專利名稱：一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垃圾的生物發(fā)酵方法。
背景技術(shù)：
食品垃圾指食堂、餐廳、家庭的餐廚垃圾以及食品工業(yè)中的廢棄有機(jī)物。食品垃圾為生物質(zhì)廢棄物，有機(jī)物含量高，主要包括淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等，可作為生物質(zhì)能源再度利用，而且在城市生活垃圾中占有較大比重。食品垃圾的資源化已經(jīng)受到科研學(xué)者及政府部門的高度重視，發(fā)酵產(chǎn)酸、醇、氫氣、甲烷是食品垃圾資源化的主要方式。由于食品垃圾含有蛋白質(zhì)、脂肪、多糖類等生物大分子，很難直接被產(chǎn)物發(fā)酵生產(chǎn)菌株(如乳酸菌、甲烷菌等)有效利用；如美國GUOCHENG DU等人利用食品垃圾的有機(jī)酸類發(fā)酵產(chǎn)物為原料生物合成聚羥基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoate，PHA)，在16天厭氧發(fā)酵后有機(jī)酸的濃度只能達(dá)到乙酸5.5g/L、丙酸1.8g/L、丁酸7.4g/L、乳酸32.7g/L(Environ.Sci.Technol.2002(36)5511-5516)；日本KENJI SAKAI等人利用食品垃圾發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，發(fā)酵48h后乳酸濃度也不到30g/L(Journal Of BioscienceAnd Bioengineering.98(1)48-56)。雖然在發(fā)酵工藝中加入商業(yè)酶制劑能提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量，但生產(chǎn)成本隨之升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前食品垃圾中的蛋白質(zhì)、脂肪、多糖類等生物大分子難以直接被產(chǎn)物發(fā)酵生產(chǎn)菌株有效利用和使用商業(yè)酶制劑生產(chǎn)成本升高的缺陷，而提供的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法。
食品垃圾按以下步驟生物發(fā)酵(一)將食品垃圾濾干接種黑曲霉，之后在30～35℃的條件下固態(tài)發(fā)酵5～6天制備糖化酶曲；(二)將糖化酶曲和生物發(fā)酵菌種加入到新鮮的食品垃圾中，并加入與新鮮食品垃圾等質(zhì)量的自來水發(fā)酵；(三)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。
本實(shí)施方式可用于發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸、醇、氫氣和甲烷，并可根據(jù)所需要的發(fā)酵產(chǎn)物來選擇生物發(fā)酵菌種和發(fā)酵條件，而且發(fā)酵產(chǎn)物的分離、提純方法可采用現(xiàn)有常規(guī)方法。
本發(fā)明制備出的糖化酶曲不必干燥和冷凍，可直接使用，節(jié)省了大量的資源并降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明糖化酶曲中的黑曲霉因不經(jīng)過干燥和冷凍保持了高度活性，能夠在發(fā)酵過程中繼續(xù)生長、產(chǎn)酶，并與發(fā)酵菌種協(xié)同作用，大大提高了食品垃圾資源的利用率和發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量，可明顯降低生產(chǎn)成本。


圖1是具體實(shí)施方式
十六中利用黑曲霉制備的糖化酶曲發(fā)酵乳酸與使用商業(yè)酶制劑發(fā)酵乳酸的產(chǎn)量曲線圖，圖1中“○”曲線是使用商業(yè)酶制劑發(fā)酵乳酸的產(chǎn)量曲線，圖中“■”曲線是利用黑曲霉制備的糖化酶曲發(fā)酵乳酸的產(chǎn)量曲線；圖2是具體實(shí)施方式
十六中糖化酶曲中黑曲霉與乳酸菌協(xié)同發(fā)酵過程中的菌量曲線圖，圖2中“○”曲線是乳酸菌菌量曲線，圖2中“■”曲線是黑曲霉孢子數(shù)量曲線。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式食品垃圾按以下步驟生物發(fā)酵(一)將食品垃圾濾干接種黑曲霉，之后在30～35℃的條件下固態(tài)發(fā)酵5～6天制備糖化酶曲；(二)將糖化酶曲和生物發(fā)酵菌種加入到新鮮的食品垃圾中，并加入與新鮮食品垃圾等質(zhì)量的自來水發(fā)酵；(三)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。
本實(shí)施方式步驟(一)制備出的糖化酶曲不需干燥，可直接使用。
