用于高含水和高纤维含量厨余垃圾预处理的菌种及其应用的制作方法

本发明涉及厨余垃圾处理，特别是涉及一种用于高含水率、高纤维含量厨余垃圾预处理的菌种及其应用。

背景技术：

1、厨余垃圾主要源自居民的日常生活以及食品加工、饮食服务、单位共餐等活动，通常包括易腐的食物性废弃物。这些废弃物中，废弃的菜叶、剩菜、果皮等占据了较大的比重。国内厨余垃圾的组成因地区和季节的不同而有所差异，但普遍认为其含水率高，主要成分包括75-85％的水分和15-25％的固含量。其中，固含量中大约有60％是碳水化合物，如纤维素和半纤维素、淀粉。

2、由于厨余垃圾中纤维素和半纤维素的含量较高，这些物质由于其稳定的化学结构(通过氢键连接)而难以快速降解，从而增加了废弃物的难降解性和保水性，原始物料的含水率可以超过90％。这些物质需要通过特殊的酶催化反应才能分解为小分子。实际厨余垃圾处理中，堆肥因其经济性和高资源循环利用性是一种主流的处理工艺手段，而在直接进行堆肥处理时，使用厨余垃圾一直面临辅材成本高、堆肥周期长、占地面积大的问题。

3、为了调节厨余垃圾的含水率，工业处理通常采用添加低含水率辅材的方法，如稻壳粉、秸秆等。在处理高含水物料时，辅料的添加比例高达1/4，这不仅极大增加了处理成本，且一直未找到有效解决方法。

4、针对缩短厨余垃圾堆肥周期的问题，添加腐熟剂或其他生物强化方法已被广泛研究。然而，现有的专利技术和市场产品主要集中于分解纤维素，以蛋白酶和纤维素酶的产生为主要指标，且多数聚焦于堆肥阶段，如高温、耐盐菌种的筛选，忽略了对物料堆肥或者干燥的前处理。而对于高纤维含量的厨余垃圾木聚糖酶是其中植物细胞壁降解的关键催化酶，有助于释放植物细胞壁中的其它成分，提升微生物可及性，进而改善反应物料的脱水性能和易降解性能。

5、目前，市场上缺乏专门针对高含水物料快速降低含水率、减量、改质的技术和产品，这导致无法满足在短时间内对高含水、高纤维物料进行快速脱水减量及提升物料降解性的需求，而过高的含水原料所占据的体积限制了堆肥场地选址和机械产品的开发，成为了当前高含水率厨余垃圾处理领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于高含水和高纤维含量厨余垃圾预处理的菌种及其应用。本发明筛选得到了一种用于高含水、高纤维含量厨余垃圾预处理的菌种，该菌株可以在酸性条件下产生高酶活的木聚糖酶、纤维素酶、甘露聚糖酶和果胶酶，加速厨余垃圾中的纤维素、半纤维素进行水解反应，解构纤维结构，释放结合水。由该菌株制成的腐解粉剂可以通过混菌协同作用，高效水解高含水厨余垃圾物料中的果胶、纤维素、半纤维素，氧化酚类化合物，24小时内提升物料的脱水效果和易降解性能，提高厨余垃圾的降解速率。

2、具体而言，本发明采用的技术方案具体如下：

3、一种用于高含水和高纤维含量厨余垃圾预处理的菌种，所述菌种包括：

4、枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)bs 55.1.2，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期为2023年11月13日，生物保藏编号为cctcc no：m20232218；

5、普里斯特氏菌priestia sp.pm55，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏日期为2023年12月8日，生物保藏编号为cctcc no：m 20232509。

6、枯草芽孢杆菌bs 55.1.2在25-40℃，ph 4.7-7.7液体发酵的条件下，可产生高酶活木聚糖酶，其酶活可达304.93u/ml。在同等条件下，可以同时产生果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶和甘露聚糖酶，分解果胶、纤维素和半纤维素。

7、普里斯特氏菌pm55在25-40℃下培养，可产生多酚氧化酶、果胶酶和木聚糖酶。

8、一种微生物腐解粉剂，包含枯草芽孢杆菌bs 55.1.2，以及枯草芽孢杆菌bs20和普里斯特氏菌pm55中的一种或两种，经过液体混合发酵和喷雾干燥获得。

9、枯草芽孢杆菌bs20购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，编号cicc20819。

10、枯草芽孢杆菌bs20可以产生淀粉酶、蛋白酶和果胶酶，而普里斯特氏菌pm55可以产生多酚氧化酶、果胶酶和木聚糖酶，这两种细菌可以与所述的枯草芽孢菌bs 55.1.2进行液体发酵下的混菌培养。

11、本发明所述微生物腐解粉剂的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)将活化后的枯草芽孢杆菌bs 55.1.2、枯草芽孢杆菌bs20和普里斯特氏菌pm55分别接种至种子培养基培养；

