用于增值产品的鱼类孵化场废物的表征

摘要：商业鱼类孵化场产生有机和无机废物；来源主要来自未食用的食物和鱼粪。处理孵化场废物的传统方法会增加运营成本并成为生产中的额外负担。有必要开发这种非常规资源的新研究应用，并减少孵化场废物对环境的负面影响。整个项目是通过生物工艺利用孵化场废物生产益生菌强化活饲料。在这项研究中，确定了孵化场废物的化学成分，以了解废物是否适合通过生物工艺获得增值衍生产品。每天收集复合样品并在 65 °C的烘箱中干燥直到完全干燥。将干燥的样品充分混合并研磨成细粉。从新鲜采集的样品中测定了总固体、铵态氮、亚硝酸盐、硝酸盐和磷酸盐等分析参数。从干燥样品中测定总氮、总磷和总钾。在 75 - 82 mg/L、0.25 - 8.5 mg/L、0.05 - 1.9 mg/L、0.04 - 6.7 mg/L 和 4.1 - 16.7范围内观察到总固体、铵态氮、亚硝酸盐、硝酸盐和磷酸盐-磷毫克/升分别。另一方面， 在干燥孵化场废物中测定了 3.75% 总氮、1.80% 总磷和 0.15% 钾的平均含量。分析参数很有用，并表明新鲜和干燥废物中的营养物质将支持生物工艺系统中微生物的生长。

关键词

孵化场废物,营养物,生物工艺,微生物和增值产品

一、简介

有鳍鱼孵化场产生的废水中的有机负荷相对低于成鱼养殖系统产生的废物的负荷。就废水的质量和数量而言，它们是不同的 [ 1 ]。鱼类孵化场废物可分为两类，可溶性废物和固体废物，它们既有有机的，也有无机的。废水的来源主要来自未食用的食物和鱼的粪便，其中 30% 是未食用的干饲料和 30% 的食用食物作为粪便排出 [ 2]。氮和磷等营养物质被认为是鱼类孵化场的主要废物成分，如果排放会导致富营养化问题并助长有害藻类繁殖。处理孵化场废物的传统方法会增加运营成本并成为生产中的额外负担。这些营养丰富的废水可用作增值产品的基质。有必要开发这种非常规资源的新研究应用，并减少孵化场废物对环境的负面影响。这些废物通常含有 7% - 32% 的总氮 (TN) 和 30% - 84% 的总磷 (TP)。所有鱼类孵化场均采用常规废水处理方法设计，包括去除固体、氨氧化、曝气和消毒 [ 2]。这些处理孵化场废物的常规方法使生产成本增加数倍。这种营养丰富的非常规资源可以适当地利用成增值物质。因此，有必要开发新的研究应用，将这种废物转化为增值产品，而不是使用不经济的传统方法。

此外，废物的分解已被证明可有效增加培养基中的营养物质。没有关于使用紫色无硫细菌的益生菌在分解过程中利用鱼类孵化场废物来提高培养基营养价值的信息。紫色无硫细菌 (PNSB) Rhodopseudomonas palustris 和 Rhodovulum sulfidophilum 是餐厨垃圾利用中的潜在菌种，在有机物的利用中有效 [ 3 ] [ 4 ]。已记录 PNSB、Afifella marina 菌株 ME (KC205142) 的生长特征，以及酶和核酸等外聚合物的产生 [ 5]。淀粉酶、蛋白酶和纤维素等外聚合物是由这些细菌产生的 [ 5 ] 能够将鱼类孵化场废料生物转化为增值产品。在鱼类孵化场废物的分解中使用有活力的紫色非硫细菌是制备单细胞碎屑颗粒或其他活饲料（如水生蠕虫）的另一种替代方法，可以很容易地用于它们的生长，从而在产量和近似组成方面产生更好的生物质。球红杆菌 UMSFW1 菌株以沉降的棕榈油厂废水 (POME) 为底物生长良好，能够去除沉降的 POME 中的 TN 并同化成细菌生物质 [ 6]。球形红杆菌菌株 UMSFW1 是一种从位于马来西亚沙巴大学 (UMS) 校园内的淡水池塘中分离出来的紫色无硫细菌，可能是利用有鳍鱼孵化场废物的潜在候选者之一。此外，到目前为止，还没有关于利用有鳍鱼孵化场废物作为生产球形红杆菌菌株 UMS2 生物质的底物的研究。本研究旨在确定有鳍鱼孵化场废物中可利用的营养物质，以便可用作培养球状红细菌 UMS2 菌株的底物，以在受控环境中生产细菌生物质。

