环保酵素及其环保应用研究进展

在自然环境中进行生态研究或环保观察 #生活乐趣# #创新乐趣# #创新旅游#

摘 要 为研究环保酵素在环境保护中的应用效果，对环保酵素制备、生产机制及环保应用和存在的争议进行综述和分析。各种水果、蔬菜废弃物制备过程微生物菌种多样，环保酵素液中富含淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等活性成分，乙酸含量高，pH值普遍较低；环保酵素对于较低浓度污水处理效果不显著，但对于高污染浓度废水如填埋场渗滤液、含油废水等有一定优势；对污泥具有增溶作用，可加速固体废物的降解，也促进堆肥快速腐熟；作为土壤改良剂对油污污染土壤修复效果最佳，可促进植物生长。

关键词 环保酵素；环保应用；土壤修复

中图分类号：TQ925 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.17.032

随着世界范围内人口数量及其对食品需求的增加，食物浪费量也随之增加。蔬菜和水果市场、食品加工及家庭日常生活等会产生大量蔬菜和果皮残渣，至少有25%～30%的水果被丢弃。2005—2025年，食物浪费的数量可能从2.78亿 t增加到4.16亿 t[1]。随着我国垃圾分类政策的实施，厨余垃圾数量剧增，急需提升处理能力。目前，有机固体废物的焚烧、填埋等常规处理可导致温室气体的增加[2]，迫切需要发展适宜可替代传统有机固废的处理技术，以便尽量减少二次污染问题[3- 4]，充分挖掘有机废物资源化利用途径。由于有机固废具有很高的生物可降解性和含水量，具有很大的回收前景，使其成为生产生物燃料[5]和其他工业上重要化学品（包括色素、酶、有机酸和精油）的理想底物。

环保酵素（Garbage Enzyme，GE），是将新鲜的水果、蔬菜废弃物与糖、水按照3∶1∶10的比例混合后，在厌氧条件下，经酵母菌、醋酸菌、乳酸杆菌等多种微生物的发酵而产生的棕色液体。这种液体含有蛋白酶、脂肪酶、超氧化物歧化酶、生物表面活化剂等多种酶[6]，具有一定生物活性。目前，GE已在污水处理、土壤修复、农业生产等方面开展研究[7-8]。GE的生产是促进有机固废源头减量和资源化的有效解决方案。本文旨在综述GE的制备方法、生产机制及其在环境保护领域的应用情况，以期为该领域研究提供借鉴。

1" 环保酵素的制备

GE是由泰国的Rosukon博士发明的一种发酵液，将水果、蔬菜等厨余垃圾与水和糖浆混合发酵3个月而成[9]。这种环保酵素在东南亚和日本尤其盛行。与此同时，我国劳动者也探索出了使用皂角等制成日常清洁用品的方法[9]，这与GE的制备有着异曲同工之妙。

为了制备GE，大多数蔬菜和果皮都可作为原料，它们既方便获取，又易于处理，尤其是那些富含有机酸的蔬菜和果皮最佳。目前，研究者们正在不断改进GE的制备方法。选用苹果皮、龙皮、茄子皮为原料，在厌氧条件下，发酵6个月后获得稳定的酵素，pH值为4.5，且成品无异味，液体清澈，原料在底部沉淀不分解[10]。

另一项研究中，使用等比的皂角和苹果废弃物，按照与糖和水的比例为3∶1∶10，在密闭容器中自然发酵3个月，制备出的皂角酵素具有更高的粘度、泡沫稳定性和乳液稳定性，淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶等活性较高[11]。

王科杰[12]用红糖、水果、水体积比为3∶8∶29，在接种量为7%、温度为35 ℃下，进行为期30 d的定向生物发酵，成功制备了GE，并用于水泡猪粪的除臭处理，效果明显。Arun等将6 g菠萝皮和4 g柑橘皮经超声预处理20 min制备GE，水解酶活性较高；在pH值为6、温度为37 ℃以及218 r·min-1的搅拌条件下发酵3 d，淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶的活性达到最大[13]。

这些研究表明，通过生物强化和超声预处理手段可以有效缩短发酵周期，为大规模生产具有较高水解酶活性的GE提供了借鉴。

2" 环保酵素的生产机制

GE的传统制备过程通常需要3个月时间，其成分构成复杂。实质上，GE的是由原生的水果、蔬菜废弃物与水和糖混合后，通过微生物在厌氧发酵条件下产生的棕色液体。这种液体中含有多种酶和生物表面活性剂等成分。

