一種利用餐飲垃圾培育紅假單胞菌屬光合細菌的方法與流程

2023-09-20 12:19:15

本發明涉及水體微生物的培育方法，具體涉及一種利用餐飲垃圾培育紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌的方法。

背景技術：

光合細菌尤其是紅假單胞菌屬光合細菌目前在水處理、水產養殖等領域應用較多，其具有多種功能，如將氨態氮、硫化氫和其他有害物質吸收而淨化水質、作為培養浮遊動物的餌料、作飼料添加劑等，並且光合細菌能產生氫氣，從而在新能源研究方面很有意義。目前廣泛利用的光合細菌液體培養基主要成分是乙酸鈉、酵母膏、硫酸鎂、氯化銨、磷酸二氫鉀和水等，而固體培養基主要成分是牛肉膏、蛋白腖、氯化鈉、瓊脂和水等。隨著水產養殖業對光合細菌需求的增大，市場上出現了較多的光合細菌生產廠家，其均能通過一定的方法實現光合細菌的規模化高密度生產，但其培養基配方是保密的。

餐飲垃圾的主要成份是米、面、澱粉類以及骨、肉、油、皮、刺、鱗等，其中富含維生素、澱粉、蛋白質、油脂、食用纖維、脂肪酸、糖、鹽等營養物質，以及鈣、鈉、鎂、鉀、鐵等礦物質。餐飲垃圾在我國的產量很大，而大量餐飲垃圾的產生和未及時處理對餐飲業發達的城市造成了多種危害，尤其是在高溫季節危害更為嚴重，如汙染水環境、導致空氣變臭、增加蠅蟲、傳播疾病等。目前我國的餐飲垃圾處理的主要方向是飼料化、能源化。

由於餐飲垃圾中含有豐富的澱粉、蛋白質、油脂等營養物質，是值得開發的資源，針對目前還沒有相應的利用餐飲垃圾培育光合細菌的現狀，本發明在大量研究的基礎上發現了紅假單胞菌屬光合細菌對營養物質的需求特徵，同時發現餐飲垃圾可以作為廉價的培養基基礎物質，提供一種利用固態食物餐飲垃圾培育紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌的方法。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種利用餐飲垃圾培育紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌的方法。

為了實現以上技術效果，本發明是通過如下步驟實現：

本發明利用餐飲垃圾培育紅假單胞菌屬光合細菌的方法包括如下步驟：

S1、獲取固態食物餐飲垃圾置於敞口容器中，按固液體積比1：2～20的比例在敞口容器中添加自來水，製得餐飲垃圾的固液混合物。所述固態食物餐飲垃圾為將餐飲垃圾中非食物類垃圾去除，留下食物類垃圾，並過濾或倒掉上層液體後得到的；所述餐飲垃圾包括米飯、麵食、魚、肉、蛋、蔬菜、水果、食鹽、做菜的作料、骨頭、湯中的一種或幾種。

S2、保持溫度為20～45℃，對步驟S1中的固液混合物進行曝氣或攪動，直至腐爛形成發出氨臭味的懸浮態混合物；此時沉底的表層的固態食物垃圾的會腐爛變得細膩，有粒徑小於20μm的顆粒出現。所述懸浮態混合物的總氮濃度在298～1720mg/L，總磷濃度在42～410mg/L。曝氣或攪動的時間為30～60天。所述曝氣為氣石曝氣；所述攪動方式為電轉子攪拌。

S3、將步驟S2中的懸浮態混合物移至透明容器中，並用自來水稀釋至總氮濃度為298～493mg/L，總磷濃度為42～117mg/L，製得稀釋懸浮態混合物。形成更適宜的光合細菌的生長環境。這時也可以將製得的稀釋懸浮態混合物用50-200目的濾網進行過濾，除去大顆粒物質。所述透明容器的材料為普通玻璃、有機玻璃、透明塑料或其他透光材質。

