《Bioresource Technology》：Reimagining oil recovery: Sustainable downstream processing of oleaginous yeasts for food applications
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本综述系统探讨了产油酵母生产食品级微生物油脂的下游加工（DSP）挑战与可持续解决方案。文章指出，尽管上游研究（如菌株选育、发酵工艺）进展迅速，但下游加工（包括细胞收获、破壁、油脂提取与纯化）仍是产业化的主要瓶颈。现有方法多依赖高毒性溶剂（如正己烷、氯仿），存在食品安全与环境可持续性隐忧。作者呼吁采用全系统视角，借鉴生物精炼领域的创新技术（如绿色溶剂、膜分离、原位转化），以开发高效、可扩展且安全的DSP工艺，满足替代油脂日益增长的需求。
1. 引言
全球人口增长与食品需求激增，加之传统油料作物种植对环境的影响，推动了对微生物发酵生产食品级油脂的关注。产油酵母因其生长速率快、碳源利用广和脂质合成能力强而成为研究热点。目前，上游工艺开发已取得显著进展，但下游加工（DSP）环节的研究相对滞后，成为制约其商业化应用的关键瓶颈。下游加工包括细胞收获、破壁、油脂提取和纯化等多个步骤，当前方法普遍存在化学溶剂使用量大、能耗高、可持续性差等问题。因此，开发高效、安全且可持续的下游加工工艺迫在眉睫。
2. 食品级酵母油下游加工的现状与挑战
2.1. 细胞收获
细胞收获是下游加工的第一步，旨在将酵母细胞从发酵液中分离。常用技术包括离心、微滤和絮凝。离心效率高（可达99.9%），但能耗大且难以放大；微滤对细胞损伤小，但膜污染和成本是主要挑战；生物絮凝虽环保，但成本较高且效率受工艺条件影响。收获技术的选择直接影响后续步骤的效率和整体可持续性，但目前缺乏系统评估其综合影响的比较研究。
2.2. 细胞破壁
酵母细胞壁结构复杂，需通过破壁释放胞内油脂。破壁方法可分为化学法（如酸解、表面活性剂）、机械法（如高压均质、球磨）、物理法（如超声、微波）、生物法（酶解）和电穿孔法等。酸解（如HCl）效率高达99%，但存在腐蚀性和毒性问题；机械法（如高压均质）虽环保，但能耗高且易产生复杂乳液；酶法选择性好，但成本高昂；电穿孔法等新兴技术尚处于探索阶段。破壁效率与油脂提取率密切相关，但现有研究多关注单一技术的效率，缺乏对能耗、选择性及规模化潜力的系统评估。
2.3. 油脂提取与纯化
溶剂提取是主流方法，传统溶剂（如正己烷、氯仿/甲醇）提取效率高（可达98-100%），但具有毒性和环境风险。绿色溶剂（如乙酸乙酯、d-柠檬烯）展现出 comparable 的提取潜力，但其在食品应用中的法规限制和残留毒性亟待评估。纯化环节多依赖蒸馏/蒸发，能耗大；膜技术（如超滤、纳滤）作为替代方案具有节能潜力，但分离效率尚需提升。超临界CO2提取虽环保，但效率较低且常需辅助破壁或共溶剂。过程强化（如超声辅助提取、球磨协同提取）可整合多步操作，但面临降解风险、设备成本及放大难题。
3. 生物精炼下游加工的经验借鉴
生物精炼领域在微生物油脂下游加工方面积累了丰富经验，可为食品级酵母油的发展提供参考。关键启示包括：开发原位转化技术，将油脂直接转化为终端产品（如黄油），减少分离步骤；探索吸附材料（如聚丙烯无纺布）用于油脂捕获，实现无溶剂提取；创新溶剂系统（如可切换亲水性溶剂、离子液体），提高安全性和效率；推进膜技术在收获、纯化及多产品回收中的应用。这些技术需在食品安全的框架下进行适应性验证和优化。
4. 未来展望
未来研究应重点关注以下几点：明确油脂的关键质量属性（CQAs），如氧化稳定性、残留杂质和微生物安全性，并在工艺开发中全程监控；深化绿色溶剂的毒理学评估和法规研究；提升分析技术以精准鉴定复杂副产物；开展全生命周期评估（LCA），系统性评价工艺的环境影响。通过跨学科合作和全系统优化，有望推动食品级酵母油的商业化进程。
5. 结论
产油酵母发酵生产食品级油脂是替代传统油脂的重要途径。下游加工环节的瓶颈亟待突破，需从单一技术优化转向全系统整合，借鉴生物精炼经验，开发安全、高效且可持续的工艺。未来研究应兼顾技术可行性、经济性和法规合规性，以加速其产业化应用。
