CN110777090B

CN110777090B - 一种餐厨垃圾处理菌种及其应用

Info

Publication number: CN110777090B
Application number: CN201910990210.2A
Authority: CN
Inventors: 刘莉; 王娜; 史吉平; 吉雨霁; 魏东; 炊春萌; 孙雪
Original assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Current assignee: Shanghai Advanced Research Institute of CAS
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2039-10-17
Also published as: CN110777090A

Abstract

本发明涉及环境微生物技术领域，特别是涉及一种餐厨垃圾处理菌种及其应用。本发明一种瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH‑JW1，保藏编号为CCTCC M 2019649；还提供一种含有瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH‑JW1的液体菌剂和固体菌剂及其制备方法；第三方面提供一种含有瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH‑JW1的菌剂在餐厨垃圾及易腐有机垃圾中的应用。本发明的餐厨垃圾处理菌种耐高温，可在高温条件下快速降解餐厨垃圾及其他易腐有机垃圾；实现餐厨垃圾等易腐有机垃圾的快速、高效生物减量化和稳定化。

Description

一种餐厨垃圾处理菌种及其应用

技术领域

本发明涉及环境微生物技术领域，特别是涉及一种餐厨垃圾处理菌种及其应用。

背景技术

随着我国城市化进程的不断推进以及人们生活水平的提高，我国生活垃圾的产生量逐年增加。2017年我国城镇生活垃圾年清运量超过2亿吨，其中餐厨垃圾产生量为9972万吨，折合每天27万吨。目前我国已有46个城市启动了垃圾分类，到2020年，各城市将全面推行垃圾分类制度。其中分类出来的餐厨垃圾比例较大，约占生活垃圾的50％左右。该垃圾含水率高、热值低、有机物含量高、易腐烂发臭，若不经过有效处理，极易引起病原菌繁殖、蚊蝇滋生和水体污染，同时也给人居环境带来巨大压力，因此，餐厨垃圾的有效处理是城镇生态环境治理的重要环节。

目前国内外常用的餐厨垃圾处理技术有干化焚烧、卫生填埋、生态饲料、厌氧消化、好氧堆肥等。我国目前绝大多数城市的餐厨垃圾处理仍以传统的焚烧、填埋为主，不能实现资源化利用，是对餐厨垃圾的极大浪费，并给地方财政带来沉重负担。即使在大力发展餐厨垃圾资源化技术的城市(如北京、上海)，资源化处理比例也相对较低。近年来随着生活垃圾分类工作的不断深入，餐厨垃圾的数量急剧上升，由于土地资源的日益紧张和人们环保意识的不断增强，餐厨垃圾的填埋量会越来越少。同时由于餐厨垃圾的含水率高、热值低，焚烧处理的成本显著增加，因此以减量化和资源化利用为核心的好氧生物处理技术受到广泛关注。好氧生物转化处理由于处理量大、时间短、无沼液沼渣二次污染物产生、可生产有机肥或土壤调理剂等优势，具有广阔的市场应用前景。然而传统好氧生物转化依然面临生物转化率低、发酵周期长等问题，亟需技术突破来解决。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种餐厨垃圾处理菌种及其应用，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供第一方面提供一种瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus，保藏于中国典型培养物保藏中心CCTCC，菌种名称为Franconibacter helveticus FH-JW1，保藏日期为2019.8.19，保藏编号为CCTCC M2019649。

所述瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1含有如SEQ ID NO.1所示的基因序列。

所述瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1菌株处理48h，餐饮垃圾湿重减量率92％以上。

本发明第二方面提供一种液体菌剂，所述液体菌剂至少包括瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1。

本发明第三方面提供一种瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1液体菌剂的制备方法。

所述制备方法至少包括如下步骤：

1)将纯菌接种于10mL液体培养基，于50℃、180r/min下培养12～16h；

2)以1％(体积)的接种量接入相同的液体培养基中进行扩大培养，50℃、180r/min培养16～20h。

所述液体培养基组成为：蛋白胨3g/L、酵母提取物2g/L、NaCl 3g/L、MgCl₂0.125g/L、CaCl₂ 0.5g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01g/L、微量元素溶液(Na₂MoO₄ 12g/L、VOSO₄·xH₂O 1g/L、MnCl₂ 5g/L、ZnSO₄·7H₂O 0.6g/L、CuSO₄·5H₂O 0.15g/L、CoCl₂ 6H₂O 8g/L、NiCl₂ 6H₂O 0.2g/L)100μL/L，pH值调节为7～7.5。