S4、加入鈣鹽、鎂鹽和鐵鹽的礦物質混合物至步驟S3中的稀釋後的懸浮態混合物中；所述礦物質混合物質量與所述稀釋的懸浮態混合物體積的比例為30～50g:10L。光合細菌的生長不只是需要氮、磷元素以及一些有機質降解後產生的維生素、胺基酸等，光合細菌高密度的快速生長還需要相應濃度的礦物鹽。

S5、在保證每個白天最大光照度為500～20000Lux，且每個白天這個範圍內光照的時間在8個小時以上、混合物每天的溫度為20～45℃時，步驟S4中製得的含礦物質混合物將培育出浮遊狀態生長和附著狀態生長的暗紅色紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌。

步驟S3中，步驟S4中，所述礦物質混合物是由質量比為20～28:8～12:1:3～8的一水磷酸二氫鈣、乳酸鈣、檸檬酸鐵和七水硫酸鎂組成的。這樣比例的礦物鹽配比，光合細菌的快速生長效果最好。

步驟S4中，所述礦物質混合物質量與所述稀釋懸浮態混合物體積的比例為30～50g:10L。在上面礦物質配比的基礎上，該礦物質的質量與所述稀釋懸浮態混合物體積的比例為40g:10L，光合細菌的生長速度最快。

步驟S5中，所述培育時間為10～15天。

在步驟S2和步驟S5中，所述保持溫度為26～45℃。溫度越高，光合細菌的生長速度越快。

本發明的有益效果是：

1、本發明提供的紅假單胞菌屬光合細菌的培養過程簡單、原料廉價易得、便於實施，培養成本低，經濟效益大。

2、本發明的培養方法無需在實驗過程中接種紅假單胞菌屬光合細菌做菌種，節約了勞動成本和前期資金。

3、本發明培育的紅假單胞菌屬光合細菌濃度高，浮遊狀態生長的光合細菌密度達到1.0×1013cells/L以上，而附著狀態生長在容器內壁上的光合細菌呈濃漿狀，無需濃縮可直接刮取下來使用，大大方便了光合細菌的收穫和進一步利用。

4、能實現餐飲垃圾的資源化利用，為餐飲垃圾的資源化開發提供了好的前景和途徑。

具體實施方式

下面結合實施例，對本發明作進一步說明：

實施例1

在溫暖的5月，獲取飯店餐飲垃圾，並將其中紙巾、筷子、塑膠袋等非食物類去除，其中主要含有米飯、麵條，並有一些豬肉、剩魚、蛋殼、豬骨頭、魚刺、蔬菜等。將其中明顯的湯水倒掉，保留溼潤的固態物2.5L，添加到高約30cm的5L廣口玻璃瓶中，然後添加自來水至總體積5L。將玻璃瓶放置在玻璃溫室中，玻璃溫室的頂部有可拉動的淺灰色帘布用於調控光照度。然後利用1個長5cm，直徑3cm氣石對玻璃瓶中曝氣，曝氣強度以能攪起餐飲垃圾中的部分米飯粒為準，但又不讓瓶中餐飲垃圾飛濺出來。曝氣期間瓶中有泡沫生成。曝氣60天時，水色變成了淺灰褐色，沉底的固態食物垃圾的表層約20mm的顆粒物變得細膩，可通過50目的濾網，瓶中散發出明顯氨臭味。期間補充自來水基本維持總體積在5L。曝氣60天時，瓶中懸浮態混合物的總氮濃度為1720mg/L，總磷濃度為410mg/L。取該瓶中懸浮態混合物2L至1個10L的廣口瓶中，並添加自來水，使10L瓶中液態物質總體積為7L，其中總氮濃度為493mg/L，總磷濃度117mg/L。

對10L瓶中添加礦物質混合物30g，該礦物質混合物的成分為一水磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸鈣、檸檬酸鐵和七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)，其中該4種物質的質量比例為27:8:1:8。

