專利名稱：能產(chǎn)生有機(jī)物分解酶的假單胞桿菌屬fk916菌株及用其分解有機(jī)垃圾的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能產(chǎn)生有機(jī)化合物分解酶的假單胞桿菌屬(Pseudomonas)FK 916及用其處理有機(jī)垃圾的方法。本發(fā)明尤其涉及源于污水的假單胞桿菌屬FK 916，其具有極佳的分解和去除食品垃圾和有機(jī)垃圾中有機(jī)物的能力，并能夠有效地處理食品垃圾而不會(huì)釋放出臭味，也涉及一種用其處理有機(jī)垃圾的方法。
背景技術(shù)：
在韓國(guó)，每天產(chǎn)生的食品垃圾為11,577噸(1999年基準(zhǔn))，其在城市產(chǎn)生的固體垃圾中約占26.5％。這些固體垃圾中，64％來自家庭，36％來自如餐廳、集體供膳場(chǎng)所等飲食行業(yè)。所產(chǎn)生的食品垃圾中58.8％被掩埋、7.3％被焚燒、33.9％被循環(huán)再利用。因此目前處理食品垃圾主要依靠掩埋。然而，漢城首都地區(qū)將從2005年1月起禁止在城區(qū)的掩埋場(chǎng)所直接掩埋食品垃圾。多數(shù)地區(qū)自治團(tuán)體面臨的嚴(yán)重問題是在食品垃圾處理中因掩埋物中浸出液所造成的環(huán)境污染，及居住在掩埋地點(diǎn)周圍居民日益增加的普遍不滿。同時(shí)，與易燃垃圾比較，焚燒處理需要更多的費(fèi)用，這是因?yàn)槭称防扛撸虼瞬灰捉ㄔ旆贌S并且因居民的反對(duì)很難保存實(shí)施場(chǎng)地。因此急需開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)的食品垃圾處理方法，其能夠通過在食品垃圾產(chǎn)生地直接使用微生物來分解、去除或減少食品垃圾的數(shù)量，從而增加循環(huán)再利用率。
因食品垃圾不一致的特性和形態(tài)以及水和鹽分含量高，所以食品垃圾較難處理。此外，也應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)和商業(yè)場(chǎng)所采取不同的處理方法。目前研究中的食品垃圾處理和循環(huán)再利用方法包括堆肥處理、飼料生產(chǎn)、厭氧降解、污水合并處理等，其中堆肥處理主要分為大范圍處理使用的大規(guī)模堆肥處理及家庭和小商店使用的小規(guī)模堆肥處理。
小規(guī)模堆肥處理設(shè)備包括發(fā)酵槽和干燥器，并放在公寓建筑、公共供膳場(chǎng)所、賓館、餐廳等建筑中，然而，其中存在許多問題。
常規(guī)堆肥設(shè)備包括在高溫下發(fā)酵食品垃圾來產(chǎn)生混合肥料和飼料，其首要問題在于因高溫發(fā)酵或分降解散發(fā)出嚴(yán)重的令人討厭的臭味，這使其成為不受歡迎的設(shè)備。此外，因韓國(guó)人食品是含1-5％鹽量的高鹽食品，所以用其生產(chǎn)混合肥料是不可能的。其次，因常規(guī)堆肥設(shè)備使用放射菌和嗜熱菌，它們需要在高溫下活化來增加微生物發(fā)酵和分解率，因此設(shè)備應(yīng)保持在50-60℃，從而來維持嗜熱菌的適宜生長(zhǎng)溫度，并減少食物垃圾的發(fā)酵物體積和蒸發(fā)水分。因此這就需要大量的電力，以致增加了運(yùn)行成本。
為解決上述問題，本發(fā)明人從污水中分離鑒定了新的菌株，其具有極佳的分解和去除食品垃圾和有機(jī)垃圾中有機(jī)物的能力，并能夠在中等溫度下進(jìn)行有氧分解而不會(huì)釋放難聞臭味，從而利用此菌株對(duì)食品垃圾進(jìn)行分解和降解處理而完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有極佳分解和去除食品垃圾和有機(jī)垃圾中有機(jī)物能力的菌株。
本發(fā)明的另一目的是提供一種利用本發(fā)明的菌株處理有機(jī)垃圾的方法。
根據(jù)本發(fā)明，上述及其它目的可通過提供假單胞桿菌屬FK 916菌株來完成。