在厌氧环境中，各种糖类为微生物提供了必要的营养，从而促进它们的新陈代谢。GE可由废物中的土著微生物种群进行发酵，也可加入酵母[14]来缩短发酵时间。GE中所含的酒精和乙酸，是由水果和蔬菜中的细菌代谢产生的。

微生物的代谢活动使碳水化合物转化为挥发性酸，在容器中形成气泡[11]。随着有机酸在发酵液中的不断溶解，pH值不断降低，最终为酸性[15]。在GE的制备过程中，乳酸、草酸和柠檬酸等有机酸逐渐转化为乙酸[16]，形成了一种类似醋的液体，通常被称为酵素[17]。

在分解过程中，蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的存在极大地促进蛋白质、碳水化合物和脂肪的降解，这些酶不仅可以作为抗真菌、抗菌和杀虫剂，也可以用作清洗剂。发酵时间的长短会影响GE的颜色、香气和pH值[18]。通常，GE多呈深褐色，并具有强烈的新鲜酸味。

3" 微生物菌种

GE含有大量的微生物，其中包括酵母菌、乳酸菌、醋酸菌、纤维素降解菌、耐酸菌、硝化细菌等和多种酶[19]。周伟等[20]以瓜果皮、红糖、水按1∶1∶8的体积比密封，在室温下自然发酵1年，发现GE中细菌、放线菌、霉菌等微生物的数量多，且形态多样性丰富。王科杰等筛选出乳酸菌、酵母菌、醋酸菌进行GE的生物强化发酵，发现有效活菌数显著高于自然发酵组，优势菌群所占比例高达90.35%[21]。Parekh等利用宏基因组分析得出，GE的优势微生物为厚壁菌门，包括变形菌门和放线菌门[22]。Ling等制备的GE中酵母占主导地位，占总分离株的85%[23]。在属水平上，富集培养基的微生物群落由酵母菌、芽孢杆菌和念珠菌组成。这些研究表明，GE发酵过程中的微生物优势菌属与原料的营养成分、土著菌群有较大的关系[24]。然而，若制作GE的原材料不够新鲜，或者置于阴凉潮湿或被阳光照射的环境中，这些不确定性因素会导致杂菌及其他有害微生物种群的存在。

4" 环保酵素的应用

GE的发酵产物为醋酸、乙醇等，具有一定的除油、去污等清洁能力。因此，社区和家庭手工制作GE很受欢迎，主要用作化学清洁剂、洗发水和洗涤剂的替代品。在过去10年中，GE在中国乃至整个亚洲的流行，反映了人们日益增强的环保意识，以及消费行为转向绿色消费的趋势。然而，有关GE的大规模生产实践较少，主要集中在宣传推广制作方法和用途方面，同时，也有一些研究者对GE的作用存在争议[6]，认为GE消毒效果是伪科学。由此可见，对GE的科学认识还有待进一步研究。鉴于此，本文重点关注GE在环境保护领域的研究进展。

4.1" 污水治理

将糖、果皮和水按1∶3∶10的比例混合制备GE，并处理模拟乳业废水，在pH值为4.0和6.5时，总悬浮物（TSS）的减少率分别为22%和26%，GE对TSS有一定的还原作用[25]。混合GE去除污染物的能力略高于单一GE，对水中氨氮污染物的去除率为37.91%；应用GE后可有效提升水体样本的溶氧量，使水环境形成良性循环[26]。但GE分别处理初始 化学需氧量（COD） 为 240 mg·L-1的模拟河水时，当GE浓度为 1%、pH 值为7，实验开始时，COD 有所上升，6～8 d后 ，COD 仅下降了 31.7%。这种稳定状态下的 COD 浓度比河水中初始COD浓度值要高，仅向模拟河水中添加GE并不能有效降低其 COD 含量[27]。由于GE本身的强酸性及较高的COD 浓度，将GE加入到低污染浓度水体中，可能会导致体系化学需氧量增加和pH 值降低，从而使净化效果不理想。

