摘 要 為研究環(huán)保酵素在環(huán)境保護中的應用效果，對環(huán)保酵素制備、生產機制及環(huán)保應用和存在的爭議進行綜述和分析。各種水果、蔬菜廢棄物制備過程微生物菌種多樣，環(huán)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值普遍較低；環(huán)保酵素對于較低濃度污水處理效果不顯著，但對于高污染濃度廢水如填埋場滲濾液、含油廢水等有一定優(yōu)勢；對污泥具有增溶作用，可加速固體廢物的降解，也促進堆肥快速腐熟；作為土壤改良劑對油污污染土壤修復效果最佳，可促進植物生長。

關鍵詞 環(huán)保酵素；環(huán)保應用；土壤修復

中圖分類號：TQ925 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.17.032

隨著世界范圍內人口數(shù)量及其對食品需求的增加，食物浪費量也隨之增加。蔬菜和水果市場、食品加工及家庭日常生活等會產生大量蔬菜和果皮殘渣，至少有25%～30%的水果被丟棄。2005—2025年，食物浪費的數(shù)量可能從2.78億 t增加到4.16億 t[1]。隨著我國垃圾分類政策的實施，廚余垃圾數(shù)量劇增，急需提升處理能力。目前，有機固體廢物的焚燒、填埋等常規(guī)處理可導致溫室氣體的增加[2]，迫切需要發(fā)展適宜可替代傳統(tǒng)有機固廢的處理技術，以便盡量減少二次污染問題[3- 4]，充分挖掘有機廢物資源化利用途徑。由于有機固廢具有很高的生物可降解性和含水量，具有很大的回收前景，使其成為生產生物燃料[5]和其他工業(yè)上重要化學品（包括色素、酶、有機酸和精油）的理想底物。

環(huán)保酵素（Garbage Enzyme，GE），是將新鮮的水果、蔬菜廢棄物與糖、水按照3∶1∶10的比例混合后，在厭氧條件下，經酵母菌、醋酸菌、乳酸桿菌等多種微生物的發(fā)酵而產生的棕色液體。這種液體含有蛋白酶、脂肪酶、超氧化物歧化酶、生物表面活化劑等多種酶[6]，具有一定生物活性。目前，GE已在污水處理、土壤修復、農業(yè)生產等方面開展研究[7-8]。GE的生產是促進有機固廢源頭減量和資源化的有效解決方案。本文旨在綜述GE的制備方法、生產機制及其在環(huán)境保護領域的應用情況，以期為該領域研究提供借鑒。

1" 環(huán)保酵素的制備

GE是由泰國的Rosukon博士發(fā)明的一種發(fā)酵液，將水果、蔬菜等廚余垃圾與水和糖漿混合發(fā)酵3個月而成[9]。這種環(huán)保酵素在東南亞和日本尤其盛行。與此同時，我國勞動者也探索出了使用皂角等制成日常清潔用品的方法[9]，這與GE的制備有著異曲同工之妙。

為了制備GE，大多數(shù)蔬菜和果皮都可作為原料，它們既方便獲取，又易于處理，尤其是那些富含有機酸的蔬菜和果皮最佳。目前，研究者們正在不斷改進GE的制備方法。選用蘋果皮、龍皮、茄子皮為原料，在厭氧條件下，發(fā)酵6個月后獲得穩(wěn)定的酵素，pH值為4.5，且成品無異味，液體清澈，原料在底部沉淀不分解[10]。

另一項研究中，使用等比的皂角和蘋果廢棄物，按照與糖和水的比例為3∶1∶10，在密閉容器中自然發(fā)酵3個月，制備出的皂角酵素具有更高的粘度、泡沫穩(wěn)定性和乳液穩(wěn)定性，淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶等活性較高[11]。

王科杰[12]用紅糖、水果、水體積比為3∶8∶29，在接種量為7%、溫度為35 ℃下，進行為期30 d的定向生物發(fā)酵，成功制備了GE，并用于水泡豬糞的除臭處理，效果明顯。Arun等將6 g菠蘿皮和4 g柑橘皮經超聲預處理20 min制備GE，水解酶活性較高；在pH值為6、溫度為37 ℃以及218 r·min-1的攪拌條件下發(fā)酵3 d，淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶的活性達到最大[13]。

這些研究表明，通過生物強化和超聲預處理手段可以有效縮短發(fā)酵周期，為大規(guī)模生產具有較高水解酶活性的GE提供了借鑒。

2" 環(huán)保酵素的生產機制

GE的傳統(tǒng)制備過程通常需要3個月時間，其成分構成復雜。實質上，GE的是由原生的水果、蔬菜廢棄物與水和糖混合后，通過微生物在厭氧發(fā)酵條件下產生的棕色液體。這種液體中含有多種酶和生物表面活性劑等成分。

