《Process Safety and Environmental Protection》：Selective phenolic detoxification of pretreatment liquors for integrated valorization of potato peel waste
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•预处理液的价值利用实现了双流ABE发酵。•选择性POP吸附去除了酚类抑制物，同时保留了糖类。•酚类解毒恢复了液体发酵，产生10.52? g/L ABE。•解毒后的液体占总溶剂产量的44%。•该综合生物炼制工艺产生了214.9? g ABE/kg PPW。引言富含碳水化合物的
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预处理液的价值利用实现了双流ABE发酵。
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选择性POP吸附去除了酚类抑制物，同时保留了糖类。
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酚类解毒恢复了液体发酵，产生10.52? g/L ABE。
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解毒后的液体占总溶剂产量的44%。
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该综合生物炼制工艺产生了214.9? g ABE/kg PPW。
引言
富含碳水化合物的农业工业残余物的可持续管理是向循环生物经济和综合生物炼制系统转变过程中的关键挑战。食品加工行业每年产生大量富含碳水化合物的废物，但其中很大一部分仍未得到充分利用或以低价值途径处置，造成了环境和经济负担。因此，开发能够最大程度从这些残余物中回收碳的技术对于提高生物炼制过程中的资源效率和减少废物产生至关重要（Padder等，2024年）。
在农业工业残余物中，马铃薯皮废渣（PPW）在全球食品加工行业中大量产生，其处置面临环境和经济方面的挑战（Ebrahimian等，2022年）。由于含有高浓度的淀粉和结构碳水化合物，这种残余物代表了微生物溶剂生产的有前景的低成本原料（Rodríguez-Martínez等，2023年）。先前的研究表明了其在生产包括沼气、生物乙醇和生物丁醇在内的生物燃料方面的潜力（Soltaninejad等，2022年）。特别是，产溶剂梭菌的丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵作为将低成本富含碳水化合物废物转化为ABE溶剂的途径，受到了广泛关注（Abedini等，2020年，Mirfakhar等，2020年）。除了废物价值利用之外，提高从PPW生产生物丁醇的水平反映了生物燃料行业在生产效率和运营成本之间寻求平衡的更广泛挑战（Veza等，2021年）。针对复杂农业工业废物的工艺级策略有助于缓解这种权衡，特别是通过利用梭菌天然同化各种碳水化合物的能力（Khanal等，2024年，Nabila等，2024年）。
传统的基于废物的生物炼制方案采用水相预处理，主要针对固体部分进行酶解和发酵，通常将预处理液（PL）直接排入废水处理单元。对于PPW而言，这种做法尤为浪费，因为PL捕获了大部分溶出的淀粉，同时也含有来自木质素和半纤维素的抑制性降解产物。这种共提取作用使PL对微生物具有高度毒性，使其无法直接发酵。这些抑制物可干扰细胞生理功能，改变产酸-产溶剂动态过程，降低底物利用率，并损害基于梭菌的ABE发酵系统的溶剂产量。这种敏感性强烈取决于抑制物类型、浓度、菌株和培养条件（Koppova和Branska，2026年，Koppova等，2025年）。先前的研究试图通过使用有机溶剂——无论是稀酸水解之前还是采用溶剂预处理——来避免这一问题，以保留淀粉同时溶解抑制物。然而，对大量有机溶剂的依赖使得必须设置一个耗能的溶剂回收循环（Almeida等，2023年，Tofani等，2024年）。这些巨大的能源需求，加之溶剂损失的经济和环境风险，往往掩盖了最初的运营效益。
