环保酵素的生物活性及在农业生产中的应用

刘庆松，叶 璇，孙洪庆，马 越，白东清

（天津农学院水产学院/天津市水产生态及养殖重点实验室，天津 300384）

环保酵素是对混合了糖和水的厨余鲜垃圾经厌氧发酵后产生的棕色液体的通俗称法。由泰国Rosukon Poompanvong 博士经过30 多年研制，利用厨余鲜垃圾的水分含量高、有机质丰富的特点，在厌氧发酵的情况下能够转化成多种酶、有效活菌、矿物成分、有机酸等活性物质［1］。环保酵素具有良好的生物活性，经实践发现环保酵素在污水处理、种植业、养殖业都可以发挥重要作用［2］。

在中国，环保酵素的概念是近些年才慢慢被大众熟知。环保酵素具有制作流程简单、制作原料易得、成本低廉等特点，越来越多地被普通大众认可。

1 环保酵素的生物活性

1.1 有效活菌

在环保酵素发酵过程中，其中的微生物群落起到了重要的作用，研究表明，环保酵素中主要的有效活菌分为乳酸菌、醋酸菌和酵母菌。蒋增良等在葡萄酵素、树莓酵素中分离得到鲁氏酵母（Zygosaccharomyces rouxii）、毕赤酵母（Pichia guilliermondii）和浅白隐球酵母（Cryptococcus albidus）等菌种［3］。杜丽平等通过对木瓜酵素的微生物多样性测定发现其中含有植物乳杆菌包括酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae ）、假丝酵母（Candida intermedia）和毕赤酵母（Pichia guilliermondii）等［4］。谢丹等对刺梨果渣环保酵素的抑菌多样性进行了分析，发现优势菌为醋酸杆菌属和葡糖杆菌属［5］。从文献研究可知，发酵后环保酵素的优势微生物种类为酵母菌，但由于制作材料的不同，环保酵素的优势菌也存在一定的差异。

1.2 抗氧化活性物质

在环保酵素发酵过程中会产生抗氧化活性物质，如总酚、总黄酮、花青素等。谢文佩和章昱在对多种水果果皮酵素的抗氧化物质研究中发现，滇橄榄酵素的总酚、总黄酮含量最高［6］。郭红莲等利用固相微萃取—气质联用的技术分析发现枸杞酵素中含有多种酯类、醛类、酮类、醇类等抗氧化活性物质，并发现发酵后的抗氧化能力要显著高于发酵前［7］。赵敏等发现，在酵素的发酵过程中醇类和脂类的含量上升，抗氧化活性也上升［8］。上述研究表明，不同原料发酵后的抗氧化活性物质种类不同，且环保酵素的抗氧化活性与其抗氧化活性物质含量呈正相关。

1.3 活性酶

在微生物的作用下，环保酵素中含有多种活性酶，如蛋白酶、脂肪酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶及淀粉酶等。周新萍对植物环保酵素进行分析，发现其中含有大量的纤维素酶和蛋白酶，少量的过氧化氢酶［9］。陈爽等在水果酵素中检测出超氧化物歧化酶、蛋白酶和少量的淀粉酶与脂肪酶［10］。邵颖等发现植物酵素的酶活随着发酵时间而改变，超氧化物歧化酶活性随着发酵时间的延长呈先上升后下降趋势，纤维素酶活性则在发酵40 d 后明显上升［11］。

1.4 有机酸

有机酸是环保酵素中微生物代谢产物的重要组成部分，环保酵素经过发酵生成的小分子有机酸具有螯合、抗氧化和抑菌作用，对环保酵素的功能性有重要影响。饶毅萍等在环保酵素中检测出了酒石酸、乙醇酸、L-苹果酸、乳酸和D-苹果酸等6 种有机酸［12］。谢丹在刺梨残渣酵素中检测到草酸、酒石酸、乳酸、乙酸和柠檬酸，其中乳酸的含量最多［13］。方晟等通过对百合酵素发酵过程有机酸的变化分析发现，百合酵素的有机酸种类丰富，含量最多的为乳酸和醋酸，且大多数有机酸含量随着发酵过程的延长而逐渐上升，在发酵后期含量趋于平稳［14］。

