综述：释放以蓝色食品和饲料为中心的海洋生物精炼厂的潜力

《Resources, Conservation and Recycling》：Unlocking the potential of blue food- and feed-centered marine biorefineries

　　埃切·肯迪尔·贾克马克（Ece Kendir Cakmak）、艾萨克·奥武苏-阿吉曼（Isaac Owusu-Agyeman）、努拉伊·贾格拉尔·巴尔基斯（Nuray Caglar Balkis）、阿卜杜拉·阿克苏（Abdullah Aksu）、奥默·苏阿特·塔斯金（Omer Suat Taskin）、梅赫梅特·埃姆雷·切廷塔索格鲁（Mehmet Emre Cetintasoglu）、汉德·耶尼帕扎尔（Hande Yenipazar）、阿伊塞·萨尤恩（Ayse Saygun）、内塞·萨欣·耶西尔居布克（Nese Sahin Yesilcubuk）、纳兹利·佩林·科卡图尔克-舒马赫（Nazli Pelin Kocatürk-Schumacher）、梅莱塞·埃谢图·莫格斯（Melesse Eshetu Moges）、约翰·莫肯（John Morken）、萨拉伊·奥古斯丁·萨拉扎尔（Sarai Agustin Salazar）、乔万娜·戈麦斯·达亚拉（Giovanna Gomez d’Ayala）、皮埃尔弗朗切斯科·切鲁蒂（Pierfrancesco Cerruti）、萨拉·穆尼亚纳（Sara Mu?ana）、莱雷·鲁伊斯·鲁比奥（Leire Ruiz Rubio）、德里亚·尤克塞尔·伊梅尔（Derya Yuksel Imer）、埃莱姆·贾格里詹·戈克（Eylem Cagrican Gok）、伊佩克·通奇（Ipek Tunc）、泽伊内普·切泰乔格鲁（Zeynep Cetecioglu）

瑞典斯德哥尔摩阿尔巴诺瓦大学中心KTH皇家理工学院工业生物技术系，邮编SE-11421

**摘要**

海洋生物精炼的概念，特别是专注于蓝色饲料和食品生产，可以成为推动蓝色经济的关键支柱之一。次要的海洋资源，如低营养级生物以及渔业加工和水产养殖废弃物，可以被用来提取碳水化合物、蛋白质、脂质、矿物质和生物活性化合物，这些化合物可以进一步用于生产食品包装材料、食品类似物和动物饲料，从而促进循环经济的发展。本综述探讨了这些海洋资源作为原材料的潜力，不仅用于中间增值产品，还用于三种主要的相关最终产品：蓝色食品、蓝色饲料和智能活性食品包装。同时，也强调了环境可持续性、技术经济性和社会评估在这些产品应用于蓝色经济概念中的重要性。本综述展示了基于海洋二次资源的蓝色经济作为可持续社会和循环经济催化剂的前景。

**1. 引言**

随着海洋生态系统面临资源过度开发和污染的日益增加的压力，蓝色经济作为一种整体路径应运而生，它促进了资源的可持续利用，同时确保了生态系统的韧性。蓝色经济被定义为可持续利用海洋资源以实现经济增长、改善人类生活和海洋生态系统的健康，同时减少污染（世界银行与联合国经济和社会事务部，2017年）。尽管不同国家的蓝色经济潜力存在显著差异，但其全球价值估计为每年2.5万亿美元，相当于世界第七大经济体（Choudhary等人，2021年；Hoegh-Guldberg，2015年）。预计蓝色经济将在未来继续增长，然而由于气候变化、过度捕捞、污染和生物多样性的丧失，海洋生态系统受到了破坏（Konar & Ding，2023年）。为应对这些挑战，联合国制定了“海洋科学促进可持续发展十年（2021-2030）”，旨在通过联合各利益相关者，在共同框架下加速实现可持续发展目标14（水下生命）。在此背景下，蓝色经济强调协调海洋利用的经济、社会和环境维度。采用新的可持续生产模式，例如基于废弃物增值的海洋生物精炼，是推进联合国和欧盟海洋相关框架的有希望的策略。国际能源署生物能源任务组42将生物精炼定义为“将生物质可持续地加工成一系列市场产品（食品、饲料、材料、化学品）和能源（燃料、电力、热能）”（de Jong等人，2012年）。在这种情况下，海洋生物精炼指的是将这一概念应用于海洋生物质和海洋衍生残渣，以获得一系列增值产品。海洋生物精炼通过回收有价值的副产品并减少废物（特别是来自藻类、鱼类和低营养级海洋生物质）来优化海洋资源的利用（Nguyen等人，2022年；Cheirsilp等人，2023年；Veríssimo等人，2021年）。这些原料富含蛋白质、油脂、色素、天然聚合物和其他生物活性分子。例如，藻类作为生物精炼的原料具有巨大潜力，因为它们含有大量的碳水化合物、脂质、蛋白质、欧米伽-3脂肪酸和类胡萝卜素（Srinivasan和Kulshreshtha，2020年）。此外，甲壳类动物的壳含有20-50%的碳酸钙、20-40%的蛋白质和高达15-40%的几丁质（Hülsey，2018年），而鱼类废弃物富含矿物质（高达70%）（Venugopal，2021年）。尽管基于海洋的资源在生物精炼应用中具有巨大潜力，但海洋生物精炼仍面临一些瓶颈，如高成本、原料组成和可用性，以及当前设计主要集中在生产中间增值材料上（图1）。初级海洋原料，如海洋微藻和大型藻类，被认为是海洋生物精炼的可持续原料（Nishshanka等人，2022年；Zaky，2021年）。然而，从成本角度来看，藻类精炼通常需要一个培养步骤，这伴随着较高的基础设施资本成本（Nishshanka等人，2022年）。在这方面，未被充分利用的二次海洋原料和废弃物在海洋生物精炼概念中仍然大部分未被开发。例如，从沿海区域收集不需要的藻类可以减少与培养过程相关的财务限制，恢复生态系统，并在生物精炼概念中推进循环生物经济原则（Sunwoo等人，2025年）。这一策略不仅可以扩展到藻类，还可以包括其他物种，包括入侵物种，从而提供更广泛的环境和经济效益。其他关键的二次海洋资源包括渔业加工废弃物、副渔获物和废弃物以及水产养殖废物（即废水和污泥），它们在海洋生物精炼概念中有多种应用（Kurniawan等人，2025年；Rudovica等人，2021年；Veríssimo等人，2021年）。

**2. 文献选择**

通过Web of Science Core Collection数据库进行了结构化的文献搜索，以识别2005-2026年间与食品和饲料相关的海洋生物精炼研究文章。初步搜索是在预定义的子组（即包装、鱼饲料、生物传感器、食品类似物）中进行的，使用特定的关键词组合，并设置了包含和排除条件（补充材料）。结果仅限于用英语撰写的原始研究论文。根据第一次筛选，分别确定了137篇、194篇、277篇和205篇关于食品、包装、饲料和生物传感器应用的原始研究论文。随后，对这些原始文章进行了定性分析，以评估它们与二次海洋资源的相关性。部分选定的研究论文在第5节中进行了讨论。对于生命周期评估（LCA）和技术经济分析（TEA）（第6节），进一步筛选并讨论了与海洋生物精炼和单一输出技术相关的研究。

