一种餐厨垃圾连续高效转化的微生物菌剂制备及其应用的制作方法

1.本发明涉及生物技术领域，具体涉及到一种餐厨垃圾一体化处理装置中高效转化餐厨垃圾的微生物菌剂制备及其应用。


背景技术：

2.餐厨垃圾主要指日常生活中产生的厨房垃圾和餐桌残余垃圾，数据表明，中国城市餐厨垃圾每年的产生量约为6
×
107t，在一些人口密集的一线城市，餐厨垃圾的日产量达到甚至超过1000t。餐厨垃圾占城市固体废弃物总量的40％以上。因其具有高含水率、高油、高盐以及容易酸败降解产生难闻气味和致病菌等特点，不仅会造成环境污染，还会威胁人体健康。目前我国应用较多的餐厨垃圾的处理技术有焚烧和填埋、饲料化、肥料化、厌氧消化等方法。焚烧和填埋存在二次污染问题；饲料化技术由于存在不可预知的同源性污染等不安全因素，多地已出台文件禁止餐厨垃圾的饲料化应用；高温好氧发酵、好氧堆肥等形成的有机肥产品大量施用存在土壤盐碱化问题；厌氧发酵是我国餐厨垃圾处理的主流工艺，但存在对设备要求高、易酸化、产气率低、厌氧消化残余物难以处理等问题。
3.目前关于餐厨垃圾微生物处理的技术主要集中在以下三大类：
4.1)通过微生物发酵获得菌剂并直接应用于餐厨垃圾处理。其中一类研究或专利关注于菌剂的处理效果及处理过程中微生物的生长情况、产酶情况分析；第二类关注于降解产物是否可作为有机肥使用；但是前二类都没有考虑到餐厨垃圾处理过程中臭味的消除，且有些处理需要在50℃以上的高温下进行，能耗较大；第三类虽然监测了菌剂处理对臭味的去除情况，但是处理效果不佳。且在实际微生物菌剂处理餐厨垃圾时，有些研究需多次添加微生物菌剂。通过吸附剂或固定化技术将微生物菌剂固定在有些载体上，从而提高菌剂的处理效果。其中一类是采用各种吸附剂将微生物吸附，且有专利报道了利用吸附剂可实现餐厨垃圾的连续处理，但是所用都是芽孢杆菌、且未提及降解过程中的臭味控制问题；第二类是采用固定化技术将微生物固定化。但是二类技术最终目的是提高垃圾降解率，对于降解过程中臭味的控制未进行考虑。
5.2)采用微生物和酶复配进行餐厨垃圾处理。但是为了提高处理效率，这种方法或者处理温度在50℃以上，或者提前对餐厨垃圾进行高温灭菌，厌氧发酵后再进行后续操作。降解过程中关于臭味控制、连续化操作、降解产物的后续处理都未曾提及。
6.目前公开的专利虽然都用到了不同种类的微生物、酶及其组合方式，但是没有考虑到操作的简便性、连续性、稳定性，且目前已有专利基本都包括多种除乳酸菌以外的其他细菌或真菌，对降解过程条件要求较复杂，而且存在降解过程中气味的可接受性及后续处理的方便性问题，因此有必要从优化微生物种类、简化培养工艺、简化操作难度以及实现操作的连续性方面进行改进。


技术实现要素：

7.本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供了一种菌剂一次性添加，餐厨垃
圾可根据实际情况多次分批加入，可实现至少1个月连续降解的高效微生物菌剂制备及其应用，本发明的微生物菌剂以乳酸菌等产酸菌为主，并有可降解淀粉、蛋白、脂肪及纤维素的益生菌，在培养过程中可产生淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶和脂肪酶，菌剂不仅对餐厨垃圾的处理效果强、不产生异味、培养方式简便易行、可室温连续处理、处理后不易堵塞下水管道等特点。具体技术方案如下：
8.本发明提供一种用于餐厨垃圾连续处理的微生物菌剂，所述菌剂中包括弯曲芽孢杆菌zyftem11，所述弯曲芽孢杆菌zyftem11在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为cgmcc no.22217。
9.进一步，所述菌剂包括由植物乳杆菌、副干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、弯曲芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌和酿酒酵母组成的菌种复合物。
10.进一步，所述菌种复合物中的植物乳杆菌、副干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、弯曲芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌和酿酒酵母的菌落数比为1:1:1:1:1:1:1:1:2。
