張 敏,孔祥平,葉 牧,韓曉坦,杜 靜,王 聰,奚永蘭,葉小梅,3

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210095;2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧研究所,江蘇 南京 210014;3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210014)

據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食和農(nóng)業(yè)組織(FAO)公布的數(shù)據(jù),全球每年產(chǎn)生近13億t餐廚垃圾,占全球糧食的三分之一[1]。我國(guó)每年餐廚垃圾產(chǎn)生量超過(guò)1億t[2],占城市固體有機(jī)廢物總量的20%～45%[3]。由于餐廚垃圾富含蛋白質(zhì)、淀粉和油脂等成分[4],若處理不及時(shí),易在環(huán)境中腐敗變質(zhì),危害環(huán)境衛(wèi)生,滋生病原微生物,對(duì)人體健康造成嚴(yán)重威脅[5],同時(shí),高昂的處理費(fèi)用也給城市財(cái)政帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān),因此餐廚垃圾的妥善處理也是社會(huì)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

堆肥是一種可靠的餐廚垃圾處理技術(shù),堆肥過(guò)程不僅可減少30%～70%餐廚垃圾的體積[6],滅活大多數(shù)病原微生物,還可將其轉(zhuǎn)化為富含穩(wěn)定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物有機(jī)肥[7],但是堆肥過(guò)程會(huì)產(chǎn)生溫室氣體(CH4、CO2和N2O)和排放過(guò)量的NH3亦會(huì)降低堆肥產(chǎn)品的實(shí)際價(jià)值,并給環(huán)境造成二次污染[8]。厭氧發(fā)酵是厭氧微生物在缺氧條件下降解畜禽糞便中有機(jī)物產(chǎn)生CH4和CO2的生物處理技術(shù),厭氧發(fā)酵產(chǎn)生清潔能源CH4和沼液[9],但此過(guò)程也易造成二次污染,且一次性投入成本高,設(shè)備管理操作復(fù)雜,難以廣泛應(yīng)用[10]。黑水虻屬于雙翅目水虻科腐生性昆蟲(chóng),具有攝食能力強(qiáng)和生長(zhǎng)周期短等特點(diǎn)[11],可將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化成高價(jià)值的昆蟲(chóng)蛋白和油脂[12],以此來(lái)處理餐廚垃圾是一種更加經(jīng)濟(jì)可行、環(huán)境友好型的處理方式。黑水虻能高效減少餐廚垃圾的體積,Lalander等[13]和Zheng等[14]利用黑水虻處理餐廚垃圾后發(fā)現(xiàn),餐廚垃圾的減少率分別達(dá)到55.30%和61.80%?？梢?jiàn),利用黑水虻轉(zhuǎn)化餐廚垃圾不僅能降低餐廚垃圾危害環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn),還能實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾的資源化和高值化。

近年來(lái),黑水虻生物轉(zhuǎn)化技術(shù)已成為餐廚垃圾資源化處理的重要途徑。在黑水虻生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中,微生物和黑水虻依靠互利共生機(jī)制高效地完成底物的轉(zhuǎn)化[15]。將微生物接種到物料中進(jìn)行發(fā)酵后會(huì)顯著影響黑水虻的生長(zhǎng),因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程涉及微生物催化大部分有機(jī)物的分解,并在厭氧條件下將其轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的次級(jí)代謝產(chǎn)物,不過(guò)發(fā)酵產(chǎn)物很大程度上受微生物菌株種類(lèi)和發(fā)酵環(huán)境的控制[16]。昆蟲(chóng)的多樣性很大程度上取決于它們與有益微生物的共生關(guān)系,微生物可能是參與宿主生活的關(guān)鍵媒介[17]。微生物隨物料進(jìn)入黑水虻幼蟲(chóng)體內(nèi),并在腸道內(nèi)形成獨(dú)特的蟲(chóng)菌生態(tài)系統(tǒng)[18]。如,喻國(guó)輝等[19]在雞糞中接種納豆芽孢桿菌,使黑水虻幼蟲(chóng)質(zhì)量提高了9.22%、化蛹率提高了4.68%、轉(zhuǎn)化周期縮短了2.33 d。Somroo等[20]在豆腐渣中接種乳酸桿菌,增加了黑水虻蟲(chóng)產(chǎn)率和蟲(chóng)體油脂含量。Wong等[16]在椰子胚乳殘?jiān)薪臃N釀酒酵母菌,可增加黑水虻的產(chǎn)率。因此,向餐廚垃圾中接種外源微生物來(lái)提高黑水虻處理垃圾的性能值得深入研究。