再過7天，可見10L瓶中底部內壁上附著生長了一薄層淡紅色物，水體也逐漸變成棕色。至第22天時，10L瓶中水體變成了棕紅色，水體中棕紅色微生物的細胞密度達到了3.6×1010cells/L。利用高通量的Miseq平臺進行微生物分析得到，生成的棕紅色微生物為紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌。

在5月～8月，玻璃瓶中水溫為20～45℃。並且通過調節玻璃溫室頂部的淺灰色帘布控制溫室中的光照度或者在陰雨天氣時添加1盞100瓦白熾燈照射，調控後玻璃溫室中每個白天最大光照度為500～20000Lux，且每個白天這個範圍內光照的時間在8個小時以上。

實施例2

在溫暖的5月，獲取飯店餐飲垃圾，並將其中紙巾、筷子、塑膠袋等非食物類去除，其中主要含有米飯、麵條，並有一些豬肉、剩魚、蛋殼、豬骨頭、魚刺、蔬菜等。將其中明顯的湯水倒掉，保留溼潤的固態物2.5L，添加到高約30cm的5L廣口玻璃瓶中，然後添加自來水至總體積5L。將玻璃瓶放置在玻璃溫室中。然後利用1個長5cm，直徑3cm氣石對玻璃瓶中曝氣，曝氣強度以能攪起餐飲垃圾中的部分米飯粒為準，但又不讓瓶中餐飲垃圾飛濺出來。曝氣期間會有泡沫生成。曝氣60天時，水色變成了淺灰褐色，沉底的固態食物垃圾的表層約20mm的顆粒物變得細膩，可通過50目的濾網，瓶中散發出明顯氨臭味。期間補充自來水基本維持總體積在5L。曝氣60天時，瓶中懸浮態混合物的總氮濃度為1720mg/L，總磷濃度為410mg/L。取該瓶中懸浮態混合物2L至1個10L的廣口瓶中，並添加自來水，使10L瓶中液態物質總體積為7L，其中總氮濃度為493mg/L，總磷濃度117mg/L。

對10L瓶中添加礦物質混合物21g，該礦物質混合物的成分為一水磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸鈣、檸檬酸鐵和七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)，其中該4種物質的質量比例為24:10:1:4。

再過7天，可見10L瓶中底部內壁上附著生長了一薄層暗紅色物，水體也逐漸變成灰棕色。至第15天時，10L瓶全部內壁上附著生長了密實的一層暗血紅色物，水體也變成暗紅色了，水體中暗紅色微生物的細胞密度達到了3.2×1013cells/L。利用高通量的Miseq平臺進行微生物分析得到，生成的暗紅色微生物為紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌。從而實現了光合細菌的高密度培育。並且該高密度光合細菌瓶可穩定維持35天。

在5月～8月，玻璃瓶中水溫為20～45℃。並且通過調節玻璃溫室頂部的淺灰色帘布控制溫室中的光照度或者在陰雨天氣時添加1盞100瓦白熾燈照射，調控後玻璃溫室中每個白天最大光照度為500～20000Lux，且每個白天這個範圍內光照的時間在8個小時以上。

實施例3

在炎熱的7月，獲取飯店餐飲垃圾，並將其中紙巾、筷子、塑膠袋等非食物類去除，其中主要含有米飯、麵條，並有一些豬肉、剩魚、蛋殼、豬骨頭、魚刺、蔬菜等。將其中明顯的湯水倒掉，保留溼潤的固態物4.0L，添加到高1m、直徑40cm的有機玻璃柱中，往有機玻璃柱中添加自來水至80L，並將有機玻璃柱放置在玻璃溫室中，玻璃溫室的頂部有可拉動的淺灰色帘布用於調控光照度。然後利用2個長5cm，直徑3cm氣石對柱中曝氣，曝氣強度以能攪起餐飲垃圾中的部分米飯粒為準，但又不讓瓶中餐飲垃圾飛濺出來。曝氣期間會有泡沫生成。曝氣30天時，水色變成了淺黃灰色，沉底的固態食物垃圾的表層5mm顆粒物變得細膩，可通過50目的濾網，柱中散發出明顯氨臭味。期間補充自來水基本維持總體積在80L。曝氣30天時，柱中懸浮態混合物的總氮濃度為298mg/L，總磷濃度為42mg/L。取該瓶中懸浮態混合物10L至1個10L的廣口瓶中，其中總氮濃度為298mg/L，總磷濃度42mg/L。

