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高亮 譚德星
（濰坊島本微生物技術(shù)研究所， 山東濰坊261041）
摘 要： 本文從酵素和酵素菌技術(shù)入手，系統(tǒng)闡述了酵素農(nóng)業(yè)的概念、特征，以及在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的地位和作用。通過現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技手段發(fā)展酵素農(nóng)產(chǎn)品，引領(lǐng)傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品向安全、天然、健康的酵素農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展，以期對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有所貢獻。
關(guān)鍵詞：酵素；酵素菌技術(shù)；酵素農(nóng)業(yè)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)
農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)。近年來，隨著以“現(xiàn)代家庭農(nóng)場”為代表的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟迅速發(fā)展[1]，我國從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化進程又向前推進了一大步[2]?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)具有動態(tài)性和歷史性的特點，它不是一成不變的概念，不是抽象的東西，而是具有鮮活時代特色的實實在在的事物，它在農(nóng)業(yè)發(fā)展史上占據(jù)重要地位，是農(nóng)業(yè)發(fā)展史上的一個重要階段。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)通常包括種植業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)和漁業(yè)等，其中都包含
了鮮活的生命特征。眾所周知，凡是有生命的存在就有代謝性的特征，而在生命代謝的過程中，幾乎所有的生理生化反應(yīng)都需要酵素（酶）的參與。本文從酵素入手，闡述酵素農(nóng)業(yè)的特征及其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的作用，通過現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技手段發(fā)展酵素農(nóng)產(chǎn)品，以引領(lǐng)傳統(tǒng)農(nóng)產(chǎn)品向安全、天然、健康方向發(fā)展。
1 酵素及其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用
1.1 酵素的概念
酵素（enzyme），即酶，是指具有生物催化功能的高分子物質(zhì)，又叫生物催化劑[3]。在酶促反應(yīng)中，底物（即反應(yīng)物分子）通過酶的催化轉(zhuǎn)化為另一種分子。自然界中幾乎所有的細胞活動都需要酶的參與。生物體內(nèi)的各種應(yīng)用物質(zhì)如碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等的分解和合成，都要依靠酶的參與才能完成。生物有機體中的酶不下2000多種。酶是通過降低生理生化反應(yīng)的活化能，使更多反應(yīng)粒子能擁有不少于活化能的動能，來加快反應(yīng)速率，一般來說，大多數(shù)酶能將其催化反應(yīng)的速率提高上百萬倍。酶作為催化劑，在生化反應(yīng)前后不發(fā)生變化，也不影響生化反應(yīng)的化學平衡。酶的催化作用既有正向的，
即加速生化反應(yīng)速率，也有負向的，即減緩反應(yīng)速率。與化學催化劑不同的是，酶具有高度的專一性，一種酶只能催化特定的反應(yīng)或產(chǎn)生特定的構(gòu)型。
20世紀30年代，科學界普遍認為酶是一類具有催化作用的蛋白質(zhì)。到了20世紀80年代，T.R.Cech和S.Altman發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化作用，從而使酶的種類有所擴展，到目前為止，科學界將酶的種類歸結(jié)為，酶大多是蛋白質(zhì)，有一些被稱為核酶的RNA分子 和一些DNA分子同樣具有催化功能。此外，人工合成的酶也具有與生物內(nèi)源酶類似的催化活性。
1.2 酵素在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用
作物體內(nèi)的酶（酵素）種類很多，但用于商業(yè)用途的酶僅有200多種，僅占作物體內(nèi)酶總量的10%。但酶在農(nóng)業(yè)上具有廣泛的用途。
（1）用于果蔬保鮮。用酵素進行果蔬保鮮實質(zhì)上是借助酵素的催化作用消除環(huán)境中能使果蔬腐敗的因子。如利用葡萄糖氧化酶可以進行果蔬除氧保鮮；溶菌酶可以進行滅菌保鮮。酵素保鮮的優(yōu)點是高效、安全、穩(wěn)定。缺點是價格高、重復利用率低。
