随着全球人口的持续增长，可持续的食品生产变得越来越重要，以确保有足够的食物供应给人类和动物，同时不损害环境，并确保后代能够获得他们所需的资源以茁壮成长[1]。为此，《废物框架指令》（2008/98/EC）推动了欧盟范围内的食品废弃物增值利用，同时还有新的政策策略，如“迈向空气、水和土壤零污染”的行动计划以及新的循环经济行动计划（CEAP），强调“减少废物，增加价值”[2]。
在2021年5月17日发送给欧洲议会和理事会的通信中，欧盟委员会强调了蓝色增长战略与可持续蓝色经济目标之间的一致性[3]。正如欧盟委员会的“海星使命”所倡导的，其中一个例子是推广低影响的水产养殖，这种养殖方式能够以最小的对生态系统的影响实现水生生物的可持续和环保养殖[4]。这有助于支持海洋空间的循环利用、低碳利用和多功能利用[4]。
农业工业和海洋废弃物的增值利用是欧盟循环经济目标的基石[5]。通过利用废弃物流生产高附加值的生物产品，研究人员和行业可以同时创造新的价值链和更可持续的发展[6]、[7]。全球对海产品的需求接近2亿吨，其中近50%来自水产养殖[8]。在水产养殖领域，大约27%的废弃物是由于鱼类自然死亡造成的[8]，而加工后的鱼类（70%）中约有30-35%作为固体废弃物被丢弃，具体取决于鱼类种类和加工程度[9]。据估计，全球每年有近2500万吨的死鱼被丢弃或浪费[10]。鱼废弃物富含有机物和污染物，如果管理不当，会对环境构成风险[11]。这主要是由于其高有机物含量以及其他化学物质，如二噁英和类似甲基汞的污染物[12]。
鱼废弃物可以转化为鱼粉、肥料、鱼油、胶原蛋白和欧米伽3脂肪酸等产品[13]、[14]、[15]。这些产品大多通过化学或酶法获得。与化学方法相比，基于酶的技术几乎不产生废弃物，且对环境更友好[16]。尽管化学方法被广泛使用，但它们也有若干缺点，例如由于使用强溶剂或试剂可能导致蛋白质变性，残留化学物质的存在，以及缺乏选择性，从而导致不希望的物质被共同提取[17]。此外，使用有害化学物质还会引发环境问题，增加可持续性挑战，特定的化学提取过程可能能耗较高[18]。
酶法水解因能够生产出具有更好和更专门营养、技术和生物活性特性的水解物而受到越来越多的关注[19]。近几十年来，由于酶法的特异性、作用速度快以及相比传统方法（如酸水解或碱水解）能节省原材料、能源、化学物质和水资源，许多行业都采用了酶法[20]。尽管如此，由于酶的成本较高，酶法相对于化学方法仍然相对昂贵，使其在大规模应用中价格最高[21]。
像SSF这样的技术替代方案，结合自产蛋白酶和游离氨基酸（FAA）的释放，可能是一个潜在的解决方案。SSF依赖于在低水分条件下自产的蛋白酶和微生物活性，减少了对商业酶的依赖[22]。SSF可以改善物理化学和营养特性，同时支持循环增值策略[23]、[24]。蛋白质水解物在农业领域特别有吸引力，因为它们可以作为生物刺激剂，增强碳和氮代谢、酶活性以及抗逆性[25]、[26]。
此外，已有研究表明鱼水解物（FH）可以作为农业中使用的生物刺激剂的良好候选者[27]、[28]。它们有助于植物增强抗旱能力，促进有益微生物的生长和活性，并提高抗氧化特性[29]、[30]。
尽管之前的研究探讨了鱼废弃物的增值利用，但仍存在一些重要空白。一些研究仅依赖于化学水解，没有微生物发酵或自产酶，限制了其可持续性[31]。其他研究主要关注O. mykiss的内脏，没有考虑整个鱼废弃物的增值利用或自产酶的潜力[32]、[33]。本研究通过整合微生物发酵并评估整个废弃物流来弥补这些局限性。
尽管这些研究突显了鱼废弃物增值的潜力，但据我们所知，还没有研究探讨不同操作参数对蛋白质水解物总体产量的影响，特别是对其农业应用的影响。此外，也没有关于通过SSF释放FAA的详细研究，而FAA是水解过程中的一个关键方面，能提供超出酶活性的补充信息。相比之下，本研究通过整合微生物发酵，采用了一种更可持续的方法，实现了对整个鱼废弃物的增值利用，而不仅仅是关注内脏部分。
本研究旨在探讨发酵条件对氨基酸释放的影响。为此，研究分为三个目标：（1）使用Oncorhynchus mykiss自产的蛋白酶通过SSF进行蛋白质水解的测试和验证；（2）在台式规模上进行实验，评估其大规模应用的潜力；（3）通过分析细菌谱、胶原蛋白和欧米伽3含量来评估增值产品的质量和安全性。
