混合得到的降解菌剂a对餐厨垃圾的降解效率只有经过氯化钠梯度驯化后得到的单菌混合而得的降解菌剂b对餐厨垃圾的降解效率的50～60％。

在一种具体的实施方式中，所述降解菌剂包括枯草芽孢杆菌20～30wt％、赖氨酸芽孢杆菌10～15wt％、地衣芽孢杆菌10～20wt％、绿色木霉15～25wt％、光滑假丝酵母5～10wt％、解脂耶罗威亚酵母5～10wt％以及生物表面活性剂1～5wt％。

在一种具体的实施方式中，所述降解菌剂为粉剂，且其中总的有效活菌数不低于9×10⁹cfu/g。

在一种具体的实施方式中，所述生物表面活性剂为包括槐糖脂、鼠李糖脂、海藻糖脂和皂角苷中的一种或多种，优选生物表面活性剂为其中三种以上的混合物。

在一种具体的实施方式中，所述生物表面活性剂由槐糖脂20～25份、鼠李糖脂5～10份、海藻糖脂5～10份和皂角苷1～5份，加水至总重量为100份，混合溶解而成；优选生物表面活性剂的质量浓度为45％以上。

在一种具体的实施方式中，所述降解菌剂的制备方法包括如下步骤：步骤a、活化培养：先将枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、光滑假丝酵母和解脂耶罗威亚酵母这六种菌种分别接种至其活化培养基中进行活化培养；步骤b、驯化培养：然后对六种菌种分别进行驯化培养，所述驯化培养为对每种微生物进行逐步提高培养用氯化钠浓度的逐级驯化培养；步骤c、液体发酵扩大培养：将驯化得到的六种菌种分别接种到其发酵罐内进行液体发酵扩大培养；步骤d、脱水干燥：将扩大培养得到的各种单菌脱水干燥，制备成休眠体微生物干粉；步骤e、混合均匀：将步骤d制备的六种休眠体微生物干粉混合均匀，再与生物表面活性剂混匀即可得到所述餐厨废弃物处理用降解菌剂。

在一种具体的实施方式中，步骤b中驯化培养均为在含氯化钠的固体筛选培养基中，首先未经驯化的菌种在固体筛选培养基中氯化钠浓度为4～6g/l的条件下培养，且驯化培养的最后一步中菌种在固体筛选培养基中氯化钠浓度为12～14g/l的条件下培养；步骤b中驯化培养时枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌的培养温度为30～35℃，其驯化培养基均为含氯化钠的牛肉膏蛋白胨固体培养基；步骤b中驯化培养时绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母菌的培养温度为20～25℃，其驯化培养基均为含氯化钠的马铃薯葡萄糖固体培养基。

本发明还提供一种如上所述降解菌剂的应用，包括在餐厨垃圾一体化处理设备内的每吨餐厨垃圾中拌入50～80g所述降解菌剂，且餐厨垃圾降解处理的温度控制为45℃以上，以及对餐厨垃圾进行通风搅拌处理，优选餐厨垃圾降解处理的温度控制为50℃以上，降解处理的时间为3～5天。

本发明的有益效果至少包括如下内容：

1、本发明降解菌剂中枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母菌均对降解餐厨垃圾中的盐分有耐受性，尤其是经氯化钠浓度梯度提高驯化后的耐盐菌种其更能耐受餐厨垃圾中的高浓度盐分。该降解菌剂为在高浓度盐分的餐厨垃圾中发挥高效生物活性提供了坚实的保障。

2、本发明降解菌剂中的枯草芽孢杆菌和解脂耶罗威亚酵母均可降解餐厨垃圾中的油脂，二者复配使用使得本发明所述降解菌剂的油脂降解率高。

3、本发明所述生物表面活性剂不仅具有增溶、乳化、润湿、发泡、分散、降低表面张力等表面活性剂所共有的性能。与其他通过化学合成或石油炼制法生产的表面活性剂相比，还具有无毒、可生物降解、生态安全以及高表面活性等优点，生物表面活性剂还拥有下列优点：适应范围广，几乎可以用于各种领域；分子结构类型多样，部分类型具有许多特殊的官能团，表面性能优异；生物毒性极低、对环境友好，100％可生物降解；适用于极端温度、ph值和盐度。

