餐廚垃圾制備單細(xì)胞蛋白研究進(jìn)展

楊 瑞，羅 剛，張士成，劉 燕

(復(fù)旦大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系，上海 200438)

隨著城市人口的增長(zhǎng)和餐飲業(yè)的快速發(fā)展，過(guò)去的3年里我國(guó)城市生活垃圾的產(chǎn)量以年均5.34%的增長(zhǎng)率迅速增加[1-2]，餐廚垃圾作為重要組成部分占比達(dá)60.2%。至2025年，僅亞洲國(guó)家的城市餐廚垃圾產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)4.16億噸[3]。餐廚垃圾具有高鹽分、高水分、高有機(jī)質(zhì)含量的理化特性，且所含油脂遠(yuǎn)高于其他生活垃圾[4]。餐廚垃圾富含大量有機(jī)質(zhì)，且含有多種微量元素[5-6]，如氮、磷、鉀等。由于地理?xiàng)l件影響，餐廚垃圾的組分存在地域差異性，如亞洲餐廚垃圾中碳水化合物含量占比多于歐美等國(guó)家，而歐美等國(guó)家餐廚垃圾蛋白質(zhì)含量高于亞洲國(guó)家[7]。餐廚垃圾長(zhǎng)期積放易產(chǎn)生黃曲霉素等致癌物質(zhì)，其中的微生物也易大量繁殖，如果不被妥善處理，將會(huì)引起諸多環(huán)境安全問(wèn)題。目前，我國(guó)餐廚垃圾處理方式中，厭氧消化工藝處理約占87.5%，其余為固液分離協(xié)同焚燒、堆肥和飼養(yǎng)昆蟲等。雖然厭氧消化工藝得到廣泛應(yīng)用，但依舊存在附加值低、工藝不穩(wěn)定的問(wèn)題。

近年來(lái)畜牧業(yè)的快速發(fā)展使得蛋白飼料的需求日益增加，很多國(guó)家面臨蛋白飼料短缺的問(wèn)題。目前，我國(guó)畜牧業(yè)所需的蛋白飼料大量來(lái)自于國(guó)外，2020年全年累計(jì)進(jìn)口大豆約10 032.82萬(wàn)噸，同比增幅11.7%。隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)情勢(shì)的日漸嚴(yán)峻，蛋白飼料更是處于緊缺狀態(tài)，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展[8-9]，探尋新的蛋白飼，料資源現(xiàn)已是畜牧業(yè)急需解決的問(wèn)題。伴隨著人們對(duì)食物安全性的重視，飼料也逐漸向著低農(nóng)藥、低風(fēng)險(xiǎn)的趨勢(shì)發(fā)展，而單細(xì)胞蛋白則展現(xiàn)出作為飼料的優(yōu)良特性。國(guó)內(nèi)外有諸多研究者通過(guò)餐廚垃圾喂養(yǎng)昆蟲，如粉蟲、家蠅、蟋蟀、黑水虻等來(lái)獲取蛋白飼料[10]，但這些昆蟲類相較于微生物生長(zhǎng)速度緩慢、且會(huì)產(chǎn)生大量糞便，相較于生長(zhǎng)更加快速的微生物顯現(xiàn)出劣勢(shì)[11-15]。

“十四五”規(guī)劃有史以來(lái)第一次將碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)寫入正在編制的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展五年規(guī)劃中[16]。在全球碳中和的大背景下，探索新的餐廚垃圾高值化資源再處理工藝的研究是極其重要的[17]。利用微生物將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化成高附加值的單細(xì)胞蛋白，更是緊密貼合國(guó)家“十四五”環(huán)境規(guī)劃的目標(biāo)和規(guī)劃內(nèi)容，是具有發(fā)展?jié)摿Φ摹柏?fù)碳技術(shù)”。

1 單細(xì)胞蛋白概述

1.1 單細(xì)胞蛋白特點(diǎn)