源于污水的假單胞桿菌屬FK 916在15-35℃、優(yōu)選25-30℃的中等溫度范圍內(nèi)，在足量氧氣存在下通過有氧分解可將食物垃圾中諸如碳水化合物、蛋白、脂肪等有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿恿康挠袡C(jī)物，最終產(chǎn)生穩(wěn)定物質(zhì)如CO2、H2O等，并產(chǎn)生少許熱量。同時(shí)微生物屬于假單胞桿菌屬，可對(duì)NO3、NO2、NO進(jìn)行脫氮作用產(chǎn)生N2，如下面的反應(yīng)式(I)所示。因此，假單胞桿菌屬FK 916及其它微生物也能夠通過脫氮作用將產(chǎn)生難聞氣味成分之一的NH3轉(zhuǎn)變?yōu)镹2，從而去除難聞和刺激性的氨味。
此外，本發(fā)明中的菌株其特征在于不會(huì)產(chǎn)生能夠釋放出難聞氣味的諸如吲哚、硫化氫、乙偶姻等物質(zhì)(表2)。
假單胞桿菌屬FK 916菌株于2002年1月7日保藏在作為國(guó)際保藏機(jī)構(gòu)之一的韓國(guó)種菌協(xié)會(huì)(KCCM)，保藏編號(hào)為KCCM-10350。除保藏的菌株之外，在其它性質(zhì)方面表現(xiàn)出某些多樣性的變異菌株也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，只要它們含有與本發(fā)明中的菌株相同的16S RNA序列、脂肪酸組成、形態(tài)、培養(yǎng)和生化特征。
此外，本發(fā)明的另一方面是提供利用假單胞桿菌屬FK 916菌株分解和去除諸如食品垃圾等有機(jī)垃圾的方法。
該方法的特征是將假單胞桿菌屬FK 916菌株或含此菌株的組合物加入到被處理物中。此菌株或組合物可通過例如將菌株的培養(yǎng)液或菌株培養(yǎng)液與填充物的混合物直接撒入而加入，其中填充物包括天然有機(jī)物(如米殼、鋸屑、木片)、無機(jī)物顆粒(如沸石或陶瓷)及塑料。可選擇地，菌株被吸附在諸如天然有機(jī)物和無機(jī)物顆粒等的填充物上或載體上。填充物或載體可撒在有機(jī)垃圾上或根據(jù)已知的微生物制備方法操作。
本發(fā)明中，術(shù)語“被處理物”指工廠和有機(jī)垃圾中產(chǎn)生的活性污水淤泥塊和污水垃圾。
附圖簡(jiǎn)要說明從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，可更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1表明試驗(yàn)結(jié)果，其中本發(fā)明的假單胞桿菌屬FK 916菌株接種到含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板中來進(jìn)行蛋白酶分析和蛋白酶活性檢測(cè)；圖2表明試驗(yàn)結(jié)果，其中本發(fā)明的假單胞桿菌屬FK 916菌株接種到含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板中來進(jìn)行脂肪酶分析和脂肪酶活性檢測(cè)；圖3是假單胞桿菌屬FK 916的照片；及圖4是表明在食品垃圾中加入假單胞桿菌屬FK 916的培養(yǎng)液后，食品垃圾重量隨分解時(shí)間而降低的曲線圖。
發(fā)明實(shí)施的最佳方案現(xiàn)在將通過以下實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)該理解實(shí)施例僅是為了說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。
實(shí)施例1菌株的分離從韓國(guó)全羅北道(Cholabuk-do)周圍收集的污水中分離本發(fā)明的菌株。污水樣品用生理鹽水逐漸稀釋。一部分涂抹在LB瓊脂培養(yǎng)基上(含有細(xì)菌用胰蛋白胨10g/L，細(xì)菌用酵母提取物5g/L，NaCl 10g/L，瓊脂15g/L，pH 7.0)，并在25℃下培養(yǎng)。分離出現(xiàn)的菌落。
