《Clean Technologies》：Biopolymers, Bioplasticizers and Biolubricants from Waste Cooking Oil: A Systematic Review
废弃食用油（Waste Cooking Oils, WCO）是来自家庭与工业食品加工的大规模残余物流，其不当处置会带来严峻的环境风险，而将这类资源纳入油脂化工产业链，可通过替代化石基原料为绿色转型提供战略性机遇。本系统性综述对WCO作为可持续前体用于生产高附加值产品——生物聚合物（biopolymers）、生物增塑剂（bioplasticizers）和生物润滑剂（biolubricants）的研究进行了全面评估。研究遵循PRISMA 2020指南，检索了PubMed、Scopus和MDPI数据库（截至2025年9月）。检索策略采用标题中关键词的组合，纳入标准聚焦于近十年发表的、经同行评议的化学与生物技术转化路径研究，排除生物燃料生产、专利及综述类文献。由多名研究人员独立完成筛选、数据提取及定性偏倚风险评估，评估重点关注实验可重复性与报告透明度。从初始的2637条记录中，最终87项研究符合纳入标准。分析显示，聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates, PHAs）是研究最深入的转化路径，其次是WCO衍生的环氧化物与创新型生物润滑剂配方。尽管多项研究报道了优化条件下的高转化率，但从实验室规模向工业应用的过渡仍受限于WCO的组成异质性及预处理协议标准化的缺失。WCO资源化在循环经济中展现出变革潜力，兼具废弃物减排与可持续材料合成的双重效益，但未来研究必须解决可扩展性挑战与原料波动性问题。本综述识别了新兴趋势，并为清洁技术框架下WCO基工艺的工业应用提供了路线图。
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引言
1.1 废弃食用油的循环经济与环境相关性
循环经济（Circular Economy, CE）已被公众与政策制定者广泛认可为应对生物多样性丧失、气候变化、生物质与无机原料（包括金属、矿物及化石燃料）枯竭及无限废弃物产生等全球挑战的可行策略。欧盟《欧洲绿色协议》（European Green Deal）明确推动供应链的规范管理，强调“设计更长寿命、可修复、可回收及可再利用的产品”的必要性；联合国可持续发展目标中的目标12“确保可持续消费和生产模式”进一步将“到2030年通过预防、减量、回收和再利用大幅减少废弃物产生”列为具体指标。循环经济旨在取代导致自然资源不合理利用与供应链管理的传统线性经济，构建以“零废弃”为理念的新型经济模式，将废弃物流视为潜在的新原料，其核心原则包括避免或减少废弃物及由此产生的污染、延长原料、中间体与终端产品的使用周期、促进初始环境条件的再生。生命周期思维（Life Cycle Thinking, LCT）已在欧盟政策与沟通中得到广泛应用，旨在通过产品、行业与项目间的关系视角，最小化不同地理层面与产品生命周期阶段的环境影响类别。世界卫生组织指出，1升WCO可污染1000升水，造成水体和土壤污染，危害水生生物、植物与人类健康，并提高废水处理成本；此外，脂肪、油脂在下水道系统中的堆积会引发堵塞（“fatbergs”）、溢流、洪水与环境污染，尽管部分地区（如都柏林与斯堪的纳维亚国家）已有成功管理实践，但目前仍缺乏标准化的国际管理体系，现有策略多集中于通过宣传防止油脂进入下水道，而其资源化利用仍远未充分开发，亟需覆盖全生命周期的综合可持续管理方案。
1.2 废弃食用油：来源、组成与资源化潜力