11.进一步，所述菌剂包括蛋白酶、纤维素酶和脂肪酶。所述菌剂包括菌种复合物的发酵液，所述发酵液中含有蛋白酶、纤维素酶和脂肪酶。
12.进一步，所述菌剂的ph为4.5至5.5。
13.上述的菌种复合物也应在本发明的保护范围之内。
14.本发明还提供一种弯曲芽孢杆菌zyftem11，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为cgmcc no.22217。
15.所述的微生物菌剂、所述的菌种复合物和所述的弯曲芽孢杆菌在降解餐厨垃圾中的应用也应在本发明的保护范围之内。
16.本发明还提供一种降解餐厨垃圾的方法，使用所述的菌剂，包括如下步骤：
17.1)在餐厨垃圾连续处理设备内加入填料；
18.2)按照每处理1000g餐厨垃圾添加1000ml菌剂的比例加入菌剂，与填料混合30分钟；
19.3)加入餐厨垃圾，运转设备，开始进行餐厨垃圾处理，24～48小时后餐厨垃圾处理后失重率大于95％。
20.4)设备运转24小时后可根据实际三餐的时间间隔，或者每24h加入餐厨垃圾，进行连续处理，连续处理1月后可对设备中的残渣进行清理。
21.本发明的创新之处在于：
22.1.本发明在生产菌剂时采取静置培养，培养工艺简单易操作。
23.2.本发明降解菌剂中以乳酸菌和发酵产酸菌株为主，餐厨垃圾处理过程中的ph偏弱酸性，因此可抑制腐败菌的生长、并可预防下水管道的堵塞。
24.3.本发明降解菌剂中的嗜酸乳杆菌、地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌可产生脂肪酶，发酵乳杆菌可产生纤维素酶，地衣芽孢杆菌、纳豆芽孢杆菌可产生蛋白酶、淀粉酶等，因此对餐厨垃圾中的油脂、纤维素和蛋白等都具有良好的降解能力。
25.4.本发明所获得的菌剂不需要载体、吸附剂、干燥等处理，可直接应用在相关设备中。
26.5.本发明菌剂生产流程简单，菌剂使用操作难度低，一次投加后可实现餐厨垃圾连续1个月降解，具有巨大的应用前景。本发明使用该菌剂可实现餐厨垃圾的常温处理，不需高温，降低了能耗。
27.6.本发明降解菌剂中的植物乳杆菌、副干酪乳杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、酿酒酵母可有效降低处理过程的异味，在整个处理周期中无臭味产生。
28.7.本发明所制备的复合菌剂除活菌外还含有微生物发酵产生的淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶，更有助于有机物料的快速分解。
29.保藏说明
30.菌种名称：弯曲芽孢杆菌
31.拉丁名：bacillus flexus
32.菌株编号：zyftem11
33.保藏机构：中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心
34.保藏机构简称：cgmcc
35.地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号
36.保藏日期：2021年05月06日
37.保藏中心登记入册编号：cgmcc no.22271
附图说明
38.图1为三角瓶中培养好的液体菌剂。
39.图2为复配好的50倍浓缩后的菌剂。
40.图3为白菜处理24小时前后的效果图(共处理48小时)。
41.图4为菌剂连续处理7天后的餐厨垃圾。
具体实施方式
42.下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
43.下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
44.以下实施例中的菌株：所述植物乳杆菌购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(cicc 20242)；所述副干酪乳杆菌购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(cgmcc1.12731)；所述嗜酸乳杆菌购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(cicc 20244)；所述发酵乳杆菌购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(cicc 