4、总的来说，本发明所述降解菌剂或使用本发明所述方法制备的降解菌剂能迅速分解餐厨垃圾中蛋白质、油脂、淀粉类多糖以及纤维素、半纤维素等大分子有机质，使之迅速稳定化，提高餐厨垃圾降解效率，进而提高发酵仓空间利用率。本发明通过在降解菌剂中添加生物表面活性剂使餐厨垃圾中油脂增溶、乳化、润湿、分散、降低表面张力，在此基础上，再通过具有高效生物降解油脂功能的枯草芽孢杆菌和解脂耶罗威亚酵母快速分解油脂，提高餐厨垃圾降解效率，提高有机肥料产品质量。通过试验，在餐厨垃圾一体化处理设备处理餐厨垃圾的过程中，添加一定比例的本发明所述降解菌剂，72小时内可将油脂含量从4.5％降至0.3～0.5％，降解率达到87％以上。种子发芽指数结果表明，添加一定比例的本发明所述降解菌剂能有效提高物料的腐熟度，提高发酵效率，缩短发酵周期。本发明对应的餐厨垃圾处理方法简单快捷、效果明显、降解效率高，缩短餐厨垃圾发酵时间，处理成本低，无生物毒性，可生物降解，不对环境造成二次污染，降解后有机肥料产品质量高。

附图说明

图1中的三个锥形瓶中均为菌种活化培养后的枯草芽孢杆菌种子液。

图2和图3均为枯草芽孢杆菌在驯化培养过程中的梯度筛选培养皿，图中共三个培养皿代表同一个氯化钠浓度梯度设置的3个平行试验，其中图2为培养48h的结果，图3中的两个培养皿均为培养24h的结果。

图4为本发明使用降解菌剂的处理组种子发芽情况照片，图中三个培养皿代表三个平行试验。

具体实施方式

本发明通过以下实施例和附图进行进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于下述实施例。

实施例1

本发明所述降解菌剂、其制备方法及其应用包括如下步骤：

(1)菌种活化培养

首先，分别将枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌种接种到牛肉膏蛋白胨液体培养养中进行活化培养，置于温度30-35℃、180-220rpm恒温摇床震荡培养1-2天，至对数增长期，获得活化的液体种子液。

牛肉膏蛋白胨液体培养基配方如下：牛肉膏3g、蛋白胨10g、酵母浸膏2g、氯化钠5g、超纯水1000ml，ph7.4-7.6。

然后分别将绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母菌菌种接种到马铃薯葡萄糖培养基中进行活化培养，置于温度20-25℃、180-220rpm恒温摇床震荡培养2-4天，至对数增长期，获得活化的液体种子液。

马铃薯葡萄糖固体培养配方如下：马铃薯200g、葡萄糖20g、超纯水1000ml，ph7.4-7.6。

例如图1中的三个锥形瓶中均显示了菌种活化培养后的枯草芽孢杆菌种子液的情况。

(2)菌种驯化培养

分别将上述活化后的种子液接种到氯化钠浓度成梯度增加的固体筛选培养基中。未经驯化的菌种氯化钠浓度初始浓度设置为5.0g/l，每次增加2.0g/l，其他四个梯度分别为7.0g/l、9.0g/l、11.0g/l和13.0g/l。

在驯化过程中，根据平均单位菌落数增加而逐步提高氯离子浓度，每次增加100mg/l，待菌体增长稳定后，逐步提高氯离子浓度，逐渐驯化得到上述各菌种。

枯草芽孢杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌驯化培养基配方如下：牛肉膏3g、蛋白胨10g、酵母浸膏2g、氯化钠5.0g/7.0g/9.0g/11.0g/13.0g、琼脂15-20g、超纯水1000ml，ph7.4-7.6。分别取上述种子液1ml，再用超纯水稀释100-200倍，均匀涂布到各梯度筛选培养基培养皿中，并分别编号，统一置于温度30-35℃恒温培养箱静置培养1-2天，每种菌种每个梯度设置3个平行试验。

绿色木霉、光滑假丝酵母、解脂耶罗威亚酵母菌驯化培养基配方如下：马铃薯200g、葡萄糖20g、氯化钠5.0g/7.0g/9.0g/11.0g/13.0g、琼脂15-20g、超纯水1000ml，ph7.4-7.6。分别取上述种子液1ml，再用超纯水稀释100-200倍，均匀涂布到各梯度筛选培养基培养皿中，并分别编号，统一置于温度20-25℃恒温培养箱静置培养2-4天，每种菌种每个梯度设置3个平行试验。

图2和图3为枯草芽孢杆菌在驯化培养过程中的梯度筛选培养皿，图中三个培养皿代表同一个氯化钠浓度梯度设置的3个平行试验，其中图2为培养48h的结果，图3中的两个培养皿均为培养24h的结果。

表1

(3)计数、分析

经试验，各菌种梯度筛选培养基中菌落数如表1所示。由表1结果所知，不同菌种均随着氯化钠浓度的递增，培养皿菌落数均有显著的降低，这说明高浓度氯化钠对上述微生物的生长均有显著的抑制作用。通过梯度筛选，将氯化钠浓度13.0g/l培养皿上的菌落作为扩培的菌种。