作为优化PPW处理成本效率平衡的替代策略，整合针对性的解毒步骤可以显著提高工艺的可行性。当采用具有成本效益的水相方法（如稀酸预处理）时，可发酵的溶出淀粉和具有抑制性的酚类化合物均被引入液相（Liu等，2022年）。虽然稀酸预处理可以有效预水解淀粉，避免了梭菌在酚类环境中固有的淀粉酶活性的严重抑制，但由于细菌对这些溶出抑制物的总体高度敏感性，直接发酵所得水相液体仍极具挑战性（Luo等，2020年，Mirfakhar等，2017年）。为绕过这一瓶颈，实施高选择性吸附过程提供了一种切实可行的解决方案。这种有针对性的抑制物去除可以使预处理液变得可发酵，无需耗能的有机溶剂，从而充分利用稀酸预处理在淀粉利用方面的优势。然而，要从可发酵碳水化合物中实现抑制性降解产物的选择性去除，需要高度精确的分子机制（Arminda等，2021年）。
基于吸附的解毒方法因其操作简单、工况温和以及能够无缝整合到现有生物炼制过程中而受到广泛关注。然而，常用的吸附剂（如活性炭和生物炭）通常选择性有限，在去除目标抑制物的同时往往会大量去除可发酵糖类（Freitas等，2019年，Hou等，2020年）。此外，这种非特异性吸附可能无法完全解决木质纤维素水解液固有的复合毒性，在这种水解液中，甚至是微量酚类化合物也可能导致梭菌菌株代谢停滞（Liu等，2019年，Luo等，2020年）。虽然聚合物树脂（Huang等，2020年）和金属有机框架（MOFs）（Li等，2021年，Zhao等，2026年）等替代材料已被探索，但它们在这一特定应用中存在显著局限性。商业树脂往往缺乏精确尺寸分离所需的高度均匀（Huang等，2013年）且可调的微孔性（Guo等，2023年，Song等，2014年），而许多MOFs在暴露于实际预处理液中常见的强酸性水环境中时，往往表现出较差的结构稳定性（Moumen等，2021年）。这些局限性凸显了对专门设计吸附剂的需求，这些吸附剂能够针对特定抑制物的特性进行定制，同时保留碳水化合物组成并保持良好的长期稳定性（Li等，2021年）。实现这种选择性分离的一个重要机制是π–π相互作用，通过这种作用，芳香族吸附剂结构可以优先捕获木质素衍生的酚类化合物而非脂肪族糖类（Saleknezhad等，2027年）。微孔有机聚合物（POPs）在实际实现该机制方面具有非凡潜力，这得益于其可调的孔结构、高比表面积、化学稳定性以及固有的整合所需芳香官能团的能力（Mohamed等，2022年）。
在本研究中，开发了一种综合生物炼制策略，通过使PL和固体衍生的水解液均可发酵来提高PPW的碳利用率。使用稳定且高选择性的吸附材料——即POP，其对富淀粉复杂实际水解液的定向利用，以及由此产生的综合双流工艺设计是本研究的独特之处。为应对PL中的酚类负荷，使用了一种基线POP和三聚氰胺改性衍生物（POP-M）进行选择性吸附解毒，以评估表面化学对吸附性能的影响。设计了芳香族多孔框架结构，以优先与木质素衍生的酚类化合物发生π–π相互作用，而非与脂肪族糖类作用。同时，系统地评估了代表性的呋喃类和酚类化合物对C. acetobutylicum的抑制效应，以阐明它们对产溶剂抑制的相对贡献。通过将选择性液体解毒与双流发酵相结合，本工作为改善碳回收、减少废物产生以及提高农业工业生物炼制系统的可持续性建立了一种切实可行的方法。?
章节摘要
原料制备
所有实验均使用PPW作为原料。马铃薯采自伊朗伊斯法罕省法里丹县（32°57′N，50°26′E），在当地市场购买。薯皮经过彻底清洗、风干、研磨和筛分，获得20–80目（对应833–177 μm）的粒径范围。加工后的材料在室温下储存至使用。
原料的含水量通过105 ℃烘箱干燥4?小时测定。结构碳水化合物、木质素、灰分等
结果与讨论
结果按照综合工艺流程呈现。讨论首先阐述预处理对底物分级和抑制物生成的影响（3.1节），随后介绍吸附剂表征和解毒性能评估（3.2节）。然后评估解毒对ABE发酵的影响（3.3节），最后以质量和碳平衡结束研究，以评估整体的资源回收和碳利用
结论
本研究证明了PPW的PL可以通过选择性吸附解毒有效地重新整合到产溶剂生物转化中。增加预处理强度增强了碳水化合物向液相的转移，但同时也加剧了呋喃类和酚类抑制物的形成，在碳释放和发酵兼容性之间形成权衡。
使用微孔有机聚合物进行吸附解毒成功降低了抑制性
未引用参考文献
（共价有机框架-300（日期不详））
CRediT作者贡献声明
Fariborz Momenbeik：写作——审阅与编辑，方法论，形式分析，构思。Maryam Saleknezhad：写作——初稿，软件，方法论，调查，形式分析，数据整理。Hamid Amiri：写作——审阅与编辑，监督，项目管理，方法论，形式分析，构思。Mohammad Ali Asadollahi：写作——初稿，监督，项目管理，方法论，形式分析，构思。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些可能影响本文报告的工作。
Maryam Saleknezhad|Mohammad Ali Asadollahi|Hamid Amiri|Fariborz Momenbeik