2。材料和方法

2.1。鱼类孵化场废物的收集

每天从主要排放点收集来自马来西亚沙巴大学（UMS）鱼类孵化场的鱼类孵化场废物。每天早上开始喂食前，将各个水箱中过夜产生的废物清理干净。UMS 孵化场的废水收集了 7 天。收集后立即将废物放入烘箱中，在 60°C 的温度下完全干燥。样品被拉出（7 天样品）并在研磨成粉末后充分混合。它被储存在密封的塑料袋中，直到进一步使用。

2.2. 分析参数

从新鲜收集的液体样品中测定了总固体 (mg/L)、铵态氮 (mg/L)、亚硝酸盐 (mg/L)、硝酸盐 (mg/L 和磷酸盐 (mg/L) 等分析参数 [ 7 ]。使用标准方法 [ 7 ]从干燥样品中测定氮 (%)、总磷 (%) 和有机物 (%) 。粗蛋白的估计使用 Kjeltec TM 2300 自动分析仪单元完成，粗纤维水解后具有强酸和碱使用 Fibertec TM 1020，粗脂肪使用 Soxtec TM System 2043 Extraction Unit of Foss Tecator, Sweden 在石油醚中提取，粗灰分 (%) 使用马弗炉测定。该估算是根据标准方法进行的 [7 ]。

3. 结果

有鳍鱼孵化出水和固体废物的化学成分分别见表1和表2。化学需氧量、氨、硝酸盐和磷酸盐的浓度范围在

表 1。UMS 有鳍鱼孵化废水的成分 (mg/L)。

表 2。鱼缸中产生的 UMS Finfish 孵化场固体废物的组成 (%)。

观察到的流出物（表1）。在从各种类型的培养系统收集的流出物中观察到溶解无机养分的平均浓度值，例如氨4.38 mg/L、硝酸盐（3.37 mg/L）和磷酸盐8.55 mg/L。

与溶解无机营养物相比，从 UMS 孵化场的各种培养系统收集的固体废物的化学成分变化较小（范围值）。然而，总氮和总磷的值范围比固体废物的近似组成范围更广（表2）。

4。讨论

UMS 鱼类孵化场流出物的组成

UMS 有鳍鱼孵化场产生的两种废物，可溶性废物和固体废物，它们既有有机的，也有无机的。UMS 有鳍鱼孵化场的废水在废物的质量和数量方面与生产养殖场的废水没有区别。废弃的 UMS 有鳍鱼孵化场不仅来自幼体饲养和鱼苗生产单位，还来自其他养殖单位。这些养殖单元包括：亲鱼养殖池、鱼苗、鱼种和成鱼实验单元、绿水生产单元和活饲料生产单元。因此，与单一类型单元产生的其他废物相比，所有这些单元产生的废物对化学成分的影响很大。这项研究的结果表明，溶解无机营养素 (DIN) 的平均值要高得多，这可能会在系统中产生潜在的污染后果。营养丰富的负面影响包括氧气消耗、难闻的气味和物种将拒绝采食，最终导致更高的死亡率。其他研究人员观察到本研究中 DIN 的浓度较高，例如氨为 4.38 mg/L、硝酸盐（3.37 mg/L）和磷酸盐为 8.55 mg/L。8 ]。他们观察到鱼塘中的养分浓度随着饲料残渣和鱼类排泄物积累而增加，NH 4 -N 0.12 - 14.7 mg/L，NO 2 -Nmg/L 0.02 - 1.5 mg/L，NO 0.01 - 5.3 mg/L 3 -N 和 3.1 - 17.7 PO 4-P 毫克/升。另一方面，这些 DIN 直接释放到环境中会导致富营养化问题并破坏自然平衡的生态系统。失去生物多样性和有害藻类大量繁殖的后果，促使水生生态系统中产生越来越多的有毒化合物。有鳍鱼流出物化学成分的变化受某些因素的影响，例如饲养池的类型、养殖技术、物种的类型和物种的大小、饲料类型和饲料管理、循环和利用中养分的动态、物种处理养殖区的技术和其他物理化学环境[ 9]。有鳍鱼孵化场废物产生的溶解无机营养物在处理后不会对环境造成任何危害，与农业和化学工业产生的废物相比，这被认为不太重要[ 10 ]。水产养殖系统中营养物质的浓度随着过量使用未食用的饲料以及鱼类排泄物的积累直至细菌活动而增加。只有 20% - 30% 的 N 和 P 作为饲料输入被同化到鱼组织中 [ 11]。就水产养殖产生的污染而言，氮和磷被认为是养鱼业的废物成分，造成严重的环境问题。此外，一些鱼通过鳃、尿液和粪便通过扩散和离子交换排出含氮废物。由于氨和亚硝酸盐的毒性以及硝酸盐使环境肥大的可能性，这些含氮化合物的分解和再利用在使用再循环系统的水产养殖中尤为重要。在任何水产养殖系统中，由未食用部分的饲料以及鱼的排泄物产生的总固体逐渐溶解在水中，并增加了无机成分和营养物质。此外，系统中的机会性微生物开始分解固体并转化为细菌生物质，同时降低水中的 DIN。UMS 孵化场产生的固体在 75 - 82 mg/L 范围内，比其他研究人员报告的要高。一般来说，流经农场未经处理的污水中的固体浓度约为 5 - 50 mg/L。其他研究人员报告的总固体含量为 1.6 - 14.1 mg/L、0.0 - 20.1 ng/L 和 6.9 mg/l [12 ] [ 13 ] [ 14 ] 但指出这些浓度可能因水产养殖系统的管理而有很大差异。只有 7% - 32% 的总氮 (TN) 和 30% - 84% 的总磷 (TP) 来自鱼类污水中的总固体。另一方面，某些部分随着吸附过程运输并保持为可固化的固体。因此，大量营养素组合物对于进一步利用这些废物来转化活饲料生产系统中的增值成分非常重要。