本實(shí)施方式可用于發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)酸、醇、氫氣和甲烷，并可根據(jù)所需要的發(fā)酵產(chǎn)物來選擇生物發(fā)酵菌種和發(fā)酵條件，而且發(fā)酵產(chǎn)物的分離、提純方法可采用現(xiàn)有常規(guī)方法。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(一)中將食品垃圾濾干后先粉碎成體積小于1.5cm3的顆粒。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(一)中按濾干后食品垃圾質(zhì)量的7％～9％接種濃度為106～107孢子/mL的黑曲霉孢子懸液。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
本實(shí)施方式所制備的糖化酶曲未經(jīng)干燥和提純，其糖化酶酶活為3500～4500U/g。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或三的不同點(diǎn)是步驟(一)中接種的黑曲霉為Aspergillus nigerUV 448。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一或三相同。
本實(shí)施方式黑曲霉Aspergillus nigerUV 448購自于黑龍江省微生物食用菌研究所。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(一)中按濾干后食品垃圾質(zhì)量的8％接種濃度為106～107孢子/mL的黑曲霉孢子懸液。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(二)中按新鮮食品垃圾質(zhì)量的2％～3％加入糖化酶曲，并按食品垃圾加水后發(fā)酵液總質(zhì)量的6％～9％加入乳酸菌發(fā)酵乳酸。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(二)中按新鮮食品垃圾質(zhì)量的2.5％加入糖化酶曲，并按食品垃圾加水后發(fā)酵液總質(zhì)量的7％～8％加入乳酸菌發(fā)酵乳酸。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六或七的不同點(diǎn)是步驟(二)中新鮮食品垃圾加入糖化酶曲、乳酸菌和自來水后在42～46℃的條件下發(fā)酵25±1h。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式六或七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(二)中新鮮食品垃圾的含水率為75％～85％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(二)中新鮮食品垃圾的含水率為78％～83％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(二)中新鮮食品垃圾的含水率為80％。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六或七的不同點(diǎn)是步驟(二)中的乳酸菌為Lactobacillus TD175。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式六或七相同。
本實(shí)施方式中乳酸菌菌株Lactobacillus TD175是從餐廚垃圾中分離并鑒定的乳酸菌(1.Qunhui Wang，Xuming Wang，et al.Bioconversion of KitchenGarbage to Lactic Acid by Two Wild Strains of Lactobacillus Species.Journal ofEnvironmental Science and Health，401951-1962，2005；2.王旭明，汪群慧等.一株高產(chǎn)乳酸細(xì)菌的分離鑒定與發(fā)酵性能研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(9)1483-1486)。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(一)中食品垃圾濾干接種黑曲霉后在31～34℃的條件下固態(tài)發(fā)酵5天，并每隔11～13h攪拌一次。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(一)中食品垃圾濾干接種黑曲霉后在32～33℃的條件下固態(tài)發(fā)酵5天，并每隔12h攪拌一次。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟(二)新鮮食品垃圾中的固體物被粉碎為粒徑小于0.1cm的顆粒。其它步驟及參數(shù)與實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式食品垃圾按以下步驟生物發(fā)酵乳酸(一)將食品垃圾濾干后先粉碎成體積小于1.5cm3的顆粒，再按濾干食品垃圾質(zhì)量的8％接種濃度為106～107孢子/mL的黑曲霉孢子懸液，然后在32℃的條件下固態(tài)發(fā)酵5天，并每隔12h攪拌一次，制備糖化酶曲；(二)先將新鮮食品垃圾中固體物粉碎為粒徑小于0.1cm的顆粒，并加入與新鮮食品垃圾等質(zhì)量的自來水，再按新鮮食品垃圾質(zhì)量的2.5％加入糖化酶曲、按食品垃圾加水后發(fā)酵液總質(zhì)量的7％～8％加入乳酸菌發(fā)酵乳酸，然后再在45℃的條件下發(fā)酵25h；(三)固液分離后采用電滲析法提純發(fā)酵液中的乳酸，即得乳酸；其中所述黑曲霉為Aspergillus niger UV448；乳酸菌為Lactobacillus TD175；步驟(二)中新鮮食品垃圾的含水率為75％～85％。