在實(shí)際生產(chǎn)中,黑水虻轉(zhuǎn)化餐廚垃圾的周期一般為10 d左右。為提高黑水虻處理垃圾的效率,本研究先采用芽孢桿菌、戊糖片球菌、畢赤酵母、釀酒酵母、拜爾接合酵母和復(fù)合菌劑發(fā)酵預(yù)處理餐廚垃圾,再考察不同微生物預(yù)處理方式對(duì)黑水虻生長(zhǎng)發(fā)育和物料轉(zhuǎn)化效率的影響,優(yōu)選出促進(jìn)效果最佳的微生物菌劑,以期為黑水虻生物轉(zhuǎn)化餐廚垃圾的工廠(chǎng)化和高效化運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

枯草芽孢桿菌BacillusstercorisXP、戊糖片球菌PediococcuspentosaccharidesM7、畢赤酵母菌PichiaoccidentalisH1、釀酒酵母菌SaccharomycescerevisiaeZ4、拜耳接合酵母菌ZygosaccharomycesJ7Y1、黑水虻蟲(chóng)卵(屬武漢品系),江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所保藏。麥麩和玉米粉,南京響海生物科技有限公司;4日齡黑水虻幼蟲(chóng),自培養(yǎng)。

餐廚垃圾,江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院教職工食堂(從獲得的新鮮餐廚垃圾中分揀出雜物,直接用磨漿機(jī)粉碎成顆粒形態(tài)均勻的漿料,粒徑小于2 mm。餐廚垃圾的具體參數(shù)為pH 5.1、干物質(zhì)(DM)質(zhì)量分?jǐn)?shù)20.65%、總氮(TN)質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.68%、總有機(jī)碳(TOC)質(zhì)量分?jǐn)?shù)48.50%、碳氮比(C/N)是13.76、粗蛋白質(zhì)(CP)質(zhì)量分?jǐn)?shù)23.00%、粗脂肪(CEE)質(zhì)量分?jǐn)?shù)25.86%、溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)112.68 g/L。

細(xì)菌基礎(chǔ)培養(yǎng)基(LB,1 L):蛋白胨10 g、酵母粉10 g、NaCl 5 g。用于芽孢桿菌的活化培養(yǎng)。

乳酸細(xì)菌培養(yǎng)基(MRS,1 L):蛋白胨10 g、牛肉浸粉5 g、吐溫80 mL、K2HPO42 g、酵母浸粉4 g、MgSO40.2 g、檸檬酸三銨2 g、葡萄糖20 g、MnSO40.05 g、乙酸鈉5 g。用于活化培養(yǎng)戊糖片球菌。

酵母浸出粉胨葡萄糖培養(yǎng)基(YPD,1 L):酵母粉10 g、蛋白胨20 g、葡萄糖20 g。用于畢赤酵母菌、釀酒酵母菌和拜耳接合酵母菌的活化培養(yǎng)。

當(dāng)用于固體瓊脂培養(yǎng)基時(shí),在以上液體培養(yǎng)基中均加入15 g/L的瓊脂粉滅菌待用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 菌種活化

用無(wú)菌微量吸管從已溶解的低溫保存管中吸取少量的菌液,滴在培養(yǎng)基的邊緣,再用無(wú)菌接種環(huán)蘸取菌液以劃線(xiàn)法接種在對(duì)應(yīng)的固體培養(yǎng)基上,并在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.2.2 菌株種子培養(yǎng)

