综述：升级循环食物废弃物用于微藻培养以实现闭环系统集成循环生物经济中的脂质生产

这篇综述创新性地探讨了将食物废弃物(FLW)升级为微藻培养基的策略，系统分析了预处理方法（如酶解、固态发酵SSF）对碳氮磷(C/N/P)代谢通路的调控机制，重点阐述了微藻通过卡尔文循环(Calvin cycle)和TCA循环实现碳固定及脂质合成（EPA/DHA）的分子路径，为构建"废弃物-微藻-功能脂质"的闭环生物精炼模式提供了理论支撑，契合联合国可持续发展目标(SDG 12/13)。

　　

食物废弃物作为微藻培养的可持续培养基

全球每年约13亿吨食物废弃物(FLW)造成8-10%的温室气体排放。传统填埋处理会产生甲烷(CH₄)，其百年尺度增温潜势是CO₂的28-34倍。微藻培养可同时实现碳固定（通过RuBisCO酶催化卡尔文循环）和有机废弃物转化，形成双碳吸收路径。预处理技术显著影响营养释放效率：超声处理使可溶性化学需氧量(sCOD)提升61.5%，微波辅助使碳水化合物溶出率提高41.5%，而酶解法可定向生成短链脂肪酸(SCFAs)等微藻可利用的碳源。

微藻代谢调控与脂质合成机制

在混合营养模式下，微藻能同步利用食物废弃物水解产生的葡萄糖（通过糖酵解生成2ATP+2NADH/分子）和工业排放的CO₂。关键代谢节点调控显示：氮限制条件会激活谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合酶(GS/GOGAT)通路，将碳流导向脂质合成；磷饥饿则通过抑制ATP-ADP循环促进甘油三酯积累。基因工程改造显著提升效率，例如敲除Nannochloropsis gaditana的Zn2Cys6转录因子可使脂质产量翻倍。

闭环生物精炼系统集成

固态发酵(SSF)处理固体废弃物能使蛋白质含量提升1.9倍，而液态废弃物（如乳清废水）培养Chlorella vulgaris可实现80-90%的氮磷去除率。创新性的两阶段培养策略——先富集生物量后诱导脂质合成——使Dunaliella salina的类胡萝卜素产量达0.52g/L。超级临界CO₂提取技术虽总脂得率较低（3.0%），但多不饱和脂肪酸(PUFA)占比达20.7%，显著优于传统溶剂法。

产业化挑战与解决方案

当前主要瓶颈包括：1）藻类收获能耗占全程30-40%，2）废弃物原料季节性波动，3）转基因藻株的监管障碍。智能光生物反应器(PBR)结合物联网(IoT)监控可使产能提升23%，而深共晶溶剂(DES)提取技术降低环境毒性风险。生命周期评估(LCA)显示，微藻DHA生产比鱼油减少41.12g CO_2-eq/MJ排放，但需平衡光生物反应器的高CAPEX（339/吨）与开放池系统的低OPEX（118/吨）。

未来展望

通过CRISPR-Cas9技术构建耐逆藻株、开发废弃物标准化预处理协议、建立"微藻-水产养殖"跨产业联盟，将加速实现SDG12（负责任消费）和SDG13（气候行动）目标。值得注意的是，Schizochytrium sp.的DHA含量（占总脂肪酸50%）已媲美商业鱼油，为海洋资源保护提供可行替代方案。