單細(xì)胞蛋白(Single Cell Protein， SCP)，又稱微生物蛋白，是利用有機(jī)基質(zhì)來(lái)培養(yǎng)單細(xì)胞微生物，然后經(jīng)過(guò)干燥及提純制成。單細(xì)胞蛋白是包含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、活性物質(zhì)、礦物質(zhì)等一些生長(zhǎng)因子的菌體細(xì)胞質(zhì)團(tuán)[18]，具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。單細(xì)胞蛋白中含有豐富的氨基酸，包括生物生長(zhǎng)所必需的色氨酸、賴氨酸等多種氨基酸，且所含蛋白質(zhì)量相較于豆粉高出10%～20%，優(yōu)于傳統(tǒng)的豆粕飼料[19]；可被利用消化的氮元素也高于大豆、魚、肉等蛋白物質(zhì)；生產(chǎn)環(huán)境易于控制，不易受到外界季節(jié)氣候與地區(qū)環(huán)境的影響；微生物生長(zhǎng)繁殖速度快，能在短期內(nèi)積累大量單細(xì)胞蛋白[20]。這些優(yōu)點(diǎn)使得單細(xì)胞蛋白近年來(lái)在飼料業(yè)備受關(guān)注。

SCP除了這些優(yōu)點(diǎn)外，也存在一些不足之處。SCP中存在一些高濃度的核酸，而核酸含量高會(huì)增加血清中的尿酸，從而導(dǎo)致腎結(jié)石的形成[21]。部分微生物在環(huán)境的刺激下產(chǎn)生菌內(nèi)毒素，具有較高的污染風(fēng)險(xiǎn)。這些都是其得到廣泛應(yīng)用主要的限制因素。因此，在單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)中選擇合適的微生物進(jìn)行發(fā)酵是極為重要的。

1.2 可發(fā)酵產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的原料

可用來(lái)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的原料種類眾多，如工業(yè)副產(chǎn)物(淀粉類副產(chǎn)物、各類廢水、藥渣等)、農(nóng)作物下腳料(秸稈、柑橘皮、麩皮等)以及一些含有機(jī)物的原料(天然氣、石油等)均可作底物來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)蛋白飼料[22]。這些用來(lái)制備單細(xì)胞蛋白的底物雖各異，但都富含有滿足微生物生長(zhǎng)需求的物質(zhì)。餐廚垃圾屬于高能量、有機(jī)物豐富的物質(zhì)(如表1所示，餐廚垃圾取自上海老港生活垃圾處置公司)，其化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand， COD)可達(dá)100 g/L，其中可溶性碳水化合物、揮發(fā)性脂肪酸(Volatile Fatty Acid， VFA)占比約為COD總量的20%，總氮含量約為2.5 g/L。豐富的有機(jī)物含量使得餐廚垃圾完全可以作為產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的底物。

表1 餐廚垃圾理化性質(zhì)

近年來(lái)，研究人員使用各種各樣的廢棄原料進(jìn)行試驗(yàn)，都取得了很好的成果。如Yan等[23]曾利用一株Y.lipolytica菌株發(fā)酵低成本的氯化銨工業(yè)廢液(甘蔗糖蜜、廢油和生物柴油生產(chǎn)的粗甘油)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白；Xu等[24]曾利用廢水和沼氣氧化菌生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白；Putra等[25]通過(guò)釀酒酵母發(fā)酵棗提取物，從而獲得高濃度的單細(xì)胞蛋白；Hülsen等[26]則用紫色光養(yǎng)菌(PPB)發(fā)酵肉加工廢水制取單細(xì)胞蛋白；Mensah等[27]用酵母以菠蘿渣提取液為底物進(jìn)行微生物蛋白的生產(chǎn)；Anwar等[28]通過(guò)回收利用的橄欖果渣來(lái)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白；Bonan等[29]用Shasporapassalidarum處理甘蔗渣糖來(lái)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。微生物利用自身代謝來(lái)降解廢棄物中含有的有機(jī)質(zhì)，生產(chǎn)富含各種氨基酸種類的單細(xì)胞蛋白，這不僅為資源再利用拓展了新的途徑，還增加了單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)量，為提高單細(xì)胞蛋白儲(chǔ)量增加了更多的可能性。

1.3 可發(fā)酵單細(xì)胞蛋白菌種

菌種在發(fā)酵產(chǎn)單細(xì)胞蛋白工藝中至關(guān)重要，它的選用決定了發(fā)酵所產(chǎn)飼料品質(zhì)的優(yōu)劣，也是畜禽和人類食用安全的關(guān)鍵。截止到2021年3月《飼料添加劑品種目錄》中規(guī)定了29種可直接飼喂動(dòng)物或允許在飼料中使用的微生物，主要?jiǎng)澐譃榻湍妇?、霉菌、乳酸菌和芽孢桿菌4大類，具體菌種見表2[30]。

