水果废弃物生物活性化合物回收后的提取残渣通过发酵和光发酵产氢的升级循环利用

本研究针对食品工业副产品——橙皮草药粉尘(OPHD)和黑接骨木压榨饼(BEPC)，提出了一种集成生物精炼策略。研究人员通过超声辅助提取回收酚类化合物后，创新性地利用提取残渣进行暗发酵(DF)和光发酵(PF)产氢。结果显示：OPHD在DF和DF-PF联用中分别获得150.3 mL H2/g VS和218.0 mL H2/g VS的产氢量；BEPC则在单阶段PF表现更优。该研究为食品废弃物资源化提供了"零废弃"解决方案，同时提升了生物精炼过程的经济可行性。

　　

随着城市化进程加速和资源需求激增，全球每年产生约13亿吨食品废弃物，预计2025年将达22亿吨。这些有机废弃物不仅造成严重的环境压力，其蕴含的生物活性成分和能源潜力也未被充分开发。特别是食品加工过程中产生的橙皮草药粉尘(OPHD)和黑接骨木压榨饼(BEPC)等副产品，含有大量酚类化合物和可发酵组分，传统处理方式往往造成资源浪费。

来自塞尔维亚Fructus d.o.o.和NISHA d.o.o.的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，提出两步式生物精炼方案：首先采用超声辅助提取技术从OPHD和BEPC中回收酚类化合物，提取率分别达22.33%和17.80%；随后将提取残渣通过暗发酵(DF)和光发酵(PF)转化为氢气。该研究创新性地实现了废弃物全组分利用，为食品工业可持续发展提供了技术范式。

关键技术包括：超声辅助提取酚类化合物（使用频率20kHz的超声探头）；暗发酵采用餐厨垃圾厌氧消化污泥作为接种物；光发酵使用紫色非硫细菌(PNSB)混合培养物；氢气产量通过气相色谱测定。实验设置单阶段DF、单阶段PF和DF-PF序贯三种模式进行比较。

Ultrasonic-assisted extraction yields and characterization of the extraction products
研究证实超声提取能高效回收酚类物质：OPHD提取物含24.08±1.16 mg GAE/g DW总酚，BEPC达32.83±2.24 mg GAE/g DW。红外光谱显示残渣仍富含多糖和木质纤维素，为后续发酵提供底物。

Dark fermentation performance
OPHD在DF中展现优异产氢性能（150.3 mL H₂/g VS），主要归因于其高可溶性糖含量（占VS的38.7%）。BEPC因木质纤维素结构复杂，DF产氢仅20.5 mL H₂/g VS，但产生大量挥发性脂肪酸(VFAs)，为PF提供理想底物。

Photofermentation performance
序贯DF-PF使OPHD总产氢量提升45%（218.0 mL H₂/g VS）。BEPC在单阶段PF表现突出（135.6 mL H₂/g VS），PNSB能有效利用DF阶段积累的乙酸和丁酸。

Conclusions
该研究构建了"酚类提取-生物产氢"的闭环生物精炼体系：超声提取保留高价值化合物后，微生物转化残渣为清洁能源。OPHD适合DF-PF联用，而BEPC更适宜单阶段PF。这种分级处理策略使废弃物价值提升2.3倍，为食品工业实现"零废弃"目标提供了可扩展的技术路线。

研究由COST Action WIRE和塞尔维亚教育科技发展部资助，Nata?a Nasti?和Grazia Policastro作为共同第一作者，强调了跨学科合作在生物精炼技术开发中的重要性。成果不仅拓展了水果废弃物高值化利用途径，其建立的DF-PF耦合系统更为其他木质纤维素废弃物的能源转化提供了参考范式。