對10L瓶中添加礦物質混合物30g，該礦物質混合物的成分為一水磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸鈣、檸檬酸鐵和七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)，其中該4種物質的質量比例為28:12:1:8。

再過7天，可見10L瓶中底部內壁上附著生長了一薄層淡紅色物，水體也逐漸變成淺棕色。至第10天時，10L瓶全部內壁上附著生長了密實的一層暗紅色物，水體也變成暗紅色了，其中暗紅色微生物的細胞密度達到了2.1×1013cells/L。利用高通量的Miseq平臺進行微生物分析得到，生成的暗紅色微生物為紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌。從而實現了光合細菌的高密度培育。並且該高密度光合細菌瓶可穩定維持25天。

在7月～9月，玻璃瓶中水溫為26～45℃。並且通過調節玻璃溫室頂部的淺灰色帘布控制溫室中的光照度，調控後玻璃溫室中每個白天最大光照度為500～20000Lux，且每個白天這個範圍內光照的時間在9個小時以上。

實施例4

在溫暖的6月，獲取飯店餐飲垃圾，並將其中紙巾、筷子、塑膠袋等非食物類去除，其中主要含有白米飯，並有一些麵條和少量的豬肉、剩魚、蛋殼、骨頭、蔬菜等。將其中明顯的湯水倒掉，保留溼潤的固態物14L，添加到高40cm、總體積為70L的玻璃缸，並添加自來水至總體積為60L。將玻璃缸放置在玻璃溫室中。然後利用一個電機帶動的3片葉型的(單個轉葉長約4cm)轉子攪動缸中餐飲垃圾，轉子離缸底的距離為3cm，轉子轉速為約150轉/分鐘。轉子能攪起餐飲垃圾中的部分顆粒物，但又沒有讓缸中餐飲垃圾飛濺出來。轉子攪動期間會有泡沫生成。攪動45天時，水色變成了淺灰褐色，沉底的固態食物垃圾的表層30mm顆粒物均變得細膩，可通過200目的濾網，瓶中散發出明顯氨臭味。期間補充自來水基本維持總體積在60L。攪動45天時，缸中懸浮態混合物的總氮濃度為1430mg/L，總磷濃度為194mg/L。取該瓶中懸浮態混合物20L至另一個高40cm、總體積為70L的玻璃缸，並添加自來水稀釋，使新缸中液態物質總體積為40L，其中總氮濃度為717mg/L，總磷濃度97mg/L。

對新缸中添加礦物質混合物200g，該礦物質混合物的成分為一水磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸鈣、檸檬酸鐵和七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)，其中該4種物質的質量比例為28:8:1:3。

再過7天，可見新缸底部內壁上附著生長了一薄層暗紅色物，水體也逐漸變成淺棕色。至第15天時，新缸全部內壁上附著生長了密實的一層暗血紅色物，水體也變成暗紅色了，其中暗紅色微生物的細胞密度達到了4.2×1013cells/L。利用高通量的Miseq平臺進行微生物分析得到，生成的暗紅色微生物為紅假單胞菌屬(Rhodopseudomonas)光合細菌。從而實現了光合細菌的高密度培育。並且該高密度光合細菌可穩定維持35天。

在6月～9月，玻璃缸中水溫為22～45℃。並且通過調節玻璃溫室頂部的淺灰色帘布控制溫室中的光照度，調控後玻璃溫室中每個白天最大光照度為500～20000Lux，且每個白天這個範圍內光照的時間在9個小時以上。