酵母菌耐酸能力強(qiáng)，適宜在低pH環(huán)境下培養(yǎng)[31]，且不易被污染，蛋白質(zhì)含量高，適應(yīng)能力強(qiáng)，代謝產(chǎn)物多，綜合利用廣；酵母菌合成蛋白常以易降解的單糖、二糖等作為營(yíng)養(yǎng)源[32]；常用于工業(yè)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的酵母菌主要有產(chǎn)朊假絲酵母、啤酒酵母、熱帶假絲酵母、皮狀皮孢酵母等。霉菌因其可分泌多種水解酶類，如淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶等[33]，可加快底物降解成小分子化合物，供給微生物生長(zhǎng)，所以很多研究者使用霉菌與其他菌種混合，通過(guò)菌種間的協(xié)同作用提高單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)量。但霉菌在生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白時(shí)，如若條件控制不當(dāng)，容易出現(xiàn)污染現(xiàn)象，霉菌污染飼料后會(huì)使飼料使用價(jià)值降低，從而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。主要被應(yīng)用到飼料生產(chǎn)的霉菌有黑曲霉、綠色木霉、白地霉、黃曲霉和毛霉等[34]。乳酸菌是一群革蘭氏陽(yáng)性菌的統(tǒng)稱，可代謝碳水化合物產(chǎn)乳酸[35]，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)又可以降低腸道的pH，促進(jìn)蛋白質(zhì)吸收，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)；廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和飼料領(lǐng)域[36]。芽孢桿菌是能產(chǎn)生特殊抗力內(nèi)生孢子的革蘭氏陽(yáng)性菌，耐酸堿，可在胃酸環(huán)境中保持活性；同時(shí)能產(chǎn)生細(xì)菌素，抑制病原菌，耐熱性強(qiáng)，具有極強(qiáng)的抗逆性[37]；也能夠產(chǎn)生多種酶類，如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶等，所以具有較強(qiáng)的分解能力，對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)有很好的促進(jìn)作用[38]。放線菌，特別是高溫放線菌具有很高的分解木質(zhì)素、纖維素的能力，且菌體含有高濃度的色氨酸、賴氨酸，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高[39]。

用于發(fā)酵的微生物必須滿足安全、具有良好同化吸收發(fā)酵底物、繁殖快且性能穩(wěn)定的條件[40]。發(fā)酵過(guò)程中菌種的選擇應(yīng)該結(jié)合處理工藝、原料的性質(zhì)、微生物生長(zhǎng)的需求及其菌種的特性功能等多方面進(jìn)行綜合考慮。如當(dāng)?shù)孜锍仕嵝詴r(shí)，可以選擇酵母菌來(lái)發(fā)酵；當(dāng)?shù)孜锎嬖诖罅侩y降解物質(zhì)時(shí)，可以選擇霉菌或放線菌來(lái)分解大分子難降解物質(zhì)來(lái)發(fā)酵。

表2 可直接飼喂動(dòng)物或允許在飼料中使用的微生物

2 發(fā)酵餐廚垃圾產(chǎn)單細(xì)胞蛋白飼料工藝

目前，餐廚垃圾發(fā)酵工藝包括單菌發(fā)酵工藝及混菌發(fā)酵工藝。當(dāng)?shù)孜锔缓蠓肿?、難以降解的物質(zhì)時(shí)多選擇混菌發(fā)酵[41]，且較多采用固態(tài)發(fā)酵。當(dāng)餐廚垃圾中有機(jī)質(zhì)容易溶出至液體中時(shí)，較多使用單一菌種發(fā)酵。