2 环保酵素在农业的应用研究进展

2.1 种植业

2.1.1 在土壤改良及植物生长中的应用

环保酵素中含有大量的有益微生物，可以改善土壤的微生物环境，而且环保酵素本身具有丰富的矿物质和有机物，在发酵的过程中产生的有机酸和各种活性酶有助于改善土壤理化性质，增加土壤肥力［15］。NEGI 等在对厨余垃圾、小麦秸秆和生物质废物的不同组合中，发现环保酵素和蛆虫幼虫的新型组合，为低碳氮比和较高油脂含量的食物垃圾快速堆肥提供了参考［16］。TONG 和LIU［17］使用蔬菜皮、火龙果皮、苹果皮3 种环保酵素连续灌溉土地四周，发现土壤总氮和有机质随着灌溉时间的延长而增加，火龙果皮环保酵素浇灌土样的全氮含量最高，其次是苹果皮、蔬菜皮。陶津等以不同浓度比例的环保酵素浇施辣椒，并与空白组辣椒和施肥组辣椒进行对比试验，发现当浇施环保酵素与水的比例为1 ∶750 时，不但能够增加土壤肥力而且可以提升辣椒的产量，且提升效果显著高于施肥组［18］。

2.1.2 在病虫害防治方面的作用

朱丽梅等通过对蔬菜均匀喷施不同浓度的大蒜酵素和果皮酵素，判断2 种酵素对黄瓜白粉病、黄瓜霜霉病和番茄叶霉病的防治效果，结果表明大蒜酵素的防治效果好于果皮酵素，当大蒜酵素浓度为1 ∶10 时对黄瓜白粉病和黄瓜霜霉病的防治效果分别为86.15%和79.24%；大蒜酵素1 ∶30 浓度对番茄叶霉病的防效达到82.55%［19］。王丽丽等通过驱避、毒杀和平板对峙试验，研究7 种生物酵素对朱砂叶螨和青枯劳尔氏菌的室内防治作用，发现生姜酵素和大蒜酵素的综合防虫和防病能力更强，对朱砂叶螨的驱避率分别为52.3%和68.0%，青桔劳尔氏菌48 h 抑菌圈直径大小分别为3.0 cm 和2.2 cm［20］。

2.2 养殖业

2.2.1 畜牧及家禽养殖

环保酵素具有养殖污水处理、提高饲料利用率及提高抗病力等作用。郭江鹏等利用环保酵素与回分式活性污泥处理工艺相结合的方法处理COD、TN、氨氮浓度高的奶牛场废水，经过处理后COD、总氮、氨氮、总磷的平均去除率分别为99.6%、95.2%、99.4%和97.5%，实现了稳定高效处理奶牛养殖废水［21］。黄建军在日粮中添加0.1%酵素，试验结果表明，添加酵素的试验组各个阶段日均增重显著高于对照组，而且能够提高猪的抗病力［22］。陈清军等在日粮中添加不同浓度的酵素，发现在日粮中添加0.6%的酵素后，平均日产蛋率比对照组提高4.30%，饲料转化率提高了6.98%［23］。

2.2.2 水产养殖

杨涛和徐维烈对酵素菌有机肥与传统化肥在水产养殖上的使用效果进行了对比试验，结果表明酵素菌有机肥能够显著降低池塘中的亚硝酸盐、氨氮含量，并且能够促进鱼类的生长，降低饵料系数［24］。王洋等通过试验发现环保酵素能够有效杀灭多种水产病原菌，且通过浸泡的方式可显著提升对鱼类细菌性疾病的治疗效果［25］。袁庆云等将酵素菌生物有机肥用于鱼、虾、稻生态养殖，发现酵素菌能够改善水质，抑制有害菌的生长，促进水稻和鱼虾生长［26］。

3 结语

随着生态文明建设的深入，环保酵素的研究和应用也越来越多，但是目前仍存在以下3 个问题：1）环保酵素的发酵缺乏相关的规范，如果厨余垃圾不够新鲜，操作不规范，会造成有害菌数量增加，影响环保酵素的发酵和使用效果；2）环保酵素的原料种类不同，其生物活性也存在差异，功能效果也不同，目前还缺少有关原料与效果的深入的研究，不能达到物尽其用的效果；3）环保酵素的使用方法和使用量缺少规范和标准。

环保酵素能够在土壤改良、病虫害防治及水产养殖中发挥重要的作用，实现变废为宝，符合生态农业的发展趋势。今后，应该在发酵工艺的优化、不同种类环保酵素的功能特性及其在农业生产方面的试验示范等方面进行更多的研究，为环保酵素的合理制作和使用提供理论依据。