**3. 用于海洋生物精炼的潜在二次海洋原料**

海洋生物精炼可以利用未充分利用的水生生物质和二次海洋原料，将其转化为多种增值材料。作为一个新兴的例子，非本地物种（即不属于特定生态系统自然群的物种）可以作为海洋生物精炼的有前景的原料。非本地物种可以通过船舶的压载水、附着在潜水设备表面，或者通过附着在水产养殖中使用的活饵上的病原细菌和其他生物传播到不同的水生生态系统中。目前，全球海洋正受到这些物种的威胁。例如，地中海记录了573种非本地海洋物种（Galil，2009年），而波罗的海记录了220种（HELCOM，2023年）。一些非本地物种可能因其高入侵潜力和破坏本地生态系统的能力而带来生态风险。然而，尽管存在生态风险，这些入侵物种也可以作为海洋生物精炼的原料，从而减轻它们对生态系统的负面影响。例如，Gracilaria vermiculophylla是一种入侵性红藻，最初分布在日本和韩国沿海地区，后来扩展到了西欧（Oiry等人，2025年）。Gracilaria富含琼脂，可用于制药、食品加工和生物技术研究（Nabil-Adam等人，2020年）。Carcinus maenas（欧洲绿蟹）被认为是全球100种最不受欢迎的入侵物种之一，可以作为营养素、几丁质、类胡萝卜素和色素的有希望的来源（Zhang等人，2022年）。来自西班牙西北部的入侵藻类也富含多糖、脂质、蛋白质、色素和酚类化合物（Pereira等人，2021年）。Rugulopteryx okamurae是一种侵略性棕色大型藻类，已广泛殖民直布罗陀海峡和地中海沿岸，可以转化为具有抗氧化特性的生物活性薄膜，适用于食品包装。此外，其多糖（包括藻酸盐和岩藻多糖）在生物医学应用中显示出巨大潜力，如伤口敷料和药物递送系统（Barcellos等人，2023年；Belhadj等人，2024年；Figueroa等人，2025年）。同样，入侵性Caulerpa cylindracea广泛分布于地中海，产生的硫酸化多糖具有抗凝血、抗氧化和免疫调节活性，适用于生物医学水凝胶和涂层（Tahar等人，2025年）。黑海和里海中的入侵性栉水母Mnemiopsis leidyi富含胶原蛋白样蛋白质，可以提取并加工成可生物降解的薄膜和支架，适用于组织工程。此外，这些蛋白质在治疗各种疾病（包括神经退行性疾病、伤口、骨关节炎和癌症）方面具有药理潜力。它也是营养保健品开发的候选物种，为这种严重破坏浮游生态系统的物种提供了增值途径（Cadar等人，2023年；Lei等人，2025年）。这些案例研究表明，生物精炼概念如何将入侵物种从环境威胁转变为有价值的生物材料库。

另一个重要的未来海洋生物精炼原料来源是海洋产业（包括渔业加工和水产养殖）产生的废弃物。水生动物产量从1950年的1900万吨增加到2022年的超过1.85亿吨（FAO，2024年）。2022年，全球市场价值（首次销售）达到4520亿美元，其中水产养殖占总额的2960亿美元（FAO，2024年）。然而，全球可食用水生食品的损失和浪费估计为2380万吨（世界经济论坛，2024年）。鱼类加工厂产生大量副产品，如头部、尾部、皮肤和内脏，其中含有丰富的营养物质和生物材料，具有在食品、制药和化妆品等领域的潜在用途。水产养殖活动还产生未消耗的饲料、排泄物和其他天然物质。特别是鱼粪，其中包含粪便和未消化的过量饲料，富含总氮、磷和总固体（Estevez等人，2022年）。

**4. 从二次海洋原料中获得的潜在增值产品**

二次海洋原料富含有价值的化合物，可以在食品和饲料行业中得到应用（图2）。这些有价值的材料可以通过物理、化学和生物提取以及热化学和生物转化获得。例如，可以从螃蟹和虾的外骨骼中提取几丁质和壳聚糖，它们具有出色的生物相容性、生物降解性以及抗菌和抗真菌特性（Annu & Raja，2020年）。壳聚糖在工业中有多种应用，如提高饮料行业的透明度和稳定性（Cosme & Vilela，2021年），以及改善包装行业的抗菌性能（Oladzadabbasabadi等人，2022年）。它们还被认为可以改善肠道健康、增强免疫力并解毒受污染的饲料（Mohan等人，2023年）。壳聚糖的提取包括脱矿（稀酸处理）、脱蛋白（稀碱处理）和脱乙酰化（高温强碱处理）步骤。近年来，微波辅助提取也受到了广泛关注（El Knidri等人，2019年）。藻酸盐是另一种有前景的多糖，存在于褐藻中（Lee & Mooney，2012年）。它被广泛用于食品工业中作为增稠剂、乳化剂和凝胶剂，以及在动物饲料中作为粘合剂和稳定剂（Bampidis等人，2022年）。基于藻酸盐的食品包装可以通过保持水分、控制氧气和防止微生物生长来延长食品的保质期。超声波、微波或酶辅助提取以及加压液体提取是一些藻酸盐提取方法（Saji等人，2022年）。另一个例子是卡拉胶，它从红藻中提取，常用于食品中的增稠和稳定剂。在动物饲料中，它可以改善颗粒的一致性和粘合性能，使其更容易处理和消化（Sharma & Datt，2020年）。传统上使用热水提取卡拉胶，但也有创新的方法，如微波辅助提取、酶辅助提取、超声波辅助提取、亚临界水提取、超临界流体提取、反应挤出和光漂白（Mendes等人，2024年）。

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图2. 可能的海洋衍生增值材料及其在食品和饲料工业中的应用（使用Canva制作）。

已知生物活性化合物如抗氧化剂（例如多酚、生育酚）和色素（例如类胡萝卜素、叶绿素、藻胆蛋白）具有促进健康的特性。从海藻中提取的这些化合物是最常见的植物化学物质之一，因其药理活性和多种健康益处而受到广泛关注（Coelho等人，2023年）。特别是蟹类废弃物，是具有显著抗氧化能力的类胡萝卜素的有希望的来源，这使它们非常适用于营养食品和功能性食品。提取生物活性化合物包括对生物质进行洗涤预处理以去除所有杂质，以及研磨或粉碎过程以减小颗粒大小。然后，可以应用不同的方法，如索氏提取、固液提取和液液提取。超声波和微波辅助提取、亚临界水提取、超临界流体提取和加速溶剂提取也常被使用（Cotas等人，2020年）。