Rasit等考察了使用15%的GE稀释下预处理棕榈油厂废水的效果，结果显示，此方法对油和油脂的去除率为90%[28]。与香蕉、橘子和芒果的GE相比，菠菜酵素在促进颗粒污泥初始造粒的潜力最大，它在去除总磷、总氨氮和COD方面的效率最高，并且具有显著的抗氧化活性[29]。在奥克拉填埋场渗滤液中，添加20% GE后28 d，渗滤液污染指数（ LPI）的最大降低率为74.75%。而掺入5% 的GE显著降低了加齐普尔县和巴尔斯瓦垃圾渗滤液的最终LPI，分别降低了60.61%和55.12%[30]。蔬菜GE可降低渗滤液中68%的化学需氧量和39%的氨态氮[22]。

由此可见，GE在处理难降解废水方面有一定优势，如填埋场渗滤液、含油废水等，对于常规污水处理效果不明显或存在二次污染的风险。

4.2" 污泥处理

Arun等以菠萝、花椰菜、橘子、番茄和芒果等消费前废弃物为原料，制备了不同类型的GE，并对每种GE的特性进行了研究[15]。不同类型的GE在不同的pH值和时间下对污泥进行增溶。当处理时间为48～ 60 h、pH值为7时，各类型的GE对挥发性悬浮物（VSS）、TSS的降低幅度较大，对化学需氧量（COD）、总谢氏氮（TKN）和总磷（TP）的溶解度也有较大的提高。进一步的研究揭示了GE中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等活性成分。当使用10%的GE酶液处理水产养殖污泥时，其效果更好。这不仅体现在经济实惠上，更重要的是其处理效果的优异性。具体来说，处理后的总悬浮固体减少了89%，化学需氧量减少了88%，总氨氮和总磷分别减少了94%和97%[31]。

4.3" 土壤修复

GE施入土壤，可提高土壤氮、磷及有机质含量[32-33]，促进作物生长[34]，有利于土壤改良。从以土壤、水果、垃圾为主的有机废弃物中提取的生物催化剂-酶，在对废旧机油污染的土壤的修复过程中，当污染水平为5%和10%时，橘子皮GE对油脂的去除率最小值为47%，最大值为58%，表明GE具有去除土壤中油脂的潜力[35]。因此，GE可以应用于油污染土壤的生物催化修复。在GE与生物炭复合处理污泥堆肥的过程中，总有机碳（TOC）降解和腐殖质化效果最佳[36]。在此过程中，腐殖化作用的真菌主要有假牙菌属、木霉属、青霉属。传统的堆肥是一个缓慢的过程，而使用GE有助于加速有机固体废物的降解速度，极大地提高了堆肥效率。用餐厨垃圾制备GE协助生产堆肥后，用于土壤改良剂，添加10% GE的整体堆肥对菜豆的促生长效果最好[37]。种植苋菜后，施加两种浓度酵素不仅均可减少土壤中有效态镉（Cd）的含量，降低苋菜对Cd的吸收，还能提高苋菜组土壤细菌的多样性，改善土壤细菌群落结构[38]。这些结果无疑表明，GE在改善土壤环境、促进植物生长等方面具有一定的应用前景。

5" 结论与展望

环保酵素（GE）的制备过程不仅原材料易得且成本低廉，操作流程亦简单便捷，其绿色生产模式充分贴合了当前原生垃圾处理中的“零填埋”“零废物”及资源循环利用和可持续发展的核心理念。然而，尽管GE具备广泛的应用潜力，例如在消毒清洁、污水治理和土壤修复等领域，但其制备和应用过程中尚缺乏规范和标准，这在一定程度上限制了GE的规模化生产和工业化应用的进一步发展。

在废水处理方面，GE的效果受到其来源和用量的影响，表现出差异性。大量的果蔬废弃物可以被转化为GE，然而，其在水体和废水处理中的适用性依然是一个值得研究的课题。特别是在处理如填埋场渗滤液和含油废水等高浓度污染方面，GE显示出了显著的潜力。

在污泥增容和土壤修复领域，GE的研究相对较新，其背后的生物学机制仍有待深入探索。为了更有效地应用GE，并发挥其在环境修复中的潜力，需要对其降解污染物的机理有更深入的了解。这包括结合微生物活动、酶活性及微生物群落的变化进行详细分析，以揭示其作用原理和优化应用策略。

综上所述，虽然GE在环保领域的应用充满前景，但为了实现其规模化和标准化生产，以及更广泛的工业应用，还需在基础研究和技术发展上投入更多的努力。这不仅涉及GE的效能和效率提升，还包括其生态安全性和经济可行性的综合评估。

参考文献：

[1] ADHIKARI B K， BARRINGTON S， MARTINEZ J. Predicted growth of world urban food waste and methane production[J]. Waste Management amp; Research， 2006， 24（5）： 421-33.