WCO的回收与资源化已成为契合循环经济、废弃物减量与可持续资源管理原则的产业实践，作为家庭、商业与工业食品加工副产物，WCO是全球最丰富的脂质基残余物之一，也是生物基产业日益重要的可再生原料。其化学组成高度异质，取决于初始油脂来源、烹饪过程与热降解程度，通常包含棕榈油、大豆油、葵花籽油、菜籽油、棉籽油、橄榄油与棕榈仁油等不同植物油，物理化学性质与脂肪酸谱在不同来源间差异显著。油脂主要由甘油三酯构成，即三个脂肪酸链通过酯键连接于甘油骨架，脂肪酸按碳碳双键数量可分为饱和脂肪酸（Saturated Fatty Acids, SFAs）、单不饱和脂肪酸（Monounsaturated Fatty Acids, MUFAs）与多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids, PUFAs）：饱和脂肪酸如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸与花生酸通常在室温下呈固态，氧化稳定性更高；不饱和脂肪酸室温下呈液态，因含双键而化学反应活性更高，其中油酸（C18:1）是食用油中最丰富的脂肪酸之一，棕榈油酸与肉豆蔻脑酸也较常见，多不饱和脂肪酸主要包括亚油酸（C18:2）与亚麻酸（C18:3），在油炸过程中极易发生氧化与热降解。不同植物油脂肪酸组成差异显著：葵花籽油通常含14–43%油酸、45–74%亚油酸、5–7%棕榈酸与2–6%硬脂酸；大豆油一般含17–30%油酸、48–59%亚油酸、4–11%亚麻酸、8–13%棕榈酸与2–5%硬脂酸；棕榈油则饱和脂肪酸比例更高，约含36–44%油酸、9–12%亚油酸、39–47%棕榈酸与3–6%硬脂酸。
在约200°C的烹饪过程中，油脂会发生氧化、水解与聚合等一系列化学转化，显著改变其组成，物理化学性质受油脂来源、烹饪方式（如重复使用程度、操作条件与区域饮食习惯）及废弃物管理实践（包括储存时间与条件）的共同影响。长时间使用或同时加工多种食品会导致显著的组成变化，除食品浸出物（如水分、碳水化合物、蛋白质、脂质）外，油炸过程中的热降解反应会进一步改变WCO的组成，影响其颜色、黏度与密度等理化性质，并形成有毒副产物，使其不再适合食用。WCO的分子结构使其特别适合生产生物聚合物、生物增塑剂与生物润滑剂：其主要由含酯官能团的三酰甘油（Triacylglycerols, TAGs）构成，易于发生酯交换、水解与聚合反应，同时脂肪酸链的不饱和度（C=C双键）可作为环氧化、氧化裂解与自由基聚合的反应位点，支持级联生物炼制（cascade biorefinery）模式，实现单一原料向多类高附加值产品的选择性转化，例如环氧化WCO衍生物常用作生物增塑剂，而酯交换或聚合的脂肪酸衍生物则是生物润滑剂与生物基聚酯的基础。
1.3 当前管理策略、挑战与本综述范围
将此类污染油脂作为城市废弃物处置会对环境造成危害，全球WCO年产量估计约为1.9亿公吨，美国与中国是主要生产国，分别占约55%与25%，合计贡献全球年产量的约80%，其次是印度（5%）、欧洲（4%）与其他国家。WCO管理的主要挑战集中在收集、处置与资源化环节。全球WCO收集的监管框架存在显著差异：欧盟已建立相对协调的废物分类与要求，而非欧盟国家仍以碎片化指令为主，例如中国建立了用于食品安全管控的废弃油脂收集监管模式，支撑其生物燃料等应用；韩国则通过持牌运营商构建了完善的收集体系。欧盟近期政策（包括RED III实施与更严格的进口管控）正推动该行业向增强的 custody 验证与可持续性认证转型，标志着从传统废弃物管理向高度监管的生物燃料原料市场的转变，可追溯性与合规性成为决定可扩展性与市场准入的关键因素。
不当处置（尤其是排入下水道）对人类健康、环境与水生生态系统构成严重风险。为保障可持续利用，WCO作为工业原料前需经过全面的预处理与精制流程，预处理策略的选择取决于油脂的理化特征与目标用途（如直接作为沥青、橡胶或润滑剂的“即用型”组分，或作为热、化学与生化转化过程的原料）。当前WCO市场主要集中在直接燃烧或通过酯交换生产第一代生物柴油，但近年产业明显转向生产加氢植物油（Hydrotreated Vegetable Oil, HVO）与可持续航空燃料（Sustainable Aviation Fuel, SAF），这两类产品目前已占WCO能源化利用的90%以上。尽管能源部门仍是主导去向，最新研究趋势正转向综合生物炼制模式，将WCO作为多功能原料用于高附加值生物制品的生物技术合成，这一方向虽仍处于研发阶段，但有望最大化该类废弃物流的经济与环境价值。