球红杆菌UMSFW1淡水紫无硫细菌(PNSB)以沉降的棕榈油厂废水(POME)为底物，具有良好的生长能力，能够有效去除沉降POME中的TN并同化成细菌生物质。UMS 鱼类孵化场流出的营养物质丰富，与 POME 中观察到的营养物质相当。孵化场废物基本上富含含氮基质，而 POME 流出物是碳基质。使用紫色无硫细菌的优点是它能够在广泛的基质中生长良好。Afifella marina 的生长是另一种 PNSB 的海洋分离物，使用 112 种合成培养基仅含有 1% 的酵母提取物，在细胞聚合物的生产中表现出更好的生长 [ 5]。其他研究人员 [ 15 ] 在富含营养的培养基中培养时获得了 3.63 g/l 的球形红杆菌菌株 Z08 生物质。这表明这种细菌菌株生长迅速，也许可以通过生物技术操纵，以废物为底物大规模生产单细胞蛋白[ 16 ]。因此，UMS 鱼类孵化场流出物足以支持 PNSB 的生长，PNSB 可用作培养球红杆菌菌株 UMS2 的底物，用于在受控环境中生产细菌生物质。然而，这需要进一步研究以观察球红杆菌菌株UMS2在优化条件下的生长模式。

5. 结论

UMS 有鳍鱼孵化场废物富含营养。该废物可通过添加球状红杆菌UMS2菌株的接种物用于生物工艺以获得增值产品。然而，需要设计进一步的实验来识别有价值并添加到细菌生物质中的产品。

致谢

这项研究得到了马来西亚教育部 FRGS0481-2018 的资助，作者还感谢马来西亚沙巴大学马来西亚沙巴州哥打京那巴鲁婆罗洲海洋研究所工作人员的支持。

利益冲突

作者声明与本文的发表没有利益冲突。

参考

[ 1 ] Oberdorff, T. 和 Porcher, JP (1994) 评估鲑鱼养殖场污水对受纳水体生物影响的生物完整性指数。水产养殖，119、221-235。

[ 2 ] Tlusty, MF, Bengston, DA, Halvorson, HO, Oktay, SD, Pearce, JB 和 Rheault, RB (2001) 海洋水产养殖与环境：东北部利益相关者会议。科德角出版社，法尔茅斯。

[ 3 ] Ritchie, RJ 和 Mekjinda, N. (2015) 在紫硫细菌 Thermochromatium tepidum (Chromatiaceae) 中使用 PAM 技术测量光合作用。光化学和光生物学，91，350-358。

[ 4 ] Azad, SA, Vikineswary, S., Chong, VC 和 Ramachandran, KB (2003) Rhodovulum sulfidophilum 在沙丁鱼加工废水的处理和利用中。应用微生物学快报, 38, 13-18。

[ 5 ] Azad, S.、Tan, K. 和 Ransangan, J. (2013) 光强度和光周期对紫色非硫海洋细菌 Afifella marina Strain ME (KC205142) 生长和蛋白水解活性的影响。生物科学与生物技术进展，4, 919-924。