在循环生物经济转型的背景下，一项来自意大利那不勒斯费德里克二世大学的前沿研究取得了突破性进展。研究团队成功地将工业大麻（Cannabis sativa L.）的残渣（包括茎秆、叶片和花序混合物）与奶酪乳清结合，通过半连续酸化共发酵过程（co-AF），高效转化为挥发性脂肪酸（VFA），为单细胞蛋白（SCP）的生产开辟了新途径。这一研究成果不仅为废弃物的资源化利用提供了新方案，还促进了循环生物经济的发展。
图1 图文摘要
研究亮点
环保高效：该研究创新性地仅采用生物过程和微生物生物质，无需复杂的化学预处理，实现了从木质纤维素到SCP的转化，为生物经济的可持续发展开辟了新途径。
高产高效益：实验结果显示，通过增加工业大麻残渣的比例，VFA的产量实现了显著提升，最高可达3 115毫克/升乙酸（HAc），实验产量比理论预期高出近40%。
资源再利用：工业大麻残渣和奶酪乳清作为废弃物，通过该研究被赋予了新的价值，不仅减少了环境污染，还促进了资源的循环利用。
图2 四次分批共AF试验期间VFA和LA（a-b）净产量和pH值（c）的变化。
研究背景与意义
随着全球对可持续发展和资源循环利用的日益重视，如何高效利用农业和工业废弃物成为研究热点。木质纤维素材料因其丰富的碳源潜力，被认为是生产SCP的重要原料。然而，传统的木质纤维素到SCP的转化过程涉及多步复杂工艺，包括化学预处理和特定好氧培养等。本研究通过创新性的酸化共发酵技术，简化了这一过程，展现了其在生物经济中的巨大潜力。本研究不仅为工业大麻和奶酪加工行业的废弃物处理提供了创新解决方案，还推动了生物基材料和生物能源的生产向更加环保和可持续的方向发展。通过减少废弃物排放，提高资源利用效率，为构建循环生物经济体系作出重要贡献。
图3 四种共AF批次筛选试验中产生的挥发性脂肪酸的种类。
图4 在HBR（即HH和Mix）与CW半连续共AF的137天中，VFA和LA净产量的变化。
未来展望
研究团队表示，他们将继续优化共发酵工艺条件，探索更多种类的废弃物作为共发酵底物，并深入研究挥发性脂肪酸向单细胞蛋白的转化机制，以期实现更高效、更经济的生物转化过程。同时，他们也将关注该技术的商业化应用前景，推动其在实际生产中的广泛应用。
图5 在以生产单细胞蛋白（SCP）为目的的四次有氧发酵试验中，生物量增长在总悬浮固体（TSS）（a）和挥发性脂肪酸（VFAs）（b）、sCOD（c）和铵态氮（N-NH4+）（d）消耗方面的变化。
作者简介
Francesco Pirozzi，教授，意大利那不勒斯费德里科二世大学土木、建筑与环境工程系。国际期刊审稿人，国际水协会（IWA）和美国土木工程师学会（ASCE）成员。在卫生与环境工程领域发表270余篇著作。
Giovanni Esposito，教授，意大利那不勒斯费德里科二世大学土木、建筑与环境工程系。研究方向为开发、建模和工程创新生物技术，以便从废弃物和污水中回收能源和资源。
Stefano Papirio，教授，意大利那不勒斯费德里科二世大学土木、建筑与环境工程系。Water（MDPI）、Sustainability（MDPI）的编辑。研究兴趣主要为利用创新型流化床反应器（FBR）和移动床生物反应器（MBBR）处理受重金属以及硫、氮、硒化合物污染的城市和工业废水；结合先进的氧化和生物工艺，去除液流中的药物化合物和多环芳烃 (PAH)；利用传统和创新的膜生物反应器（MBR）系统处理污水厂的污泥并确定其特性；利用超嗜热细菌培养物从废弃物中生产生物氢；从农工链废弃物（乳清、工业大麻和厌氧消化物）中回收碳和氮并使之增值；对受PAH污染的沉积物进行生物修复等。
论文信息
原文标题：Valorisation of industrial hemp (Cannabis sativa L.) residues and cheese whey into volatile fatty acids for single cell protein production
引用信息：Moscariello, C., Matassa, S., Pirozzi, F., Esposito, G., & Papirio, S. (2024). Valorisation of Industrial Hemp (Cannabis sativa L.) Residues and Cheese Whey into Volatile Fatty Acids for Single Cell Protein Production. Environmental Science and Ecotechnology 21: 100439.
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期刊简介
在生态环境部黄润秋部长亲自提出和指导下，Environmental Science and Ecotechnology（ESE）于2020年1月正式创刊。ESE由中国科协主管，由中国环境科学学会、哈尔滨工业大学和中国环境科学研究院共同主办。ESE为双月刊，面向全球开放获取（全部论文皆可免费阅读、下载）。
ESE首届编委会由120位全球生态环境研究领域的顶级专家学者构成。哈尔滨工业大学任南琪院士担任主编，中国环境科学学会理事长、生态环境部环境规划院王金南院士和中国环境科学研究院吴丰昌院士担任副主编，俞汉青院士、Danny Reible院士等13位世界顶尖学者担任执行主编和执行副主编。
ESE已入选3个 “一区”，即中科院一区（大、小类）、JCR报告Q1区和中国科协高质量科技期刊T1区。2023年ESE获得首个完整影响因子12.6，最新影响因子为14.0，最新CiteScore为20.4。
期刊官网：https://www.sciencedirect.com/journal/environmental-science-and-ecotechnology