脂质是另一种有价值的材料，占海洋生物量的2%到30%。脂质因其富含高质量脂质（主要是长链脂肪酸）而具有高营养价值。实际上，二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）这两种Omega-3多不饱和脂肪酸（PUFAs）是海洋废弃物中的主要成分（Caruso等人，2020年）。除了EPA和DHA之外，还含有磷脂、脂溶性维生素和甾醇等其他脂质成分。所有这些分子都有潜力开发出适用于各种领域的高价值产品，包括营养、营养补充剂和其他食品相关应用。脂质可以通过物理（均质化、加热、压榨）、生物（酶提取）和化学（疏水溶剂提取）过程提取，以尽量减少目标产品的油分解或变性（Saini等人，2021年）。在过去的几十年中，液化气体和超临界气体，如丙烷、二甲醚（DME）和超临界二氧化碳（scCO2）已成为从多种海洋生物质中提取富含PUFA的油的有吸引力的溶剂（de Melo等人，2020年；Morel等人，2024年）。

蛋白质是鱼类加工工业和渔业副产品和废弃物中的另一种主要成分。由于它们的抗菌活性、起泡能力和凝胶形成能力，蛋白质在食品中具有很高的潜力（Rasmussen & Morrissey，2007年）。此外，海藻含有高达47%的蛋白质（O’Connor等人，2020年）。目前蛋白质供应的挑战在于食品和饲料之间的竞争，这迫切需要使用替代蛋白质（Pexas等人，2023年）。因此，使用来自海藻和海洋相关废弃物的替代蛋白质可以减轻对全球粮食安全的压力。蛋白质可以通过酸性和碱性处理提取（Abhari & Mousavi Khaneghah，2020年）。等电溶解/沉淀是一种常用的方法，用于回收蟹类和微藻蛋白浓缩物。相反，当需要提高营养价值、功能性和生物活性时，更倾向于使用溶剂提取和酶提取（Khiari等人，2020年）。也可以结合酶促细胞壁降解和高电压脉冲电场进行提取（Naseri等人，2020年）。

鱼类废弃物还含有大量的矿物质，如钙、磷、钠和镁，这些矿物质在功能性食品开发中起着关键作用，因为它们对构建人体组织和作为许多金属酶的辅因子至关重要（Menaa等人，2021年）。海藻富含必需矿物质，包括钠、磷、钾、钙等大量元素，以及铁、锌、锰和铜等微量元素（Circuncis?o等人，2018年）。此外，贝类中通常富含硒、碘、锌、镁和钙等营养素（Wright等人，2018年）。钙因其对人体多种功能的贡献而受到广泛研究。它存在于多种海洋物种中，包括牡蛎、绿贻贝、蓝蟹和乌贼中，通常以碳酸钙的形式存在（Suwannasingha等人，2022年）。钙的提取可以通过高温煅烧实现，无需使用化学物质（Zulkarnain等人，2024年）。脱矿是另一种替代方法，利用酸或酶溶解壳中的无机成分，同时保持有机基质的结构（Zakaria等人，2024年）。

生物炭是另一种有前景的增值材料，通过无氧条件下生物质的热化学转化产生（国际生物炭倡议，2024年）。它具有高表面积、高表面官能团和表面吸附性能（Kumar等人，2023年）。藻类作为生物炭的来源具有很大潜力，因为它们丰富、可再生且可以可持续收获（Yu等人，2017年）。此外，基于藻类的生物炭具有高表面积和多孔结构，为免疫传感器中抗体的固定或抗原的固定提供了理想的基底。这种增强的表面积允许更大的生物分子负载量，从而提高免疫传感器的灵敏度和效率。此外，它具有生物相容性，不会引起免疫反应或细胞毒性，这对于设计用于生物样本的免疫传感器至关重要。

VFAs是另一种有前景的增值材料，可以使用二次海洋原料生产。VFAs是厌氧消化过程的中间产物，是重要的平台化学品，市场需求正在大幅增加（Atasoy等人，2018年；Strazzera等人，2018年）。传统上，VFAs的生产基于不可再生的石化资源，因此利用当地可用的有机残留物和海洋废弃物（如鱼类废弃物）进行生物基VFAs的生产可以促进海洋生物炼制的循环性和可持续性。迄今为止，已经成功地从金枪鱼废弃物（Bermúdez-Penabad等人，2017年）和海洋微藻（Pham等人，2012年）中生产出了VFAs。VFAs可以作为生物炼制平台，用于合成多种产品，如聚羟基烷酸酯、生物柴油和单细胞蛋白（SCPs）（Atasoy等人，2018年；Bermúdez-Penabad等人，2017年；Pham等人，2012年；Strazzera等人，2018年；Yang等人，2022年）。

海洋生物炼制在将海洋生物质转化为增值产品方面具有巨大的可持续发展潜力。目前关于在生物炼制概念中直接使用基于海洋的增值材料的文献有限，但前景广阔，特别是来自二次海洋来源的材料，用于食品和饲料应用。表1显示了从文献搜索中获得的每个应用的选定示例。对其他废弃物流（如农业工业废弃物）和商业产品的研究也在食品和饲料应用中显示出有希望的结果。这些研究可以为在食品和饲料应用中使用二次海洋废弃物中的增值材料提供见解。