生物技术转化的主要挑战包括转化效率、产物收率、过程生产率与下游处理环节的局限性，同时WCO原料的固有异质性（化学组成受油脂来源、加工条件、重复使用程度与杂质含量共同影响）仍阻碍着预处理工艺与方法的标准化。尽管关于WCO衍生生物柴油的文献极为丰富，但对非燃料类生物技术资源化路径的整合性批判性分析仍然匮乏。在此背景下，本综述遵循PRISMA指南开展，旨在对WCO转化为生物聚合物、生物增塑剂与生物润滑剂（排除生物燃料生产）的相关研究进行全面批判性评估，整合现有知识、识别技术缺口，并勾勒未来研究方向，以促进其与当代废弃物管理及循环经济政策的协同工业落地。
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PRISMA方法学
本系统性综述严格遵循PRISMA 2020指南开展。
2.1 信息来源与检索策略
于2025年9月1日至30日期间在PubMed、Scopus与MDPI数据库中开展全面文献检索，限定收录近10年发表的研究。检索策略采用预定义的WCO及其高值化利用相关关键词，分别在标题与摘要中应用对应检索式。
2.2 纳入标准
纳入标准为：经同行评议的英文原创研究；报道WCO转化为生物聚合物、生物增塑剂或生物润滑剂的实验数据；提供过程性能（如收率、转化效率、催化剂）的定量或定性信息。排除标准为：仅关注生物燃料生产；综述、会议摘要、研讨会论文集或专利；缺乏与综述范围相关的分析或实验数据。限定英文出版物可能引入语言偏倚。
2.3 研究筛选流程
所有检索记录导入Mendeley参考文献管理软件（v1.19.8）并去重，由4名研究人员独立基于标题与摘要完成初筛，随后由2名研究人员独立评估全文的纳入资格，分歧通过讨论或咨询第三名研究人员解决，筛选流程以PRISMA流程图呈现。
2.4 数据收集流程与数据项
由2名研究人员采用标准化数据收集框架独立完成数据提取，核心结果为WCO向高附加值产品的成功化学或生物技术转化，结果归类为生物聚合物、生物增塑剂与生物润滑剂三大领域，同时提取终产物的化学表征信息，收率数值按原始研究表述保留，必要时明确标注以避免歧义。其他提取变量包括：研究特征（来源国）、过程参数（原料类型、预处理方法、催化剂类型、目标化合物）与定性指标（主要应用、过程可行性、可扩展性）；缺失或不明确的信息不做假设，除非可从上下文中明确推断，否则标记为“未报道”。
2.5 偏倚风险评估
由于研究设计与报告结果的异质性，无法使用标准化工具开展正式偏倚风险评估，但基于实验数据完整性、方法可重复性与报告透明度对纳入研究的方法学质量进行了定性评估。
2.6 数据合成
因纳入研究的方法学、结局指标与报告单位存在显著异质性，未进行Meta分析，采用结构化叙述性合成对发现进行总结与比较，按应用领域（生物聚合物、生物增塑剂、生物润滑剂）分组，主要效应指标包括以转化百分比（%）、浓度（g/L）或胞内积累量（P/X）表示的产物收率。
2.7 结果合成
研究按转化路径（化学 vs 生物技术）与应用领域分类，数据统一整合至包含国家、底物、催化剂、目标化合物、收率与过程规模的框架中，适用时记录碘值（Iodine Value, IV）、环氧值（Epoxy Value, EV）或预处理方法等特定质量指标，结果以结构化对比表格呈现，针对方法学多样性采用叙述性合成，并通过技术就绪水平（Technology Readiness Level, TRL）分析对报道过程的可行性与可扩展性进行批判性探讨，同时通过对纳入文献的定性批判性评估评价合成结果的稳健性与可靠性，说明研究局限性与报告质量。
2.8 证据确定性
采用受GRADE启发的叙述性方法评估证据确定性，综合考虑研究局限性、结果一致性与整体报告质量。
2.9 方案与数据可用性
尽管本综述未注册方案，但因其探索性质，严格执行了结构化内部方案，包括预定义的纳入排除标准、系统化数据提取与透明报告，保障方法学一致性与可重复性；未制定正式方案，但方法学预先定义并严格遵循PRISMA 2020指南，未适用方案修订；数据收集表提取自纳入研究，所有材料均包含在手稿中，未生成分析代码（因未涉及定量合成），额外数据可根据合理请求向作者索取。