21828)；所述赖氨酸芽孢杆菌购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(cicc 10478)；所述纺锤形赖氨酸芽孢杆菌购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(cicc 22657)；所述酿酒酵母购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(cicc 1015)；所述纳豆芽孢杆菌购自南开大学微生物资源保藏中心(nkccmr nk 2.原nat)；所述弯曲芽孢杆菌为弯曲芽孢杆菌zyftem11，为发明人自主分离的菌株，其在中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心的登记入册编号为cgmcc no.22217。
45.下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
46.实施例1：微生物菌剂的制备方法：
47.1)餐厨垃圾降解菌株的扩大培养
48.⑴
将下述培养基在115℃灭菌30min待用，然后将保存于
‑
80℃的菌种分别接种至如下培养基中，其中，将植物乳杆菌接种于mrs培养基中，将副干酪乳杆菌接种于elliker培养基中，将嗜酸乳杆菌接种于bcp培养基中，将发酵乳杆菌接种于hp培养基中，将赖氨酸芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、弯曲芽孢杆菌zyftem11、纳豆芽孢杆菌分别接种于ep培养基中，将酿酒酵母接种于ypd培养基中，接种比例菌为1％。乳杆菌和酵母分别在37℃和28℃静置培养24h。芽孢杆菌在28℃，140rpm摇瓶培养24h。分别使每株菌培养后的浓度都达到108个/l(如附图1所示)。将制备的植物乳杆菌、副干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、发酵乳杆菌、赖氨酸芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、弯曲芽孢杆菌zyftem11、纳豆芽孢杆菌和酿酒酵母培养液按体积比1:1:1:1:1:1:1:1:1:2混合均匀后即得到微生物菌剂，菌剂中微生物浓度为109个/l。菌剂ph 5.5，菌剂中的淀粉酶活：38u/ml；纤维素酶活：25u/ml；蛋白酶活：51u/ml；脂肪酶活：42u/ml(如附图2所示)。
49.所涉及的培养基如下：
50.⑵
mrs培养基：蛋白胨10g、牛肉膏粉10g、酵母浸膏粉5g、柠檬酸氢二铵2g、一水合葡萄糖20g、三水合乙酸钠5g、三水合磷酸氢二钾2g、七水合硫酸镁0.58g、一水合硫酸锰0.25g、吐温
‑
801ml、去离子水定容至1l，ph 6.0
‑
6.0。
51.⑶
elliker培养基：胰蛋白胨20g、蔗糖5g、酵母浸膏粉5g、氯化钠4g、明胶2.5g、三水合乙酸钠1.5g、一水合葡萄糖5g、抗坏血酸0.5g、乳糖5g、去离子水1l，ph 6.8。
52.⑷
bcp培养基：酵母粉25g，胰蛋白胨5g，一水合葡萄糖5g，去离子水定容至1l，ph 7.0。
53.⑸
hp培养基：植物蛋白胨20g，柠檬酸铵5g，酵母粉6g，硫酸亚铁0.04g，牛肉膏10g，七水合硫酸镁0.2g，一水合硫酸锰0.05g，一水合葡萄糖10g，吐温
‑
801ml，去离子水定容至1l，ph 6.6。
54.⑹
芽孢菌(ep)培养基：蛋白胨5.0g、牛肉膏2.5g、mgso
4 0.5g、k2hpo
4 10.0g、(nh4)2so
4 2.0g、nacl 2.5g，去离子水定容至1l，ph7.2～7.4。
55.⑺
酵母菌ypd培养基：蛋白胨20g、酵母提取物10g、一水合葡萄糖20g、去离子水定容至1l，ph自然。
56.实施例2：废弃菜叶子的降解效果试验
57.厨房收集的废弃的大白菜1000g，切成随机的小块，将上述实例1中制备的微生物菌剂500ml放入专用的餐厨垃圾连续降解设备中；室温连续降解48h，容器中的残渣量为0～17.5g，降解过程24h后有淡淡的乳酸发酵的味道、无臭味产生(如附图3所示)。微生物菌剂降解餐厨垃圾的降解率按以下公式计算：
58.降解率＝(1