將活化的菌種從相應(yīng)的固體培養(yǎng)基中挑選單菌落接種到裝有50 mL對(duì)應(yīng)液體培養(yǎng)基的250 mL搖瓶中,芽孢桿菌和戊糖片球菌在35 ℃培養(yǎng),畢赤酵母菌、釀酒酵母菌和拜爾接合酵母在30 ℃培養(yǎng),150 r/min培養(yǎng)24 h后,獲得的菌液(OD600為6.70左右)作為微生物預(yù)處理的菌種源。

1.2.3 4日齡黑水虻幼蟲(chóng)的飼養(yǎng)

蟲(chóng)卵在恒溫恒濕箱(30 ℃,濕度80%)中孵化3 d形成蟲(chóng)苗,將麥麩和玉米粉(體積比為3∶7)混合后孵化物料,將含水率調(diào)成65%,取400 g配制的混合物料和0.2 g蟲(chóng)苗放入長(zhǎng)方體養(yǎng)殖盒(17 cm×11 cm×7 cm)中,取一層紗布覆蓋在養(yǎng)殖盒上并用破孔的盒蓋蓋緊。在恒溫恒濕箱中(30 ℃,濕度80%)飼養(yǎng)到4日齡(15 mg左右)。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

取300 g的餐廚垃圾于500 mL的錐形瓶中,按50 g/L的接種量接入不同微生物菌種并置于30 ℃、150 r/min的恒溫培養(yǎng)箱中預(yù)處理4 d(表1)。用麥麩調(diào)節(jié)預(yù)處理后的餐廚垃圾含水率為70%,再取100只4日齡的黑水虻幼蟲(chóng)加入130 g用麥麩調(diào)節(jié)的飼料于240 mL一次性塑料杯中,飼養(yǎng)周期為7 d,比較不同微生物預(yù)處理的餐廚垃圾對(duì)黑水虻生長(zhǎng)發(fā)育和黑水虻營(yíng)養(yǎng)組成的影響。

表1 餐廚垃圾的不同處理方式

1.4 參數(shù)測(cè)定

1.4.1 pH測(cè)定

稱(chēng)取10 g物料,置于250 mL錐形瓶中,加入100 mL水,在搖床中搖30 min后用pH計(jì)測(cè)定。

1.4.2 含水率

精確稱(chēng)取適量餐廚垃圾置于105 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量,并計(jì)算含水率。

1.4.3 總糖測(cè)定

總糖采用DNS法參照文獻(xiàn)[21]的方法測(cè)定。

1.4.4 溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)測(cè)定

SCOD參照HJ 828—2017的測(cè)定方法測(cè)定。

1.4.5 揮發(fā)性脂肪酸(VFAs)采用氣相色譜法測(cè)定

取1 mL一定稀釋倍數(shù)的樣品,加入50 μL 34%的磷酸于2 mL離心管中酸化,直至pH<2,以確保各種有機(jī)酸以酸式形態(tài)存在,搖勻后靜置幾分鐘,待泡沫不再產(chǎn)生為止后,12 000 r/min離心10 min。離心后的樣品經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾,再將樣品轉(zhuǎn)移到氣相色譜(GC)瓶中,待測(cè)。

1.4.6 粗蛋白質(zhì)測(cè)定

粗蛋白質(zhì)的含量參照GB/T 6432—2018,采用凱氏定氮法測(cè)定。取0.100 0 g烘干后的黑水虻蟲(chóng)體,加入10 mL硫酸于Foss消解管,再加入消解催化劑在420 ℃消解1.5 h,待其冷卻后,用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定。

1.4.7 粗脂肪測(cè)定

粗脂肪的測(cè)定參照GB 5009.6—2016,采用索氏提取法測(cè)定。取1.500 0 g研磨的黑水虻蟲(chóng)體用濾紙包好,放入鋁杯中,再用脂肪測(cè)定儀浸提,測(cè)定浸提前后鋁杯質(zhì)量差。按式(1)計(jì)算粗脂肪含量。