（2）用于農(nóng)產(chǎn)品加工。最常見的就是釀酒、釀醋、酸奶等。最常用的是酶有纖維素酶、淀粉酶、葡聚糖酶、糖化酶、蛋白酶、以及復合酶制劑。如木瓜蛋白酶常被大量用作啤酒、果汁飲料等的澄清劑，以去除其在儲藏過程中出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象；木瓜蛋白酶還可用作肉類軟化劑，如在煮牛肉和排骨時，加入少量木瓜蛋白酶，不僅更加軟嫩，而且風味更佳。利用葡萄糖異構(gòu)酶轉(zhuǎn)化果糖制成葡國糖漿，在糖果和糕點中應(yīng)用。
（3）用于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測。農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測包括微生物檢測、重金屬檢測、農(nóng)藥殘留檢測、轉(zhuǎn)基因檢測等。如利用膽堿酯酶抑制劑法可快速檢測農(nóng)產(chǎn)品中有機磷農(nóng)藥殘留量。
（4）用作飼料添加劑。家禽、家畜、魚蝦蟹等動物體內(nèi)有些酶系不完全或活性較弱，尤其是處于幼齡期的動物，在其飼料中加入酶制劑，會輔助這些動物消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)，從而提高飼料報酬，增強機體免疫力，提高養(yǎng)殖效益。酶制劑的作用機制主要包括：提高機體內(nèi)代謝激素水平，提高免疫力；破碎細胞壁，提高飼料利用率；降低食糜的粘度，提高消化機能；消除抗營養(yǎng)因子；消除SNSP對內(nèi)源消化酶的抑制；補充內(nèi)源消化酶的不足；催化植酸鹽的水解反應(yīng)等。
（5）用于生產(chǎn)維生素。利用微生物酶反應(yīng)制造維生素。如以山梨酸為原料，經(jīng)微生物氧化法生產(chǎn)維生素C。美國羅氏制藥廠利用微生物酶轉(zhuǎn)化法和化學合成相結(jié)合的方法生產(chǎn)維生素E，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。
2酵素菌技術(shù)
2.1 酵素菌技術(shù)概述
酵素菌是由細菌（bacteria）、酵母菌（yeast）和絲狀真菌（mold,霉菌）組成的好氣性有益微生物群，簡稱為BYM，酵素菌含有24種有益微生物[4]。利用酵素菌高溫固態(tài)發(fā)酵或常溫液態(tài)發(fā)酵可生產(chǎn)出系列發(fā)酵有機肥，能滿足作物基肥、追肥和葉面噴施的要求。該技術(shù)對改良土壤、提高肥料利用率、抑制病蟲害具有良好的效果，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代生物技術(shù)的完美結(jié)合。該技術(shù)產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。
2.2 酵素菌技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用
酵素菌技術(shù)在種植業(yè)和林業(yè)上主要是生產(chǎn)發(fā)酵有機肥和農(nóng)作物栽培基質(zhì)；在畜牧業(yè)和漁業(yè)上主要是生產(chǎn)各種微生態(tài)制劑和復合酶制劑。
3 酵素農(nóng)產(chǎn)品、生產(chǎn)及其特點
2.1 酵素農(nóng)產(chǎn)品
酵素農(nóng)產(chǎn)品主要包括酵素果蔬類產(chǎn)品、酵素糧食類產(chǎn)品、酵素食用菌類產(chǎn)品、酵素畜禽類產(chǎn)品、酵素魚蝦蟹類水產(chǎn)品，以及加工后的酵素產(chǎn)品等。
2.2 酵素農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)及特點
酵素農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)基于“根系培育不好，作物繁茂不了；只有造好了土，育好根才是栽培作物的根本之道。”酵素農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)原料幾乎全部來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種廢棄物，系天然植物材料和動物材料。如針對草莓、西瓜、甜瓜等鮮食性水果，為了提高其糖度、口感和色澤，延長保質(zhì)期，選用的全部肥料的發(fā)酵原材料和抑菌除蟲原材料主要有魚粉、骨粉、豆粕、米糠、中藥渣、紅糖、食醋、白酒等，將這些富含蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)和天然酶類的有機原料根據(jù)不同需要，設(shè)計不同配方，利用酵素菌不同發(fā)酵方式生產(chǎn)出相應(yīng)的精品生物有機肥和菌制劑，用于水果生長發(fā)育的全過程。不再使用人工合成的化肥、農(nóng)藥和激素等化學成分，從而消除了藥殘、肥殘、除草劑、激素等的污染，提高了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。
