Sakshi Dubey | Pratibha Vyas | Urmila Gupta Phutela | Sandeep Sharma | Virender Sardana
印度旁遮普邦卢迪亚纳-141004，旁遮普农业大学基础科学与人文学院微生物学系
摘要
本研究旨在评估从金诺（Kinnow）废弃物中制备的生物酶的化学性质、微生物特性及其促进植物生长的能力，并探讨其提高花生生长、产量和营养含量的潜力。该生物酶呈淡黄色，具有果香，pH值为3.4，电导率为0.39 dS/m。其中含有氮（N）、磷（P）、钾（K）、锌（Zn）等可利用的营养元素，以及多种酶活性，包括内葡聚糖酶、β-半乳糖苷酶、外葡聚糖酶、木聚糖酶、淀粉酶、蛋白酶和漆酶，并且还含有微生物。此外，该生物酶具有促进植物生长的特性，如磷酸盐溶解能力、类IAA生长素、氨和铁载体。在金诺生物酶中还检测到了多种官能团，如醇、烷烃、烯烃、酯、芳香双键和醛基，以及挥发性有机化合物，如丙酸、L-乳酸、环己烷甲醇、3',4',5,6,7,8-六甲氧黄酮、2-甲氧基-4-乙烯基酚和1,2-苯二甲酸双(2-甲基丙基)酯等。温室试验表明，在1.0%浓度下，金诺生物酶显著提高了花生的生长参数。进一步研究表明，在盆栽花生中应用1.0%浓度的金诺生物酶后，其生长参数、营养含量、地上部分和土壤中的养分含量以及根际微生物数量均优于未处理对照组。实际田间试验显示，使用该生物酶可使花生产量增加10.6%，油含量增加7.8%，表明该生物酶可作为有益的改良剂用于花生生产，并可作为有机废物管理的良好替代方案。
引言
世界人口从1970年的370亿增长到2021年的79亿，导致对粮食安全的需求增加（Diniso等人，2024年）。由于人口快速增长和食品需求上升，农作物和牲畜产量也随之增加，进而导致农业废弃物不断增多（Adejumo和Adebiyi，2021年）。农业废弃物主要来源于农业加工行业，尤其是水果加工产业。用于生产果汁、果冻、酱料、泡菜、苹果酒和番茄酱等产品的过程中会产生大量废弃物。常见的水果品种包括芒果、荔枝、西瓜、柑橘类、香蕉、木瓜和苹果（Koul等人，2022年）。
柑橘类是全球最重要的水果作物之一，产量达1.5亿吨，种植面积达1440万公顷（Singh等人，2025年）。在印度，柑橘类作物占总水果种植面积的10%以上，产量为1403万吨（Kumar等人，2025年）。金诺是一种由两种柑橘品种和杂交而成的品种，1935年首次在加州大学柑橘试验站培育成功并推广用于商业种植，是目前最广泛种植的柑橘品种之一（Hui，2006年）。旁遮普邦是印度金诺种植面积最大的地区，种植面积为54,988公顷，产量为13,446万吨（Kaur等人，2025年）。在该邦，Fazilka、Hoshiarpur、Sri Muktsar Sahib和Bathinda是金诺的主要种植区。由于采前落果（主要由真菌和昆虫引起），金诺的产量损失严重，导致大量废弃物产生（Singh等人，2025年）。柑橘废弃物约占全球农业废弃物总量的五分之一，其中果渣占37%，果皮占35%，果实占14%，果肉占13%（Medina-Herrera等人，2024年）。部分废弃物被重新利用，例如柑橘皮被用于制作牛饲料或提取香料和食品调味剂，但大部分废弃物通过焚烧处理，释放出二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和一氧化二氮（N₂O）等有害物质。然而，这些废弃物中含有丰富的生物活性化合物，可在营养保健品、食品和化妆品行业以及纳米粒子合成中发挥作用（Lynch等人，2021年；Diniso等人，2024年）。
由于农业废弃物富含养分且能增加土壤有机质，因此可以以多种形式作为有机投入物（Turp等人，2021年）。研究表明，多酶产生的微生物（如Trichoderma harzianum）能有效降解植物生物质，为将废弃物转化为高价值产品提供环保方案（Abdusamatov等人，2025年）。甘蔗渣等农业废弃物因其高木质纤维素含量而被Bacillus amyloliquefaciens用于酶的生产（Podder等人，2025年）。此外，有机废弃物制成的生物质灰作为蚯蚓堆肥可提高豆科作物的养分生物利用度和种子产量（Ozdemir和Turp，2023年）。然而，柑橘废弃物是一种化学成分复杂的可生物降解物质，主要由水（80%-90%）和有机物（95%）组成，富含多酚、糖类和单萜类化合物，可用于生产各种有机肥料和酶（Russo等人，2021年）。利用农业和园艺废弃物生产高价值产品（如蚯蚓堆肥、生物酶和有机肥料）是一种新颖且可持续的方法。