粗脂肪含量=

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 微生物預(yù)處理方式對(duì)餐廚垃圾物料理化性質(zhì)的影響

2.1.1 餐廚垃圾pH的變化

pH是反映餐廚垃圾發(fā)酵酸化階段相對(duì)直觀(guān)的參數(shù)。因此考察不同預(yù)處理方式對(duì)餐廚垃圾物料pH的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知:在餐廚垃圾的預(yù)處理過(guò)程中,經(jīng)不同預(yù)處理方式處理后物料的pH下降幅度和趨勢(shì)基本一致。在前20 h內(nèi),pH急劇下降至4.2左右,其中接種微生物菌劑處理組的pH降得最快,因?yàn)樵谶@階段,糖由糖酵解途徑氧化為丙酮酸,丙酮酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A,乙酰輔酶A再被轉(zhuǎn)化為乙酸和丁酸等有機(jī)酸[22],最終導(dǎo)致物料的pH降低;在20 h后,物料的pH緩慢降低,最終穩(wěn)定在3.5左右,說(shuō)明在餐廚垃圾發(fā)酵的前期有機(jī)酸含量不斷積累,直到發(fā)酵體系的酸性環(huán)境不利于微生物生長(zhǎng),最終迫使pH穩(wěn)定在3.5左右,同時(shí)也表明過(guò)度酸化會(huì)抑制發(fā)酵進(jìn)程[23]。

圖1 不同預(yù)處理方式對(duì)物料pH的影響

2.1.2 餐廚垃圾總糖濃度的變化

總糖包括還原糖和多糖,糖類(lèi)是微生物生長(zhǎng)的重要能源物質(zhì),在發(fā)酵過(guò)程中易被微生物轉(zhuǎn)化為還原糖[24]。因此,考察不同預(yù)處理方式對(duì)餐廚垃圾物料的總糖濃度的影響,結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知:與原餐廚垃圾相比,接種微生物菌劑均使物料中總糖濃度顯著降低(p<0.05),其中復(fù)合菌劑處理組(F)的總糖降得最多,比對(duì)照組(CK1)的降低了56.93%,而芽孢桿菌預(yù)處理組(A)、畢赤酵母菌預(yù)處理組(C)和拜爾接合酵母菌處理組(E)總糖降低幅度依次降低。一般來(lái)說(shuō),總糖濃度會(huì)隨著微生物發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)先升高再降低,這是因?yàn)槲⑸锵葘⒋蠓肿佣嗵寝D(zhuǎn)化為小分子的單糖,然后利用單糖進(jìn)行生長(zhǎng)代謝[25],如果總糖濃度的降低幅度越大,說(shuō)明微生物生長(zhǎng)繁殖能力越強(qiáng)[26]。由此可見(jiàn),接種芽孢桿菌、畢赤酵母菌、拜爾接合酵母菌和復(fù)合菌劑處理餐廚垃圾的能力較強(qiáng)。