表1. 目前与基于海洋的增值材料及其应用相关的选定文献

| 原料类型 | 来源 | 应用 | 改进 | 挑战 | 参考文献 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Osmundea pinnatifida | 葡萄牙Buarcos湾 | 奶酪酱 | 益生元活性、抗氧化能力 | 储存过程中某些抗氧化活性的损失，缺乏详细的感官评估 | Faustino等人，2023年 |
| Arthospira platensis | Chlorella vulgaris, Tetraselmis suecica 和 Phaeodactylum tricornutum | 实验室及试点工厂设施 | 小麦面粉饼干 | 蛋白质价值、抗氧化能力、消化率 | 颜色变化，某些测试的感官问题，缺乏大规模消费者接受度测试 | Batista等人，2017年 |
| Nannochloropsis 和 Tetraselmis | 试点工厂设施 | 小麦玉米饼 | 营养价值、抗氧化能力、消费者接受度和购买意向 | 颜色变化 | Hernández-López等人，2021年 |
| 壳聚糖 + Ulva lactuca | 突尼斯海洋研究中心的蓝蟹壳聚糖和海藻 | 生物活性和可食用薄膜 | 抗拉强度（最大抗拉强度为49.8 MPa），抗氧化（最大DPPH清除活性为55.9%）和抗菌性能 | 颜色变化、透明度、水溶性 | Zaghbib等人，2024年 |
| 壳聚糖 + 螺旋藻 | 蜘蛛蟹壳聚糖和螺旋藻多酚（未知） | 生物活性可食用薄膜 | 机械和阻隔性能（最大抗拉强度为29.65 MPa，抗氧化活性（最大DPPH清除活性为58.8%） | 透明度降低；成本增加；储存期间稳定性降低 | Balti等人，2017年 |
| 藻酸盐 + 肌纤维鱼蛋白 | 印度喀拉拉邦渔港的Nemipterus japonicas | 可生物降解可食用薄膜 | 良好的抗拉强度（66.12 kg/cm2），2%蛋白质配方下的吸水性降低（200–400 g/m2） | 延展性、感官分析 | Kunnath等人，2025年 |
| 藻酸盐 | Laminaria japonica + Sargassum（北大西洋） | 生物聚合物纳米复合薄膜 | 机械和阻隔性能（最大抗拉强度：19 MPa）抗氧化活性（最大DPPH清除活性为80%） | 颜色变化、湿度敏感性、水溶性 | Doh等人，2020年 |
| 藻酸盐 | Sargassum natans（特立尼达东部海湾和Manugel DMB） | 可生物降解薄膜 | 机械和阻隔性能（最大抗拉强度：91.2 MPa），土壤中的生物降解性 | 水蒸气阻隔 | Mohammed等人，2023年 |
| 鱼明胶 + 鲨鱼蛋白水解物 | 白颊鲨 | 可生物降解薄膜 | 机械性能（最大抗拉强度：20 MPa） | 抗湿性、抗氧化性能（最大DPPH清除活性为82.3%） | 颜色变化、塑化、延展性 | Alinejad等人，2025年 |
| Kappaphycus alvarezii | 印度Mandapam海岸 | 生物塑料薄膜 | 抗拉强度（7.97 MPa），10天内生物降解率高达88% | 在机械强度和气体/湿度阻隔性能之间达到最佳平衡仍具有挑战性 | Sudhakar等人，2024年 |
| Chlorella sorokiniana, Scenedesmus obliquus 和 Ankistrodesmus falcatus | 南非水产养殖废水 | 水产养殖饲料的潜力 | 高生物量和脂质产量（25–26%），高营养去除效率 | 低蛋白质含量（19.5%–30.6% | Ansari等人，2017年 |
| 鱼类污泥 | 用于鱼类和动物饲料 | 在80°C下使用耐热菌，高转化率 | （Hyperthermics，2025年） |
| 细菌和藻类-细菌颗粒污泥 | 合成水产养殖废水 | 鱼饲料 | 高蛋白质含量（干物质53%） | （Zhang等人，2023年） |
| 藻类-细菌颗粒污泥 | 合成水产养殖废水 | 鱼饲料 | 蛋白质含量（干物质33.1–41.3%） | （Zhang等人，2025年） |
| 鲱鱼（Clupea harengus）加工废水 | 瑞典 | 来自Aspergillus oryzae的鱼饲料 | 高蛋白质含量（含盐盐水58–62%） | 废物中氮含量不足和悬浮固体含量高 | （Sar等人，2021年） |
| 鱼类废弃物 | 哥伦比亚 | 来自Pediococcus acidilactici（C20）和Staphylococcus warneri（BL24）的饲料 | 高蛋白质含量（43.4–52.5%） | 需要进行体外消化测试 | Natalia等人，2022年 |
| 鱼类废弃物 | 不详 | 来自细菌、真菌和酵母的饲料 | 高蛋白质含量，结合P.aeruginosa、R.microsporus、Y. lipolytica（52.0%） | Abun等人，2025年 |
| 藻酸盐水凝胶微胶囊 | 美国Santa Clara的褐藻 | 用于大肠杆菌的比色生物传感器 | 低成本（每个样本0.81美元），可生物降解水凝胶；检测限低（102 CFU/mL） | 扩散限制，仅针对人乳样本进行了测试 | Kikuchi等人，2020a |
| 海洋硅藻壳（Coscinodiscus concinnus） | 第勒尼安海/那不勒斯湾 | 光学免疫传感器（抗原-抗体结合时的光致发光变化） | 强光转导；低成本，无需纳米制造，检测限低（100 nM） | 壳的收集/标准化；光学读数，未针对病原体进行测试 | De Stefano等人，2009年 |

5.1. 基于海洋的食品类似物
包括基于海洋的增值化合物在内的食品类似物最近在人类饮食中受到了关注。迄今为止，已经研究了各种食品类似物，包括来自海洋的来源，如肉类、奶酪和面包（Fu等人，2021年；Ismail等人，2023年；Mazinani等人，2016年）。在一项研究中，向菲达奶酪中添加0.5%至1.5%（重量百分比）的螺旋藻促进了乳酸菌Casei的生长，并改善了奶酪的质量（例如蛋白质和质地）（Golmakani等人，2019年）。然而，菲达奶酪酱的外观、颜色和口感较差。在另一项研究中，评估了不同类型的微藻对传统小麦面粉饼干的功能性能的影响，通过添加2-6%（重量百分比）的微藻（Batista等人，2017年）。结果显示，添加微藻提高了酚类含量和抗氧化能力。在感官性能方面，含有C. vulgaris和A. platensis的饼干最为令人满意。在另一项研究中，将粉末状海洋微藻（Nannochloropsis sp.和Tetraselmis sp.）加入小麦玉米饼中，提高了蛋白质、脂肪、酚类和类胡萝卜素的含量（特别是Nannochloropsis sp.），并增强了抗氧化能力和生物可利用的多酚（Hernández-López等人，2021年）。尽管关于基于微藻的功能性主食的研究很少，但由于扩大生产规模、生物质采集的高成本以及其他下游过程的瓶颈，这一概念尚未得到广泛利用。为了降低采集成本，从沿海地区收集生长的藻类可能是一个更经济的替代方案。例如，研究人员研究了从葡萄牙一个海湾中采集的Osmundea pinnatifida作为奶酪涂抹料的潜在用途，试验表明它具有更好的益生元和抗氧化能力（Faustino等人，2023年）。还有其他例子利用沿海海洋资源来生产肉类替代品（Cofrades等人，2008年）。虽然基于海洋的原料可以提高蓝色食品的质量，但主要挑战在于消费者对其感官接受度有限（Igual等人，2022年；Paula da Silva等人，2021年）。因此，迫切需要新的方法来利用二次海洋原料以降低养殖成本，并设计出更受消费者欢迎的食品产品。