實施例5

在溫暖的6月，獲取飯店餐飲垃圾，並將其中紙巾、筷子、塑膠袋等非食物類去除，其中主要含有白米飯，並有一些麵條和少量的豬肉、剩魚、蛋殼、骨頭、蔬菜等。將其中明顯的湯水倒掉，保留溼潤的固態物14L，添加到高40cm、總體積為70L的玻璃缸，並添加自來水至總體積為60L。將玻璃缸放置在玻璃溫室中。然後利用一個電機帶動的3片葉型的(單個轉葉長約4cm)轉子攪動缸中餐飲垃圾，轉子離缸底的距離為3cm，轉子轉速為約150轉/分鐘。轉子能攪起餐飲垃圾中的部分顆粒物，但又沒有讓缸中餐飲垃圾飛濺出來。轉子攪動期間會有泡沫生成。攪動45天時，水色變成了淺灰褐色，沉底的固態食物垃圾的表層30mm顆粒物均變得細膩，可通過100目的濾網，瓶中散發出明顯氨臭味。期間補充自來水基本維持總體積在60L。攪動45天時，缸中懸浮態混合物的總氮濃度為1430mg/L，總磷濃度為194mg/L。取該瓶中懸浮態混合物3L至1個10L的廣口瓶中，並添加自來水，使10L瓶中液態物質總體積為9L，其中總氮濃度為479mg/L，總磷濃度65mg/L。

對10L瓶中添加礦物質混合物36g，該礦物質混合物的成分為一水磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)、乳酸鈣、檸檬酸鐵和七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)，其中該4種物質的質量比例為28:8:1:8。

再過7天，可見10L瓶底部內壁上附著生長了一薄層淺紅色物，水體也逐漸變成淺棕色。至第15天時，10L瓶全部內壁上附著生長了密實的一層暗血紅色物，水體也變成暗紅色了，其中暗紅色微生物的細胞密度達到了2.7×1013cells/L。利用高通量的Miseq平臺進行微生物分析得到，生成的暗紅色微生物為紅假單胞菌屬光合細菌。從而實現了光合細菌的高密度培育。並且該高密度光合細菌可穩定維持30天。

在6月-9月，玻璃缸中水溫為22～45℃。並且通過調節玻璃溫室頂部的淺灰色帘布控制溫室中的光照度，調控後玻璃溫室中每個白天最大光照度為500～20000Lux，且每個白天這個範圍內光照的時間在9個小時以上。

本發明的方法中進行攪動或曝氣以形成局部有氧降解餐飲垃圾、控制系統中氮素和磷素的濃度水平、添加礦物質混合物是該發明的3個關鍵控制因子，選擇合適的條件，對於紅假單胞菌屬光合細菌的培養都具有重要的影響。因此本發明對這三個因子進行控制，實現了利用固態食物餐飲垃圾培育紅假單胞菌屬光合細菌的目的。

本發明提供的紅假單胞菌屬光合細菌的培養過程簡單、原料廉價易得、便於實施，培養成本低，經濟效益大。本發明的培養方法無需在實驗過程中接種紅假單胞菌屬光合細菌做菌種，節約了勞動成本和前期資金。本發明培育的紅假單胞菌屬光合細菌濃度高，浮遊狀態的光合細菌密度達到1.0×1013cells/L以上，而附著生長在容器內壁上的光合細菌直接呈濃漿狀，無需濃縮可直接刮取下來使用，大大方便了光合細菌的收穫和進一步利用。從而能實現餐飲垃圾的資源化利用，為餐飲垃圾的資源化開發提供了好的前景和途徑。

以上各實施例中的檢測數據也可以證明，通過本發明的培養方法，可以快速得到高密度、高純度的紅假單胞菌屬光合細菌，而且餐飲垃圾可以持續利用，培養方法穩定可靠、原料易得、便於實施，培養成本低，並且利用餐飲垃圾培養紅假單胞菌屬光合細菌也具有環境保護、新能源開發等多方面的意義。

以上所述為本發明的較佳實施例而已，但本發明不應該局限於該實施例所公開的內容。所以凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的範圍。