圖2 不同預(yù)處理方式對(duì)餐廚垃圾總糖的影響

2.1.3 餐廚垃圾SCOD的變化

在餐廚垃圾發(fā)酵過(guò)程中,物料中的SCOD隨著時(shí)間的延長(zhǎng)先升高后降低[27],主要是由于微生物先將大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可溶性的小分子有機(jī)物,這時(shí)微生物消耗可溶性有機(jī)物的速率小于其產(chǎn)生速率,但是隨著微生物的增殖,會(huì)消耗大量的可溶性有機(jī)物,同時(shí)微生物對(duì)有機(jī)物的水解作用受體系pH的影響,最終使SCOD降低[28]。因此,考察不同預(yù)處理方式對(duì)餐廚垃圾物料SCOD的影響,結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知:除戊糖片球菌處理組(B)、滅菌處理組(CK1)和餐廚垃圾預(yù)處理組(G)外,其余處理組的餐廚垃圾的SCOD都比對(duì)照組(CK0)的有所降低,其中復(fù)合菌劑處理組的SCOD降低幅度最大,達(dá)到12.39%,說(shuō)明該處理組的微生物消耗可溶性小分子有機(jī)物來(lái)繁殖。但是,戊糖片球菌處理組(B)的SCOD卻比對(duì)照組(CK0)的高,主要是因?yàn)槲焯瞧蚓哂锌顾嵝阅?在pH較低的條件下,仍能夠吸收利用餐廚垃圾中的有機(jī)物生長(zhǎng)繁殖,并繼續(xù)將餐廚垃圾中的大分子有機(jī)物分解為小分子可溶性有機(jī)物,使SCOD升高[29]。

圖3 不同預(yù)處理方式對(duì)餐廚垃圾SCOD的影響

2.1.4 餐廚垃圾VFAs的變化

VFAs主要由乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸和異戊酸等[30]組成,它也是物料水解酸化的中間產(chǎn)物,發(fā)酵體系中的VFAs含量一定程度上可反映微生物水解和產(chǎn)酸的能力。因此,考察不同預(yù)處理方式對(duì)餐廚垃圾的VFAs的影響,結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知:各處理組的VFAs為3 085.16～10 627.14 mg/L,而且整個(gè)發(fā)酵體系中的VFAs以乙酸和丁酸為主,占總揮發(fā)性脂肪酸的87%～96%,所以乙酸和丁酸也被認(rèn)為是餐廚垃圾發(fā)酵過(guò)程的穩(wěn)定指標(biāo)[31];戊糖片球菌處理組(B)的VFAs顯著高于其他處理組的(p<0.05),其產(chǎn)生的總酸量是滅菌對(duì)照組(CK1)的3.44倍,這也與該處理組產(chǎn)生較多的SCOD結(jié)果有關(guān),說(shuō)明餐廚垃圾的可生化性能較好[32],同時(shí)也說(shuō)明戊糖片球菌降解餐廚垃圾的能力較強(qiáng);芽孢桿菌(A)處理組能夠產(chǎn)生丙酸,這是因?yàn)樗貌蛷N垃圾進(jìn)入發(fā)酵后期,通過(guò)β-氧化作用產(chǎn)生長(zhǎng)鏈脂肪酸戊酸[33]。

圖4 不同預(yù)處理方式對(duì)廚余垃圾VFAs的影響

VFAs的組成與產(chǎn)生量不僅與pH、溫度、碳氮比(C/N)等發(fā)酵條件有關(guān),同時(shí)也受微生物群落的影響。pH為4～5時(shí),為乙酸型發(fā)酵;pH為5～6時(shí),為丙酸型發(fā)酵;溫度為35和45 ℃時(shí),乙酸和丙酸含量較高;溫度為55 ℃時(shí),丁酸含量高[34];C/N為12時(shí),為乙酸發(fā)酵型發(fā)酵;C/N為56時(shí),為丙酸型發(fā)酵[35]。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)變形菌門(mén)、厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)亦是餐廚垃圾發(fā)酵產(chǎn)酸的特征微生物[36]。

2.2 發(fā)酵預(yù)處理后的餐廚垃圾對(duì)黑水虻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.2.1 黑水虻蟲(chóng)平均質(zhì)量和總蟲(chóng)質(zhì)量的變化