當(dāng)?shù)孜镏写嬖诟缓w維素、木質(zhì)素等難以降解的蔬菜、瓜果下腳料時(shí)[42]，可使用混菌發(fā)酵，充分利用不同菌種的優(yōu)勢(shì)[43]。2014至今，眾多研究者使用混菌固態(tài)發(fā)酵的方式對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)。如肖云[44]向餐廚垃圾中分別添加黑曲霉，啤酒酵母，枯草芽孢桿菌3種菌劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加混合菌劑可極大提高餐廚垃圾微生物的發(fā)酵效果。在添加1.5%的尿素為氮源、含水量60%、pH為6、混合菌種接種量1.5%、于34 ℃發(fā)酵48 h后，所得生物飼料中粗蛋白的含量達(dá)28.35%。研究證明自制混合菌劑更適合餐廚垃圾的發(fā)酵。梁靜波等[45]也通過(guò)不同菌種組合發(fā)酵試驗(yàn)，使用解淀粉芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌、熱帶假絲酵母和解脂假絲酵母進(jìn)行組合，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵工藝，確定菌種最佳配比為2∶2∶1∶1，在此條件下發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量最高達(dá)到23.8%，較發(fā)酵前提高41.7%。Aggelopoulos等[46]使用釀酒酵母、馬克思克魯維酵母和開菲爾粒(Kefir grain)混合，固態(tài)發(fā)酵餐廚垃圾，產(chǎn)物的蛋白含量達(dá)23.6%～38.5%。蔡靜等[47]采用酵母菌、黑曲霉和枯草芽孢桿菌作為混合發(fā)酵菌劑進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，確定了菌種最佳配比為1∶1∶2，接種量1.0%、尿素添加量1.0%、30 ℃發(fā)酵48 h、基質(zhì)含水量60%，在此條件下發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白含量提高了58.7%；氨基酸總含量增加了1.08倍，其中必需氨基酸含量提高了95.9%。通過(guò)不同菌種間相互協(xié)同，極大地提高了餐廚垃圾再利用率。

混菌發(fā)酵也存在一些弊端，如肖云、蔡靜等[44,47]在發(fā)酵中使用霉菌，而霉菌極易感染雜菌，會(huì)使得發(fā)酵過(guò)程中出現(xiàn)污染現(xiàn)象，所以有研究者也使用單一菌種來(lái)進(jìn)行發(fā)酵。Gervasia等[48]利用釀酒酵母發(fā)酵餐廚垃圾產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，在25 L的大型發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，蛋白產(chǎn)率達(dá)到39.8%。吳永杰等[49]采用產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵餐廚垃圾制取單細(xì)胞蛋白，使粗蛋白含量明顯提高。Putri等[50]使用小球藻單細(xì)胞來(lái)處理不同類型食品廢棄物，對(duì)其進(jìn)行液態(tài)發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾尤其是豆腐廢渣是小球藻單細(xì)胞生長(zhǎng)的理想培養(yǎng)基，其蛋白產(chǎn)率可達(dá)52%。

在發(fā)酵餐廚垃圾產(chǎn)蛋白飼料工藝中，研究者們根據(jù)具體的處理情況來(lái)決定菌種的選擇。若包含難降解物質(zhì)、大分子化合物時(shí)，則通過(guò)菌種混合發(fā)酵；若餐廚垃圾經(jīng)過(guò)前期的預(yù)處理或者積存時(shí)間較久，其中大分子化合物已經(jīng)降解，則使用單一菌種進(jìn)行發(fā)酵，確保發(fā)酵過(guò)程不被污染。目前，使用更多的是固態(tài)混菌發(fā)酵的方法，但是無(wú)論是單一菌種還是多種菌屬配合，目的都是提高發(fā)酵效率和增加產(chǎn)物粗蛋白含量。

3 單細(xì)胞蛋白飼料的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用

單細(xì)胞蛋白作為飼料在家禽喂養(yǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到了廣泛應(yīng)用[51]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，氨棒狀桿菌生產(chǎn)的微生物蛋白的利用率可達(dá)10%～20%[52]，而甲基桿菌生產(chǎn)的微生物蛋白能夠完全替代蝦飼料中的魚粉[53]。截止2016年，在蝦飼料中已經(jīng)使用了高達(dá)30%的生物類飼料[54]。