5.2. 智能活性食品包装材料
智能或活性包装利用单层薄膜中嵌入的活性化合物或多层结构实现产品、包装和环境之间的选择性相互作用，从而实现控制释放（Carina等人，2021年）。壳聚糖因其固有的抗菌性能而在智能包装应用中备受关注，壳聚糖薄膜对氧气和二氧化碳等气体具有选择性渗透性，并且具有良好的机械性能。例如，用各种草本植物的精油功能化的壳聚糖可食用涂层已被用于提高腌制的火腿的抗氧化和抗菌性能以及延长保质期（Ruiz-Navajas等人，2015年）。最近，一种基于将黑米糠花青素固定在壳聚糖基质上的智能pH敏感薄膜被开发出来，用于监测海鲜变质情况，同时增强对微生物和紫外线的防护作用（Wu等人，2019年）。这些研究大多使用商业壳聚糖进行。作为海洋基材料的另一个例子，使用蓝蟹壳聚糖与螺旋藻共同生产生物活性可食用薄膜，作者观察到其机械性能、阻隔性能和抗氧化活性都有所提高（Balti等人，2017年）。
另一种重要的海洋来源材料是海藻酸盐。其高吸湿性有助于防止食品干燥，但同时也构成了较差的防潮屏障。因此，通常会使用果胶等共凝胶剂来防止水分流失和脂质迁移。最近，含有肉桂酸的海藻酸盐和果胶薄膜被用作新鲜牛肉的可降解活性包装材料（Tong等人，2023年）。美国食品药品监督管理局和欧洲食品安全局认为琼脂和海藻酸盐盐类是安全的食物级物质（Gheorghita等人，2020年），因此它们被广泛用于制造可食用包装薄膜。一些最新的应用实例包括含有没食子酸、香叶醇和绿茶提取物的可食用海藻酸钠薄膜（Cerqueira等人，2023年），或者添加芦荟油的琼脂-明胶薄膜，作为奶酪的可食用保护涂层（Is?k等人，2023年）。在利用未充分利用的海洋资源方面，从沿海地区采集的海藻被用来生产生物聚合物纳米复合薄膜或可降解薄膜（Doh等人，2020年；Mohammed等人，2023年）。Balti等人（2017年）和Zaghbib等人（2024年）报道了使用蟹壳聚糖和藻类衍生物生产可食用薄膜，这些薄膜具有优异的抗菌和抗氧化效果。此外，还可以使用海藻酸盐和肌纤维蛋白从鱼类中生产可食用薄膜（Kunnath等人，2025年）。另一项研究中，使用整个海藻生物质（Kappaphycus alvarezii）生产了生物塑料薄膜，显示出良好的生物降解潜力。现有文献中关于利用二次海洋原料生产可食用和生物塑料薄膜的研究非常有限，这突显了该领域进一步研究的必要性。
智能和活性食品包装的另一个关键要素是生物传感器的开发，这些传感器依赖于生物识别技术，即特定酶或抗体被放置在表面上以选择性地结合目标分子。生物炭作为一种出色的生物传感器基底，因为它具有生物相容性、微/介孔结构，从而提供高比表面积和丰富的活性位点（Cancelliere等人，2022年；Shyam等人，2025年）。当集成到包装材料中时，基于生物炭的生物传感器可以检测食品变质或污染的各种指标，如挥发性有机化合物（VOCs）或特定生物分子。特别是，活化生物炭的独特性质使其成为检测食品中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的理想候选者。传统的检测方法如培养计数和间接ELISA检测耗时且劳动密集，通常需要额外的确认测试，而生物传感器方法可以提供现场、近乎实时的读数，并且样品准备简单（Pebdeni等人，2022年）。有多种类型的生物传感器可用于检测食品病原体，包括光学生物传感器、集成波导生物传感器、光电二极管检测或电化学检测系统（Kumar等人，2012年）。其中，电化学免疫检测是一种简单且低成本的方法，可以检测抗体和抗原之间的免疫化学反应。在免疫化学反应过程中，会形成免疫复合物并产生可测量的电信号。这种方法不需要其他电化学生物传感器常用的标记程序，从而缩短了检测时间（Bhardwaj等人，2017年）。使用海洋聚合物和生物传感器是一个新兴且充满前景的研究领域，但目前相关研究非常有限（表1）。因此，它们的未来应用将加强食品供应链和蓝色经济。

5.3. 来自水产养殖废水的基于藻类的蓝色饲料产品
水产养殖废水通常含有高浓度的营养物质，这些营养物质来源于鱼类的排泄物和剩余饲料，目前是水环境的主要污染源。然而，通过采用生物循环经济方法，这些废水也可以转化为有价值的副产品。光自养微藻已经证明能够通过光合作用高效地将无机营养物质、二氧化碳、水和其他物质转化为蛋白质、碳水化合物、脂质、维生素等有机化合物，同时减少水产养殖废物的污染影响。可以使用富含营养的废水作为培养基来培养微藻（Gao等人，2015年）。这种培养过程产生的生物质可以被收获、加工并转化为有价值的食品和饲料材料（Ahmad & Ashraf，2023年；Viegas等人，2021年）。随后，通过干燥、提取和分离等技术从生物质中提取所需成分。多种微藻物种，包括普通小球藻（Chlorella vulgaris）、斜纹小球藻（Scenedesmus obliquus）、索罗金小球藻（Chlorella sorokiniana）、瑞典四面体藻（Tetraselmis suecica）、黄绿球藻（Dunaliella tertiolecta）和斜纹小球藻（Scenedesmus sp.）已被研究用于处理水产养殖废水，显示出显著的氮和磷去除效果（Viegas等人，2021年）。由此产生的增值藻类生物质富含蛋白质、脂质、碳水化合物、维生素和矿物质。
将水产养殖与微藻结合为一种有吸引力的生物精炼模式，其中水产养殖产生的废水作为低成本且可持续的营养资源，用于生产饲料。利用水产养殖废水可以减少对淡水和化学营养物质的依赖，从而提高食品安全性和环境保护的可持续性（Ansari等人，2017年）。开发一种结合水产养殖废水处理和安全营养回收的系统对于生产微藻生物质至关重要，并定期监测和分析增值生物质以确保安全性、营养价值和无污染物（Ahmad & Ashraf，2023年；Viegas等人，2021年）。此外，藻类颗粒污泥系统（Zhang等人，2023年，2025年）也可以用于处理水产养殖废水并将生物质转化为饲料。

5.4. 来自鱼废物的基于细菌的单细胞蛋白
SCP是指来自微生物（包括藻类、酵母、真菌和细菌）的干燥细胞质量，通常通过第一代（即乙醇和甲醇）和第二代（即富含营养的农业废弃物）底物进行发酵生产（Aidoo等人，2023年）。由于其高生产效率、快速生长速度和相对较高的蛋白质含量，它被认为是动物或植物基蛋白质的环保替代品。此外，它在用水量、环境影响和季节及气候变化方面的依赖性方面也具有优势（Wang & Liu，2024年）。所有微生物的平均蛋白质含量约为48-50%，并且细菌的生成时间较短，所需温度也较低（Sharif等人，2021年）。几种细菌物种，如Brevibacterium、Methylophilus methylitropous、Bacillus megaterium、Acinetobacter calcoacenticus、Acromobacter delvaevate、Aeromonas hydrophilla、Cellulomonas spp.和Bacillus subtilis，以其高SCP生产能力而闻名（Sharif等人，2021年）。它们具有多种代谢途径，能够在有氧和厌氧条件下利用各种有机和无机底物生产SCP（Wang & Liu，2024年）。最近的研究表明，混合培养基生产的SCP也具有高蛋白质含量（Vethathirri等人，2023年）。
SCP的生产包括发酵（固态、半固态和液态）、收获（包括离心法，用于酵母和细菌）以及过滤（用于分离丝状真菌）。之后，通过喷雾、滚筒或冷冻干燥将粗SCP干燥至10%的水分含量。根据使用目的，还可以进行蛋白质纯化、细胞壁降解、蛋白质提取和核酸去除等后续处理（Aidoo等人，2023年）。目前已有许多研究探讨了不同类型废物流（如马铃薯淀粉废水、糖蜜、柑橘废弃物、乳清废水和粗甘油、纸浆和造纸废水）用于SCP的生产（Vethathirri等人，2023年；Koukoumaki等人，2023年）。在海洋废弃物方面，一项研究表明，使用来自鲱鱼加工废物的Aspergillus oryzae可生产出高达62%的粗蛋白（Sar等人，2021年）。其他研究也显示了通过发酵生产蛋白质的有效性（Abun等人，2025年；Bezerra & Fonseca，2023年；Natalia等人，2022年）。Norway的HyperthermicsTM公司还开发了一种利用超嗜热菌从鱼污泥中生产SCP的技术（蛋白质含量未知）。生物絮体在处理水产养殖废水和作为鱼饲料方面也具有巨大潜力（Kala A等人，2023年；Thejaswini等人，2025年）。除了这些新策略外，使用海洋衍生的VFAs生产SCP也是海洋生物精炼概念中的另一种杰出方法。关于利用不同废物流中的VFAs生产SCP的研究非常有限（Uwineza等人，2021年；Wainaina等人，2020年）。然而，对鱼废物（如鱼污泥）的进一步研究可能会揭示使用海洋基VFAs作为SCP生产碳源的可行性及其在海洋生物精炼应用中的潜在适用性。