本實(shí)施方式糖化酶曲中黑曲霉能保持有高度活性，能夠在乳酸發(fā)酵過程中繼續(xù)生長、產(chǎn)酶、與乳酸菌產(chǎn)生協(xié)同作用如附圖2，糖化效果明顯優(yōu)于單純使用商業(yè)酶制劑，更能促使乳酸的發(fā)酵。本實(shí)施方式新鮮食品垃圾經(jīng)固液分離后檢測乳酸濃度可達(dá)到63g/L。本實(shí)施方式制備的糖化酶曲不需干燥可直接使用。
對比實(shí)驗(yàn)用商業(yè)酶制劑(新鮮食品垃圾質(zhì)量1％的糖化酶，糖化酶酶活為100000U/g)代替本實(shí)施方式中的糖化酶曲進(jìn)行乳酸發(fā)酵，其它發(fā)酵條件與本實(shí)施方式(具體實(shí)施方式
十六)步驟(二)相同；經(jīng)商業(yè)酶制劑發(fā)酵新鮮食品垃圾經(jīng)固液分離后檢測乳酸濃度為49g/L。
利用黑曲霉制備的糖化酶曲發(fā)酵乳酸與使用商業(yè)酶制劑發(fā)酵乳酸的產(chǎn)量如圖1所示，本實(shí)施方式利用黑曲霉制備的糖化酶曲發(fā)酵乳酸的產(chǎn)量比使用商業(yè)酶制劑發(fā)酵乳酸高28.6％，促進(jìn)了食品垃圾的生物發(fā)酵。
對比實(shí)驗(yàn)中商業(yè)酶制劑購自于肇東北方酶制劑廠。
權(quán)利要求
1.一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于食品垃圾按以下步驟生物發(fā)酵(一)將食品垃圾濾干接種黑曲霉，之后在30～35℃的條件下固態(tài)發(fā)酵5～6天制備糖化酶曲；(二)將糖化酶曲和生物發(fā)酵菌種加入到新鮮的食品垃圾中，并加入與新鮮食品垃圾等質(zhì)量的自來水發(fā)酵；(三)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(一)中將食品垃圾濾干后先粉碎成體積小于1.5cm3的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(一)中按濾干后食品垃圾質(zhì)量的7％～9％接種濃度為106～107孢子/mL的黑曲霉孢子懸液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(一)中接種的黑曲霉為Aspergillus niger UV 448。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(二)中按新鮮食品垃圾質(zhì)量的2％～3％加入糖化酶曲，并按食品垃圾加水后發(fā)酵液總質(zhì)量的6％～9％加入乳酸菌發(fā)酵乳酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(二)中新鮮食品垃圾的含水率為75％～85％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(二)中的乳酸菌為Lactobacillus TD175。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(一)中食品垃圾濾干接種黑曲霉后在31～34℃的條件下固態(tài)發(fā)酵5天，并每隔11～13h攪拌一次。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，其特征在于步驟(二)新鮮食品垃圾中的固體物被粉碎為粒徑小于0.1cm的顆粒。
全文摘要
一種食品垃圾的生物發(fā)酵方法，它涉及一種垃圾的生物發(fā)酵方法。它解決了目前食品垃圾中生物大分子難以直接被產(chǎn)物發(fā)酵生產(chǎn)菌株有效利用和使用商業(yè)酶制劑生產(chǎn)成本升高的缺陷。食品垃圾按以下步驟生物發(fā)酵(一)將食品垃圾濾干接種黑曲霉發(fā)酵制備糖化酶曲；(二)將糖化酶曲和生物發(fā)酵菌種加入到新鮮的食品垃圾中發(fā)酵；(三)分離、提純，即得發(fā)酵產(chǎn)物。本發(fā)明制備出的糖化酶曲不必干燥和冷凍，可直接使用，節(jié)省了大量的資源，由于黑曲霉不經(jīng)過干燥和冷凍保持了高度活性，能夠在發(fā)酵過程中繼續(xù)生長、產(chǎn)酶，并與發(fā)酵菌種協(xié)同作用，大大提高了食品垃圾資源的利用率和發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量，可明顯降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C12R1/225GK101082053SQ200710072170
公開日2007年12月5日 申請日期2007年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日
發(fā)明者汪群慧, 王孝強(qiáng) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)