《International Dairy Journal》：Sustainable approaches to utilization of lactoferrin and dissolved air flotation dairy by-products for high-value applications
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乳品工业副产物如DAF污泥和乳铁蛋白提取前 fractions富含有机质，传统处理方式生态影响大且经济价值低。本文系统评估了其作为微生物培养基、精准发酵原料及高值蛋白/肽类提取的潜力，提出通过资源化利用实现环境减排与经济效益双赢，并指出当前研究在副产物高值化应用和规模化技术上的不足。
Leila B.M. Nolan | Renwick C.J. Dobson | Ignatius Man-Yau Szeto | Philip Wescombe
新西兰坎特伯雷大学Riddet研究所MacDiarmid先进材料与纳米技术学院生物科学系，生物分子相互作用中心，基督城8140
摘要
乳制品行业会产生大量废弃物，包括溶解空气浮选（DAF）污泥和乳铁蛋白前馏分的副产品。在去除废水中的脂肪、油脂和悬浮固体过程中，会生成富含蛋白质和脂质的DAF污泥。乳铁蛋白前馏分是提取乳铁蛋白的副产品，其中含有残留的蛋白质和化合物。目前这些废弃物并未得到充分利用，通常被直接处置。本文重点探讨了将这些副产品重新利用为高价值产品的现状及未来潜力。这些副产品已被用于微生物培养和精准发酵，并可作为生长因子或肽等高价值蛋白质的来源。我们指出了未来发展方向中存在的不足，以促进具有经济和环境效益的应用研究。对这些应用的研究将有助于提升全球乳制品行业的可持续性和创新能力，实现废弃物的资源化利用。
引言
乳制品废水因其高有机含量而成为严重的环境问题，导致生物需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）显著升高（Awasthi等人，2021年）。BOD是指微生物分解水中有机物所需的溶解氧量。当高BOD的废水排放到自然水体中时，会消耗氧气，导致水体缺氧，危害水生生物，破坏生态系统并降低水质（美国公共卫生协会，1992年）。COD则衡量化学氧化可生物降解和不可生物降解有机物所需的总氧气量（Butler，2024年）。即使经过生物处理后，废水中仍存在高COD，表明其中含有复杂的难降解污染物。
面对这些挑战，乳制品行业面临着开发可持续且高效废物管理方法的迫切需求。例如，乳清、液态牛奶等主要乳制品废水的BOD5（五天后的BOD）和COD浓度分别为0.59–1.21 g L?1、1.07–2.18 g L?1、0.5–1.3 g L?1和0.95–2.4 g L?1、0.24–5.9 g L?1及0.5–10.4 g L?1（Slavov，2017年）。目前这些废弃物的处理方式（如土地施用或直接排放到水道）在生态上不可持续。本文描述的方法通过降低BOD和COD并提取有价值成分来实现废物的资源化利用，既能保护环境又能带来经济效益。欧盟关于工业排放的指令（指令2010/75/EU）进一步推动了这一进程，要求大型乳制品企业采用最佳可用技术处理废物，其中明确包括促进废弃物的回收和再利用以及减少环境影响（欧洲议会与欧盟理事会，2010年）。
乳制品废水中包含来自溶解空气浮选（DAF）系统和乳铁蛋白提取柱的成分。在去除废水中的脂肪、油脂和悬浮固体过程中会产生DAF污泥。乳铁蛋白提取技术是乳制品行业的新兴技术，利用阳离子交换柱从牛奶或乳清中分离乳铁蛋白。乳铁蛋白需求的增长推动了该技术的发展，其价值预计从2024年的2.5亿欧元增加到2030年的超过4.1亿欧元（Grand View Research，2021年）。乳铁蛋白洗脱过程中获得的前馏分含有生物活性成分（如乳过氧化物酶、乳铁蛋白和IgG），具有未开发的商业潜力（Burling，1989年）。随着乳铁蛋白市场的增长，该前馏分的产量也会增加。DAF污泥和乳铁蛋白前馏分均富含有机物，大量存在时可能对环境造成危害且难以处理，尤其是DAF污泥，因其营养浓度高、易固化堵塞管道且难以生物降解（Awasthi等人，2021年）。
迄今为止，这些副产品作为营养来源和收入来源尚未得到充分重视。许多设施尚未找到乳铁蛋白前馏分的用途，DAF污泥也仅被少量用于特定微生物的培养。通过这些方法回收未利用的营养物质并降低有机含量、BOD和COD，将带来环境和经济效益。因此，本文总结了这些副产品的产生和当前管理情况，并评估了其潜在应用，特别关注具有商业可行性的机会。
部分内容摘要
DAF污泥
DAF是一种废水处理工艺，用于去除液体废液中的悬浮固体（DAF污泥，新西兰初级产业部，2021年）。在DAF过程中，首先在曝气单元中对废水进行充氧（图1，新西兰初级产业部，2021年；Waterform，2023年）。此时可添加混凝剂和絮凝剂等化学物质以优化浮选效果。随后废水被引入反应罐并与回收物质混合。
生长因子提取
已有大量研究表明，奶酪生产过程中产生的乳清废水中含有生长因子（如胰岛素样生长因子IGF-I、IGF-II、血小板衍生生长因子、成纤维细胞生长因子和转化生长因子β）（Tsermoula等人，2021年）。此外，生长因子提取技术已得到广泛研究并实现规模化应用（Regester等人，2003年；Gauthier等人，2006年），并获得了专利保护（Kivits等人，2002年；Struckmeyer等人，2004年）。
结论
本文探讨了乳制品副产品的现有和潜在应用，重点关注乳铁蛋白生产和DAF过程的副产品。目前，关于DAF废弃物或乳铁蛋白前馏分的再利用研究较少。相比之下，针对乳铁蛋白副产品的研究也相对较少。未来，针对富含蛋白质的乳制品废弃物的应用研究应聚焦于四个方面：
作者贡献声明
Leila Brenda Marija Nolan： 文稿撰写与编辑、初稿撰写、数据整理、概念构建。
Renwick C.J. Dobson： 文稿撰写与编辑、项目监督、概念构建。
Ignatius Man-Yau Szeto： 文稿撰写与编辑、概念构建。
Philip Wescombe： 文稿撰写与编辑、项目监督、概念构建。
未引用参考文献
《2021年动物产品法规》；Chokshi等人，2016年；Daverey等人，2009年；环境署关于安全可持续污泥使用的战略，2023年；欧洲议会与欧盟理事会，2010年；Fee和Chand，2005年；GEA；Jaganmai和Jinka，2017年；Kivits等人，2001年；Lu等人，2015年；Mohan等人，2010年；Purolite；Singh等人，2013年；Sivakumar等人，2010年；Struckmeyer和Wu，2005年；美国专利号10961473，2021年；美国专利号8545702，2013年；美国专利号9273257，2016年
资金支持
本研究得到了新西兰初级产业部（BIC）、Riddet研究所以及新西兰商业、创新与就业部（MBIE）与新加坡未来食品催化剂基金（资助编号UOC2412）提供的暑期奖学金支持。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系/个人关联：Philip Wescombe隶属于伊利创新中心大洋洲分部，Ignatius Man-Yau Szeto与伊利集团有关联。伊利集团可能对本文研究的乳制品废弃物有利用兴趣，但这种关联并未影响研究的客观性。