生物酶是一种有机制剂，主要通过将叶子、水果和蔬菜皮、新鲜厨余垃圾以及鲜花与红糖、红糖蜜或糖蜜和水按3:1:10的比例发酵制得。这一生产工艺由泰国의 Rosukon Poompawong博士开发（Patel等人，2021年）。发酵过程中会产生多种蛋白质、酶、有机酸、矿物质盐和酒精（Penmatsa等人，2019年）。较高的糖浓度可通过促进微生物活性来提高生物酶的产量（Wen等人，2021年）。
尽管印度在花生种植面积和总产量上位居世界首位，但其生产效率却低于中国。这主要是由于管理不善、化学肥料使用不当以及作物反应不一致所致（Suthar等人，2024年）。长期无节制地使用化学肥料导致环境污染问题，同时肥料价格波动也使得寻找安全、环保且经济高效的农业投入变得必要（Le Cocq等人，2017年）。生物酶可通过提供必需养分来促进植物生长和作物产量。然而，土壤养分的改善很大程度上取决于发酵过程中使用的底物性质。使用酸性底物（如柑橘废弃物）制成的生物酶有助于稳定土壤pH值，增加有机质含量，并提高养分有效性（Mishra和Gore，2024年）。酸性底物富含有机酸、黄酮类和易发酵化合物，可促进微生物活动并增强养分溶解（Russo等人，2021年；Consoli等人，2023年）。除了为作物提供养分外，生物酶还能改善土壤结构并增加微生物数量，从而提升整体土壤健康状况（Mishra和Gore，2024年）。
鉴于金诺废弃物产生的大量以及花生作为主要油料作物的地位，本研究旨在评估从金诺废弃物中提取的生物酶的化学、生物和酶学特性及其对花生生长、产量和营养含量的影响，同时探讨其在可持续废物管理实践中的应用潜力。本研究的新颖之处在于利用作物废弃物生产生物酶，不仅减少了废弃物产生，还将农业副产品转化为农业生产的宝贵资源，有助于实现循环经济。
生物酶生产过程
生物酶的生产
将3公斤金诺废弃物、1公斤红糖蜜和10升水混合后放入密闭容器中，在阴凉处进行发酵。发酵过程中会定期释放气体。三个月后，当所有底物沉降至容器底部并出现少量气泡时，表示发酵完成。随后将混合物在4°C下以10,000转/分钟的速度离心20分钟，上清液即为生物酶。
基于金诺废弃物的生物酶的化学和生物特性
经过三个月发酵后，所得生物酶呈淡黄色，具有果香，pH值为3.4，电导率为0.39 dS/m（表1）。其中含有0.3%的氮、0.5%的磷、2.1%的钾和36.8毫克/升的锌。微生物分析显示，每毫升含有2.9×10²个细菌和7.9×10²个放线菌（表1）。此外，还检测到了固氮菌、磷酸盐溶解剂和钾溶解剂等成分。
生物酶的化学和生物特性
生物酶也被称为垃圾酶、生态酶或四酶，是一种有前景的有机投入物，可用于可持续农业。由于其有机来源和环保特性，生物酶有助于减少对传统肥料的依赖，并促进废物回收和环境保护。花生（Arachis hypogaea）是一种常见的
结论
研究结果表明，液体发酵肥料（即生物酶）作为一种管理金诺废弃物的方法具有潜力，同时还能减少对有害传统化学肥料的依赖。实验结果表明，1.0%浓度的金诺生物酶因其有机成分、多种酶活性和促进植物生长的特性，可作为花生种植的有效投入物。
作者贡献声明
Urmila Gupta Phutela：监督、资源管理、概念设计。
Pratibha Vyas：撰写、审稿与编辑、项目管理、方法论研究、概念设计。
Virender Sardana：验证、资源管理、方法论研究。
Sandeep Sharma：验证、资源管理、方法论研究。
Sakshi Dubey：初稿撰写、项目管理、方法论研究、数据分析。
未引用文献
Gu等人，2021年；Kurniawan等人，2024年；Pabba等人，2024年；Rana等人，2023年；Suliestyah等人，2022年；Vyas和Gulati，2009年。
数据可用性声明
作者声明本实验研究的数据已包含在文章中。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢旁遮普农业大学为研究提供财务支持和必要设施。
