英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

在厨余垃圾微波辐射下脂肪，蛋白质和淀粉含量变化

王帆，周超，何文志，朱浩成，黄菊文，李光明

同济大学环境科学与工程学院，四平路1239号，上海，200092，中国

摘要：餐厨废弃物可能造成对环境的污染，威胁人类的健康。同时，它也有资源回收的价值。脂肪，蛋白质和淀粉是厨余垃圾三个主要组成部分，它占总量的80％。为了促进厨房垃圾的回收利用，有效分解这三种成分很重要。在本文中，利用了微波辐射分解这三种成分。分析了实践、温度对厨余垃圾中三种成分含量的影响，讨论了提取过程。结果表明，时间和温度都对这三种成分的含量影响显著。分解过程中，脂肪含量先升高后下降，蛋白质和淀粉含量先减小后增加，说明蛋白质和淀粉在脂肪之前被分解。

关键词：餐厨垃圾，含量变化，脂肪，蛋白质，淀粉，微波辐射

1. 介绍

食品生产，运输，销售和消费产生的厨房垃圾^[1]，是一个很宽泛的概念，包括食物残渣和废油。餐厨垃圾占城市固体废弃物约60％〜70％^[2]，因为它的量大，产生广泛的和潜在的环境危害^[3]，它已经成为全球范围内最紧迫的问题之一。在中国，每年产生约195万吨厨余垃圾^[4]。由于餐厨垃圾中含有大量的水分和有机物^[5]，它可以鼓励微生物的生长，从而如果暴露在空气中会促进死亡的蔓延。一旦这个餐厨垃圾被动物吃掉，这种疾病可以通过食物链进入人的身体。此外，厨房垃圾可产生刺激性气味，可能污染空气，甚至环境。

另一方面，餐厨垃圾有机物含量高。在所有的有机物中，脂肪，淀粉和蛋白质是在餐厨垃圾三个主要组成部分，占该干餐厨垃圾的大约80％。这三个都可以产生回收价值。脂肪可以是用于生产生物柴油的廉价原料^[7,8]。淀粉可以通过水解被转换成还原糖^[9,10]。蛋白质可用于生产高纯度的动物饲料^[11]。然而，每个组件的回收过程中会被其他两个分量的影响。例如，在厨房垃圾的脂肪可以抑制微生物的方法的进程和淀粉的水解，和蛋白质降解产生的游离氨（NH₃）的高浓度可以证明产甲烷细菌的比活性的毒性，从而导致严重的影响回收过程^[12,13]。所以将这三个组成部分分开来获得餐厨垃圾的最大回收价值这是非常重要的。

微波分离技术是近年来突出的研究。微波是一种波长为0.1mm〜1mm的电磁波。微波加热在很多方面比传统加热有优点，如加热时间少，渗透力强，整体加热，选择性加热等^[14,15]。然而，这种技术还没有被广泛地应用于不同的组件从厨房垃圾中的分离。本文研究餐厨垃圾在微波辐射下脂肪，蛋白质和淀粉含量的变化，对这三种成分的提取过程进行了简要分析。

2. 材料与方法

2.1 材料

餐厨垃圾作为原料，由同济大学食堂西苑收集。为了得到均匀的样品，从星期日收集到星期六收集42个样品，这意味着每天6个样品，包括3个午餐样品和3个晚餐的。所有的样品进行干燥，研磨和筛分。然后这种厨余垃圾的组成是由中国国家标准测量。结果示于表1中。

表1 同济大学食堂西苑餐厨垃圾成分

*干物质和餐厨垃圾中的百分比

在实验中使用的所有化学品均从国药集团化学试剂有限公司购买

2.2 方法

实验过程是在微波反应器中以1.2KW的功率进行的。然后将反应器密封并加热到选定温度。当温度达到选定值反应会被时控。反应后，取出样品以8000rpm的速度进行10分钟离心。下层中的固体样品被转移到衡重的铝盒中。这个盒子之后在空气鼓风干燥机中通宵在105℃下干燥。然后脂肪，蛋白质和淀粉的含量由以下中国方法测定。（表2）

表2 餐厨垃圾含量的判断方法

结果和讨论

3.1 脂肪含量变化

时间和温度对于脂肪含量的影响示于图1

图1 微波辐射下不同温度和时间脂肪的含量

在提取过程中，时间和温度都对餐厨垃圾中脂肪的含量有显著影响。脂肪的含量随着时间先上升后递减。120℃下，20分钟后观察到最大值。有人还指出，高温可促进进程，因为相比于80℃下60min发现峰值，而120℃下，20min能发现峰值。假定应该有其他成分的提取，导致了在最初20至60分钟内脂肪含量的增加。为了认识到原因，下面的章节进行了讨论蛋白质和淀粉含量的变化。