本发明第四方面提供一种固体菌剂，所述固体菌剂至少包括瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1液体菌剂与载体。

所述载体为选自木屑、稻壳、麦麸中的一种或几种。

本发明第五方面提供一种固体菌剂的制备方法，所述方法至少包括将液体菌剂与载体混合、干燥。

优选的，载体与液体菌剂的质量比为1:0.5～1:3。

本发明第六方面提供一种瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1在餐厨垃圾处理中的应用。

优选的，所述的餐厨垃圾可以是餐饮垃圾、厨余垃圾中的一种或几种。

本发明第七方面提供一种瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1在易腐有机垃圾处理中的应用，至少包括以下步骤：

1)将待处理的易腐有机垃圾进行分拣，去除杂物；

2)将分拣后的易腐有机垃圾加入瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticusFH-JW1固体菌剂中，固体菌剂与餐厨垃圾的质量比为1:1～1:5；

3)将混合物料搅拌均匀，在40～70℃下进行好氧发酵，过程中不间断的通风搅拌。

优选的，所述易腐有机垃圾选自餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾中的一种或几种。

按照第七方面的步骤处理餐饮垃圾，固体菌剂与餐饮垃圾的质量比取1:3，好氧发酵温度设置为60℃，按照公式①计算餐饮垃圾的湿重减重率，按照公式②计算餐饮垃圾的干重减重率。结果显示处理48h时湿重减量率为92％，处理24h时干重减重率57.6％。

湿重减量率(％)＝(m_始湿–m_终湿)/m_物湿×100％ ①

其中，m_始湿为初始时固体菌剂与垃圾的总湿量，m_终湿为检测时固体菌剂与垃圾的总湿量，m为垃圾的总湿量，单位：g。

干重减量率(％)＝(m_始干–m_终干)/m_物干×100％ ②

其中，m_始干为初始时固体菌剂与垃圾的总干量，m_终干为检测时固体菌剂与垃圾的总干量，m_物干为垃圾的总干量，单位：g。干重的测定方法为105℃恒重法。

如上所述，本发明的餐厨垃圾处理菌种，具有以下有益效果：

1)耐高温，可在40～70℃高温条件下快速降解餐厨垃圾；

2)在高温条件下具有高产蛋白酶和淀粉酶的能力，可高效降解餐厨垃圾中的蛋白质、淀粉等有机物，温度为60℃时，餐饮垃圾减量率达92％；

3)可实现餐厨垃圾的快速、高效生物减量化和稳定化。

附图说明

图1显示为本发明的菌株FH-JW1的***进化树示意图；

图2显示为本发明的菌株FH-JW1对餐饮垃圾的湿重减量率；

图3显示为本发明的菌株FH-JW1对餐饮垃圾的干重减量率；

图4显示为本发明的菌株FH-JW1对混合易腐垃圾的湿重减量率。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围；在本发明说明书和权利要求书中，除非文中另外明确指出，单数形式“一个”、“一”和“这个”包括复数形式。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

除非另外说明，本发明中所公开的实验方法、检测方法、制备方法均采用本技术领域常规的分子生物学、生物化学、染色质结构和分析、分析化学、细胞培养、重组DNA技术及相关领域的常规技术。这些技术在现有文献中已有完善说明。

本发明通过分离培养基初筛、产酶培养基复筛、餐厨垃圾高温好氧生物处理实验验证，得到一株具有高效降解餐厨垃圾的菌种，命名为FH-JW1。通过菌落和细胞形态、生理生化特征、16S rRNA基因序列测定等数据综合分析，鉴定该菌株的分类学地位为：瑞士佛朗哥氏菌(Franconibacter helveticus)。将该菌株保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏日期为2019.8.19，保藏编号为CCTCC M 2019649，保藏地址为湖北省武汉市武昌区八一路武汉大学中国典型培养物保藏中心。

