混合菌种发酵强化餐厨垃圾转化为水产饲料的工艺优化与黄颡鱼饲喂效果研究

本研究针对全球餐厨垃圾(KW)激增带来的环境与经济挑战，创新性地采用地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)和解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)混合菌种发酵技术，将KW转化为高蛋白水产饲料。通过中心复合设计优化发酵工艺，使可溶性蛋白含量提升至175.6 mg/g，氨基酸总量增加45.5%。以黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)为模型，证实替代15-30%鱼粉可显著提高增重率(1060.2%)和蛋白质沉积率(8.1%)，为水产养殖业提供可持续蛋白源并实现废弃物资源化。

　　

随着全球人口增长和城市化进程加速，餐厨垃圾(KW)年产量已达13亿吨，造成约1万亿美元经济损失。传统填埋和焚烧处理不仅导致温室气体排放，更浪费了KW中丰富的蛋白质(18-27%)和脂肪(>15.5%)资源。水产养殖业面临鱼粉价格飙升和供应不稳定的困境，而现有KW转化技术如高温干燥会破坏营养素，单一菌种发酵效率有限。如何通过生物转化将KW变为高附加值水产饲料，成为环境与产业双重需求下的研究热点。

韩山师范学院生命科学与食品工程学院的研究团队在《Scientific Reports》发表论文，通过筛选高酶活且耐盐的Bacillus licheniformis L58（产淀粉酶228.3 U/mL、蛋白酶179.8 U/mL）和Yarrowia lipolytica O57（产脂肪酶0.97 U/mL、蛋白酶活性突出），建立混合菌固态发酵体系。采用中心复合设计(CCD)优化参数，使可溶性蛋白含量较原料提升3.3倍，必需氨基酸中赖氨酸(Lys)含量激增103.7%。以黄颡鱼幼鱼为模型证实，替代30%鱼粉时饲料转化率(FCR)降低至0.93，肌肉粗蛋白含量显著提高，为KW高值化利用提供创新方案。

关键技术包括：1) 从发酵食品中筛选11株芽孢杆菌和9株酵母，通过DNS法(淀粉酶)、Folin酚法(蛋白酶)和对硝基苯酚法(脂肪酶)测定酶活；2) 基于rpoB和26S rRNA基因测序鉴定菌种；3) 采用四因素五水平CCD设计优化发酵参数；4) 使用HPLC-PITC柱前衍生法分析氨基酸；5) 开展8周黄颡鱼饲喂实验，测定增重率(WGR)和特定生长率(SGR)。

研究结果显示：菌种筛选环节发现L58的淀粉酶活性达228.3 U/mL，O57的脂肪酶活性为0.97 U/mL，显著高于其他菌株。通过单因素试验确定最佳发酵温度34-40°C、接种量10-14%。CCD模型预测最优条件为菌种比3:1、接种量12.9%、31°C发酵116小时，验证实验测得可溶性蛋白达175.6 mg/g，较预测值高2.3%。营养分析显示发酵后粗蛋白含量从18.29%提升至55.19%，粗纤维降低26.5%。氨基酸谱中，蛋氨酸(Met)和色氨酸(Trp)分别增长65.2%和57.3%。

饲喂实验表明：15%替代组(G15)的终末体重(31.50 g)显著高于对照组(28.50 g)，蛋白质效率比(PER)提高16.5%。30%替代组(G30)获得最低FCR(0.93)，但50%替代组(G50)出现生长抑制。肌肉成分分析显示G15组粗蛋白含量提升8.1%，证实发酵产物能促进蛋白质沉积。通过二次曲线模型计算，21.5%为鱼粉最佳替代比例。

该研究首次阐明B. licheniformis与Y. lipolytica在KW发酵中的协同机制：细菌主导碳水化合物和蛋白质水解，酵母贡献脂肪降解和单细胞蛋白合成。相比前人针对低营养需求鱼类（如尼罗罗非鱼）的研究，本成果突破性地应用于高蛋白需求(47%饲料蛋白)的黄颡鱼养殖。发酵产物中保留的淀粉酶(191.11 U/g)和蛋白酶(176.66 U/g)活性，以及8.10 log CFU/g的芽孢存活率，共同构成"酶-菌-营养素"三位一体的功能性饲料体系。这项技术为每吨KW处理减少1.5吨CO₂当量排放，同时降低饲料成本23-30%，兼具生态与经济效益。未来研究可进一步解析发酵代谢物组与鱼类肠道菌群的互作机制。