在厭氧環(huán)境中，各種糖類為微生物提供了必要的營養(yǎng)，從而促進它們的新陳代謝。GE可由廢物中的土著微生物種群進行發(fā)酵，也可加入酵母[14]來縮短發(fā)酵時間。GE中所含的酒精和乙酸，是由水果和蔬菜中的細菌代謝產生的。

微生物的代謝活動使碳水化合物轉化為揮發(fā)性酸，在容器中形成氣泡[11]。隨著有機酸在發(fā)酵液中的不斷溶解，pH值不斷降低，最終為酸性[15]。在GE的制備過程中，乳酸、草酸和檸檬酸等有機酸逐漸轉化為乙酸[16]，形成了一種類似醋的液體，通常被稱為酵素[17]。

在分解過程中，蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的存在極大地促進蛋白質、碳水化合物和脂肪的降解，這些酶不僅可以作為抗真菌、抗菌和殺蟲劑，也可以用作清洗劑。發(fā)酵時間的長短會影響GE的顏色、香氣和pH值[18]。通常，GE多呈深褐色，并具有強烈的新鮮酸味。

3" 微生物菌種

GE含有大量的微生物，其中包括酵母菌、乳酸菌、醋酸菌、纖維素降解菌、耐酸菌、硝化細菌等和多種酶[19]。周偉等[20]以瓜果皮、紅糖、水按1∶1∶8的體積比密封，在室溫下自然發(fā)酵1年，發(fā)現(xiàn)GE中細菌、放線菌、霉菌等微生物的數(shù)量多，且形態(tài)多樣性豐富。王科杰等篩選出乳酸菌、酵母菌、醋酸菌進行GE的生物強化發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)有效活菌數(shù)顯著高于自然發(fā)酵組，優(yōu)勢菌群所占比例高達90.35%[21]。Parekh等利用宏基因組分析得出，GE的優(yōu)勢微生物為厚壁菌門，包括變形菌門和放線菌門[22]。Ling等制備的GE中酵母占主導地位，占總分離株的85%[23]。在屬水平上，富集培養(yǎng)基的微生物群落由酵母菌、芽孢桿菌和念珠菌組成。這些研究表明，GE發(fā)酵過程中的微生物優(yōu)勢菌屬與原料的營養(yǎng)成分、土著菌群有較大的關系[24]。然而，若制作GE的原材料不夠新鮮，或者置于陰涼潮濕或被陽光照射的環(huán)境中，這些不確定性因素會導致雜菌及其他有害微生物種群的存在。

4" 環(huán)保酵素的應用

GE的發(fā)酵產物為醋酸、乙醇等，具有一定的除油、去污等清潔能力。因此，社區(qū)和家庭手工制作GE很受歡迎，主要用作化學清潔劑、洗發(fā)水和洗滌劑的替代品。在過去10年中，GE在中國乃至整個亞洲的流行，反映了人們日益增強的環(huán)保意識，以及消費行為轉向綠色消費的趨勢。然而，有關GE的大規(guī)模生產實踐較少，主要集中在宣傳推廣制作方法和用途方面，同時，也有一些研究者對GE的作用存在爭議[6]，認為GE消毒效果是偽科學。由此可見，對GE的科學認識還有待進一步研究。鑒于此，本文重點關注GE在環(huán)境保護領域的研究進展。

4.1" 污水治理

將糖、果皮和水按1∶3∶10的比例混合制備GE，并處理模擬乳業(yè)廢水，在pH值為4.0和6.5時，總懸浮物（TSS）的減少率分別為22%和26%，GE對TSS有一定的還原作用[25]?；旌螱E去除污染物的能力略高于單一GE，對水中氨氮污染物的去除率為37.91%；應用GE后可有效提升水體樣本的溶氧量，使水環(huán)境形成良性循環(huán)[26]。但GE分別處理初始 化學需氧量（COD） 為 240 mg·L-1的模擬河水時，當GE濃度為 1%、pH 值為7，實驗開始時，COD 有所上升，6～8 d后 ，COD 僅下降了 31.7%。這種穩(wěn)定狀態(tài)下的 COD 濃度比河水中初始COD濃度值要高，僅向模擬河水中添加GE并不能有效降低其 COD 含量[27]。由于GE本身的強酸性及較高的COD 濃度，將GE加入到低污染濃度水體中，可能會導致體系化學需氧量增加和pH 值降低，從而使凈化效果不理想。

Rasit等考察了使用15%的GE稀釋下預處理棕櫚油廠廢水的效果，結果顯示，此方法對油和油脂的去除率為90%[28]。與香蕉、橘子和芒果的GE相比，菠菜酵素在促進顆粒污泥初始造粒的潛力最大，它在去除總磷、總氨氮和COD方面的效率最高，并且具有顯著的抗氧化活性[29]。在奧克拉填埋場滲濾液中，添加20% GE后28 d，滲濾液污染指數(shù)（ LPI）的最大降低率為74.75%。而摻入5% 的GE顯著降低了加齊普爾縣和巴爾斯瓦垃圾滲濾液的最終LPI，分別降低了60.61%和55.12%[30]。蔬菜GE可降低滲濾液中68%的化學需氧量和39%的氨態(tài)氮[22]。