[2] 乔如陆， 王凌霄， 孙玉鑫，等. 厨余垃圾好氧堆肥技术及优化策略研究进展[J]. 应用与环境生物学报， 2023， 29（4）： 821-828.

[3] 李秋虹， 孙晓杰， 胡心悦， 等. 中国城市生活垃圾处理的碳排放变化趋势研究[J]. 环境污染与防治， 2023， 45（7）： 952-958.

[4] 陈文昊， 袁辉洲， 柯水洲， 等. 厨余垃圾资源化处置方式的碳补偿与能源回收潜力对比分析[J]. 环境工程， 2023， 41（7）： 37-44.

[5] PASSADIS K， CHRISTIANIDES D， MALAMIS D， et al. Valorisation of source-separated food waste to bioethanol： pilot-scale demonstration[J]. Biomass Conversion and Biorefinery， 2022， 12（10）： 4599-4609.

[6] 张可煜. 微生物与我们的生活——环保酵素的应用及争议 [J]. 现代园艺， 2021， 44（7）： 50-51，113.

[7] 庞敏晖， 左强， 宋大平， 等. 植物酵素营养液在农业上的应用研究进展 [J]. 北方农业学报， 2019， 47（5）： 60-64.

[8] 程晓娇， 刘玉香， 张松涛. 环保酵素应用的研究进展 [J]. 现代化工， 2023， 43（1）： 67-70，76.

[9] 周丰， 曹小璐， 曹晓晴. 生态环保酵素的制作及使用方法 [J]. 科技视界， 2023（19）： 44-47.

[10] TONG Y， LIU B. Test research of different material made garbage enzyme's effect to soil total nitrogen and organic matter[C]. 2020 4th International Workshop on Renewable Energy and Development （IWRED 2020）， Electr Network， 2020.

[11] GU S， XU D， ZHOU F， et al. The garbage enzyme with Chinese hoenylocust fruits showed better properties and application than when using the garbage enzyme alone[J]. Foods， 2021， 10（11）：2656.

[12] 王科杰. 环保酵素生物定向强化发酵及除臭应用评价 [D].太原：山西农业大学，2022.

[13] ARUN C， SIVASHANMUGAM P. Study on optimization of process parameters for enhancing the multi-hydrolytic enzyme activity in garbage enzyme produced from preconsumer organic waste[J]. Bioresource Technology， 2017， 226（1）： 200-210.

[14] SELVAKUMAR P， SIVASHANMUGAM P. Optimization of lipase production from organic solid waste by anaerobic digestion and its application in biodiesel production[J]. Fuel Processing Technology， 2017（165）： 1-8.

[15] ARUN C， SIVASHANMUGAM P. Solubilization of waste activated sludge using a garbage enzyme produced from different pre-consumer organic waste [J]. Rsc Advances， 2015， 5（63）： 51421-51427.

[16] ARUN C， SIVASHANMUGAM P. Identification and optimization of parameters for the semi-continuous production of garbage enzyme from pre-consumer organic waste by green RP-HPLC method [J]. Waste Management， 2015（44）： 28-33.

[17] BARMAN I， HAZARIKA S， GOGOI J， et al. A systematic review on enzyme extraction from organic wastes and its application[J]. Journal of Biochemical Technology， 2022， 13（3）： 32-37.

[18] RUSDIANASARI， SYAKDANI A， ZAMAN M， et al. Utilization of eco-enzymes from fruit skin waste as hand sanitizer[J]. Asian Journal of Applied Research for Community Development and Empowerment， 2021，5（3）：23-27.

[19] 饶毅萍， 魏建华， 陈冬娥，等. 环保酵素的微生物检测和生化成分分析 [J]. 农业与技术， 2021， 41（1）： 30-32.

[20] 周伟， 陈轩， 蒋娟， 等. 环保酵素特性成份及微生物种类初步研究 [J]. 贵州科学， 2020， 37（3）： 11-15.

