微生物在一定条件下能将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等转化为菌体内大量贮存的油脂，如果油脂含量超过细胞干重的20%，则此微生物称为产油微生物。研究开发微生物油脂不仅可缓解动植物油脂不足，且可用来生产功能性油脂，甚至可替代植物油制造生物柴油，缓解全球能源危机。当前油脂制备的主要原料是动植物，但因动植物生长周期长，供给季节性强等原因需要开辟一条获取油脂资源的新途径。微生物油脂又称单细胞油脂，是由酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定条件下利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂为碳源在菌体内产生的大量油脂。由于其细胞繁殖快、生产周期短、所需的原料丰富等优点，可作为食用油脂、功能性油脂及生物柴油的油源，目前能够用于生产油脂的微生物种类有酵母菌、霉菌、细菌和藻类等，其中以酵母菌和霉菌类的真核微生物居多。产油酵母是指油脂含量达到其细胞干重的25%的酵母，主要的菌种有Lipomyces starkeyi，Rhodosporidium toruloides，Rhodotorula glutinis和Yarrowia lipolytica，据报道有的油脂酵母其油脂积累可达其细胞干重的80%。产油酵母能在各种碳源上生长，可用各种工业和生活废液生产微生物油脂。
近年来我国城镇生活污水的排放量在逐年增加，占中国废水排放总量的55.3%。此外，我国城市餐厨垃圾以每年10%的速度增长，年产量达25200万t。根据上述问题以及食物垃圾有机物、油脂和盐分含量高和城市生活污水的特点，本文利用前期筛选到的酵母产油菌，研究其与藻类联合利用食物垃圾与城市污水生产油脂和清洁废水，以期对餐厨垃圾和城市废水的处理有一定的指导意义。
一、材料与方法
1.1 菌种与原料
三株油脂酵母菌分别为Y1，Y2和Y3，实验室现存；淡水小球藻chlorellavulgads，FACHB26，中国科学院武汉水生研究所；餐厨垃圾取自宜春学院学生食堂；废水和处理后的洁净水取自宜春某废水处理厂。
1.2 培养基
斜面培养基，PDA或YEPD;种子培养基，葡萄糖10、蛋白胨1、酵母提取物1g/L、pH6.0。
1.3仪器与设备
LH-C3检测仪，杭州陆恒生物科技有限公司;手提式不锈钢压力蒸汽灭菌器，上海三甲医疗器械有限公司；SOX-250BS-Ⅱ生化培养箱，上海新苗医疗器械制造有限公司；FA1004电子天平，常州市幸运电子设备有限公司；WFJ7200型可见分光光度计，尤尼柯仪器有限公司；数显恒温水浴锅，上海阳光实验仪器有限公司；离心机，上海安亭科学仪器厂
1.4 测定方法
1.4.1 糖的测定和总N，总P与COD(化学需氧量)的测定
液相色谱(Agilent)，分析柱为BioRadAminexHPX-87H，300×7.8mm，折光检测器，柱温60℃，流动相为50mol/L的H2SO4，流速为0.8mL/min，进样量10μL。COD(化学需氧量)：重铬酸钾光度法，检测波长为420nm；总N：纳氏试剂光度法，检测波长为520nm；总P：钼蓝光度法，检测波长为620nm。
1.4.2 生物量测定
取一定体积的发酵液，以3000r/m离心10min，所得酵母细胞用去离子水洗2次，在65℃烘至恒重，称重得W。
1.4.3 油脂的提取和测定
用研钵充分研磨一定质量的酵母干菌体，使细胞完全破碎，菌体按固、液质量比1∶3加入石油醚，在索氏抽提器进行酵母油脂的提取，经旋转、蒸发和浓缩，获得油脂，称重得W1。
1.5 试验方法
1.5.1 餐厨垃圾水解液的制备
将200mL3%的硫酸加入至100g餐厨垃圾中，在121℃水解30min，所得水解液用氢氧化钠中和，液态水解液与固态渣离心分离，适当稀释的水解液通过0.2μm孔径滤膜过滤，再进行色谱分析糖的组成。
1.5.2 酵母在餐厨垃圾水解液中的生长
葡萄糖15，蛋白胨6，酵母提取物6(g/L)，pH6.0;餐厨垃圾水解液直接作为培养液。
1.5.3 酵母在废水中的生长
废水分别加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组培养基在121℃灭菌20min；灭菌和不灭菌城市废水直接作为培养液。