為了探究單細(xì)胞蛋白對(duì)食用生物生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響，諸多研究者對(duì)畜禽類(奶牛、豬、雞)，水產(chǎn)養(yǎng)殖類(魚、蝦、鮭魚)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。研究者使用單細(xì)胞蛋白作為飼料直接飼喂或在飼料中以一定比例添加單細(xì)胞蛋白(表3)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，單細(xì)胞蛋白不僅可以改善被飼喂動(dòng)物的生長(zhǎng)性能，還可以調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道菌群平衡、改善免疫功能，使得家禽、魚蝦有更好的生長(zhǎng)。單細(xì)胞蛋白除了自身含有豐富的有機(jī)質(zhì)外，還能幫助被飼喂的動(dòng)物將大分子物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為易消化、吸收和利用的小分子物質(zhì)、小肽等，有效降解抗?fàn)I養(yǎng)因子，提高了蛋白飼料的營(yíng)養(yǎng)水平和利用效率，也間接增加了優(yōu)質(zhì)蛋白供給，緩解了蛋白飼料原料的供應(yīng)不足，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能[55]。在SCP產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中，由于技術(shù)配套的設(shè)備需要投資大量資金，而企業(yè)不愿增加經(jīng)費(fèi)，致使SCP生產(chǎn)水平維持在較低的水平；且企業(yè)一線員工忽視發(fā)酵原理，不了解發(fā)酵本質(zhì)也是單細(xì)胞蛋白產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)過(guò)程的阻礙。

表3 單細(xì)胞蛋白作為飼料在相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用

4 討 論

利用微生物發(fā)酵餐廚垃圾產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，具有明顯的資源利用優(yōu)勢(shì)，充分實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾高附加值再利用。這種資源化技術(shù)在處理餐廚垃圾的同時(shí)，填補(bǔ)了我國(guó)蛋白飼料的空缺，是一項(xiàng)具有現(xiàn)實(shí)意義的餐廚垃圾處理技術(shù)。在碳中和掀起的綠色革命下，富含豐富有機(jī)質(zhì)的餐廚垃圾高效循環(huán)利用也成為一個(gè)具有研究?jī)r(jià)值的課題。

但是，就目前的研究以及應(yīng)用工程來(lái)看，利用餐廚垃圾制備蛋白飼料的工藝還需從各個(gè)方面進(jìn)行提升，包括原料預(yù)處理、菌種選擇及其影響因素探究等，尤其是對(duì)餐廚垃圾發(fā)酵菌種的選擇，以及混菌發(fā)酵比例及污染現(xiàn)象的控制是現(xiàn)階段的研究重點(diǎn)。

4.1 前端預(yù)處理

餐廚垃圾復(fù)雜的特性導(dǎo)致在工藝開始前端必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。其高濃度的有機(jī)質(zhì)、鹽分都會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，如Zhao等[64]發(fā)現(xiàn)在高鹽高油的餐廚垃圾厭氧消化產(chǎn)甲烷中，水解、酸化和產(chǎn)甲烷化關(guān)鍵酶的活性均受到嚴(yán)重抑制，高鹽、高油降低了Bacteroides，Clostridium和Bacillus菌屬的相對(duì)豐度，嚴(yán)重抑制短鏈脂肪酸的積累，然而，有關(guān)高鹽分的餐廚垃圾對(duì)發(fā)酵產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的研究鮮見報(bào)道；餐廚垃圾含有豐富的蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)是具有一定空間結(jié)構(gòu)的高分子復(fù)雜有機(jī)物，可以在蛋白質(zhì)水解酶的作用下生成多種氨基酸，若無(wú)預(yù)處理的前提下，難以實(shí)現(xiàn)完全降解；部分地區(qū)餐廚垃圾缺少一些微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以通過(guò)添加其他的輔料，如尿素、豆渣等來(lái)保證微生物的生長(zhǎng)需求，陳園等[66]選用豆渣和秸稈作為輔料固體發(fā)酵餐廚垃圾制取單細(xì)胞蛋白，發(fā)酵完成后發(fā)現(xiàn)秸稈作為輔料的培養(yǎng)基,微生物對(duì)其發(fā)酵后蛋白質(zhì)的提高量是最大的,而豆渣作為添加輔料，發(fā)酵所產(chǎn)單細(xì)胞蛋白包含更加豐富的氨基酸，更有利于飼料品質(zhì)提高；對(duì)于選擇產(chǎn)朊假絲酵母、啤酒酵母等酵母菌種的工藝，在微生物發(fā)酵之前則需要將餐廚垃圾降解為單糖、二糖、有機(jī)酸等小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以便更好地發(fā)酵。Martins等[66]發(fā)現(xiàn)，對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行微波處理可提高餐廚垃圾溶解性化學(xué)需氧量，提高蛋白質(zhì)、糖類等在液相中的溶解性；王宇卓等[66]研究了餐廚垃圾濕熱預(yù)處理的方式對(duì)其生物可降解性的影響，Lai[68]發(fā)現(xiàn)濕熱處理技術(shù)可顯著影響蛋白質(zhì)、碳水化合物及油脂的物理化學(xué)性質(zhì)，這些預(yù)處理技術(shù)均可將餐廚垃圾中復(fù)雜的大分子轉(zhuǎn)換為更易被微生物代謝的小分子，提高餐廚垃圾的可降解性。當(dāng)餐廚垃圾可降解性提高后，在菌種的使用上就有了更大的選擇性。

