酵素農業的提出及其在現代農業中的作用

酵素農業的提出及其在現代農業中的作用

發布日期:2021-02-21 作者: 點擊:

農業是國民經濟的基礎。近年來,隨著以“現代家庭農場”為代表的農業經濟迅速發展[1],我國從傳統農業向現代農業轉化進程又向前推進了一大步[2]?,F代農業具有動態性和歷史性的特點,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,它在農業發展史上占據重要地位,是農業發展史上的一個重要階段。

農業生產通常包括種植業、畜牧業、林業和漁業等,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都需要酵素(酶)的參與。本文從酵素入手,闡述酵素農業的特征及其在現代農業中的作用,通過現代農業科技手段發展酵素農產品,以引領傳統農產品向安全、天然、健康方向發展。

1、酵素及其在農業上的應用

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,又叫生物催化劑[3]。在酶促反應中,底物(即反應物分子)通過酶的催化轉化為另一種分子。自然界中幾乎所有的細胞活動都需要酶的參與。生物體內的各種應用物質如碳水化合物、蛋白質、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的活化能,使更多反應粒子能擁有不少于活化能的動能,來加快反應速率,一般來說,大多數酶能將其催化反應的速率提高上百萬倍。酶作為催化劑,在生化反應前后不發生變化,也不影響生化反應的化學平衡。酶的催化作用既有正向的,

即加速生化反應速率,也有負向的,即減緩反應速率。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或產生特定的構型。

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。到了20世紀80年代,T.R.Cech和S.Altman發現少數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為,酶大多是蛋白質,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源酶類似的催化活性。

1.2、酵素在農業上的應用

作物體內的酶(酵素)種類很多,但用于商業用途的酶僅有200多種,僅占作物體內酶總量的10%。但酶在農業上具有廣泛的用途。

(1)用于果蔬保鮮。用酵素進行果蔬保鮮實質上是借助酵素的催化作用消除環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。酵素保鮮的優點是高效、安全、穩定。缺點是價格高、重復利用率低。

(2)用于農產品加工。Z常見的就是釀酒、釀醋、酸奶等。Z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渾濁現象;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。利用葡萄糖異構酶轉化果糖制成葡國糖漿,在糖果和糕點中應用。

(3)用于農產品質量檢測。農產品的質量檢測包括微生物檢測、重金屬檢測、農藥殘留檢測、轉基因檢測等。如利用膽堿酯酶抑制劑法可快速檢測農產品中有機磷農藥殘留量。

(4)用作飼料添加劑。家禽、家畜、魚蝦蟹等動物體內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物質,從而提高飼料報酬,增強機體免疫力,提高養殖效益。酶制劑的作用機制主要包括:提高機體內代謝激素水平,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;消除抗營養因子;消除SNSP對內源消化酶的抑制;補充內源消化酶的不足;催化植酸鹽的水解反應等。

(5)用于生產維生素。利用微生物酶反應制造維生素。如以山梨酸為原料,經微生物氧化法生產維生素C。美國羅氏制藥廠利用微生物酶轉化法和化學合成相結合的方法生產維生素E,并實現了產業化開發。

2、酵素菌技術

2.1、酵素菌技術概述

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發酵或常溫液態發酵可生產出系列發酵有機肥,能滿足作物基肥、追肥和葉面噴施的要求。該技術對改良土壤、提高肥料利用率、抑制病蟲害具有良好的效果,是傳統農業和現代生物技術的完美結合。該技術產品可廣泛應用于種植業、林業、畜牧業和水產養殖業。

2.2、酵素菌技術在農業上的應用

酵素菌技術在種植業和林業上主要是生產發酵有機肥和農作物栽培基質;在畜牧業和漁業上主要是生產各種微生態制劑和復合酶制劑。

3、酵素農產品、生產及其特點

2.1、酵素農產品

酵素農產品主要包括酵素果蔬類產品、酵素糧食類產品、酵素食用菌類產品、酵素畜禽類產品、酵素魚蝦蟹類水產品,以及加工后的酵素產品等。

2.2、酵素農產品的生產及特點

酵素農產品的生產基于“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?!苯退剞r產品的生產原料幾乎全部來自農業生產的各種廢棄物,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,延長保質期,選用的全部肥料的發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、氨基酸、碳水化合物、維生素、礦物質和天然酶類的有機原料根據不同需要,設計不同配方,利用酵素菌不同發酵方式生產出相應的精品生物有機肥和菌制劑,用于水果生長發育的全過程。不再使用人工合成的化肥、農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,提高了農產品質量。

在水產養殖和畜禽養殖上,利用酵素菌技術發酵生產微生物態制劑和復合酶制劑,用作飼料添加劑,可顯著提高動物自身免疫力,消化系統健康,飼料轉化率高,糞尿臭味減輕,養殖環境改善,肉蛋奶品質提高。真正的酵素動物產品在養殖過程中藥物、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,糞尿中也會相應減少。

4、酵素農業

4.1、酵素農業的概念

酵素農業(enzyme agriculture)是一種充分利用生物酶系來調動和調節農作物自身正常生理生化反應,激發農作物機體自然免疫力,以實現農作物Z大生產潛能和農產品Z佳質量的一種生產方式和管理模式。

