微生物在一定條件下能將碳水化合物、碳氫化合物和普通油脂等轉化為菌體內大量貯存的油脂，如果油脂含量超過細胞干重的20%，則此微生物稱為產油微生物。研究開發微生物油脂不僅可緩解動植物油脂不足，且可用來生產功能性油脂，甚至可替代植物油制造生物柴油，緩解全球能源危機。當前油脂制備的主要原料是動植物，但因動植物生長周期長，供給季節性強等原因需要開辟一條獲取油脂資源的新途徑。微生物油脂又稱單細胞油脂，是由酵母、霉菌、細菌和藻類等微生物在一定條件下利用碳水化合物、碳氫化合物和普通油脂為碳源在菌體內產生的大量油脂。由于其細胞繁殖快、生產周期短、所需的原料豐富等優點，可作為食用油脂、功能性油脂及生物柴油的油源，目前能夠用于生產油脂的微生物種類有酵母菌、霉菌、細菌和藻類等，其中以酵母菌和霉菌類的真核微生物居多。產油酵母是指油脂含量達到其細胞干重的25%的酵母，主要的菌種有Lipomyces starkeyi，Rhodosporidium toruloides，Rhodotorula glutinis和Yarrowia lipolytica，據報道有的油脂酵母其油脂積累可達其細胞干重的80%。產油酵母能在各種碳源上生長，可用各種工業和生活廢液生產微生物油脂。
近年來我國城鎮生活污水的排放量在逐年增加，占中國廢水排放總量的55.3%。此外，我國城市餐廚垃圾以每年10%的速度增長，年產量達25200萬t。根據上述問題以及食物垃圾有機物、油脂和鹽分含量高和城市生活污水的特點，本文利用前期篩選到的酵母產油菌，研究其與藻類聯合利用食物垃圾與城市污水生產油脂和清潔廢水，以期對餐廚垃圾和城市廢水的處理有一定的指導意義。
一、材料與方法
1.1 菌種與原料
三株油脂酵母菌分別為Y1，Y2和Y3，實驗室現存；淡水小球藻chlorellavulgads，FACHB26，中國科學院武漢水生研究所；餐廚垃圾取自宜春學院學生食堂；廢水和處理后的潔凈水取自宜春某廢水處理廠。
1.2 培養基
斜面培養基，PDA或YEPD;種子培養基，葡萄糖10、蛋白胨1、酵母提取物1g/L、pH6.0。
1.3儀器與設備
LH-C3檢測儀，杭州陸恒生物科技有限公司;手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器，上海三甲醫療器械有限公司；SOX-250BS-Ⅱ生化培養箱，上海新苗醫療器械制造有限公司；FA1004電子天平，常州市幸運電子設備有限公司；WFJ7200型可見分光光度計，尤尼柯儀器有限公司；數顯恒溫水浴鍋，上海陽光實驗儀器有限公司；離心機，上海安亭科學儀器廠
1.4 測定方法
1.4.1 糖的測定和總N，總P與COD(化學需氧量)的測定
液相色譜(Agilent)，分析柱為BioRadAminexHPX-87H，300×7.8mm，折光檢測器，柱溫60℃，流動相為50mol/L的H2SO4，流速為0.8mL/min，進樣量10μL。COD(化學需氧量)：重鉻酸鉀光度法，檢測波長為420nm；總N：納氏試劑光度法，檢測波長為520nm；總P：鉬藍光度法，檢測波長為620nm。
1.4.2 生物量測定
取一定體積的發酵液，以3000r/m離心10min，所得酵母細胞用去離子水洗2次，在65℃烘至恒重，稱重得W。
1.4.3 油脂的提取和測定
用研缽充分研磨一定質量的酵母干菌體，使細胞完全破碎，菌體按固、液質量比1∶3加入石油醚，在索氏抽提器進行酵母油脂的提取，經旋轉、蒸發和濃縮，獲得油脂，稱重得W1。
1.5 試驗方法
1.5.1 餐廚垃圾水解液的制備
將200mL3%的硫酸加入至100g餐廚垃圾中，在121℃水解30min，所得水解液用氫氧化鈉中和，液態水解液與固態渣離心分離，適當稀釋的水解液通過0.2μm孔徑濾膜過濾，再進行色譜分析糖的組成。
1.5.2 酵母在餐廚垃圾水解液中的生長
葡萄糖15，蛋白胨6，酵母提取物6(g/L)，pH6.0;餐廚垃圾水解液直接作為培養液。
1.5.3 酵母在廢水中的生長
廢水分別加10、50g/L葡萄糖和50g/L葡萄糖再加10g/L蛋白胨和10g/L酵母提取物，上述3組培養基在121℃滅菌20min；滅菌和不滅菌城市廢水直接作為培養液。