考察不同預(yù)處理方式處理后的餐廚垃圾對(duì)黑水虻蟲(chóng)平均質(zhì)量和幼蟲(chóng)總質(zhì)量的影響,結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知:以不同處理組的餐廚垃圾培養(yǎng)的幼蟲(chóng)質(zhì)量在3～4 d內(nèi)增長(zhǎng)速度較快,直至第7天時(shí)增長(zhǎng)速度趨于平緩,與徐齊云等[37]研究的結(jié)果一致;接種微生物預(yù)處理組的蟲(chóng)平均質(zhì)量顯著大于與對(duì)照組的(CK1和CK0)(p<0.05),與對(duì)照組(CK1)相比,接種微生物預(yù)處理組的蟲(chóng)平均質(zhì)量依次提高了13.85%、14.87%、15.90%、17.95%、17.95%和17.44%。可見(jiàn),餐廚垃圾經(jīng)發(fā)酵預(yù)處理后對(duì)黑水虻幼蟲(chóng)質(zhì)量的增加均有促進(jìn)作用,因?yàn)槲⑸锬軌蚍纸饧S便中大分子有機(jī)物和黑水虻幼蟲(chóng)難以直接利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),同時(shí)微生物產(chǎn)生的酶、小分子和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是黑水虻所必需的[38-40]。因此幼蟲(chóng)能夠吸收轉(zhuǎn)化更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供其生長(zhǎng)發(fā)育。原始處理組(CK0)的黑水虻蟲(chóng)平均質(zhì)量和幼蟲(chóng)總質(zhì)量顯著好于滅菌處理組(CK1)的(p<0.05),說(shuō)明餐廚垃圾中存在的微生物有利于黑水虻的生長(zhǎng),而餐廚垃圾經(jīng)過(guò)微生物預(yù)處理,有機(jī)物降解徹底,更利于黑水虻的吸收轉(zhuǎn)化。F處理組的幼蟲(chóng)在2～5 d內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育最快,顯著大于其他處理組,主要是由于豐富的微生物種群可以充分分解餐廚垃圾中的有機(jī)物,但是由于受到物料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總量的限制,培養(yǎng)后期的黑水虻的生長(zhǎng)趨于緩慢。所以,如果以幼蟲(chóng)總質(zhì)量和蟲(chóng)平均質(zhì)量為指標(biāo),拜爾接合酵母菌處理組(E)的廚余垃圾對(duì)黑水虻的生長(zhǎng)發(fā)育最佳。

圖5 不同方式預(yù)處理的餐廚垃圾對(duì)黑水虻蟲(chóng)總平均質(zhì)量和蟲(chóng)質(zhì)量的影響

2.2.2 黑水虻存活率和預(yù)蛹的變化

考察不同預(yù)處理方式處理后的餐廚垃圾對(duì)黑水虻存活率和預(yù)蛹率以及預(yù)蛹時(shí)間的影響,結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可知:除F處理組外,其余處理組的黑水虻轉(zhuǎn)化餐廚垃圾7 d后的存活率均在90%以上,各組間黑水虻存活率沒(méi)有顯著差異(p>0.05);A組的存活率最高(98%),F處理組的存活率僅為84%;黑水虻幼蟲(chóng)在第5天開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)預(yù)蛹,在試驗(yàn)結(jié)束時(shí),接種微生物處理組的預(yù)蛹率顯著大于對(duì)照組的(CK1)(p<0.05),并依次提高了64.24%、58.79%、64.24%、53.33%、55.15%和49.09%。由此可見(jiàn),預(yù)處理的餐廚垃圾使黑水虻快速進(jìn)入預(yù)蛹期,提高黑水虻的預(yù)蛹率,這主要是接種微生物菌劑后能夠使有機(jī)物分解更加徹底,有利于幼蟲(chóng)攝食營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),幼蟲(chóng)通過(guò)調(diào)節(jié)分泌腸道酶的數(shù)量來(lái)平衡營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解和吸收[41],進(jìn)而加快幼蟲(chóng)生長(zhǎng),使幼蟲(chóng)提前進(jìn)入下一階段。本研究中,各微生物預(yù)處理組的幼蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育較快,特別是接種畢赤酵母菌處理組(C)的最好。Spranghers等[42]研究發(fā)現(xiàn),黑水虻預(yù)蛹首次出現(xiàn)的時(shí)間是從第一次喂食開(kāi)始的第19天,Meneguz等[43]研究的結(jié)果則是20 d,而本研究中是第9天?？梢?jiàn),微生物預(yù)處理的廚余垃圾有助于提高黑水虻的存活率和預(yù)蛹率。