4.2、酵素農業的基本原理

利用天然有機質材料,提高酵素菌生物發酵技術,生產出集營養、調理、植保于一體的生物產品;利用外源酶系激發內源酶系,促進生物機體內的生物酶系效力的充分表達,其自身免疫系統強大,抗逆性強,生長發育環境不易被破壞,生物始終處于Z佳生長發育狀態,

表現出發育更好、產量更高、品質Z佳、更加天然、更有營養。

4.3、酵素農業的特點

(1)藥食俱佳,道法自然。利用酵素菌技術種植的農產品摒棄了化肥、農藥、除草劑、激素等的使用,其營養更多是通過發酵有機質材料生產出生物有機肥和微生物菌劑來實現,可以促使作物根系發達,吸收、轉化土壤中潛在的營養,激發出固氮、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,尤其是自毒物質加以分解轉化,克服土壤酸化、次生鹽漬化和作物自毒等連作障礙。發達的根系和優質肥沃的土壤保證了農產品的質量品質,其藥理成分也能充分表達。

(2)循環利用,高效環保,可持續發展。農業生產在產出農產品的同時,也會產生大量的秧蔓、秸稈、尾菜、畸形果、病殘果等,畜禽養殖和水產養殖也會產生產生大量糞污,這些有機質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?;B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改善了養殖環境,將除臭牛糞污與蔬菜基地中的秧蔓、參果等充分混合,采用高溫固態發酵技術生產出生物有機肥,經檢測質量優于NY884-2012和NY525-2012行業標準,尾菜中的寄生性病原體和糞污中的蛔蟲卵被高溫殺死,使用安全環保,應用于蔬菜生產,做到了園區內農業廢棄物的循環利用,克服了困擾畜農的養殖環境污染問題和設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,項目總體達到國內領先水平。

(3)土壤健康,地力持續提高。2014年4月17日,國家環境保護部和國土資源部聯合公布了“全國土壤污染狀況調查公報”,國務院近期出臺的“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的過量、無序投放。酵素農業倡導的是農業生產副產品經酵素菌生物轉化,經無害化檢測后的循環利用,作物秸稈、秧蔓、殘果、尾菜等材料均來源于土壤,經生物酶轉化后重新反哺土壤,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,挖掘土壤潛在肥力,還能補充有益微生物,提升其物質轉化和能量轉換的效率,土壤有機質、腐植酸含量逐年提高,加之礦質營養元素的科學合理添加,土壤肥力、地力和土壤的生產性能得以保持在良好水平并且逐年提高。

5、酵素農業在現代農業中的作用

現代農業是用現代工業裝備的、用現代科學技術武裝的、用現代組織管理方式經營的社會化、商品化農業,在國民經濟中具有較強競爭力的農業。酵素農業在現代農業中作用主要表現在以下三個方面:

一是酵素農業貫穿土壤、環境、生產、加工等環節,是以高品質安全農產品為代表,是現代農業發展的一項重要目標?,F代農業離不開現代工業裝備、現代科技手段和現代組織管理方式,而酵素農業正是利用現代工業裝備和現代生物發酵技術,將農副產品廢棄物轉化成有益營養,滿足作物、畜禽和水產的需要,循環利用自然材料,Z大限度杜絕化石原料,有效保護資源。

二是酵素農業生產方式是讓作物、環境、土壤、養分處于自然修復狀態,盡量減少人為干預措施,土壤更加肥沃,地力顯著提高,生產性能顯著改善,農產品質量更高,完全符合現代農業中對商品化農業的要求,只是農產品質量標準更高,單位土地可持續生產的時間更長,種植者的收益更高。

三是酵素農業讓農產品更安全,人類更健康。酵素農業始終關注的是土壤調理和改良,這是抓住了農業生產的根本。健康的土壤表現在土壤物理肥力、化學肥力和生物肥力三方面協調統一,相得益彰。在健康的土壤中栽植的農作物,通常不會出現明顯的植物缺素癥和嚴重的病蟲害,也不會出現諸如土壤酸化、堿化、鹽漬化等連坐重茬障礙問題,農產品中維生素、礦物質、碳水化合物、蛋白質、脂肪、膳食纖維和特種營養成分含量更高,更具營養,對人類健康更有幫助。

6、結語與討論

我國是歷史悠久的文明古國,也是傳統的農業大國,近萬年的農耕生產活動是中國傳統文化產生和發展的社會基礎,也是幾千年農耕文化產生和發展取之不盡的源泉。農耕文化是中國傳統文化的重要組成部分,是中國文化的根基,它貫穿中國傳統文化發展的始終。時至今日,農耕文化中的許多哲理、理念、思想和對自然規律的認知在現代的今日仍具有一定的現實意義和應用價值,值得當代人傳承和發揚。農耕文化在普通農民的日常生活中,在現代農業的發展中仍起著潛移默化的作用。

酵素農業來源于農耕文明,又與現代農業息息相關。酵素農業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;利用酵素菌等現代生物技術高效循環利用農業廢棄物,防治環境污染,節約資源;利用現代科技手段保持農產品質量安全、品質上乘,助力人類健康。酵素農業是現代農業集成出的高品位健康產業,在我國具有廣闊的應用前景。


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