由此可見，GE在處理難降解廢水方面有一定優(yōu)勢，如填埋場滲濾液、含油廢水等，對于常規(guī)污水處理效果不明顯或存在二次污染的風險。

4.2" 污泥處理

Arun等以菠蘿、花椰菜、橘子、番茄和芒果等消費前廢棄物為原料，制備了不同類型的GE，并對每種GE的特性進行了研究[15]。不同類型的GE在不同的pH值和時間下對污泥進行增溶。當處理時間為48～ 60 h、pH值為7時，各類型的GE對揮發(fā)性懸浮物（VSS）、TSS的降低幅度較大，對化學需氧量（COD）、總謝氏氮（TKN）和總磷（TP）的溶解度也有較大的提高。進一步的研究揭示了GE中含有蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶等活性成分。當使用10%的GE酶液處理水產養(yǎng)殖污泥時，其效果更好。這不僅體現(xiàn)在經濟實惠上，更重要的是其處理效果的優(yōu)異性。具體來說，處理后的總懸浮固體減少了89%，化學需氧量減少了88%，總氨氮和總磷分別減少了94%和97%[31]。

4.3" 土壤修復

GE施入土壤，可提高土壤氮、磷及有機質含量[32-33]，促進作物生長[34]，有利于土壤改良。從以土壤、水果、垃圾為主的有機廢棄物中提取的生物催化劑-酶，在對廢舊機油污染的土壤的修復過程中，當污染水平為5%和10%時，橘子皮GE對油脂的去除率最小值為47%，最大值為58%，表明GE具有去除土壤中油脂的潛力[35]。因此，GE可以應用于油污染土壤的生物催化修復。在GE與生物炭復合處理污泥堆肥的過程中，總有機碳（TOC）降解和腐殖質化效果最佳[36]。在此過程中，腐殖化作用的真菌主要有假牙菌屬、木霉屬、青霉屬。傳統(tǒng)的堆肥是一個緩慢的過程，而使用GE有助于加速有機固體廢物的降解速度，極大地提高了堆肥效率。用餐廚垃圾制備GE協(xié)助生產堆肥后，用于土壤改良劑，添加10% GE的整體堆肥對菜豆的促生長效果最好[37]。種植莧菜后，施加兩種濃度酵素不僅均可減少土壤中有效態(tài)鎘（Cd）的含量，降低莧菜對Cd的吸收，還能提高莧菜組土壤細菌的多樣性，改善土壤細菌群落結構[38]。這些結果無疑表明，GE在改善土壤環(huán)境、促進植物生長等方面具有一定的應用前景。

5" 結論與展望

環(huán)保酵素（GE）的制備過程不僅原材料易得且成本低廉，操作流程亦簡單便捷，其綠色生產模式充分貼合了當前原生垃圾處理中的“零填埋”“零廢物”及資源循環(huán)利用和可持續(xù)發(fā)展的核心理念。然而，盡管GE具備廣泛的應用潛力，例如在消毒清潔、污水治理和土壤修復等領域，但其制備和應用過程中尚缺乏規(guī)范和標準，這在一定程度上限制了GE的規(guī)?；a和工業(yè)化應用的進一步發(fā)展。

在廢水處理方面，GE的效果受到其來源和用量的影響，表現(xiàn)出差異性。大量的果蔬廢棄物可以被轉化為GE，然而，其在水體和廢水處理中的適用性依然是一個值得研究的課題。特別是在處理如填埋場滲濾液和含油廢水等高濃度污染方面，GE顯示出了顯著的潛力。

在污泥增容和土壤修復領域，GE的研究相對較新，其背后的生物學機制仍有待深入探索。為了更有效地應用GE，并發(fā)揮其在環(huán)境修復中的潛力，需要對其降解污染物的機理有更深入的了解。這包括結合微生物活動、酶活性及微生物群落的變化進行詳細分析，以揭示其作用原理和優(yōu)化應用策略。

綜上所述，雖然GE在環(huán)保領域的應用充滿前景，但為了實現(xiàn)其規(guī)?；蜆藴驶a，以及更廣泛的工業(yè)應用，還需在基礎研究和技術發(fā)展上投入更多的努力。這不僅涉及GE的效能和效率提升，還包括其生態(tài)安全性和經濟可行性的綜合評估。

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（責任編輯：敬廷桃）

基金項目：四平市科技發(fā)展計劃項目（2023076）；吉林省教育廳項目（JJKH20210460KJ）。

作者簡介：高秀紅（1980—），碩士，研究方向為環(huán)境污染治理與資源化。 E-mail：xiaohangnt@163.com。