在25℃下，將分離的菌落培養(yǎng)在擴(kuò)增培養(yǎng)基中(LB液體培養(yǎng)基)。然后在含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板上涂布菌株來進(jìn)行蛋白酶分析(脫脂乳瓊脂培養(yǎng)基蛋白胨5g/L，細(xì)菌用酵母提取物3g/L，脫脂乳1g/L，瓊脂15g/L，pH7.0)，在含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板上涂布菌株來進(jìn)行脂肪酶分析(三丁酸甘油酯瓊脂培養(yǎng)基蛋白胨5g/L，細(xì)菌用酵母提取物3g/L，三丁酸甘油酯5ml/L，瓊脂15g/L，pH 7.4)，在含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板上涂布菌株來進(jìn)行淀粉酶分析(淀粉瓊脂培養(yǎng)基蛋白胨5g/L，細(xì)菌用酵母提取物3g/L，可溶性淀粉2g/L，瓊脂15g/L，pH 7.0)，在含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板上涂布菌株來進(jìn)行纖維素分析(纖維素1g/L，K2HPO41g/L，(NH4)2SO41g/L，MgSO4·7H2O 0.2g/L，CaCl2·2H2O 0.1g/L，F(xiàn)eCl 30.02g/L，剛果紅0.075g/L，瓊脂15g/L，pH 7.2)。檢測(cè)每個(gè)培養(yǎng)板中由蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纖維素酶的活性形成的透明環(huán)來鑒定分離陽性菌株。
從圖1所示的結(jié)果可以看出，作蛋白酶分析(A)的含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板(A)和作脂肪酶分析的含瓊脂培養(yǎng)基的培養(yǎng)板(B)在接種FK 916菌株后形成透明環(huán)。因此，提示此菌株可產(chǎn)生蛋白酶和脂肪酶。但是，還表明淀粉酶的活性較弱而且未見纖維素酶活性。
實(shí)施例2菌株的鑒定根據(jù)Holt等所描述的方法(Holt等，Bergey鑒定細(xì)菌學(xué)手冊(cè)(Bergey，s Manual of Determinative Bacteriology)，第9版(1994))，通過Sherlock系統(tǒng)和clustal W鑒定在實(shí)施例1分離的菌株。發(fā)現(xiàn)此菌株是屬于假單胞桿菌屬的菌株，并命名為假單胞桿菌屬FK 916。這種新的假單胞桿菌屬FK916與含80.2％脂肪酸組成的Pseudomonas chlororaphis(綠菌素假單胞桿菌)類似，并與Pseudomonas gessardii CIP 105469在rRNA方面有99.8％的相似性。
從圖3所示的照片可以看出，發(fā)現(xiàn)此菌株為具有桿菌狀形態(tài)特征的革蘭氏陰性菌。培養(yǎng)特性如下表1所示，包括適宜生長(zhǎng)溫度為28-30℃，耐受6％NaCl。因此，提示本發(fā)明的菌株適宜處理高鹽含量的食品垃圾。
表1 假單胞桿菌屬FK 916的培養(yǎng)和形態(tài)學(xué)特征

通過API試劑盒分析的生化特性如表2所示，根據(jù)MIDI Com.描述的方法，通過氣相色譜分析全細(xì)胞脂肪酸的結(jié)果以及利用Sherlock系統(tǒng)對(duì)菌株的鑒定如表3所示。此外，根據(jù)Verhille等描述的方法(Verhille等，International J.Systematic Bacteriol.，49，1559，1999)對(duì)16s rRNA進(jìn)行分離測(cè)序。結(jié)果表明，菌株含有1498個(gè)堿基(Seq.ID.No.1)。利用clustal W，通過與屬于假單胞桿菌屬的其它菌株進(jìn)行rRNA堿基序列比較，來分析經(jīng)基因庫篩選的具有高度特異性微生物的相似性。結(jié)果如表4所示。根據(jù)De Ley方法(De Ley，J.，J.Bacteriol.，101，738，1970)分析的G+C含量為61.5％。