1.5.4 酵母在餐厨垃圾水解液和废水中的联合培养
餐厨垃圾水解液与废水以质量比1∶4的比例混合，接种10%的酵母种子液，在28℃培养6d，90%的细胞悬浮液离心，收集酵母细胞，其余10%细胞悬浮液再与上述离心过的上清混合，在上述条件下培养6d，再接种3%小球藻(chlorellavulgads)在光照、室温条件下培养6d。
二、结果与讨论
2.1 餐厨垃圾水解液的化学组成
餐厨垃圾水解液化学组成如表1，从表1中可看出：垃圾水解液中含量最大的为葡萄糖46.8g/L，占总糖的92.4%，而含量最少的是阿拉伯糖，占总糖的1.8%，此外，餐厨垃圾中还含氮和磷，这表明只要条件合适，微生物就可在其中生长。
2.2 酵母菌株在餐厨垃圾水解液中的培养
为了检测酵母菌能否在餐厨垃圾水解液中生长，图1为三株酵母在餐厨垃圾水解液和基础培养基中各培养6d的生长情况，从图1可知：油脂酵母Y1和Y2在餐厨垃圾水解液中培养的生物量好于在基础培养基中培养的生物量，它们在垃圾水解液中的生物量分别为23.2g/L和18.2g/L，这说明此三株酵母菌可以利用餐厨垃圾中碳源和氮源，表明可利用它们在餐厨垃圾中生产油脂。
2.3 三株酵母菌在废水中的培养
为了检验酵母菌能否在废水中生长，在废水中添加碳源(葡萄糖)和氮源(蛋白胨和酵母提取物)，Y1、Y2和Y3在废水中培养6d，结果如图2：三株菌中生长较好的为Y1，其生物量为17.5g/L；同时在只添加葡萄糖而没有添加蛋白胨和酵母提取物的废水中培养，三株酵母的生物量也都超过了8.2g/L，暗示三株油脂酵母都能利用废水中的N。
酵母菌在废水中培养的生物量和油脂含量结果如表2。从表2可看出，三株菌都能在经过灭菌或没灭菌处理的废水中生长，可能是废水中营养含量低，与加了碳源和氮源的废水相比，三株菌在废水中的生长较差，油脂含量也低，最好的Y1油脂含量为12.7%。
表3为酵母在废水中培养前后N的变化，根据表3可知：三株油脂酵母在没灭菌的废水中培养去除的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。废水通过酵母培养后，残留在废水中的N在28.9~37.8mg/L之间。
酵母在废水中COD去除情况如表4。从表4结果可知，没灭菌的废水比灭过菌的废水去除的COD浓度更大，这也许是没灭菌的废水中其他的微生物去除了一部分COD，COD去除最大为油脂酵母Y1，其在没灭菌的废水中去除了219.6mg/L的COD，结果说明三株酵母菌去除COD效果都较好。
表5为三株酵母菌去除废水中的P情况，灭菌和没灭菌的废水中经过三株酵母菌的处理后，大多数P都得以去除，废水中残留的P在1.3~8.9mg/L，其中去除P最多的是油脂酵母Y1，P去除量为22.4mg/L，油脂酵母Y3在没灭菌的废水中去除P较少为12.0mg/L。
2.4 酵母和藻类微生物联合处理餐厨垃圾和废水生产油脂
上述研究结果表明三株酵母菌都能在餐厨垃圾和废水中较好的生长，为此我们尝试把餐厨垃圾水解液与废水混合，通过图3的方式进行联合培养，对酵母和藻类联合利用餐厨垃圾和净化废水进行初步的研究。餐厨垃圾酸水解后稀释4倍和废水混合，上述三株酵母在混合液中培养阶段(1)和(2)均培养6d，从表6可知：油脂酵母Y1对COD、N和P的去除效果好于其他两株菌。
鉴于在培养阶段(1)还有较多的COD、N和P没有去除，餐厨垃圾水解液和废水完成第一阶段发酵后分离收获酵母，再接种酵母种子液进行第二次培养。从结果可知第二次培养的酵母生物量较低，可能跟餐厨垃圾水解和废水的营养在培养阶段1受到部分消耗有关。在此基础上我们又进行藻类培养，目的是进一步除掉垃圾和废水中的COD、N和P，结果表明经过藻类培养，餐厨垃圾和废水中的COD、N和P基本去除完全，效果最好的为Y1，其餐厨垃圾和废水混合液中的COD、N和P分别为1500、37.8和3.2mg/L，基本达到能净化废水的目的。其中效果最好的是Y1油脂产量可达16.9g/L。
三、结论
三株酵母菌在餐厨垃圾和废水处理中最好的为Y1，油脂产量可达16.9g/L，餐厨垃圾和废水混合液中的COD、N和P分别为1500、37.8和3.2mg/L，可基本达到利用餐厨垃圾生产油脂和净化废水的目的。(来源：宜春学院化学与生物工程学院)