(4)扩培

分别挑取氯化钠浓度13.0g/l培养皿上的菌落，接种至液体扩培培养基中，培养基同上活化培养基，要求菌液浓度达到2×10⁸cfu/ml及以上，优选菌落数5×10⁸cfu/ml。

(5)低温干燥、混合

分别将上述扩培液在低温条件下干燥制备成休眠体微生物干粉。然后按照枯草芽孢杆菌20～30份、赖氨酸芽孢杆菌10～15份、地衣芽孢杆菌10～20份、绿色木霉15～25份、光滑假丝酵母5～10份、解脂耶罗威亚酵母5～10份的重量比，混合均匀，待用。

(6)制备生物表面活性剂

在65份的超纯水中依次加入质量浓度为45％的槐糖脂25份，鼠李糖脂5份，海藻糖脂5份，混合均匀制备生物表面活性剂。

(7)制备餐厨垃圾一体化处理设备用降解菌剂

将95-99份的上述混合菌剂与1-5份生物表面活性剂混合均匀，制得餐厨垃圾一体化处理设备用降解菌剂，控制菌剂质量含水率在3-5％以下，有效活菌数≥9×10⁹cfu/g。

(8)添加降解菌剂

将降解菌剂加入餐厨垃圾一体化处理设备中，与餐厨垃圾混合，每吨垃圾添加降解菌剂50～80g；加入降解菌剂后，对餐厨垃圾进行50℃以上保温和通风搅拌发酵3-5天(处理组)。

(9)对比试验

外购鹤壁市人元生物技术发展有限公司“rw促腐剂”商品腐熟菌剂，有效活菌数≥200亿/g(即活菌数≥2×10¹⁰cfu/g)。将商品腐熟菌剂加入餐厨垃圾一体化处理设备中，与餐厨垃圾混合，每吨垃圾添加商品腐熟菌剂50～80g；加入商品腐熟菌剂后，对餐厨垃圾进行50℃以上保温和通风搅拌发酵3-5天完成发酵过程(对比组)。

(10)油脂含量测定

分别取加本发明所述降解菌剂及对比试验的商品腐熟菌剂，并完成发酵过程形成有机肥料半成品10g(干重)，采用索氏抽提法测定发酵物料中油脂的含量，索氏抽提法执行《食品中脂肪的测定方法》(gb5009.6-85)标准，具体测定方法同样参见《食品中脂肪的测定方法》(gb5009.6-85)标准，每个处理作3次重复。表2列出了本发明降解菌剂的处理组以及使用商品腐熟菌剂的对比组中的油脂含量测定统计。

表2

由表2可知，本发明的处理组餐厨垃圾原料经降解后，油脂含量降至0.45％，降解率超过87％。而对比组降解率仅为30％，处理组油脂降解率远超对比照。

(11)测定种子发芽指数

分别取加本发明所述降解菌剂及对比试验的商品腐熟菌剂，并完成发酵过程形成有机肥料半成品20g(干重)，加入200ml蒸馏水，振荡20min，30℃下浸提一昼夜，上清液用慢速滤纸过滤，滤液待用；

分别在9cm培养皿内铺入相应大小的滤纸一张，均匀放进20粒颗粒饱满、大小接近的小青菜种子，用移液管吸取5.0ml浸提液于培养皿，并以蒸馏水作对照实验。每个处理作3次重复；

将培养皿放置在(25士l)℃、80％湿度培养箱中培养24h；

测种子发芽率和根长，并计算gi。

如果gi>60％，则可认为物料基本基本腐熟，当gi达到80％-85％时，则可认为物料已经完全腐熟，对植物没有毒性。

表3显示了本发明降解菌剂的处理组以及使用商品腐熟菌剂的对比组中种子发芽指数的统计。

表3

由表3可知，处理组种子发芽指数(gi)平均值达到88.5％，表明物料已完全腐熟，对植物没有毒性，施入土壤对作物生长无毒副作用。而对比组种子发芽指数(gi)平均值只有64.6％，则说明物料基本腐熟，尚未达到完全腐熟的标准。通过对比分析可知，对比组并不能达到处理组的完全腐熟标准，原因是对比组中菌种复配不当，以及分解油脂效率低、盐分对微生物发酵的抑制作用等因素导致发酵效率不高，油脂降解不完全，3-5天发酵周期并未完全腐熟。

图4显示了本发明使用降解菌剂的处理组种子发芽情况，图中三个培养皿代表三个平行试验。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。