在水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜禽養(yǎng)殖上，利用酵素菌技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)微生物態(tài)制劑和復合酶制劑，用作飼料添加劑，可顯著提高動物自身免疫力，消化系統(tǒng)健康，飼料轉(zhuǎn)化率高，糞尿臭味減輕，養(yǎng)殖環(huán)境改善，肉蛋奶品質(zhì)提高。真正的酵素動物產(chǎn)品在養(yǎng)殖過程中藥物、激素的使用量會逐步減少，肉蛋奶的藥殘、激素、重金屬含量逐步降低，糞尿中也會相應(yīng)減少。
4 酵素農(nóng)業(yè)
4.1 酵素農(nóng)業(yè)的概念
酵素農(nóng)業(yè)（enzyme agriculture）是一種充分利用生物酶系來調(diào)動和調(diào)節(jié)農(nóng)作物自身正常生理生化反應(yīng)，激發(fā)農(nóng)作物機體自然免疫力，以實現(xiàn)農(nóng)作物最大生產(chǎn)潛能和農(nóng)產(chǎn)品最佳質(zhì)量的一種生產(chǎn)方式和管理模式。
4.2 酵素農(nóng)業(yè)的基本原理
利用天然有機質(zhì)材料，提高酵素菌生物發(fā)酵技術(shù)，生產(chǎn)出集營養(yǎng)、調(diào)理、植保于一體的生物產(chǎn)品；利用外源酶系激發(fā)內(nèi)源酶系，促進生物機體內(nèi)的生物酶系效力的充分表達，其自身免疫系統(tǒng)強大，抗逆性強，生長發(fā)育環(huán)境不易被破壞，生物始終處于最佳生長發(fā)育狀態(tài)，
表現(xiàn)出發(fā)育更好、產(chǎn)量更高、品質(zhì)最佳、更加天然、更有營養(yǎng)。
4.3 酵素農(nóng)業(yè)的特點
（1）藥食俱佳，道法自然。利用酵素菌技術(shù)種植的農(nóng)產(chǎn)品摒棄了化肥、農(nóng)藥、除草劑、激素等的使用，其營養(yǎng)更多是通過發(fā)酵有機質(zhì)材料生產(chǎn)出生物有機肥和微生物菌劑來實現(xiàn)，可以促使作物根系發(fā)達，吸收、轉(zhuǎn)化土壤中潛在的營養(yǎng)，激發(fā)出固氮、溶磷和解鉀的特性，微生物還可將植物根系分泌出的化感物質(zhì)，尤其是自毒物質(zhì)加以分解轉(zhuǎn)化，克服土壤酸化、次生鹽漬化和作物自毒等連作障礙。發(fā)達的根系和優(yōu)質(zhì)肥沃的土壤保證了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量品質(zhì)，其藥理成分也能充分表達。
（2）循環(huán)利用，高效環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在產(chǎn)出農(nóng)產(chǎn)品的同時，也會產(chǎn)生大量的秧蔓、秸稈、尾菜、畸形果、病殘果等，畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖也會產(chǎn)生產(chǎn)生大量糞污，這些有機質(zhì)材料均可利用酵素菌來解決，變廢為寶，資源重新利用。高亮、張俊生等在山西省浮山縣規(guī)?；B(yǎng)牛場和蔬菜示范基地進行試驗研究，利用酵素菌腐植酸生物除臭技術(shù)改善了養(yǎng)殖環(huán)境，將除臭牛糞污與蔬菜基地中的秧蔓、參果等充分混合，采用高溫固態(tài)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)出生物有機肥，經(jīng)檢測質(zhì)量優(yōu)于NY884-2012和NY525-2012行業(yè)標準，尾菜中的寄生性病原體和糞污中的蛔蟲卵被高溫殺死，使用安全環(huán)保，應(yīng)用于蔬菜生產(chǎn)，做到了園區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用，克服了困擾畜農(nóng)的養(yǎng)殖環(huán)境污染問題和設(shè)施蔬菜連作障礙問題，項目于2016年通過了山西省科技廳組織的科技成果鑒定，項目總體達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。
（3）土壤健康，地力持續(xù)提高。2014年4月17日，國家環(huán)境保護部和國土資源部聯(lián)合公布了“全國土壤污染狀況調(diào)查公報”，國務(wù)院近期出臺的“土壤污染防治行動計劃”（“ 土十條”），保持土壤健康顯得尤為重要。保持土壤健康的根源是杜絕或減少非土壤本源性物質(zhì)的過量、無序投放。酵素農(nóng)業(yè)倡導的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)副產(chǎn)品經(jīng)酵素菌生物轉(zhuǎn)化，經(jīng)無害化檢測后的循環(huán)利用，作物秸稈、秧蔓、殘果、尾菜等材料均來源于土壤，經(jīng)生物酶轉(zhuǎn)化后重新反哺土壤，不僅降低土壤容重，增加孔隙度和田間持水率，而且能補充植物營養(yǎng)，挖掘土壤潛在肥力，還能補充有益微生物，提升其物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)換的效率，土壤有機質(zhì)、腐植酸含量逐年提高，加之礦質(zhì)營養(yǎng)元素的科學合理添加，土壤肥力、地力和土壤的生產(chǎn)性能得以保持在良好水平并且逐年提高。
5 酵素農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的作用