6. 将环境、技术经济和社会方面整合到海洋生物精炼设计中
海洋生物精炼预计将在环境和经济上具有可持续性，因为它们基于将海洋生物质和渔业生物废物转化为高附加值产品。此外，整合社区接受度和利益相关者参与等社会方面对于其成功设计和实施至关重要。

6.1. 环境可持续性评估
在评估环境可持续性时，需要采用生命周期思维方法来评估废物增值（Corrado & Sala，2018年）。生命周期评估（LCA）是一种标准化方法，用于计算产品/服务/过程在其整个生命周期内的环境影响（ISO，2006年），能够全面评估正面和负面的环境影响，提供净环境后果。已有研究使用LCA评估了利用海洋藻类、水母、海洋衍生副产品和海洋废水生产高附加值化合物的情况，例如天然类胡萝卜素虾青素和/或使用微藻生产生物燃料（Pérez-López等人，2014年；Rabbani等人，2024年）、利用双壳类贝壳生产碳酸钙（Alvarenga等人，2012年）以及其他高附加值化合物（Deprá等人，2020年）。LCA也是新兴食品产品（如植物基产品（Allotey等人，2023年）和肉类替代品（Cellura等人，2022年；Rodríguez Escobar等人，2021年；Smetana等人，2023年）早期阶段的宝贵工具。水产养殖行业是另一个重要领域，其中水产养殖系统在运营阶段产生的环境负担最大（Aubin等人，2009年；Dekamin等人，2015年；Sanchez-Matos等人，2023年）。此外，还研究了鱼类饲料配方中某些成分的替代、废水处理以及废水的回收利用，这些研究从产品开发和环境可持续性的角度进行了评估，使用了生命周期评估（LCA）方法（Bartek等人，2021年；Zuorro等人，2023年）。LCA还可以用于决策过程，以评估基于海洋的食品产品和包装的环境可持续性（Versino等人，2023年）。LCA研究评估了新型活性食品包装材料的环境影响，包括添加了杀菌ZnO纳米颗粒的聚乳酸（PLA）薄膜（Vigil等人，2020年）、含有精油成分的包装（Villanova-Estors等人，2023年；Zhang等人，2015年）以及基于PLA的纳米复合活性包装（Lorite等人，2017年）。文献中的大多数LCA研究采用了后果LCA方法，而使用基于前期的方法对用于活性包装的生物基薄膜进行LCA的研究较少（Sampaio等人，2023年）。因此，需要将基于前期的LCA方法应用于新兴的生物基产品，以便在早期阶段评估其影响，预防未来可能出现的环境负担，并对这些产品做出决策（Cucurachi等人，2022年；de Souza等人，2023年；van der Giesen等人，2020年）。在这里列出的海洋生物精炼产品应用LCA的主要挑战在于所需的前期方法，例如未来生产过程的不确定性、更高技术成熟度的整合以及与现有技术相比的结果评估（van der Giesen等人，2020年）。海洋生物精炼厂是综合系统，根据所使用的原料生产多种可销售的产品（表2）。这些产品可能是可以直接在市场上使用的最终产品，也可以作为进一步加工的原料。这种级联增值方法对于提高环境可持续性具有重要的潜力（Ottolina等人，2025年），提供了将废物整合到多种产品中并分配环境负担的机会（Balina等人，2017年；Seghetta等人，2016年）。生物精炼厂的多功能性在LCA方法的应用方面带来了挑战，但文献中提出了多种解决方法，如细分、系统扩展（通过替代或实际系统扩展（产品组合，BoP）和分配（Schelte等人，2025年）。选择这种方法对LCA研究的结果和解释至关重要，因为这种选择将直接影响输出和指定的负担（Ahlgren等人，2015年；Sills等人，2020年）。从表2可以看出，这些方法之前也应用于海洋生物精炼系统。

表2. 以往关于各种海洋生物精炼系统的LCA研究，重点关注蓝色食品和蓝色饲料的生产。

| 研究 | 原料/来源 | 主要产品及副产品 | 功能单元 | 系统扩展 | 分配方法（如果存在） |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| Posada等人（2016年） | 综合微藻生物精炼厂 | 使用烟气CO?培养的微藻 | 干微藻生物质（MABM）、用于替代植物油的微藻油（MAO-VO）、用于替代鱼油的微藻油（MAO-FO）、无微藻油的鱼粉替代饼（MAC-FM）、无微藻油的大豆粉替代饼（MAC-SBM）、绿色柴油（GD）、生物柴油（BD）、甘油（Gly）和沼气（BG） | 是 |
| Seghetta等人（2016年） | 海洋培养的大型藻类（Laminaria digitata） | 生物乙醇（生物燃料）、富含蛋白质的成分（用于鱼饲料）、液体肥料 | 1公顷的养殖海域 | 是 |
| Barr & Landis（2018年） | 海洋培养的海藻（褐藻，Saccharina latissima和Laminaria digitata） | 沼气、消化物（肥料）、蛋白质 | 1公顷的养殖面积 | 是 |
| Parsons等人（2019年） | 微藻（Nannochloropsis oceanica） | Omega-3脂肪酸、高蛋白饲料、生物燃料（副产品） | 生产1公吨Omega-3脂肪酸及相关副产品（高蛋白饲料和生物燃料） | 是 |
| Sadhukhan等人（2019年） | 大型藻类 | 蛋白质（必需氨基酸）、结构多糖、平台化学品盐、营养物质、矿物质 | 培养1公斤干褐藻 | 是 |
| García-Santiago等人（2021年） | 软骨鱼类生物质（主要是黑口狗鱼、小斑猫鲨和不同种类的鳐鱼） | 软骨、CS90、明胶、鱼蛋白水解物（FPH）、鱼粉 | 处理100公斤整条软骨鱼类 | 是 |
| McKuin等人（2022年） | 大型藻类（Laminaria digitata, Fucus vesiculosus, Saccharina latissima） | 海藻多糖、饲料补充剂、岩藻多糖、回收水 | 1公斤原料在新型大型藻类生物精炼系统中处理 | 是 |
| Kopton等人（2023年） | 异养微藻（Schizochytrium） | Schizochytrium全细胞、Schizochytrium油 | 用于替代含有130克DHA的1公斤鱼油 | 是 |
| Amponsah等人（2024年） | 脱脂海洋微藻（Nannochloropsis sp.） | 水产饲料的蛋白质成分、副产品（PUFAs – 多不饱和脂肪酸） | 1公斤粗蛋白 | 是 |
| Cambero & Sowlati（2016年） | 培养的褐藻（Saccharina latissima） | 岩藻多糖、海藻多糖、蛋白质和藻酸盐/纤维素复合包装材料 | 生产1公斤包装材料 | 是 |