1.5.4 酵母在餐廚垃圾水解液和廢水中的聯合培養
餐廚垃圾水解液與廢水以質量比1∶4的比例混合，接種10%的酵母種子液，在28℃培養6d，90%的細胞懸浮液離心，收集酵母細胞，其余10%細胞懸浮液再與上述離心過的上清混合，在上述條件下培養6d，再接種3%小球藻(chlorellavulgads)在光照、室溫條件下培養6d。
二、結果與討論
2.1 餐廚垃圾水解液的化學組成
餐廚垃圾水解液化學組成如表1，從表1中可看出：垃圾水解液中含量最大的為葡萄糖46.8g/L，占總糖的92.4%，而含量最少的是阿拉伯糖，占總糖的1.8%，此外，餐廚垃圾中還含氮和磷，這表明只要條件合適，微生物就可在其中生長。
2.2 酵母菌株在餐廚垃圾水解液中的培養
為了檢測酵母菌能否在餐廚垃圾水解液中生長，圖1為三株酵母在餐廚垃圾水解液和基礎培養基中各培養6d的生長情況，從圖1可知：油脂酵母Y1和Y2在餐廚垃圾水解液中培養的生物量好于在基礎培養基中培養的生物量，它們在垃圾水解液中的生物量分別為23.2g/L和18.2g/L，這說明此三株酵母菌可以利用餐廚垃圾中碳源和氮源，表明可利用它們在餐廚垃圾中生產油脂。
2.3 三株酵母菌在廢水中的培養
為了檢驗酵母菌能否在廢水中生長，在廢水中添加碳源(葡萄糖)和氮源(蛋白胨和酵母提取物)，Y1、Y2和Y3在廢水中培養6d，結果如圖2：三株菌中生長較好的為Y1，其生物量為17.5g/L；同時在只添加葡萄糖而沒有添加蛋白胨和酵母提取物的廢水中培養，三株酵母的生物量也都超過了8.2g/L，暗示三株油脂酵母都能利用廢水中的N。
酵母菌在廢水中培養的生物量和油脂含量結果如表2。從表2可看出，三株菌都能在經過滅菌或沒滅菌處理的廢水中生長，可能是廢水中營養含量低，與加了碳源和氮源的廢水相比，三株菌在廢水中的生長較差，油脂含量也低，最好的Y1油脂含量為12.7%。
表3為酵母在廢水中培養前后N的變化，根據表3可知：三株油脂酵母在沒滅菌的廢水中培養去除的N更多，其中去除最多是油脂酵母Y1，去除的N是30.4mg/L，最少的酵母是油脂酵母Y2。廢水通過酵母培養后，殘留在廢水中的N在28.9~37.8mg/L之間。
酵母在廢水中COD去除情況如表4。從表4結果可知，沒滅菌的廢水比滅過菌的廢水去除的COD濃度更大，這也許是沒滅菌的廢水中其他的微生物去除了一部分COD，COD去除最大為油脂酵母Y1，其在沒滅菌的廢水中去除了219.6mg/L的COD，結果說明三株酵母菌去除COD效果都較好。
表5為三株酵母菌去除廢水中的P情況，滅菌和沒滅菌的廢水中經過三株酵母菌的處理后，大多數P都得以去除，廢水中殘留的P在1.3~8.9mg/L，其中去除P最多的是油脂酵母Y1，P去除量為22.4mg/L，油脂酵母Y3在沒滅菌的廢水中去除P較少為12.0mg/L。
2.4 酵母和藻類微生物聯合處理餐廚垃圾和廢水生產油脂
上述研究結果表明三株酵母菌都能在餐廚垃圾和廢水中較好的生長，為此我們嘗試把餐廚垃圾水解液與廢水混合，通過圖3的方式進行聯合培養，對酵母和藻類聯合利用餐廚垃圾和凈化廢水進行初步的研究。餐廚垃圾酸水解后稀釋4倍和廢水混合，上述三株酵母在混合液中培養階段(1)和(2)均培養6d，從表6可知：油脂酵母Y1對COD、N和P的去除效果好于其他兩株菌。
鑒于在培養階段(1)還有較多的COD、N和P沒有去除，餐廚垃圾水解液和廢水完成第一階段發酵后分離收獲酵母，再接種酵母種子液進行第二次培養。從結果可知第二次培養的酵母生物量較低，可能跟餐廚垃圾水解和廢水的營養在培養階段1受到部分消耗有關。在此基礎上我們又進行藻類培養，目的是進一步除掉垃圾和廢水中的COD、N和P，結果表明經過藻類培養，餐廚垃圾和廢水中的COD、N和P基本去除完全，效果最好的為Y1，其餐廚垃圾和廢水混合液中的COD、N和P分別為1500、37.8和3.2mg/L，基本達到能凈化廢水的目的。其中效果最好的是Y1油脂產量可達16.9g/L。
三、結論
三株酵母菌在餐廚垃圾和廢水處理中最好的為Y1，油脂產量可達16.9g/L，餐廚垃圾和廢水混合液中的COD、N和P分別為1500、37.8和3.2mg/L，可基本達到利用餐廚垃圾生產油脂和凈化廢水的目的。(來源：宜春學院化學與生物工程學院)