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是用現(xiàn)代工業(yè)裝備的、用現(xiàn)代科學技術(shù)武裝的、用現(xiàn)代組織管理方式經(jīng)營的社會化、商品化農(nóng)業(yè)，在國民經(jīng)濟中具有較強競爭力的農(nóng)業(yè)。酵素農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中作用主要表現(xiàn)在以下三個方面：
一是酵素農(nóng)業(yè)貫穿土壤、環(huán)境、生產(chǎn)、加工等環(huán)節(jié)，是以高品質(zhì)安全農(nóng)產(chǎn)品為代表，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項重要目標。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)離不開現(xiàn)代工業(yè)裝備、現(xiàn)代科技手段和現(xiàn)代組織管理方式，而酵素農(nóng)業(yè)正是利用現(xiàn)代工業(yè)裝備和現(xiàn)代生物發(fā)酵技術(shù)，將農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物轉(zhuǎn)化成有益營養(yǎng)，滿足作物、畜禽和水產(chǎn)的需要，循環(huán)利用自然材料，最大限度杜絕化石原料，有效保護資源。
二是酵素農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式是讓作物、環(huán)境、土壤、養(yǎng)分處于自然修復狀態(tài)，盡量減少人為干預措施，土壤更加肥沃，地力顯著提高，生產(chǎn)性能顯著改善，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量更高，完全符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中對商品化農(nóng)業(yè)的要求，只是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準更高，單位土地可持續(xù)生產(chǎn)的時間更長，種植者的收益更高。
三是酵素農(nóng)業(yè)讓農(nóng)產(chǎn)品更安全，人類更健康。酵素農(nóng)業(yè)始終關(guān)注的是土壤調(diào)理和改良，這是抓住了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本。健康的土壤表現(xiàn)在土壤物理肥力、化學肥力和生物肥力三方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一，相得益彰。在健康的土壤中栽植的農(nóng)作物，通常不會出現(xiàn)明顯的植物缺素癥和嚴重的病蟲害，也不會出現(xiàn)諸如土壤酸化、堿化、鹽漬化等連坐重茬障礙問題，農(nóng)產(chǎn)品中維生素、礦物質(zhì)、碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維和特種營養(yǎng)成分含量更高，更具營養(yǎng)，對人類健康更有幫助。
6 結(jié)語與討論
我國是歷史悠久的文明古國，也是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，近萬年的農(nóng)耕生產(chǎn)活動是中國傳統(tǒng)文化產(chǎn)生和發(fā)展的社會基礎(chǔ)，也是幾千年農(nóng)耕文化產(chǎn)生和發(fā)展取之不盡的源泉。農(nóng)耕文化是中國傳統(tǒng)文化的重要組成部分，是中國文化的根基，它貫穿中國傳統(tǒng)文化發(fā)展的始終。時至今日，農(nóng)耕文化中的許多哲理、理念、思想和對自然規(guī)律的認知在現(xiàn)代的今日仍具有一定的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值，值得當代人傳承和發(fā)揚。農(nóng)耕文化在普通農(nóng)民的日常生活中，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展中仍起著潛移默化的作用[5]。
酵素農(nóng)業(yè)來源于農(nóng)耕文明，又與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)息息相關(guān)。酵素農(nóng)業(yè)的提出旨在保持土壤健康，預防土壤污染，杜絕或減少化石原料的無序投入；利用酵素菌等現(xiàn)代生物技術(shù)高效循環(huán)利用農(nóng)業(yè)廢棄物，防治環(huán)境污染，節(jié)約資源；利用現(xiàn)代科技手段保持農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、品質(zhì)上乘，助力人類健康。酵素農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)集成出的高品位健康產(chǎn)業(yè)，在我國具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻
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