Chemical Engineering Journal | 农学院王小芬教授团队在农用酵素新型生物技术领域取得了重要进展

2024年10月，我院王小芬教授团队在Chemical Engineering Journal期刊上发表了题为“An innovative technology for producing agricultural Jiaosu from fruit waste without additional sugar and water: Fermentation characteristics, microbial community, and its impact on the growth of pakchoi”的研究论文。

人口增长导致的供需失衡加剧了食品安全和食品浪费之间的冲突。世界粮农组织（FAO）的一项令人震惊的统计数据表明，全球有20多个国家和地区面临粮食安全问题，但却有三分之一的粮食被浪费或损失。我国膳食结构在近20年发生极大变化，其中水果在膳食中的比重大大增加，然而水果废弃物含水量高，垃圾处理难度大，在目前城乡垃圾治理压力巨大，高湿垃圾的处理缺乏有效资源化技术的情况下，亟待有效的、低成本的解决高湿垃圾的废弃物资源技术。尤其是在人口增长和土地有限的背景下，中国面临着更加巨大的废物管理挑战。

农用酵素是一项可以将有机废弃物转化为本地有益微生物的新型资源循环技术，富含有益微生物、有机酸等代谢产物，是即复杂又稳定的微生物生态系统，广泛应用于废水处理、提高堆肥质量、改善土壤质量、促进植物生长和抗植物病害等方面。我院王小芬教授团队在全国率先开展农用酵素的科学研究，在国际上对农用酵素进行了英文命名，并牵头制定农用酵素的团标。农用酵素技术来源于民间农民的实践，生产中需要大量的红糖和水，这大大限制了其大规模应用。为突破这一限制，本研究采用5种单一水果废弃物和一种混合水果废弃物生产不加糖不加水的农用酵素。分析了农用酵素发酵的理化性质和微生物群落动态，评价了农用酵素促进植物生长的作用和潜在机制。

结果表明，在不加水不加糖农用酵素发酵过程中，所有农用酵素的pH值均逐渐下降到3.6以下。有机酸是其主要代谢产物，乳酸和乙酸占所有有机酸的46.55%~99.22%。随着发酵过程的进行，Firmicutes逐渐取代Proteobacteria，成为最具优势的门，占微生物群落总数的54.1%~99.41%。发酵90天后，Lactobacillus and Lentilactobacillus为优势属，占群落总数的44.49%~92.54%。结构方程模型表明，农用酵素通过有机酸和微生物群落促进植物生长。

本研究首次提出利用水果废弃物不加糖不加水生产农用酵素的概念和方法，为大规模利用水果废弃物生产绿色农业投入提供了新途径。该技术简单易操作、成本低、效果好，易于在农业生产中推广应用，是生态文明时期建设和美乡村的一项低本高质实用技术。该研究开创性地建立了农用酵素有机农业科学技术体系，将环境和农业可持续发展的对立关系转化为统一关系，从源头解决农业面源污染，构建和美乡村。

学院在站博士后高游慧为第一作者，王小芬教授和郑州大学蔡亚凡副研究员为通讯作者，齐鲁工业大学（山东省科学院）郑泽慧助理研究员参与相关研究工作和技术推广应用。该研究得到国家重点研发计划项目：晋北农牧交错带有机旱作生态循环提质增效技术模式与应用项目（项目号：2021YFD1901103）及国家自然科学基金项目（项目号：52200178，32300092）的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156538