所述菌种的主要生物学特性为革兰氏阴性菌，杆状，菌落形态为透明圆形、边缘整齐、表面光滑湿润。

所述菌种降解餐厨垃圾实验结果表明，该菌株在好氧条件下能够提高餐厨垃圾的减量率，达到餐厨垃圾减量化和稳定化的目的，可用于降解易腐有机垃圾，例如餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾，具有很高的应用价值。

在下述实施例中，所用到的培养基如下：

分离纯化培养基：蛋白胨3g/L、酵母提取物2g/L、NaCl 3g/L、MgCl₂ 0.125g/L、CaCl₂ 0.5g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01g/L、微量元素溶液(Na₂MoO₄ 12g/L、VOSO₄·xH₂O 1g/L、MnCl₂ 5g/L、ZnSO₄·7H₂O 0.6g/L、CuSO₄·5H₂O 0.15g/L、CoCl₂ 6H₂O 8g/L、NiCl₂ 6H₂O0.2g/L)100μL/L，琼脂20g/L，pH值调节为7～7.5。

液体培养基：蛋白胨3g/L、酵母提取物2g/L、NaCl 3g/L、MgCl₂ 0.125g/L、CaCl₂0.5g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01g/L、微量元素溶液(Na₂MoO₄ 12g/L、VOSO₄·xH₂O 1g/L、MnCl₂5g/L、ZnSO₄·7H₂O 0.6g/L、CuSO₄·5H₂O 0.15g/L、CoCl₂ 6H₂O 8g/L、NiCl₂ 6H₂O 0.2g/L)100μL/L，pH值调节为7～7.5。

蛋白酶筛选培养基：干酪素10g/L、蛋白胨3g/L、酵母提取物2g/L、NaCl 3g/L、MgCl₂ 0.125g/L、CaCl₂ 0.5g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01g/L、微量元素溶液(Na₂MoO₄ 12g/L、VOSO₄·xH₂O 1g/L、MnCl₂ 5g/L、ZnSO₄·7H₂O 0.6g/L、CuSO₄·5H₂O 0.15g/L、CoCl₂ 6H₂O8g/L、NiCl₂ 6H₂O 0.2g/L)100μL/L，琼脂20g/L，pH值调节为7～7.5。

淀粉酶筛选培养基：可溶性淀粉10g/L、蛋白胨3g/L、酵母提取物2g/L、NaCl 3g/L、MgCl₂ 0.125g/L、CaCl₂ 0.5g/L、FeSO₄·7H₂O 0.01g/L、微量元素溶液(Na₂MoO₄ 12g/L、VOSO₄·xH₂O 1g/L、MnCl₂ 5g/L、ZnSO₄·7H₂O 0.6g/L、CuSO₄·5H₂O 0.15g/L、CoCl₂ 6H₂O8g/L、NiCl₂ 6H₂O 0.2g/L)100μL/L，琼脂20g/L，pH值调节为7～7.5。

实施例1：菌株FH-JW1的分离筛选及性能测定

本发明菌株FH-JW1的分离纯化过程：试验样品采集自某餐厨垃圾处理厂发酵罐，加入无菌水混匀后，进行梯度稀释，将不同梯度的稀释液取200μL涂布于分离纯化培养基平板上，于60℃恒温培养箱中培养24h后，挑取形态大小不同的单菌落，划线纯化后编号保藏，经初筛共得到17个菌株。

将初筛得到的纯菌株，采用点接的方法接种到蛋白酶筛选培养基和淀粉酶筛选培养基上，进行菌株产酶能力的测定，从而进行复筛。在60℃下培养48h后，测量菌落直径(d)和透明圈直径(D)，计算D/d，挑选出同时具有较强蛋白质和淀粉降解能力的菌株。

将复筛得到的菌株接种至液体培养基，50℃、180r/min培养16h，取20mL菌液离心后用无菌生理盐水洗涤，重悬至10mL，附着在30g木屑上，将其接种于70g餐厨垃圾中进行初步验证，根据公式①计算湿重减量率，结果显示接种菌株FH-JW1的餐厨垃圾湿重减量率最大，在48h时达到92％。