‑
m2/m1)
×
100％
59.其中m1为降解前加入的餐厨垃圾量，m2为降解后容器中的残渣量。
60.根据公式，本实施例中的降解率为98.3％～100％，出水的ph为6.41。
61.实施例3：餐厨垃圾连续降解效果试验
62.将实施例1中准备好的微生物菌剂400ml放入专用的餐厨垃圾连续降解设备中静置半个小时，加入厨余垃圾410.9克(以含高淀粉类为主，配少量肉类)，室温下连续降解24h后进行第二次投放厨余垃圾477.6克(以含高淀粉类为主，含少量果皮)，室温下连续降解24h后进行第三次投放厨余垃圾195.1克(以含面粉类为主，含少量果糖)，室温下连续降解24h后进行第四次投放厨余垃圾409.6克(以含面粉类为主)，室温下连续降解3天后进行第五次投放厨余垃圾732.8克(含面粉、肉类、蔬菜)，室温下连续降解2天后进行第六次投放厨余垃圾423.2克(含淀粉类)，室温下连续降解1天后进行第七次投放厨余垃圾337.2克(含果皮，蔬菜等)，室温下连续降解3天后进行第八次投放厨余垃圾蔬菜240克，面粉类600克，连续降解1天。八次共投放厨余垃圾共计5000克左右，降解后设备中残留215.2克植物纤维素类残渣，整个降解过程中无臭味产生，开始降解24h后有淡淡的乳酸发酵味道(轻微腌泡菜的味道)。根据实施例2中的公式，本实施例中的降解率为95.7％，出水的ph为6.40。
63.实施例4：餐厨垃圾连续降解效果试验
64.将实施例1中准备好的微生物菌剂1000ml放入专用的餐厨垃圾连续降解设备中静置半个小时，加入白菜叶1000g，室温下连续降解24h后进行第二次投放水果皮和蔬菜叶500g，室温下连续降解24h后进行第三次投放白菜500g，餐厨垃圾794.35克(淀粉类为主，少量肉类)，室温下连续降解48h后进行第四次投放餐厨垃圾507.8克(淀粉类为主，少量肉类)，蔬菜叶250g，室温下连续降解24h后进行第五次投放餐厨垃圾578克(淀粉类及肉类)，蔬菜叶250g，连续降解48h。五次共投放餐厨垃圾3801克，降解后剩余植物纤维素类残渣201.6克，降解过程中无臭味产生，开始降解24h后有淡淡的乳酸发酵味道。根据实施例2中的公式，本实施例中的降解率为94.7％，出水的ph为6.41(如附图4所示)。
65.实施例5：餐厨垃圾1个月连续降解效果评价
66.该实例为一家四口(父母上班，孩子上学，老人在家。早晚餐一家四口吃饭，中饭只有老人1人在家)的家庭效果小试。将实施例1中准备好的微生物菌剂1000ml放入专用的餐厨垃圾连续降解设备中静置半个小时，加入白菜叶1000g，室温下连续降解24h；然后加入餐厨垃圾，加入餐厨垃圾的时间为每天早上7：30左右，中午12:30左右，晚上7:00左右。投加持续时间从2020年6月18日至7月20日，共33天。餐厨垃圾种类包括剩饭、菜叶及剩菜、果皮、肉类、油脂。降解后剩余植物纤维素类残渣181.2克。投加餐厨垃圾24h后打开设备开口，有淡淡的酸味，整个降解过程中无明显气味和臭味产生。每天投加垃圾量估计在300g左右，降解率估算在98％左右。
67.实施例6：不添加菌剂的餐厨垃圾连续降解效果试验
68.在专用的餐厨垃圾连续降解设备中，不添加菌剂，直接加入白菜叶1000g，室温下连续自然降解24h后进行第二次投放水果皮和蔬菜叶500g，室温下连续自然降解24h后进行第三次投放白菜500g，餐厨垃圾794.35克(淀粉类为主，少量肉类)，室温下连续自然降解48h后进行第四次投放餐厨垃圾507.8克(淀粉类为主，少量肉类)，蔬菜叶250g，室温下连续自然降解24h后进行第五次投放餐厨垃圾578克(淀粉类及肉类)，蔬菜叶250g，连续自然降解48h。五次共投放餐厨垃圾3801克，设备中残渣2050克，自然降解率为46.1％。自然降解24h后开始出现恶臭气味，第2天开始产生浓烈的恶臭气味。
69.以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实
施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本技术欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本技术中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围，可以进行一些基本特征的应用。