表2 假單胞桿菌屬FK 916的生化特性


表3 脂肪酸組成


表4 假單胞桿菌屬FK 916與屬于假單胞桿菌屬的菌株間的16S rRNA相似性比較

實(shí)施例3食品垃圾的分解和去除食品垃圾重量隨分解時(shí)間的降低為分析食品垃圾重量的降低，將假單胞桿菌屬FK 916接種到經(jīng)滅菌的LB液體培養(yǎng)基中，并在28℃下?lián)u動(dòng)培養(yǎng)1天1夜。將200ml培養(yǎng)液和100g鋸屑(用作通風(fēng)和水分控制)加入到3L廣口燒杯中，充分混勻。將從W大學(xué)的食堂收集的1Kg食品垃圾(約含80％水分)加入其中，并充分混勻。稱完起始重量后，將混合物放入25℃的培養(yǎng)器中，同時(shí)攪拌。每天將混合物稱重3-4次，并計(jì)算重量降低率。
從圖4所示的結(jié)果可以看出，在分解的第一天，在垃圾重量降低的同時(shí)，食品垃圾固有的難聞氣味消失，而且沒有出現(xiàn)新的不好氣味。在分解后的第18天，垃圾的重量降低到72.3％，說明食品垃圾被分解和去除。重量降低率比僅加入培養(yǎng)物液體的比較例1和加入LB培養(yǎng)基、鋸屑的比較例2更迅速。這些結(jié)果說明，加入鋸屑有助于提供適宜的有氧條件并能控制水分含量，因此促進(jìn)了有機(jī)物的分解和去除。此外，F(xiàn)K 916菌株對(duì)有機(jī)物的分解和去除作用適宜在25℃下進(jìn)行。而且還提示出通過攪拌連續(xù)提供空氣可在食品垃圾零去除器(zero-discharger)中得到理想效果。
比較例1用假單胞桿菌屬FK 916培養(yǎng)液處理的食品垃圾的分解檢測(cè)將假單胞桿菌屬FK 916接種到經(jīng)滅菌的LB液體培養(yǎng)基中，并在28℃下?lián)u動(dòng)培養(yǎng)1天1夜。將200ml培養(yǎng)液和100g鋸屑(用作通風(fēng)和水分控制)加入到3L廣口燒杯中，充分混勻。將1Kg食品垃圾(約含80％水分)加入其中，并充分混勻。稱完起始重量后，將混合物放入25℃的培養(yǎng)器中，同時(shí)攪拌。每天將混合物稱重3-4次，并計(jì)算重量降低率(圖4)。
比較例2用鋸屑處理的食品垃圾的分解檢測(cè)將200ml經(jīng)滅菌的LB液體培養(yǎng)基和100g鋸屑(作水分控制)加入到3L廣口燒杯中，充分混勻。將1Kg食品垃圾(約含80％水分)加入其中，并充分混勻。稱完起始重量后，將混合物放入25℃的培養(yǎng)器中，同時(shí)攪拌。每天將混合物稱重3-4次，并計(jì)算重量降低率(圖4)。
實(shí)施例4在零去除器中食品垃圾的分解和去除80Kg木片(顆粒尺寸約5-10mm)、5L根據(jù)實(shí)施例1所述方法培養(yǎng)的FK 916培養(yǎng)體、39Kg從餐廳中收集的食品垃圾加入到由Nambang E & BCo.，Ltd.生產(chǎn)的食品垃圾零去除器(CLEANGATE-50型，容量50kg)中。在28℃的溫度下運(yùn)行設(shè)備，攪拌速度為3.2rpm，通氣速度為5.5m3/min。24小時(shí)后，稱重設(shè)備中內(nèi)容物重量，并計(jì)算重量降低率。分解開始1小時(shí)后，食品垃圾的難聞氣味開始消失。24小時(shí)后，內(nèi)容物的重量降低到76.9％，同時(shí)釋放出極小的味道。分解的第二天，再加入46Kg的食品垃圾，并在相同條件下運(yùn)行設(shè)備。24小時(shí)后，重量降低率達(dá)到90.9％。在29天內(nèi)，每天加入27-60Kg的食品垃圾并在相同條件下運(yùn)行設(shè)備。最終的累計(jì)降低率為94.7％。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本發(fā)明的假單胞桿菌屬FK 916菌株能夠在室溫和中等溫度條件下通過一次投放長(zhǎng)時(shí)間地分解和降解食品垃圾，因而是一種分解和去除諸如食品垃圾等有機(jī)垃圾的有效菌株。