湿重减量率(％)＝(m_始湿–m_终湿)/m_物湿×100％ ①

其中，m_始湿为初始时木屑与垃圾的总湿量，m_终湿为检测时木屑与垃圾的总湿量，m为垃圾的总湿量，单位：g。

所述菌株的16S rDNA序列如SEQ ID NO:1所示，在NCBI提交16S rRNA序列，通过软件与GenBank进行同源性序列比对分析，应用MEGA 6软件构建该菌株***发育树(如图1所示)。综合以上信息，鉴定菌株FH-JW1为瑞士佛朗哥氏菌(Franconibacter helveticus)。

实施例2：瑞士佛朗哥氏菌的菌剂制备

液体菌剂的制备：将FH-JW1纯菌接种于10mL液体培养基中，于50℃、180r/min的恒温摇床中培养12～16h，然后再将其以1％(体积)的接种量接入到同样的液体培养基中扩大培养，50℃、180r/min培养16～20h，即可得到该菌株的液体菌剂。

固体菌剂的制备：将该菌株的液体菌剂与木屑、稻壳、麦麸等载体混合、干燥制备而成，较佳的，载体与液体菌剂的质量比为1:0.5～1:3。

实施例3：菌株FH-JW1对餐饮垃圾的处理效果

将待处理的餐饮垃圾进行分拣，去除骨头、塑料、筷子等杂物，在分拣后的餐饮垃圾中加入瑞士佛朗哥氏菌固体菌剂，固体菌剂与餐饮垃圾的质量比为1：3，搅拌均匀后在60℃下进行好氧发酵，过程中需要不间断的通风、搅拌，以保证受热均匀且在好氧条件下进行。每12h对处理***进行称重，得到餐饮垃圾的减量率，干重和湿重减量效果如图2和图3所示。

从图2中可以看出，接入菌株FH-JW1的实验组比未接入菌种的对照组一直呈现较高的减量率，接入菌种的湿重减量率在48h时达到92％，比对照组的74.8％提高了23.0％。进一步从图3的干重减量率可知，接入瑞士佛朗哥氏菌对餐饮垃圾的干重减量率在24h就几乎达到了最高值57.6％，而对照组的最大干重减量率才达到2.3％。由此可知，接入瑞士佛朗哥氏菌FH-JW1可显著的提高餐饮垃圾的减量效果，实现餐饮垃圾的快速生物减量化和稳定化。

实施例4：菌株FH-JW1对混合易腐有机垃圾的处理效果

将待处理的餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾这三种易腐有机垃圾按质量比1:1:1混合后，进行分拣，去除骨头、塑料、筷子等杂物。在混合易腐有机垃圾中加入瑞士佛朗哥氏菌固体菌剂，固体菌剂与混合易腐有机垃圾的质量比为1：2，搅拌均匀后在70℃下进行好氧发酵，过程中需要不间断的通风、搅拌，以保证受热均匀且在好氧条件下进行。每12h对处理***进行称重，得到混合易腐有机垃圾的湿重减量率，减量效果如图4所示。48h内接入菌株FH-JW1的湿重减量率高达94％，且在24h后就已经接近最大值，而不接菌种的对照组的湿重减量率最高达78.1％。相比对照组，菌株FH-JW1将混合易腐有机垃圾的湿重减量率提高了20.4％。由此可见，瑞士佛朗哥氏菌在好氧条件下不仅能够提高单一垃圾的减量率，还可用于降解餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾等混合易腐有机垃圾，具有很高的应用价值和广阔的应用前景。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

