南瓜衍生残渣及废弃物的资源化利用：分析

《Journal of Environmental Management》：Valorization of pumpkin-derived residues and waste: An analysis

　　

**• 南瓜废弃物的价值化利用支持潜在的工业应用。**
**• 整合式生物炼制厂有助于减少温室气体排放。**
**• 工艺数字化和热集成可提高运行效率。**
**• 智能控制策略可能缩短处理周期。**
**• 系统性能取决于电网碳排放强度及有效的能源集成。**

**引言**

当代全球农业部门面临着双重挑战：既要满足日益增长人口的营养需求，又要同时降低集约化粮食系统固有的生态足迹（Batool等人，2024年）。在这一框架下，南瓜（*Cucurbita* spp.）产业经历了持续增长，始终作为全球范围内重要的农产品发挥着重要作用（Nizuka等人，2025年）。南瓜产量可观，2021年美国产量达到约68万吨，2020年中国产量超过700万吨（Aldahdooh等人，2026年）。更广泛地说，2024年南瓜、西葫芦和瓜类的全球产量达到约3460万吨，其中印度贡献最大，超过930万吨，中国次之，接近770万吨，俄罗斯联邦、乌克兰、美国、土耳其、墨西哥、意大利和印度尼西亚的产量也相当可观（FAO，2026年）。该农业资源的规模同时也伴随着收获后和加工过程中产生大量多样的残渣，为其管理带来了物流和经济方面的挑战（Allende等人，2025年）。

南瓜废弃物包含在生产、处理、加工、运输和消费阶段中产生的多种异质性生物量流。这些流包括农业田间残留物、收获后分拣和储存损失、工业加工副产物（如果皮、种壳和压榨后的果渣），以及消费者和餐饮服务产生的废弃物。虽然"南瓜加工残留物"一词主要指工业食品加工过程中产生的副产物，但更广义的"南瓜生物量"一词可能涵盖更广泛的南瓜衍生物质材料，包括初级生物量和残留组分。本综述评估的广泛文献涵盖了来自南瓜生产、加工和利用过程中的多种废弃物流。因此，本综述全文使用"南瓜废弃物"这一统称，涵盖从南瓜产生的废弃物和残留生物量，不论其产生阶段或具体来源。

南瓜总产量不应直接等同于可用于价值化利用的废弃物数量。实际上可回收的部分仅代表总收获量的一部分，且强烈取决于品种、生产和加工实践、地理分布、季节性供应以及收集、储存和运输物流。这些异质性生物量组分在生化组成、结构特征、季节性供应、含水量和潜在污染方面也存在显著差异，引入了不同的操作变量，这些变量可能影响预处理需求、工艺选择以及下游价值化利用性能。因此，在区域和加工链层面准确评估残留物产生和回收潜力，对于评估可扩展价值化利用途径的可行性至关重要。

除了与废弃物管理相关的挑战之外，南瓜废弃物的组成也为将其转化为更高价值的产品提供了基础。南瓜残留物含有次级代谢产物和结构及功能性大分子，包括多糖、蛋白质、脂质和其他生物活性成分，以及可用作生化、材料、环境和能源导向应用潜在原料的木质纤维素组分（Adelpour等人，2025年）。传统管理途径，包括垃圾填埋和既定的农业用途（如动物饲料），为资源回收提供了直接途径，并且根据当地条件和应用目的，可能比复杂的多阶段生物炼制加工更简单、更节省资源。然而，这些途径可能无法充分利用生物量中存在的高价值化学和功能组分，而垃圾填埋可能导致可回收资源的丧失，并可能因有机物分解而加剧温室气体排放。可回收组分的潜在低利用率凸显了需要进行先进价值化利用策略评估的必要性——在技术、经济和环境方面得到合理化的情况下，旨在将这些副流转化为更高价值的功能产品，同时考虑整体经济和环境性能（Roy等人，2023年）。在此背景下，整合式生物炼制方法提供了一个框架，用于级联利用多种生物量组分，并通过在相互关联的加工方案中结合提取、材料转化、环境应用和能源回收，可能提高整体资源效率。

尽管南瓜残留物中次级代谢产物和木质纤维素成分浓度较高，其废弃物变财富转化的潜力显而易见，但现有学术文献仍较为碎片化（Adelpour等人，2025年）。这种碎片化部分归因于孤立的研究焦点，单独研究通常优先考虑生化提取或材料合成，而对整合式生物炼制厂的多方面潜力关注有限（Adelpour等人，2025年；Ebikade等人，2020年）。由此导致的缺乏统一、系统性框架构成了从线性、资源密集型生产系统向更具韧性的循环经济模式过渡的重要障碍（Espuny等人，2026年；Prakash等人，2026年；Wu等人，2025年）。特别是，上游提取技术与下游转化途径之间的有限整合限制了评估不同南瓜废弃物组分如何能够在更广泛的生物炼制框架内顺序或协同利用的能力。因此，缺乏将多种提取技术与下游转化途径联系起来的整合视角，在将实验室台面上的原型转化为可扩展工业实施的路线图中留下了明显的空白（Melikoglu，2025年；Torres-Valenzuela等人，2020年；Yadav等人，2024年）。虽然先前的综述主要关注孤立的价值化途径，如提取单个生物活性化合物或其在特定食品强化策略中的应用，但通常提供的跨部门综合有限，未能将提取科学、废水处理、材料工程和生物能转化联系起来（Ezzat等人，2022年；Hussain等人，2026年；Tran和Nguyen，2025年；Valdez-Arjona和Ramírez-Mella，2019年；Zhang和Liu，2025年）。此外，现有文献对本综述综合的性能指标缺乏标准化的定量比较，同时对放大规模的技术经济和环境意义也缺乏批判性评估。这些局限性尤为相关，因为报道的性能可能根据原料特性、提取条件、预处理方法、产品规格和实验规模而大幅变化，使得研究之间的直接比较具有挑战性。

