农业副产物生物技术生产2-苯乙醇：实验评估、技术经济分析与生命周期评价

这篇综述系统评估了利用苹果渣和乳清等农业副产物通过酵母菌株Kluyveromyces marxianus CBS600生物合成2-苯乙醇（2-PE）的可行性，结合膜基溶剂萃取技术实现高效回收，并通过工业规模模拟验证其经济可行性（单位成本186美元/千克）和环境优势（温室气体排放降低1500倍），为可持续生物经济提供了创新解决方案。

　　

Abstract

2-苯乙醇（2-PE）是一种具有玫瑰香味的醇类化合物，广泛应用于食品、化妆品中的香料、调味剂和防腐剂。本研究通过实验评估了利用苹果渣和乳清作为低成本生物基底物，通过酵母菌株Kluyveromyces marxianus CBS600生产2-PE的可行性。实验结果显示，苹果渣在摇瓶培养中表现出最高的2-PE生产率，达到44.5 mg·L^?1·h^?1（24小时内1.07 g·L^?1），而在1 L生物反应器中放大后，48小时内产量提升至1.60 g·L^?1。补充酵母提取物和矿物质的酸性乳清发酵显著提高了生物转化效率，72小时内2-PE产量达到2.64 g·L^?1。

Introduction

2-PE的市场需求持续增长，但其传统化学合成方法依赖石化原料且产生有毒副产物，而天然提取自玫瑰花瓣的2-PE成本高昂。生物技术生产2-PE通过微生物转化L-苯丙氨酸（L-phe）的Ehrlich途径，成为可持续替代方案。乳清和苹果渣作为丰富的农业副产物，具有潜在的环境和经济价值。

Materials and methods

研究使用Kluyveromyces marxianus CBS600菌株，通过摇瓶和生物反应器实验评估不同底物的发酵性能。膜基溶剂萃取技术用于2-PE回收，并通过工业规模模拟（年产能150吨）进行技术经济分析和生命周期评价（LCA）。

Results and discussion

摇瓶生产：苹果渣培养基在24小时内达到1.07 g·L^?1的2-PE浓度，而补充营养的酸性乳清发酵在72小时内产量提升至2.64 g·L^?1。
生物反应器生产：膜基萃取技术实现了2-PE的高效回收，分配系数为14.46，且不影响细胞特异性产物产量。
技术经济分析：乳清基2-PE生产成本为186美元/千克，内部收益率（IRR）达24.9%，显著优于苹果渣和葡萄糖底物。
生命周期评价：乳清发酵的温室气体排放比玫瑰提取法低1500倍，凸显其环境优势。

Conclusions

研究表明，农业副产物生物转化生产2-PE兼具经济可行性和环境可持续性，为循环生物经济提供了创新路径。未来研究应优化营养补充策略、开发连续发酵工艺，并进一步比较不同生产路线的综合环境影响。