在一些研究中，还比较了多功能海洋生物精炼系统与单一产品配置，以评估生物质增值路径对环境性能的影响。这些基准研究证实，与单一输出的生产设施相比，海洋生物精炼厂在潜在的环境影响方面表现更好（考虑的环境影响类别是全球变暖潜力），因为它们能够将环境负担分散到多种产品上。在这些研究中，比较是基于单位价值（例如1公斤粗蛋白、生产1公斤聚合物材料）进行的，通过对两项研究的数据进行合并处理（Amponsah等人，2024年；McKuin等人，2023年）。还需要指出的是，对于具有多输入/多种原料的海洋生物精炼厂，也应仔细考虑和评估这种情况；需要明确原料的定义（即主要原料、副产品原料）及其特性，并决定它们在研究中的纳入方式。

6.2. 技术经济分析（TEA）
TEA是一种基本工具，用于评估海洋生物精炼过程的经济潜力、市场竞争力和整体可持续性，与LCA相结合使用（Ahmed等人，2023年；Johnston等人，2023年；Vázquez-Romero等人，2022年）。全面的海洋生物精炼TEA涉及评估各种关键因素，以确定将海洋生物质转化为有价值产品的可行性和经济可行性。首先，彻底的资源评估对于了解海洋原料的可用性、类型、数量、质量和可持续性至关重要。其次，工艺设计和优化起着关键作用，需要评估技术过程的效率、能源消耗、产量和产品质量，以提升整体生物精炼操作（Chojnacka，2023年；Heo等人，2023年）。第三，经济分析是必不可少的，需要详细检查资本成本、运营成本、产品销售收入以及盈利能力指标，如投资回报率（ROI）、净现值（NPV）和内部收益率（IRR）（Pravin等人，2023年；Ullah等人，2022年）。最后，市场分析也是不可或缺的，需要研究市场动态、市场趋势、定价结构、竞争情况和监管框架，以衡量海洋生物精炼产品的市场潜力和竞争力（Pravin等人，2023年）。这些组成部分共同构成了全面TEA的基础，指导决策过程，朝着可持续和经济可行的海洋生物精炼方向发展。

近年来，多项研究集中在评估使用海洋藻类、水母和废水生产的高价值化合物的经济方面。例如，已经进行了关于从大型藻类生产山梨醇和异山梨醇的TEA研究（Casoni等人，2020年）、从甲壳类废物中提取的生物聚合物用于食品包装（Okoro等人，2023年）、用富含EPA和DHA的微藻原料替代传统鱼类饲料配方成分，以及废水回收利用生产生物燃料的研究（Chauton等人，2015年；Lozano等人，2022年）。其他TEA研究与水产养殖密切相关，其中饲料成本占运营成本的很大一部分。因此，也研究了用富含EPA和DHA的微藻原料替代传统鱼类饲料配方成分以及废水回收利用生产生物燃料的经济可持续性和市场准备情况（Chauton等人，2015年；Lozano等人，2022年）。参考TEA研究的结果表明，与其他标准技术（如植物基蛋白质加工、陆地农业食品生物精炼厂或单一产品藻类培养）相比，海洋生物精炼厂具有独特的技术经济优势。从TEA的角度来看，海洋生物精炼厂受益于使用多种原料、级联增值和废物整合（Balina等人，2017年），因为该系统可以同时生产食品、饲料和高价值副产品。这种多功能性可以使整个过程更加盈利，并更好地分散风险，而单一产品系统通常对市场变化和原材料价格更为敏感。

通过TEA对海洋生物精炼厂的评估显示了多方面的挑战。与传统海洋产业（如渔业、水产养殖和陆地食品加工）相比，海洋生物精炼厂通常面临更高的初始资本支出、技术不确定性和放大风险。因此，TEA经常显示海洋生物精炼厂具有更大的长期经济潜力，但短期竞争力仍很大程度上取决于市场发展、政策激励和技术成熟度（Guo等人，2023年）。此外，TEA经常忽略了与生物精炼过程相关的潜在副作用和环境权衡（Pérez-Almada等人，2023年）。因此，将环境评估与TEA结合使用，如环境和技术经济评估（ETEA）方法或LCA，对于确保项目的可持续性至关重要，但这一做法往往未被充分利用（Pérez-Almada等人，2023年）。综合的TEA和LCA方法以及先进建模工具的使用可以帮助克服一些限制（Sanchis-Sebastiá等人，2020年；Zetterholm等人，2020年）。

6.3. 海洋生物精炼厂的社会维度
通过高效利用资源和鼓励创新，海洋生物精炼厂可以帮助推动可持续的经济增长，特别是与传统的海洋产业（如渔业、水产养殖和陆地食品加工）相比，后者通常采用线性生产模式，增加价值的方式有限（Cerca等人，2022年；Lange等人，2021年；Zaky & Abomohra，2023年）。传统系统通常专注于生产单一主要产品，而海洋生物精炼厂采取多功能方法，可以在沿海供应链中创造更多的社会价值。Santos等人（2024年）强调在选择生物精炼技术时需要同时考虑技术、经济和社会因素，这在现有的食品和饲料行业中并不常见。尽管通过LCA越来越多地研究环境影响，但在海洋生物精炼厂和传统技术中，社会因素仍然较少被探讨，通常只得到简短或间接的关注（Cerca等人，2022年）。最常见的直接社会影响是创造就业机会，因为它有助于减少贫困、减缓农村和沿海地区的人口流失，并改善生计，尤其是与高度机械化的传统系统相比（Cambero & Sowlati，2016年；Mulyati & Geldermann，2017年；Osmani & Zhang，2017年）。一些研究还指出了间接的社会效益，如降低温室气体排放，这可以改善公共健康并帮助社区随着时间的推移变得更加有韧性（Saleem等人，2022年）。实际上，近年来消费者行为发生了明显变化，对各种行业的可持续性越来越重视。然而，当地社区有时担心海洋生物精炼厂可能对环境产生的负面影响，如水污染、栖息地变化和生物多样性的丧失——这些问题在传统水产养殖和工业捕鱼中也存在（Solarte-Toro & Cardona Alzate，2023年）。为了解决这些问题，重要的是通过公众意识活动清楚地解释海洋生物精炼厂的好处，例如降低排放、使用可再生资源和减少废物。鼓励不同群体之间的开放讨论和合作也有助于在新旧海洋产业中形成共同的可持续性愿景（Arias等人，2023年；Solarte-Toro & Cardona Alzate，2023年）。

