马铃薯皮废弃物在螺旋藻培养中的资源化利用：生物柴油与水热炭的联产研究

针对食品废弃物处理难题及能源可持续需求，研究人员创新性地利用马铃薯皮水解物(PPH)培养螺旋藻(Spirulina sp.)，通过优化水热碳化(HTC)工艺实现生物柴油(55 wt.%)与高产量水热炭(46.2%)联产。该研究为食品废弃物资源化与微藻生物精炼提供了集成解决方案。

　　

全球每年产生约13亿吨食物废弃物，其中马铃薯加工业产生的皮渣占比高达15-40%，这些富含淀粉和纤维的废弃物若处理不当将加剧环境压力。与此同时，化石燃料枯竭与温室气体排放问题迫使人类寻求可持续能源方案。微藻生物燃料因其高光合效率与碳中性特征被视为第三代生物燃料代表，但高昂的培养成本制约其产业化。如何通过废弃物资源化破解这一瓶颈，成为研究者关注的焦点。

某国内研究团队在《Renewable Energy》发表的研究中，开创性地将马铃薯皮水解物(PPH)作为混合营养培养基，培养淡水蓝藻螺旋藻(Spirulina sp.)，并系统评估了其生长性能、生物柴油转化潜力及残余生物质水热炭化特性。研究采用BG-11培养基对照实验，设置0-20%梯度PPH浓度培养体系，通过测定生物量、色素含量及生化组分揭示最佳培养条件；利用气相色谱分析脂肪酸甲酯(FAME)组成；采用响应面法优化水热碳化(HTC)工艺参数（温度150-220°C，时间60-300min）。

生长性能与生化特性
10% PPH培养组在第24天获得最高生物量(1506 mg/L)和生产率(59.84 mg/L/d)，较对照组提升37%。该组同时积累更高水平的叶绿素(1.8倍)、藻蓝蛋白(2.1倍)和碳水化合物，表明PPH中的还原糖与微量元素显著促进光合作用。脂质含量达细胞干重18%，与对照组相当但培养成本降低60%。

生物柴油特性
PPH组总脂转化率达55 wt.%，与对照组无显著差异。脂肪酸谱显示单不饱和脂肪酸(MUFA)占比提升，其中C18:1(14.37%)和C16:1(9.32%)有利于改善低温流动性，而对照组以饱和脂肪酸C16:0(37.25%)和多元不饱和C18:3(15.54%)为主。元素分析显示PPH组碳含量达44.65%，显著高于对照组。

水热炭化工艺
190°C/120min条件下获得最高水热炭产率(46.2%)，其碳保留率超75%。温度超过210°C时发生过度碳化导致产率下降，而短于60min则反应不完全。水热炭的碳氮比(CN比)达12:1，适合作为土壤改良剂或固体燃料。

该研究首次构建了"食品废弃物-微藻培养-生物柴油-水热炭"的全链条生物精炼模式，证实10% PPH可替代传统培养基实现低成本螺旋藻养殖。其创新点在于：1) 通过废弃物水解物实现混合营养培养，突破光照限制；2) 脂肪酸谱调控提升生物柴油低温性能；3) 残余生物质能源化利用形成闭环。这项成果为全球每年388.7万吨马铃薯皮废弃物处理提供了可规模化应用的解决方案，同时将微藻生物柴油生产成本降低约40%，对实现"零废弃"可持续发展目标具有重要实践意义。