2.3 發(fā)酵預(yù)處理后的餐廚垃圾對(duì)黑水虻蟲(chóng)體的粗蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的影響

黑水虻蟲(chóng)體的粗蛋白和粗脂肪含量受多種因素的影響,如飼養(yǎng)密度[44]和飼養(yǎng)物料種類(lèi)[45]的不同均會(huì)影響黑水虻幼蟲(chóng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用。因此,考察不同處理方式處理后的餐廚垃圾對(duì)黑水虻蟲(chóng)體的粗蛋白和粗脂肪的影響,結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可知:以各處理組得到的餐廚垃圾培養(yǎng)的黑水虻蟲(chóng)體的粗蛋白質(zhì)含量為40.41%～44.53%,其中拜爾接合酵母菌處理組(E)蟲(chóng)體的粗蛋白含量最高,比處理組(CK0)的提高了10.20%。接種外源微生物預(yù)處理組的黑水虻蟲(chóng)體內(nèi)粗蛋白質(zhì)含量顯著高于對(duì)照組CK0的(p<0.05),這因?yàn)槲⑸飳⒉蛷N垃圾中的蛋白質(zhì)分解成大量的小分子氨基酸,對(duì)蟲(chóng)體粗蛋白質(zhì)的累積有促進(jìn)作用。

圖7 不同方式預(yù)處理的餐廚垃圾對(duì)黑水虻蟲(chóng)體粗蛋白和粗脂肪的影響

以各處理組得到的餐廚垃圾培養(yǎng)的黑水虻體內(nèi)的粗脂肪含量為24.73%～32.16%,其中釀酒酵母菌處理組(B)蟲(chóng)體的粗脂肪含量最高,比滅菌對(duì)照組(CK1)的提高了18.76%,這可能是由于釀酒酵母菌處理組(B)預(yù)處理的餐廚垃圾中相關(guān)微生物被黑水虻攝食時(shí)隨食物一起進(jìn)入腸道,逐步成為幼蟲(chóng)腸道優(yōu)勢(shì)菌群,調(diào)節(jié)腸道生態(tài)平衡,對(duì)脂肪酸的氧化有促進(jìn)作用[46]。本研究,黑水虻蟲(chóng)體粗蛋白質(zhì)含量為40.41%～44.53%、粗脂肪含量為24.73%～32.16%,與Newton等[47]和竇永芳等[48]的研究結(jié)果相近。由此可見(jiàn),外源微生物預(yù)處理的餐廚垃圾能夠提高黑水虻蟲(chóng)體中的粗蛋白質(zhì),其中釀酒酵母菌預(yù)處理的餐廚垃圾能夠提高黑水虻蟲(chóng)體中的粗脂肪。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)微生物預(yù)處理后的餐廚垃圾,物料的pH快速降低,最后穩(wěn)定至3.5左右,總糖濃度和SCOD均有所降低,特別是戊糖片球菌對(duì)餐廚垃圾的分解能力和產(chǎn)酸能力強(qiáng)。經(jīng)預(yù)處理的餐廚垃圾不僅能顯著提高黑水虻平均質(zhì)量、收蟲(chóng)時(shí)總蟲(chóng)質(zhì)量和黑水虻蟲(chóng)體的粗蛋白,還能使黑水虻幼蟲(chóng)提前進(jìn)入預(yù)蛹期,提高預(yù)蛹率,縮短黑水虻生長(zhǎng)周期。戊糖片球菌和拜耳接合酵母菌組成的復(fù)合菌劑處理的餐廚垃圾更有利于黑水虻的生長(zhǎng)發(fā)育?？梢?jiàn),開(kāi)發(fā)更高效的外源微生物發(fā)酵處理的餐廚垃圾可提升大規(guī)模飼養(yǎng)黑水虻的過(guò)程效率。