对这种整合评估的需求因对可持续、生物基替代品的日益增长的需求而进一步加强——这些替代品可取代合成和石油衍生材料（Barathi等人，2025年；Manikandan等人，2026年）。南瓜废弃物代表了一种潜在的廉价且分布广泛的原料；然而，其完整潜力仍然受到缺乏标准化和系统评估的加工策略的限制——这些策略需要考虑到原料变异性、资源回收和下游利用。因此，本综述将碎片化的文献整合为一个统一的框架，用于评估跨相互关联技术领域的南瓜废弃物价值化利用。它评估了跨交叉学科的技术进步，范围从绿色提取科学和生化工程到高性能功能材料生产和环境修复剂。特别关注定量性能指标，包括提取率、回收效率、吸附容量、材料稳定性以及其他应用特定指标，同时也考虑了操作约束、原料异质性、技术成熟度以及与放大规模相关的技术经济和环境考量。该综述不是将单独的价值化途径视为独立终点，而是考虑它们在级联和整合加工方案中的潜在相互联系。在此过程中，它提供了一个综合的比较框架，以支持识别有技术前景的途径以及将其推进到更大规模实施所需的研究优先级。

本文结构旨在促进对南瓜废弃物评估和价值化利用的逻辑性递进。在引言之后，第2节描述综述方法论，并详细介绍分离生物活性代谢产物、价值化利用回收组分以及随后转化残留生物量的多种方法。第3节综合了主要发现与性能指标，提供了一个综合性的分析，强调了当前方法所报道的技术性能和相关的经济考量。第4节批判性评估了当前文献中固有的方法学、操作性和组成性局限性，包括废弃物流异质性和系统边界约束。第5节概述了克服可扩展性、生态安全性和计算优化障碍所需的未来研究轨迹。最后，第6节提出了对级联式整合生物炼制厂在更广泛的循环生物经济中潜在角色的结论性展望。

**各章节片段**

**文献综述**

本节对当代南瓜废弃物价值化利用领域进行了批判性考察。它考察了跨相互关联领域的技术发展，包括生化工程、可持续提取方法、功能材料开发、环境修复和可再生能源。通过综合这些领域，本综述评估了将南瓜废弃物转化为增值产品的技术性能和相关的经济考量。

**主要发现讨论**

关于生物活性化合物的回收，强化绿色提取技术（特别是超声辅助酶解提取法）的应用在提高回收效率方面展示了相当大的潜力。这些过程报道的多糖回收率范围为10%至45%，蛋白质溶解度超过80%。此外，据报道，水解等高级处理可使酚类化合物浓度增加近4倍，而油脂回收率则……

**本研究的局限性**

本综述及其综合的文献所面临的一个关键局限性在于，广泛地汇集了多种南瓜废弃物流，但未在原料类型之间进行充分区分。具体来说，本综述文献中确定的南瓜残留物可归纳为四个类别：（1）在种植和收获期间产生的农业残留物，包括藤蔓、茎干、叶片、根系和未收获的果实；（2）收获后损失，源于分拣、运输……

**未来研究方向**

基于上述识别的局限性，未来研究应聚焦于工艺整合、放大规模、经济与环境评估以及数据驱动的工艺管理。为这些优先级提供结构化框架，图1总结了推进南瓜废弃物价值化利用向整合式生物炼制系统发展的主要研究方向。

**结论**

本综合分析表明，南瓜废弃物是一种多样化且未充分利用的生物量资源，在循环经济框架中具有潜在应用价值。通过部署强化和绿色加工技术，从超声辅助酶解提取到碳基纳米材料合成，文献研究了将南瓜衍生残留物转化为生物活性化合物、功能性食品配料、环境……

**生成式人工智能及AI辅助技术在写作过程中的声明**

在准备本作品过程中，作者使用了Gemini（Google）和ChatGPT以改善语言和可读性。在使用该工具/服务后，作者对所需要的内容进行了审阅和编辑，并对出版物的内容承担全部责任。

**利益冲突声明**

作者声明他们没有已知的相互冲突的经济利益或个人关系，这些关系可能影响本论文所报道的工作。

Mehmet Melikoglu