《Biochemical Engineering Journal》：Engineering dual-format biofertilisers from agro-wastes via lactic acid bacteria-assisted solid-state fermentation for sustainable hydroponic crop production
编辑推荐：
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开发了一种用于农业废弃物增值的双产品固态发酵平台。
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从香蕉、咖啡和粪便废弃物中生产出生
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开发了一种用于农业废弃物增值的双产品固态发酵平台。
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从香蕉、咖啡和粪便废弃物中生产出生物活性液体和固体肥料。
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实验室发酵提高了养分回收率、安全性及有机酸的产生。
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FONE通过生物刺激促进了根系生长并维持了水培系统的性能。
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该集成工艺支持循环生物经济和可持续养分循环利用。
引言
随着对资源枯竭、环境污染以及合成肥料成本上升的担忧日益加剧，人们越来越关注能够支持农业生产的同时减少环境影响的可持续养分管理策略。虽然矿物肥料显著提高了全球农作物产量，但其过度使用会导致养分流失、温室气体排放、土壤质量下降以及水生生态系统富营养化。因此，从有机废弃物中回收和再利用养分已成为循环生物经济和气候适应型农业策略的重要组成部分 [1], [2], [3]。
农业工业废弃物（如水果加工废弃物、咖啡渣、牲畜粪便和农作物副产品）含有大量的有机碳和植物养分，这些养分可以重新用于农业生产系统中。然而，由于养分组成不稳定、养分生物利用率低、具有植物毒性化合物以及潜在的微生物风险，直接使用这些材料往往受到限制。因此，需要开发能够稳定有机废弃物并提高养分利用率的生物处理技术，以最大化其农艺价值 [4], [5], [6]。
在现有的生物处理技术中，固态发酵（SSF）已被证明是一种将有机废弃物转化为高附加值农业产品的有效方法。在SSF过程中，微生物活动有助于分解复杂的有机底物，促进养分矿化，减少植物毒性化合物，并增强生物稳定产品的形成。这些转化提高了养分的可用性，同时减轻了废物处理带来的环境负担 [7], [8], [9]。
乳酸菌（LAB）因其通过产生有机酸快速建立稳定发酵条件的能力而受到越来越多的关注，作为有机废弃物生物转化的功能性接种剂。LAB介导的发酵可以保护底物，在处理过程中抑制有害微生物，并通过酸化和微生物代谢促进养分溶解 [10], [11], [12]。这些特性使LAB成为从异质农业废弃物原料中开发生物肥料配方的理想候选者。
最近的研究还强调了发酵产物在水培和无土栽培系统中的潜力。与传统堆肥不同，发酵产物可能同时含有易于吸收的养分和有助于植物营养的发酵代谢物。然而，为了成功应用于水培，维持适宜的养分浓度、pH值、电导率和微生物安全性仍然至关重要 [13], [14], [15]。
以往的研究主要集中在液体生物肥料、堆肥或单独的发酵有机物改良剂上。相比之下，很少有研究探讨从单一发酵过程中同时生成互补的液体和固体肥料产品。此外，关于这些组分之间的养分分配、各自的物理化学和微生物特性以及它们在水培作物生产中的适用性的信息有限。
开发从相同原料同时生产速释和缓释养分的综合发酵系统可以提高养分回收效率，并增加来自农业工业废弃物的整体价值。这样的系统可以通过生成针对不同农业应用的多种肥料产品来促进循环养分管理。
因此，本研究通过LAB辅助的固态发酵技术，利用香蕉皮、咖啡渣和家禽粪便开发了一种双格式生物肥料。研究目标是：
- 1. 研究发酵有机养分提取物（FONE）和富集养分的固体残渣（SR）之间的养分分配
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表征它们的物理化学、微生物和农艺特性
- 3. 评估产品的成熟度和安全性
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评估其适用于Brassica rapa var. chinensis水培栽培的能力
本工作的创新之处在于通过单一LAB辅助的发酵过程同时生产和评估互补的液体和固体生物肥料产品。通过将养分回收、农业废弃物增值和水培作物生产整合到一个统一的框架中，这项研究为开发基于循环生物经济的肥料系统提供了新的见解，有助于减少对传统合成养分的依赖。
部分摘录
原料收集和预处理
选择香蕉皮（Musa spp.）、咖啡渣（SCG）和家禽粪便作为代表性的农业工业原料，因为它们具有互补的碳、养分和微生物组成。从马来西亚吉隆坡的水果摊贩处收集了约20公斤新鲜香蕉皮，在收集后24小时内进行处理，用饮用水彻底清洗以去除附着的污染物，切成1-2厘米的碎片，并在热带环境下晒干48小时。
物理化学特性和发酵动力学
在30天的固态发酵（SSF）过程中，发酵系统的物理化学变化表明香蕉皮、咖啡渣和家禽粪便被有效地转化为两种功能不同的肥料产品：一种发酵有机养分提取物（FONE）和一种稳定的固体残渣（SR）（见表1）。发酵过程的特点是pH值、电导率（EC）、温度和养分的变化协调进行。
结论
本研究表明，乳酸菌（LAB）辅助的固态发酵可以将香蕉皮、咖啡渣和家禽粪便转化为两种互补的生物肥料产品：一种发酵有机养分提取物（FONE）和一种富集养分的固体残渣（SR）。发酵过程促进了养分在液体和固体组分之间的转化和分配，产生了具有不同物理化学特性的产品。
未引用参考文献
[54], [55], [56], [57], [58], [59], [60], [61], [62], [63], [64], [65], [66], [67], [68], [69]
CRediT作者贡献声明
Auwalu Hassan: 写作 – 修订与编辑、可视化、验证、方法论、概念设计。 Fauziah Shahul Hamid: 写作 – 修订与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、项目管理、概念设计。 Chijioke Uche Emenike: 写作 – 修订与编辑、可视化、验证、资源管理、方法论、数据管理。 Innocent Chukwunonso Ossai: 写作 – 修订与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
“Innocent Chukwunonso Ossai | Fauziah Shahul Hamid | Auwalu Hassan | Chijioke Uche Emenike”