序列表

<110> 中国科学院上海高等研究院

<120> 一种餐厨垃圾处理菌种及其应用

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 1380

<212> DNA

<213> Franconibacter helveticus

<400> 1

agcggtaaca gggatcagct tgctgattcg ctggcgagcg gcggacgggt gagtaatgtc 60

tgggaaactg cctgatggag ggggataacc actggaaacg gtggctaata ccgcataacg 120

tcgcaagacc aaagtggggg accttcgggc ctcatgccat cagatgtgcc cagatgggat 180

tagcttgtag gtggggtaac ggctcaccta ggcgacgatc cctagctggt ctgagaggat 240

gaccagccac actggaactg agacacggtc cagactccta cgggaggcag cagtggggaa 300

tattgcacaa tgggcgcaag cctgatgcag ccatgccgcg tgtatgaaga aggccttcgg 360

gttgtaaagt actttcagtg gggaggaagg cgtgatgttt aatacgcatc gcgattgacg 420

ttacccacag aagaagcacc ggctaactcc gtgccagcag ccgcggtaat acggagggtg 480

caagcgttaa tcggaattac tgggcgtaaa gcgcacgcag gcggtctgtt aagtcagatg 540

tgaaatcccc gggctcaacc cgggaactgc atttgaaact ggcaggcttg agtctcgtag 600

aggggggtag aattccaggt gtagcggtga aatgcgtaga gatctggagg aataccggtg 660

gcgaaggcgg ccccctggac gaagactgac gctcaggtgc gaaagcgtgg ggagcaaaca 720

ggattagata ccctggtagt ccacgccgta aacgatgtcg acttggaggt tgtgcccttg 780

aggcgtggct tccggagcta acgcgttaag tcgaccgcct ggggagtacg gccgcaaggt 840

taaaactcaa atgaattgac gggggcccgc acaagcggtg gagcatgtgg tttaattcga 900

tgcaacgcga agaaccttac ctggccttga catccagaga actttccaga gatggattgg 960

tgccttcggg aactctgaga caggtgctgc atggctgtcg tcagctcgtg ttgtgaaatg 1020

ttgggttaag tcccgcaacg agcgcaaccc ttatcctttg ttgccagcgg ttaggccggg 1080

aactcaaagg agactgccgg tgataaaccg gaggaaggtg gggatgacgt caagtcatca 1140

tggcccttac ggccagggct acacacgtgc tacaatggcg catacaaaga gaagcgacct 1200

cgcgagagca agcggacctc ataaagtgcg tcgtagtccg gattggagtc tgcaactcga 1260

ctccatgaag tcggaatcgc tagtaatcgt ggatcagaat gccacggtga atacgttccc 1320

gggccttgta cacaccgccc gtcacaccat gggagtgggt tgcaaaagaa gtaggtagct 1380

Claims

1.一种瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1，保藏编号为CCTCC M2019649。

2.根据权利要求1所述的瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1，其特征在于，所述的瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1含有如SEQ ID NO.1所示的基因序列。

3.一种液体菌剂，其特征在于，所述液体菌剂至少包括权利要求1或2所述的瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1或其后代培养获得的微生物群体。

4.一种如权利要求3所述液体菌剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

1)将纯菌接种于10mL液体培养基，培养12～16h；

2)以1％的接种量接入液体培养基中扩大培养，培养16～20h。

5.一种固体菌剂，其特征在于，所述固体菌剂至少包括载体与权利要求3所述的液体菌剂。

6.根据权利要求5所述的固体菌剂，其特征在于，所述载体选自木屑、稻壳、麦麸中的一种或几种。

7.一种如权利要求5或6所述固体菌剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

1)将所述载体与液体菌剂按照质量比为1:0.5～1:3混合；

2)将步骤1)的混合物干燥。

8.一种如权利要求1或2所述瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1在餐厨垃圾处理中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的餐厨垃圾至少为餐饮垃圾、厨余垃圾中的一种或几种。

10.一种如权利要求1或2所述瑞士佛朗哥氏菌Franconibacter helveticus FH-JW1在易腐有机垃圾处理中的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述易腐有机垃圾至少为餐饮垃圾、厨余垃圾、菜场垃圾中的一种或几种。

12.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，至少包括以下步骤：

1)将待处理的易腐有机垃圾进行分拣，去除杂物；

2)将分拣后的易腐有机垃圾加入权利要求5或6所述的固体菌剂中，固体菌剂与垃圾的质量比为1:1～1:5，搅拌；

3)在40～70℃下进行好氧发酵，过程中不间断的通风搅拌。