一種地衣芽孢桿菌及其在餐廚垃圾中的應用的制作方法

本發明屬于微生物技術領域，尤其涉及一種地衣芽孢菌劑，還涉及該地衣芽孢菌劑在餐廚垃圾處理中的應用。

背景技術：

餐廚垃圾主要來源于餐飲經營與居民生活的食物下腳料(廚余)和食用殘余(泔腳)。我國由家庭、學校、食堂及餐飲行業產生的餐廚垃圾數量較大，若處理不當，會污染環境、傳播疾病、危害人體健康。餐廚垃圾具有高含水量(可達80～95％)、高鹽分、高有機質含量、易腐爛發臭和滋生蚊蠅等特點，主要成分為水分、糖類、蛋白質、脂肪、鹽分和油脂等。

目前，餐廚垃圾的處理方式主要分為非生物處理(焚燒、脫水、真空油渣等)和生物處理(填埋、堆肥和厭氧消化)。其中，非生物處理方式具有燃燒不充分、能耗大、成本高和效果不佳等特點。生物處理主要利用高蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纖維素酶活性的菌劑將餐廚垃圾可降解部分降解為水、二氧化碳和有機質，其中水和二氧化碳可散失到空氣中，最終可達到餐廚減重量達到90％以上，是餐廚垃圾處理實現無害化、減量化、穩定化和資源化的一種較為理想的處理方法，具有較好的發展前景。高效地餐廚處理微生物菌劑與專業處理設備結合，可以高效、及時和快速地降解餐廚垃圾，處理設備可以放置在餐飲場所、食堂、居民小區及家庭等場所，高效地處理餐廚垃圾，還可以解決相關土地污染、地溝油等環保與食品問題，既環保，又健康。然而，現有生物處理方法效率低，效果差。

技術實現要素：

本發明的第一目的在于提供一種地衣芽孢桿菌。

本發明的第二目的在于提供該地衣芽孢桿菌在餐廚垃圾處理中的應用。

為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種地衣芽孢桿菌，其分類命名為地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1，保藏在中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址為北京市朝陽區北辰西路1號院3號中國科學院微生物研究所，郵編為100101，保藏編號為：CGMCC No.12448，保藏日期為2016年5月13日。

所述的地衣芽孢桿菌是在餐廚垃圾處理中的應用。

本發明還提供了一種生物處理劑，地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1吸附于載體上，構成生物處理劑。

優選地，所述地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1和載體的質量比為(1～3)：(10～15)。

更優選地，所述載體為質量比(5～10):(1～3):(1～3)的木屑、糠粉和稻殼。

本發明還提供了上述生物處理劑的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將地衣芽孢桿菌菌種于LB固體培養基劃線培養，然后于液體發酵培養基搖瓶中進行種子培養，再將種子液接種于發酵罐中培養，制成液體微生物菌劑；

(2)將木屑、糠粉和稻殼混勻，得載體材料；

(3)將步驟(1)的液體微生物菌劑與步驟(2)所得載體材料混合，即得生物處理劑。

步驟(1)中，LB固體培養基上培養溫度為30～35℃，培養時間為24h；液體發酵培養基上培養溫度為30℃，培養時間為24h，搖瓶轉速為130r/min；發酵罐中培養培養條件為：溫度：30℃，pH＝6.2～6.6，攪拌速度：130r/min，溶解氧：30％，罐壓：0.04MPa，培養時間24h。

本發明還提供了一種餐廚垃圾的處理方法，包括以下步驟：

(1)將上述的生物處理劑置于處理機中，預加熱運行6h，同時通風攪拌；

(2)將待處理的餐廚垃圾加入預運行后的處理機中，與生物處理劑混合進行好氧發酵，同時通風攪拌；

步驟(1)中，生物處理劑添加量為處理機容量的10～20％；步驟(2)中，好氧發酵溫度45～55℃，發酵時間為18～24h。

有益效果：本發明提供的地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1具有高活性蛋白酶、淀粉酶、油脂水解酶活性，降解葡萄糖產酸，具有高耐鹽性、耐酸性的嗜熱菌，通過與載體的有效結合，可快速高效地將投入餐廚重量減少量達到85％。