[21] 王科杰， 许力山， 姬高升， 等. 环保酵素高效发酵菌株筛选及不同发酵方式比较 [J]. 应用与环境生物学报， 2023， 29（2）： 252-258.

[22] PAREKH D， VAIDH S， AILANI R， et al. Investigation of biochemical， enzymatic， and metagenomic profiles of garbage enzymes and its application in dumping site leachate treatment[J]. Environmental Science and Pollution Research International， 2024， 31（6）： 8974-8984.

[23] LING R L Z， KONG L K， LIM L H， et al. Identification of microorganisms from fermented biowaste and the potential for wastewater treatment [J]. Environmental Research， 2023（218）：115013.

[24] 邸鹏月， 彭宇， 李晨， 等. 基于宏基因组分析桑葚酵素的微生物多样性 [J]. 中国食品学报， 2020， 20（5）： 251-257.

[25] SAMBARAJU S， LAKSHMI V S. Eco-friendly treatment of dairy wastewater using garbage enzyme[J]. Materials Today： Proceedings，2020，33（1）：650-653.

[26] 王婷， 赵仕沛， 孙志华， 等. 环保酵素对水中污染物的去除效果研究 [J]. 能源与环保， 2022， 44（10）： 176-81.

[27] YUSTIANI Y M， NUGROHO F L， MURTADHO F Z， et al. Use of eco enzyme to reduce the chemical oxygen demand of synthetic river water[J]. Journal of Engineering and Technological Sciences， 2023， 55（1）： 91-97.

[28] RASIT N， KUAN O C， IOP. Investigation on the Influence of bio-catalytic enzyme produced from fruit and vegetable waste on palm oil mill effluent[J]. IOP Conference Series： Earth and Environmental Science，2018，140（1）：012015.

[29] 徐德金， 陈智松， 康天旭， 等. 不同自制植物环保酵素在不同发酵时间抗氧化力的对比研究 [J]. 南方农业， 2018， 12（11）： 138-142.

[30] RANI A， NEGI S， HUSSAIN A， et al. Treatment of urban municipal landfill leachate utilizing garbage enzyme [J]. Bioresource Technology， 2020（297）：122437.

[31] GALINTIN O， RASIT N， HAMZAH S. Production and characterization of eco enzyme produced from fruit and vegetable wastes and its influence on the aquaculture sludge [J]. Biointerface Research in Applied Chemistry， 2021， 11（3）： 10205-10214.

[32] 佟玉洁. 不同原料环保酵素对土壤全氮影响的试验研究 [J]. 盐科学与化工， 2020， 49（12）： 21-24.

[33] 李方志， 李丝丝， 王殷， 等. 环保酵素改良土壤中有机质与磷素的探索性研究 [J]. 环境科学导刊， 2016， 35（5）： 65-69.

[34] 冯筠洋. 环保酵素施用对土地与植物生长状况的影响研究 [J]. 化工设计通讯， 2017， 43（10）： 185，188.

[35] BULAI I S， ADAMU H， UMAR Y A， et al. Optimization of fruit garbage enzymes requirements for biocatalytic remediation of used motor oil-contaminated soil [J]. Journal of Korean Society of Environmental Engineers， 2021， 43（4）： 241-256.

[36] JIANG J， WANG Y， YU D， et al. Combined addition of biochar and garbage enzyme improving the humification and succession of fungal community during sewage sludge composting[J]. Bioresource Technology， 2022（346）：126344.

[37] NARANG N， HUSSAIN A， MADAN S. A comparative study on compost preparation using lab prepared eco-enzyme and its effect on growth of plant species vulgaris[J]. Environmental Science and Pollution Research， 2024， 31： 36230-36240.

[38] 姚小琴， 蒋娟， 龙云川， 等. 环保酵素对苋菜Cd吸收和土壤细菌群落结构的影响 [J]. 地球与环境， 2023， 51（2）： 227-234.

（责任编辑：敬廷桃）

基金项目：四平市科技发展计划项目（2023076）；吉林省教育厅项目（JJKH20210460KJ）。

作者简介：高秀红（1980—），硕士，研究方向为环境污染治理与资源化。 E-mail：xiaohangnt@163.com。

网址：环保酵素及其环保应用研究进展 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1145024

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