3.2 蛋白质含量的变化

蛋白质含量变化的结果示于图2

图2 微波辐射下不同温度和时间蛋白质的含量

和脂肪不同，蛋白质的含量先下降在上升一点，最低的含量在120℃和140℃下更早的到达。在140℃，20min时观察到整个实验最低的蛋白质含量（25.1%）。高温能够促进变化，因为80℃和100℃的线比120℃和140℃的线更平滑。餐厨垃圾的蛋白质在水中由于微波辐射下的时间的延长开始溶解，温度越高，溶解过程越快。固相和液相之间的化学势梯度的差变得越来越少直到溶解达到平衡。同时，如上所述，脂肪开始被从餐厨垃圾中提取，这导致蛋白质含量的一些增加。

3.3 淀粉含量的变化

淀粉含量变化的结果示于图3

图3 微波辐射下不同温度和时间淀粉的含量

和蛋白质类似，淀粉的含量也先减少，再增加一点。这个变化是在120℃和140℃比80℃和100℃更显著。最低淀粉含量（12.7％）是在140℃，60分钟观察到的。

随着时间的增加，淀粉开始在水中溶解，高温可促进该溶解过程。随着反应的延伸，液相和固相之间的化学势梯度的差越来越少直到平衡。除此之外，淀粉在120℃开始水解为还原糖^[17,18]。上述所有导致了提取的前40至60分钟内淀粉含量的减少。溶解和水解过程完成后，因为脂肪提取淀粉的含量增加了一点。

3.4 在厨余垃圾的不同成分的提取工艺

从上面的分析总结，最初20至60分钟内，蛋白质和淀粉的溶解发生，直到平衡，进而导致蛋白质和淀粉的降低和脂肪的增加。平衡后，由于脂肪萃取，所得的含量下降，直到反应结束。

微波是一种不电离的辐射，它会影响分子运动。例如离子迁移或偶极旋转，但不改变它的分子结构^[19]。如果一个分子具有偶极矩，当它暴露于微波辐射时，偶极尝试与所施加的电场对准。偶极子不断尝试重新调整来遵循电场，因为该领域振荡^[20]。具有高介电常数的材料可以吸收更多的微波辐射变得更加活跃。三种成分的介电常数的不同成为提取过程的主要原因。据估计，淀粉和蛋白质具有很强的吸收微波辐射的能力，这使得这两个比脂肪更容易被从餐厨垃圾中萃取。

总结

时间和温度对所有的三种组分在微波辐射下的含量都有显著影响。脂肪含量先升高，然后下降，而蛋白质和淀粉先减少的，然后增加。

三种成分的提取速度是不一样的。由于不同的介电常数，蛋白质和淀粉的提取工艺均比脂肪快得多。在整个微波辐射过程中，蛋白质和淀粉主要在最初的20至60分钟提取出来，然后脂肪从餐厨垃圾中被分离出来。

致谢

作者非常感谢来自国家重点污染控制与资源化实验室，环境科学与工程学院同济大学，上海，P. R.，中国的分析支持。这项研究在国家科技支撑项目（项目编号：2010BAK69B24）的资助和上海科学技术委员会（项目编号：10dz0583201）的资助。

参考文献

[1] Suwannarat J, Ritchie RJ. Anaerobic digestion of food waste using yeast. Waste Manag 2015; 42: 61-6.

[2] Yang C, Yang M, Yu Q. An Analytical Study on the Resource Recycling Potentials of Urban and Rural Domestic Waste in China. Procedia Environmental Sciences 2012; 16: 25-33.

[3] Li F, et al. Characteristics of Food Residue in Accordance with Catering Habits. Advanced Materials Research 2014; 878: 459-465.

[4] Liu J, et al. Food losses and waste in China and their implication for water and land. Environ Sci Technol 2013; 47(18): 10137-44.

[5] Zhang R, et al. Characterization of food waste as feedstock for anaerobic digestion. Bioresource Technology 2007; 98(4): 929-935.

[6] Pham TPT, et al. Food waste-to-energy conversion technologies: Current status and future directions. Waste Management 2015; 38: 399-408.

[7] Uzun BB, et al. Biodiesel production from waste frying oils: Optimization of reaction parameters and determination of fuel properties. Energy 2012; 44(1): 347-351.

[8] Karmee SK, et al. Conversion of lipid from food waste to biodiesel. Waste Manag 2015; 41: 169-73.

[9] Vavouraki AI, Angelis EM, Kornaros M. Optimization of thermo-chemical hydrolysis of kitchen wastes. Waste Management 2013; 33(3): 740-745.

[10] Zhu G, et al. Production of reducing sugars from bean dregs waste by hydrolysis in subcritical water. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2011; 90(2): 182-186.

[11] Yu Z, Preparation of protein feed using restaurant food waste involves removing impurities and large amount of water, heating, sterilizing, adding bacteria, fermenting, filtering, and drying residue. QINGDAO JIANENG ENERGY CONSERVATION (QING-Non-standard). p. 4.

[12] Chen Y, Cheng JJ, Creamer KS. Inhibition of anaerobic digestion process: A review. Bioresource Technology 2008; 99(10): 4044-4064.

[13] Rajagopal R, Masse DI, Singh G. A critical review on inhibition of anaerobic digestion process by excess ammonia. Bioresource Technology 2013; 143: 632-641.

[14] Krzan A, Zagar E. Microwave driven wood liquefaction with glycols. Biore

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[31920]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word