本發明的餐廚垃圾的處理方法高效快速穩定，處理效果好，可為家庭廚房、餐廳、食堂及其他與食品加工有關的行業服務，具有良好的發展前景。

附圖說明

圖1是地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1在LB培養基生長上生長圖；

圖2是地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的100倍鏡顯微圖；

圖3是地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的降解蛋白試驗結果圖；

圖4是地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的油脂分解試驗結果圖；

圖5是地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的淀粉分解試驗結果圖；

圖6是地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1在10％NaCl的LB培養基生長圖。

具體實施方式

下面結合實驗例詳細闡述本發明地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的應用。

本發明中，

LB固體培養基配方：胰蛋白胨10g，酵母粉5g，NaCl 10g，瓊脂粉15～20g，定容至1L，用NaOH調pH至7.2。

液體發酵培養基配方：玉米粉10g，黃豆粉5g，葡萄糖5g，蛋白胨2g，NaCl 1g，K₂HPO₄1g，MgSO₄·7H₂O 0.2g，定容至1L，自然pH。

實施例1地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的分離篩選

本發明地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的分離過程：稱取南京江寧區種植蘿卜根際土壤10g，加入90mL無菌水中，得10^-1稀釋液，于30℃搖床中130r/min培養2～3h，繼續加入無菌水稀釋，分別得到10^-5、10^-6、10^-7、10^-8的稀釋液，分別取200uL上述稀釋液于LB平板上涂布，30℃培養48h，挑取單菌落接種于LB固體培養基斜面上保存。

地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1的生理活性特征如下：

a、形態特征：革蘭氏染色呈陽性，有芽孢產生，芽孢呈橢圓形，位于菌體中間或稍偏；有周生鞭毛，且可運動；于LB固體培養基上菌落性狀不規則，具有波浪形邊緣，表面粗糙不透明，有粘液；

b、生理生化特征：可產蛋白酶、淀粉酶、脂肪水解酶、明膠酶等，可在55℃、10％NaCl、pH＝5.0下生長；

c、測序結果：將地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)CY-1菌株委托上海生工生物工程股份有限公司進行16S rDNA測序，在NCBI網址中進行BLAST比對。結果顯示與登錄號GB_KR347301的Bacillus licheniformis CQN-8的16S rDNA序列相似度達到100％，結合該菌株的形態特征和生理生化分析，將該菌株鑒定為地衣芽孢桿菌(Bacillus licheniformis)。

表1 CY-1菌株的生理生化試驗結果

實施例2含地衣芽孢桿菌菌劑的生物處理劑的制備及與餐廚垃圾中的應用

含地衣芽孢桿菌生物處理劑的制備：

(1)將地衣芽孢桿菌于LB固體培養上，30℃培養24h；接種于發酵液體搖瓶中，30℃，130r/min下振蕩培養24h，形成種子液；

將種子液按1:400的體積比例接種到發酵罐中的培養料中進行發酵生產，發酵罐的基本工作參數為：溫度：30～35℃，pH＝6.6～7.2，攪拌速度：130r/min，溶解氧：30％，罐壓：0.04MPa；發酵24h后終止發酵，然后6000r/min離心10min，取沉淀物用無菌水稀釋制成菌劑；檢測得菌劑中活菌的濃度為5.6×10⁹CFU/mL；