海洋生物精炼厂的成功在很大程度上取决于获得当地社区的支持和参与。与传统行业（如渔业、水产养殖和陆地食品加工）不同，这些行业经常面临长期存在的问题，如环境破坏或资源竞争，新的生物精炼项目需要从一开始就争取社会认可。开放的沟通、早期让利益相关者参与以及让不同的声音融入决策过程是建立信任和良好关系的关键。当利益相关者尽早参与时，海洋生物精炼厂可以更好地将其活动与当地需求和目标相匹配，这可能有助于避免传统水产养殖和渔业所面临的冲突。Ford等人（2022年）在苏格兰的鳍鱼养殖业中进行了类似的研究，采用了“社会许可运营”（SLO）框架下的定性案例研究，该框架被定义为“当地社区成员和其他利益相关者对项目的持续接受和认可”（Moffat & Zhang, 2014）。他们研究了社区认知如何影响行业接受度，并阐明了特定情况下工业身份与社区身份之间的冲突。这强调了尽管行业的行动旨在提高社区福祉，但它们仍可能被视为为了行业利益而进行。这种认知对该行业的SLO有着重要影响，关系到品牌建设和社区参与策略等方面。

应对这些挑战需要一种综合考虑经济、环境和社会可持续性的方法。战略规划、利益相关者参与和持续创新是克服这些挑战并实现海洋生物精炼厂相对于传统方法的全部社会潜力的关键。文献提出了几种分析框架来支持这一转变。明确包含社会影响评估的方法，如社会生命周期分析（S-LCA）和多标准分析，比传统评估工具更适合捕捉定性和特定情境的社会数据。这些方法可以帮助决策者、规划者、项目开发者和受影响社区预测社会后果，并比较不同的技术路径，从而促进更加社会包容和稳健的生物精炼厂发展（Santos等人，2024年）。

7. 未来研究的概念性海洋生物精炼厂设计
本文提出的生物精炼厂平台概念（图3）实际上已在SEAREFINERY项目中得到实施，该项目由可持续蓝色经济合作伙伴平台资助（见致谢部分）。该项目的目标是从二次海洋资源中生产增值产品，并将其用于开发蓝色食品和蓝色饲料应用。这一概念性平台提出了一个范式转变，即不仅提取增值材料，还将它们转化为商业产品。所提出的海洋精炼厂概念从各种二次海洋资源（包括入侵物种、鱼类加工废弃物和水产养殖废弃物）中生产增值产品（如生物聚合物、无机物、生物活性化合物）。这种级联策略包括一条蓝色食品路径，用于生产食品类似物（如肉类、奶酪和功能性面包）以及活性和智能食品包装材料。同时，水产养殖废水和鱼泥与细菌蛋白和微藻生物质结合，使富含营养和碳的废水得到再利用。虽然该框架处于概念阶段，但之前的物质流动和生命周期研究中已经展示了类似的耦合策略，以提高材料回收率和环境性能。考虑到蓝色饲料和蓝色食品路径中的子系统，可以采取一些策略来确保海洋精炼厂实现零废物和最大价值化。例如，增值产品的提取可以作为多回收级联系统应用，其中副产品可以在生物精炼厂系统中进一步处理或回收。最终残渣也可以用于生产生物肥料或能源（如沼气）。在蓝色食品路径方面，从水产养殖废水中培养的微藻残余生物质可用于生产VFA，同时鱼泥可用于生产SCP。此外，根据其成分，微藻和SCP生物质培养后的废液也可用作肥料。这些配置不仅限于上述例子，可以根据底物和目标最终产品进行扩展。

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图3. 概念性海洋生物精炼厂设计（使用Canva创建）

这种概念设计的优势包括可负担且灵活的原料供应、通过最终产品实现更高价值捕获，以及由于最终产品多样化而降低的市场风险。在收获地点附近整合分散式处理系统以提取矿物质、蛋白质和碳水化合物可以减少运输成本，并降低材料质量下降的风险（Baghel, 2023）。此外，二次海洋资源的组成和可用性高度依赖于地理和环境条件。例如，来自东北地中海的四种海藻物种的生化成分在生物活性化合物（包括蛋白质、脂质、灰分、酚类、黄酮类、叶绿素-a和类胡萝卜素）方面表现出显著的季节性变化（Gür和Polat, 2023）。因此，海洋精炼厂的运营路径应根据主导的二次海洋资源动态选择蓝色食品或蓝色饲料路径。

尽管未来海洋生物精炼厂有这些机会，但仍需解决若干挑战。例如，在海洋生物精炼厂中生产最终产品需要高度整合多种技术。这种复杂性可能会因海洋生物质的多样性和异质性而加剧，这要求系统具有高度适应性和效率以保持产品质量。此外，还可能出现监管障碍，这也是生物精炼厂普遍面临的问题。缺乏长期的政策稳定性和可预测性、复杂且碎片化的监管框架以及不同政府机构之间的政策冲突是一些需要解决的政治和监管挑战（Makepa & Chihobo, 2024）。

8. 结论
海洋生物精炼厂在减少二次海洋资源的环境影响的同时，具有显著促进蓝色经济的潜力，最大化经济和社会效益。有多种基于海洋的生产途径，适用于未来的海洋生物精炼厂，包括提取用于食品类似物的生物活性分子、基于壳聚糖或藻酸盐的活性食品包装材料、基于生物炭的智能食品包装生物传感器生产、将水产养殖废水处理与基于藻类的蓝色饲料生产相结合、以及利用鱼类废弃物生产VFAs用于SCP生产。尽管有这些有前景的发展，但对于二次海洋原料的研究仍然非常有限。此外，海洋生物质来源的季节性和区域变异性及其在海洋生物精炼厂中的互换利用等问题尚未得到充分探索。因此，迫切需要更多系统性的跨学科研究来充分释放海洋生物精炼厂作为多来源适应系统的潜力。未来可以优先考虑以下研究领域：
1) 低成本和可持续的增值产品：虽然使用二次海洋资源可以降低培养成本，但大多数提取方法仍然复杂且能耗高。在这方面，提高级联提取技术的技术经济和环境可行性至关重要，以降低生物精炼厂的成本并最大化产品产量。
2) 增值材料和最终产品的系统整合：需要系统研究，将增值化合物整合到食品类似物、饲料成分和包装材料中。
3) 海洋生物质和最终产品的供应链开发：由于生物质的季节性和空间变异性，建立有弹性和区域特定的生物精炼厂供应链仍然至关重要。未来的研究应包括这些权衡，以确保最终产品的质量稳定。
4) 全面的技术经济、环境和社会维度：未来的研究应关注包括事前LCA、ETEA、S-LCA和多标准分析在内的建议路径，使海洋生物精炼厂更接近实际应用。

随着这些研究差距的缩小，将有可能充分利用未充分利用的海洋生物质和渔业副产品，并使循环型和有弹性的海洋生物精炼厂与可持续性及食品和饲料安全目标保持一致。

CRediT作者贡献声明
Ece Kendir Cakmak：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、概念化。
Isaac Owusu-Agyeman：撰写——初稿、概念化。
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Abdullah Aksu：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、监督、概念化。
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Mehmet Emre Cetintasoglu：撰写——初稿、概念化。
Hande Yenipazar：撰写——初稿。
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