13、(2)每一种菌均以相同的od600值将种子培养基中的细菌按照2％-5％的接种量接种至发酵培养基中，培养40-44小时；

14、(3)发酵完成后，将发酵液取出，经过金属筛网过滤后添加保护剂，对发酵液进行喷雾干燥。

15、其中，所述步骤(1)具体为，将活化后的枯草芽孢杆菌bs 55.1.2、枯草芽孢杆菌bs20和普里斯特氏菌pm55分别接种至种子培养基，所述种子培养基包括氯化钠10g/l、酵母粉5g/l、蛋白胨10g/l、k2hpo4 0.04g/l和mgso4·7h2o 0.075g/l，在25～40℃，ph 4.7～7.7下培养；较优的，种子培养时间为4～8小时，培养温度为28～32℃，ph 5～6。

16、其中，所述步骤(2)具体为，按照相同的od600值将种子液中的细菌按照2％～5％的接种量接种至发酵培养基中，发酵40～44小时；较优的，种子液od600＝0.8～1.2，发酵培养基包括氯化钠10g/l、酵母粉5g/l、蛋白胨10g/l、麦麸5g/l、蔗糖2g/l,k2hpo4 0.04g/l、mgso4·7h2o 0.075g/l，cacl2·2h2o 0.05g/l培养温度为28～32℃，ph 5～6。

17、其中，所述步骤(3)具体为，发酵完成后，将发酵液取出，经过金属筛网过滤后添加保护剂，对发酵液进行喷雾干燥；

18、其中，金属筛网孔径≤0.5mm，保护剂为麦芽糊精或明胶等，使蛋白结构稳定，并形成酶和微生物的物理隔膜，保护其在喷雾过程中可能导致的水分损失和蛋白变性；喷雾干燥的进风温度为115～135℃，出风温度为80～85℃，喷雾压力为0.08～1.6mpa。

19、进一步的，喷雾干燥后获得的微生物腐解粉剂木聚糖酶活为3500±500u/g，纤维素酶活为5000±1000u/g，果胶酶活为3500±500u/g,蛋白酶活为350±50u/g，活菌数为100～550亿。

20、本发明所述的微生物腐解粉剂可以用于提升厨余垃圾脱水效果、厨余垃圾易降解性能和降解速度。厨余垃圾在处理前会经过一段时间的放置，在这个过程中由于内含的微生物产酸而普遍呈现酸性，本发明的枯草芽孢杆菌bs 55.1.2可以在常温且酸性条件下产酶，在作为厨余垃圾预处理时具有极大的优势。其中，垃圾脱水效果用脱水率的增加表现，并结合菌种果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶和甘露聚糖酶的产生情况进行说明；易降解性能和降解速度体现在物料24小时溶解性有机碳(doc)指标的增加和物料减重率的提升。

21、使用时，微生物腐解粉剂经过投加系统后与破碎后的厨余垃圾进行混合，腐解时间为20～24小时，腐解温度为30～40℃，微生物腐解粉剂添加量为0.1-1％。

22、同现有技术相比，本发明的突出效果在于：

23、本发明筛选的枯草芽孢杆菌bs 55.1.2可以在不提供额外能源加热、宽松的酸碱度条件下产生高酶活的木聚糖酶、果胶酶、纤维素酶和半纤维素酶，在极短的时间内对物料进行腐解，快速分解难降解有机物，促进厨余垃圾的脱水，可用于高含水、高纤维含量的厨余垃圾分段处理工艺中，缩短堆肥或发酵时间，减少调整含水率的辅材用量，减少待处理物料体积和质量，降低含水率高导致的能耗需求，提高资源化处理的经济性。

24、同时，由于高含水处理垃圾在压榨过程中纤维的摩擦和缠绕，导致机械压榨和输送过程中会出现物料结拱，中断厨余垃圾的处理，本发明中的微生物腐解粉剂可以实现降低纤维强度，减小压榨物粘度，降低物料间的摩擦力，彻底解决物料的结拱问题，保证厨余垃圾处理流程的顺畅。

25、采用枯草芽孢杆菌bs 55.1.2、枯草芽孢杆菌bs20和普里斯特氏菌pm55制得的微生物腐解粉剂可以提升厨余垃圾脱水率35～50％；提升物料减重率43％，提升物料易降解性44％～68％。

26、下面结合附图说明和具体实施例对本发明所述的用于高含水和高纤维含量厨余垃圾预处理的菌种及其应用作进一步说明。

27、生物保藏信息

28、枯草芽孢杆菌bs55.1.2，分类命名为bacillus subtilis bs55.1.2，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏机构简称：cctcc，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内，保藏日期为2023年11月13日，生物保藏编号为cctcc no：m20232218。

29、普里斯特氏菌pm55，分类命名为preistia sp.pm55，保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏机构简称：cctcc，保藏地址：湖北省武汉市武昌区八一路299号武汉大学校内，保藏日期为2023年12月08日，生物保藏编号为cctcc no：m20232509。