(2)將木屑、糠粉和稻殼按照質量比8:1:1制成載體；

(3)按照微生物菌劑和載體的質量比為1:15于機器中攪拌混合吸附后于低溫條件(45℃以下)進行烘干，保證菌劑水分在10％左右，即為生物處理劑成品。

生物處理劑對餐廚垃圾處理后重量減量效率試驗：

(1)餐廚垃圾的組成：食堂剩下的飯菜，去除塑料或骨頭等大塊、堅硬的部分；

(2)將上述方法制得的生物處理劑應用于餐廚垃圾的處理：預加熱運行6h，同時通風攪拌；將待處理的餐廚垃圾10kg加入預運行后的處理機中，與生物處理劑混合進行好氧發酵，同時通風攪拌；生物處理劑添加量為6.52kg，好氧發酵溫度45～55℃發酵時間為24h，持續通風，電機持續正轉5min，停60s，反轉5min，停60s，循環執行；試驗持續7d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；

(3)測定餐廚垃圾減量效果，計算方法如下：

其中，A為加入餐廚垃圾前餐廚處理機重量與生物處理劑總重(kg)；B為加入餐廚垃圾總重(kg)；C為處理后餐廚處理機器與內容物總重(kg)；

稱量未加餐廚垃圾時處理機和生物處理劑的重量為126.52kg(A)，每天加入10kg餐廚垃圾，連續投入7d，總投入70kg(B)，7d后再稱量處理機及內容物總重為135.39 kg(C)；

根據公式計算出處理機運行7d后餐廚垃圾重量平均減量效率為87.33％。

實施例3含地衣芽孢桿菌菌劑的生物處理劑的制備及與餐廚垃圾中的應用

該實施例與實施例2基本相同，不同之處僅在于：步驟(2)中，木屑、糠粉和稻殼的質量比為7:2:1；步驟(3)中，微生物菌劑和載體的質量比為1:13。

生物處理劑對餐廚垃圾處理后重量減量效率試驗：

(1)餐廚垃圾的組成：食堂剩下的飯菜，去除塑料或骨頭等大塊、堅硬的部分；

(2)將上述方法制得的生物處理劑應用于餐廚垃圾的處理：預加熱運行6h，同時通風攪拌；將待處理的餐廚垃圾10kg加入預運行后的處理機中，與生物處理劑混合進行好氧發酵，同時通風攪拌；生物處理劑添加量為7.84kg，好氧發酵溫度45～55℃時間發酵時間為24h，持續通風，電機持續正轉5min，停60s，反轉5min，停60s，循環執行；試驗持續14d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；

(3)測定餐廚垃圾減量效果，計算方法如下：

其中，A為加入餐廚垃圾前餐廚處理機重量與生物處理劑總重(kg)；B為加入餐廚垃圾總重(kg)；C為處理后餐廚處理機器與內容物總重(kg)；

稱量未加餐廚垃圾時處理機和生物處理劑的重量為127.84kg(A)，每天加入10kg餐廚垃圾，連續投入14d，總投入140kg(B)，14d后再稱量處理機及內容物總重為146.32kg(C)；

根據公式計算出處理機運行14d后餐廚垃圾重量平均減量效率為86.80％。

實施例4含地衣芽孢桿菌菌劑的生物處理劑的制備及與餐廚垃圾中的應用

該實施例與實施例2基本相同，不同之處僅在于：步驟(2)中，木屑、糠粉和稻殼的質量比為9:2:1；步驟(3)中，微生物菌劑和載體的質量比為1:10。

生物處理劑對餐廚垃圾處理后重量減量效率試驗：

(1)餐廚垃圾的組成：食堂剩下的飯菜，去除塑料或骨頭等大塊、堅硬的部分；

(2)將上述方法制得的生物處理劑應用于餐廚垃圾的處理：預加熱運行6h，同時通風攪拌；將待處理的餐廚垃圾10kg加入預運行后的處理機中，與生物處理劑混合進行好氧發酵，同時通風攪拌；生物處理劑添加量為8.73kg，好氧發酵溫度45～55℃發酵時間為 24h，持續通風，電機持續正轉5min，停60s，反轉5min，停60s，循環執行；試驗持續21d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；