4.2 菌種選擇

發(fā)酵工藝中的微生物需嚴(yán)格篩選。很多研究者考慮到餐廚垃圾中含有大量淀粉、纖維素等難降解物質(zhì)，通常會(huì)選擇具有產(chǎn)生水解酶的霉菌或者放線菌與酵母菌相互配合?？煞纸馑饷傅木N分解淀粉、纖維素等多糖為還原糖，而酵母菌可快速利用還原糖，菌種間互惠共生加強(qiáng)發(fā)酵，達(dá)到微生物生長(zhǎng)繁殖、提高飼料蛋白含量的目的。但是霉菌的存在使得發(fā)酵體系更易被污染，導(dǎo)致所產(chǎn)飼料飼用價(jià)值降低。而使用單一菌種發(fā)酵并配合相應(yīng)的預(yù)處理也可達(dá)到提高蛋白飼料產(chǎn)量及品質(zhì)的目的。為了保證微生物的生長(zhǎng)，需在工藝中將溫度、底物pH、基質(zhì)含水量及溶氧量等影響因素控制到菌種適宜生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。

4.3 工藝安全性

整個(gè)發(fā)酵體系安全性包括微生物選擇和發(fā)酵流程。在混菌發(fā)酵體系中，由于微生物涉及菌種較多則易引起雜菌而發(fā)生污染，這就要求對(duì)參與的微生物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從根本上做好微生物的安全控制。在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中控制好微生物的生長(zhǎng)環(huán)境。可以借助先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，嚴(yán)格控制發(fā)酵過(guò)程的溫度、輔料添加用量、酸堿環(huán)境、時(shí)間等參數(shù)。確保優(yōu)質(zhì)菌種的數(shù)量及微生物的生長(zhǎng)繁殖，防止其在環(huán)境的刺激下產(chǎn)生菌內(nèi)毒素引發(fā)安全性問(wèn)題。同時(shí)，在底物進(jìn)料前進(jìn)行高溫滅菌操作，確保不會(huì)引入有害菌群。只有考慮到這些實(shí)際操作中方方面面的問(wèn)題并對(duì)其提出積極有效的應(yīng)對(duì)措施，才能最終使餐廚垃圾無(wú)害化、飼料化得以實(shí)現(xiàn)。利用餐廚垃圾產(chǎn)單細(xì)胞蛋白有望緩解我國(guó)日益緊張的飼料供應(yīng)形勢(shì)，并在改善生態(tài)環(huán)境和資源循環(huán)利用等方面有重要意義。

5 結(jié) 語(yǔ)

利用餐廚垃圾生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是極具探索性的課題，雖然目前我國(guó)對(duì)于餐廚垃圾產(chǎn)單細(xì)胞蛋白已有一定的研究，但就其大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化還需要研究者深入探索。工藝中所涉及的菌種篩選、餐廚垃圾預(yù)處理以及發(fā)酵環(huán)境的控制都是整個(gè)過(guò)程中重要的影響因素。

利用生物技術(shù)將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化為單細(xì)胞蛋白，既實(shí)現(xiàn)了資源再利用的價(jià)值，又帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，在當(dāng)下“碳中和”的時(shí)代具有廣闊的研究前景，且具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義，將會(huì)對(duì)整個(gè)畜牧業(yè)產(chǎn)生良好的影響。