工業(yè)適用性如實(shí)施例所述，因本發(fā)明的假單胞桿菌屬FK 916菌株在中等溫度下具有極佳的分解食品垃圾的能力，而且不會(huì)釋放出難聞氣味，因此它可經(jīng)濟(jì)衛(wèi)生地用于食品垃圾的處理中，并在環(huán)境工業(yè)中發(fā)揮作用。
序列表Sequence Listing<110>CHOI，Dong-SeongFUKAI，Kunihirl<120>Pseudomonas sp.FK916 producing decomposition enzyme of organic compoundand method for decomposition of organic waste using the same<130>P03005<150>KR2002-0007525<151>2002-02-08<160>1<170>KopatentIn 1.71<210>1<211>1498<212>DNA<213>Pseudomonas sp.FK916<400>1agagtttgat catggctcag attgaacgct ggcggcaggc ctaacacatg caagtcgagc<60>
ggtagagaga agcttgcttc tcttgagagc ggcggacggg tgagtaatgc ctaggaatct<120>
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ggagctaatc ccacaaaacc gatcgtagtc cggatcgcag tctgcaactc gactgcgtga<1320>
agtcggaatc gctagtaatc gcgaatcaga atgtcgcggt gaatacgttc ccgggccttg<1380>
tacacaccgc ccgtcacacc atgggagtgg gttgcaccag aagtagctag tctaaccttc<1440>
gggaggacgg ttaccacggt gtgattcatg actggggtga agtcgtaaca aggtagcc <1498>
權(quán)利要求
1.一種源于污水的假單胞桿菌屬FK 916菌株(保藏編號(hào)KCCM10350)，其能夠在15-35℃的中等溫度下分解食品垃圾而不會(huì)釋放出難聞氣味。
2.一種處理有機(jī)垃圾和污水的方法，包括加入如權(quán)利要求1所述的假單胞桿菌屬FK 916菌株(保藏編號(hào)KCCM 10350)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的假單胞桿菌屬FK 916菌株與作為填充物的選自天然有機(jī)物、無機(jī)物顆粒和塑料中的任一種物質(zhì)混合加入。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的天然有機(jī)物選自米殼、鋸屑和木片，所述的無機(jī)物顆粒選自沸石和陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及能產(chǎn)生有機(jī)化合物分解酶的假單胞桿菌屬FK 916及用其分解有機(jī)垃圾的方法。源于污水的假單胞桿菌屬FK 916菌株具有極佳的降解和去除有機(jī)物的能力，并能在15－35℃的中等溫度下進(jìn)行分解。因此，不會(huì)釋放出臭味，并能有效地處理來自于食品垃圾和工廠的有機(jī)垃圾。
文檔編號(hào)C02F3/34GK1729286SQ03803235
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2003年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
發(fā)明者崔東晟, 深井邦弘 申請(qǐng)人:南邦環(huán)境與生物技術(shù)株式會(huì)社