無機鹽對地衣芽孢桿菌發酵廚余物產蛋白的影響

張 怡，童應凱，黃 亮，劉敬為

（天津農學院，農學與資源環境學院，生物技術實驗室，天津 西青300384）

廚余物，又稱餐廚垃圾，包括剩菜、剩飯、菜葉、果皮、蛋殼、茶渣、骨、貝殼等，主要是家庭、賓館、飯店、學校等單位飲食殘留下來的供餐垃圾，是人們生活消費過程中產生的一種固體廢棄物[1]。隨著社會經濟的快速發展，人們的生活水平大幅度提高，餐廚垃圾產量也明顯增加?，F在世界每年產生的城市生活垃圾約500億t，其中廚余物的比重占10%～20%[2]。由于廚余物本身營養豐富，容易滋生各種微生物，從而發酵、變質、腐爛，產生大量的毒素，并散發出難聞的氣味，嚴重影響環境衛生；如不及時處理還會傳播疾病，危害人們的健康[3-5]。目前，廚余物的處理方式主要有直接破碎排放、衛生填埋、微生物處理、飼料化、能源化等。其中，直接破碎排放和衛生填埋兩種方式不能對廚余物進行再利用，造成一定的資源浪費，不符合科學發展觀；而其他處理方式均離不開微生物的作用[6-7]。

地衣芽孢桿菌能產生抗活性物質，抑制致病菌生長繁殖，有效預防動物腸炎等疾病；還能分解有毒有害物質，具有較強的蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶的活性，能促進飼料中營養素降解，使飼料更易吸收利用，增強機體免疫力。

無機鹽是微生物生長必不可少的營養物質，是酶活性中心的組成部分，可維持生物大分子和細胞結構的穩定性，控制細胞的氧化還原電位，還可作為某些微生物生長的能源物質，在微生物發酵過程中起著重要作用。

試驗以地衣芽孢桿菌為供試菌種，通過正交試驗，研究（NH4）2SO4、K2HPO4、MgSO4和CaCO3四種無機鹽的添加量對地衣芽孢桿菌發酵廚余物過程中產蛋白質的影響，以期為廚余物微生物發酵制備動物飼料的應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

地衣芽孢桿菌由天津農學院生物技術綜合實驗室保存，活化后作為供試菌種。廚余物培養基：取20 g研磨后的廚余物放入培養皿中，加入等量無菌水室溫浸泡，攪拌均勻。（NH4）2SO4、K2HPO4和MgSO4分別配制成0.20、0.08和0.02g/m L的母液，CaCO3固體直接添加。

1.2 試驗方法

1.2.1 無機鹽添加量的正交試驗設計 為提高地衣芽孢桿菌發酵產物蛋白水平，對培養基中的無機鹽添加量進行了正交設計（見表1）。培養基為廚余物培養基，地衣芽孢桿菌的接種量為0.1%，置于37℃恒溫箱發酵培養，發酵周期48 h。

1.2.2 發酵產物中蛋白質含量測定 發酵結束后，取出發酵終產物置于115℃烘箱中15min（滅酶活），然后在65℃下烘干處理12 h。將烘干后的發酵終產物粉碎過100目篩板，用凱氏定氮法測發酵產物中蛋白質含量。

1.2.3 無機鹽最適添加量驗證 正交試驗后，分析獲得最佳配方，利用上述方法對最佳配方進行重復驗證。

2 結果與分析

2.1 正交試驗

從表1中可以看出，4種無機鹽對地衣芽孢桿菌發酵廚余物產蛋白含量影響的大小順序為：（NH4）2SO4＞CaCO3＞MgSO4＞K2HPO4。由K值可知，（NH4）2SO4和MgSO4的添加量與蛋白質產量呈正相關性，K2HPO4和CaCO3的添加量與蛋白質產量呈負相關性。因此，A3B1C3D1為最佳配方，可使地衣芽孢桿菌發酵廚余物產蛋白的含量最高。

表1 L9（34）正交試驗結果分析

2.2 地衣芽孢桿菌發酵廚余物過程中無機鹽的最適添加量

20 g廚余物培養基中，加入1%（NH4）2SO4和0.2%MgSO4，再接入0.1%地衣芽孢桿菌菌懸液，培養后測得發酵廚余物蛋白質含量為30.55%，含量并不高。這可能是由于培養環節中溫度波動性較大，對地衣芽孢桿菌發酵有一定影響。所以試驗或生產過程中要保證溫度恒定在37℃左右，以此獲得較大的蛋白質收益。

3 討論

地衣芽孢桿菌最適生長溫度一般在37℃左右。食物廢棄物的發酵會產熱，因此發酵溫度很難控制。由于實驗室中人員流動性大，溫箱溫度很難控制在37℃左右。重復試驗中測得溫箱溫度每天平均在30℃左右，極大地影響了蛋白產量。因此溫度控制是地衣芽孢桿菌發酵廚余物產蛋白的關鍵因素之一。

試驗結果顯示，（NH4）2SO4的添加量與蛋白質產量呈正相關性，且該無機鹽對發酵的影響最顯著，由此推測氮鹽在發酵過程中對地衣芽孢桿菌的生長有較明顯的促進作用。而MgSO4顯示出對發酵的影響力較小，說明鎂鹽對地衣芽孢桿菌生長的促進作用相對較小。與上述兩種無機鹽相反，CaCO3和K2HPO4的添加量與蛋白質產量呈負相關性，說明這兩種無機鹽對地衣芽孢桿菌發酵廚余物有不利影響。因此，在發酵過程中不宜添加CaCO3和K2HPO4。

因此，地衣芽孢桿菌發酵廚余物的最佳培養基配方為：20g研磨后的廚余物，加入等量無菌水室溫浸泡，攪拌均勻，再添加1%的（NH4)2SO4和0.2%的MgSO4。

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