(3)測定餐廚垃圾減量效果，計算方法如下：

其中，A為加入餐廚垃圾前餐廚處理機重量與生物處理劑總重(kg)；B為加入餐廚垃圾總重(kg)；C為處理后餐廚處理機器與內容物總重(kg)；

稱量未加餐廚垃圾時處理機和生物處理劑的重量為128.73kg(A)，每天加入10kg餐廚垃圾，連續投入21d，總投入210kg(B)，21d后再稱量處理機及內容物總重為159.60kg(C)；

根據公式計算出處理機運行21d后餐廚垃圾重量平均減量效率為85.30％。

實施例5含地衣芽孢桿菌菌劑的生物處理劑的制備及與餐廚垃圾中的應用

該實施例與實施例2基本相同，不同之處僅在于：步驟(2)中，木屑、糠粉和稻殼的質量比為5:1:3；步驟(3)中，微生物菌劑和載體的質量比為1:15。

生物處理劑對餐廚垃圾處理后重量減量效率試驗：

(1)餐廚垃圾的組成：食堂剩下的飯菜，去除塑料或骨頭等大塊、堅硬的部分；

(2)將上述方法制得的生物處理劑應用于餐廚垃圾的處理：預加熱運行6h，同時通風攪拌；將待處理的餐廚垃圾10kg加入預運行后的處理機(處理劑容量為100kg)中，與生物處理劑混合進行好氧發酵，同時通風攪拌；生物處理劑添加量為6.83kg，好氧發酵溫度45℃發酵時間為24h，持續通風，電機持續正轉5min，停60s，反轉5min，停60s，循環執行；試驗持續7d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；

根據公式計算出處理機運行7d后餐廚垃圾重量平均減量效率為86.38％。

實施例6含地衣芽孢桿菌菌劑的生物處理劑的制備及與餐廚垃圾中的應用

該實施例與實施例2基本相同，不同之處僅在于：步驟(2)中，木屑、糠粉和稻殼的質量比為10:3:1；步驟(3)中，微生物菌劑和載體的質量比為3:10。

生物處理劑對餐廚垃圾處理后重量減量效率試驗：

(1)餐廚垃圾的組成：食堂剩下的飯菜，去除塑料或骨頭等大塊、堅硬的部分；

(2)將上述方法制得的生物處理劑應用于餐廚垃圾的處理：預加熱運行6h，同時通風 攪拌；將待處理的餐廚垃圾20kg加入預運行后的處理機(處理劑容量為100kg)中，與生物處理劑混合進行好氧發酵，同時通風攪拌；生物處理劑添加量為7.32kg，好氧發酵溫度55℃發酵時間為24h，持續通風，電機持續正轉5min，停60s，反轉5min，停60s，循環執行；試驗持續14d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；

根據公式計算出處理機運行14d后餐廚垃圾重量平均減量效率為87.64％。

實施例7含地衣芽孢桿菌菌劑的生物處理劑的制備及與餐廚垃圾中的應用

該實施例與實施例2基本相同，不同之處僅在于：步驟(2)中，木屑、糠粉和稻殼的質量比為7:2:2；步驟(3)中，微生物菌劑和載體的質量比為2:13。

生物處理劑對餐廚垃圾處理后重量減量效率試驗：

(1)餐廚垃圾的組成：食堂剩下的飯菜，去除塑料或骨頭等大塊、堅硬的部分；

(2)將上述方法制得的生物處理劑應用于餐廚垃圾的處理：預加熱運行6h，同時通風攪拌；將待處理的餐廚垃圾10kg加入預運行后的處理機(處理劑容量為100kg)中，與生物處理劑混合進行好氧發酵，同時通風攪拌；生物處理劑添加量為7.82kg，好氧發酵溫度50℃發酵時間為18h，持續通風，電機持續正轉5min，停60s，反轉5min，停60s，循環執行；試驗持續20d，每天加入10kg，每隔24h投料一次；

根據公式計算出處理機運行20d后餐廚垃圾重量平均減量效率為85.49％。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的前提下，還可以做出若干改進和修飾，這些改進和修飾也視為本發明的保護范圍。