酱油渣的增值利用：基于超临界CO2提取技术的经济与环境综合评估

《ACS Sustainable Resource Management》：Valorization of Soy Sauce Residue: Analyzing Supercritical CO2 Extraction with Economic and Environmental Perspectives

本研究探讨了利用超临界二氧化碳（SCCO2）提取酱油渣中生物活性成分的可行性，从技术与经济环境双重角度评估了其可持续性。结果表明，SCCO2提取工艺在特定条件下具有经济效益，且能获得具应用价值的提取物，为酱油加工副产物的资源化利用与减少环境影响提供了科学依据与实践方案。

　　

引言部分阐述了酱油作为东方广泛使用的调味品，其生产过程中会产生大量的酱油渣副产物，约占酱油产量的10-20%。这些残渣若不当处理（如直接填埋），可能导致土地盐碱化、引发牲畜疾病等问题。然而，酱油渣本身富含油脂、纤维、蛋白质、异黄酮等有价值的化合物，是一种潜在的资源。传统的有机溶剂提取法虽简单高效，但存在溶剂用量大、提取时间长、可能降解热敏性成分等缺点。相比之下，超临界二氧化碳（SCCO₂）提取作为一种环境友好的替代技术，因其临界温度温和（31.1°C），可避免热不稳定化合物的降解，且提取物无溶剂残留。尽管其初始投资和运营成本较高，但随着工业规模装置的发展，成本有望降低。本研究的核心目标是评估应用SCCO₂从酱油渣中提取生物活性化合物，并对其提取物进行表征，同时结合经济与环境分析，以确定最佳工艺条件。

材料与方法部分详细描述了实验流程。研究所用酱油渣经清洗、冷冻干燥等预处理后成为“处理后残渣”。对其进行了水分、灰分、元素分析、蛋白质、碳水化合物等多种表征。采用索氏提取法（使用乙醇、丙酮、正己烷作为溶剂）与SCCO₂提取法进行对比。SCCO₂提取实验采用了全因子实验设计，考察了温度（40和60°C）和压力（200和250 bar）的影响，并评估了共溶剂（乙醇或己烷）的添加效果。对所得提取物分析了总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、脂肪酸组成及抗氧化活性（以EC₅₀表示）。此外，研究还基于特定假设和模拟软件，对SCCO₂工艺进行了经济评估和生命周期分析（LCA），其中环境评估采用了绝对全球温升潜能（AGTP）指标，以更准确地评估不同温室气体排放对全球温度的累积影响。

结果与讨论部分呈现了详细的发现。残渣表征显示，预处理有效降低了盐分，处理后的残渣是碳水化合物、膳食纤维和蛋白质的良好来源。索氏提取中，乙醇的提取率最高（31.03%），但该方法存在溶剂用量大、可能污染环境等固有缺点。SCCO₂提取的得率在15.93%至20.51%之间，其中压力对得率有显著影响，添加乙醇作为共溶剂在250 bar和40°C条件下得到了最高得率。不过，考虑到添加共溶剂会增加工艺复杂性和成本，其带来的得率提升被认为边际效益有限。在无共溶剂条件下，60°C和250 bar的组合性能最佳。

提取物表征方面，SCCO₂提取物的总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）受温度、压力及其交互作用的显著影响。所有提取物均显示出轻微的抗氧化活性（EC₅₀在100-200 μg/mL之间）。脂肪酸分析表明，提取物中主要含有亚油酸（约54.6%）、油酸（约27.5%）、棕榈酸（约11.1%）和亚麻酸（约6.9%），其组成与大豆油相似，提示其可用于生产生物柴油等。

经济评估结果显示，在考察的四种实验条件中，有三种条件下的SCCO₂提取工艺可被视为盈利。其中，250 bar和40°C的条件由于得率较低而经济回报为负。在经济效益良好的条件中，60°C下的案例通常表现更佳，因为能提取更多有价值的油脂。环境评估聚焦于对全球变暖的潜在影响，采用AGTP进行分析。在排除了不经济的250 bar/40°C条件后，对比其余条件发现，“运营支出”（OPEX）相关的排放（主要来自天然气消耗）远高于“资本支出”（CAPEX）相关的排放。其中，冷却器和CO₂补充流程是甲烷排放的主要贡献者。综合分析表明，在能获得良好经济回报的条件中，200 bar和40°C的操作参数能够最小化累积的AGTP，即对环境的温升影响最小。

综上所述，本研究证实了利用SCCO₂从酱油渣中提取生物活性化合物的可行性。所得提取物含有具有应用潜力的脂肪酸、多酚和类黄酮，并显示出一定的抗氧化活性。通过耦合经济与环境分析，研究成功筛选出既能保证经济效益又能最大限度减少环境影响的优化工艺条件，即40°C和200 bar。这项工作为酱油渣的资源化高值利用提供了一条可持续的技术路径，通过将工业废料转化为可用于制药、食品、化妆品等行业的高质量提取物，不仅能够减少废物处置压力，还能为生产企业创造额外收入，从而提升整个酱油生产过程的可持续性。