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结果
3.1 综述论文的地理分布与时间演变
文献计量与可视化分析显示，全球WCO资源化研究的地理分布与时间演变特征显著：如图4所示，中国是绝对领先的国家，过去十年贡献17篇出版物，其次是巴西（10篇）与意大利（7篇）；亚洲与南美国家的主导地位反映了其废弃脂质资源丰富与生物基工业技术投资增加的双重优势，而欧洲的贡献则更多聚焦于循环经济框架下的过程创新与可扩展性研究。
基于应用的分布（图5）显示，半数综述研究（50.6%）关注生物聚合物生产，生物润滑剂占32.2%，生物增塑剂占17.2%；聚合物导向研究的优势凸显了通过废弃脂质化学与生物技术转化开发可持续常规塑料替代品的科学与产业相关性。
研究活动趋势的时间分析（图6）揭示了三大领域的差异化动态：生物聚合物相关出版物呈现持续主导地位，2015年起即有早期活动，2019、2021与2022年出现明显峰值，每年达6–8篇，反映了聚羟基脂肪酸酯（PHA）及相关聚合物的微生物与化学酶法路径的巩固；生物增塑剂相关研究规模相对较小，产出低但稳定（每年1–3篇），无明显峰值，表明其为更专业化与技术更成熟的细分领域；生物润滑剂研究则从2019年开始逐步上升，2021–2022年增长显著，体现了产业与环境对WCO衍生高性能可生物降解润滑剂兴趣的提升。总体而言，地理分析凸显了WCO资源化研究的全球扩张与主题多元化，2019年后出版物显著增加反映了科学界与循环经济（尤其是欧盟绿色协议与联合国可持续发展目标）原则的对齐程度不断提升。
3.2 生物聚合物
塑料污染是具有普遍性与持久性的环境挑战，影响几乎所有生态系统，宏观塑料、微塑料与纳米塑料的影响引发日益关注。在此背景下，WCO与其他农工业副产品一起，成为通过生物技术路线生产生物塑料（尤其是天然基聚酯如聚羟基脂肪酸酯（PHA））的替代原料。生物聚合物作为常规塑料的环境兼容替代品被日益广泛研究，兼具废弃物资源化与减少对化石基资源依赖的双重优势，但其广泛应用仍受限于与传统塑料相比的力学性能差异，以及部分情况下不完全的生物降解性，这些挑战推动了大量旨在改善生物材料理化性质与性能的研究。
然而，向可持续塑料体系的转型不仅需要开发替代材料，还需要更广泛地重新思考废弃物管理策略，包括减少一次性塑料、加强回收利用与实施本质安全设计（safe-by-design）方法。
为便于理解分析路径，图7提供了WCO生产生物聚合物的路线概览。
3.2.1 废弃食用油生物聚合物生产的生物技术路径分析：研究热点与方法学趋同
科学界长期探索能够降解常规聚合物的酶促过程，《Minderoo-摩纳哥塑料与人类健康委员会》推动制定“全球塑料条约”，旨在地方、国家与区域层面设计并实施有效工作计划，呼吁禁止或严格限制一次性塑料、减少不必要的塑料消费、加强回收政策并推广当前合成塑料的更安全替代品。表1总结了近期关于WCO生物技术转化为生物聚合物的研究。
本部分呈现对WCO生物技术转化为生物聚合物的入选研究结果的分析，重点讨论实验策略、过程条件与性能趋势，而非重复表1中的详细数据。
分析文献凸显了微生物生物转化过程的主导地位，尤其是PHA的生产，这是WCO衍生生物聚合物中研究最深入的类别。如表1所示，不同微生物菌株（包括细菌与酵母）被广泛应用，收率受底物组成与培养条件强烈影响。
菌株优化与代谢工程是首要研究焦点，高性能菌株如Photobacterium sp. TLY01与工程化假单胞菌（Pseudomonas）表现出显著的PHA积累，尽管酶法路径在选择性温和加工条件方面具有潜在优势，但仍相对较少被探索。
原料多样化是第二大趋势，研究越来越多地探索混合与非传统底物，包括WCO与玉米衍生残余物及其他废弃油脂的组合，该方法提升了过程灵活性，并通过实现异质废弃物流的资源化，有助于改善经济与环境可持续性。
过程强化策略是第三个关键研究方向，代谢工程菌株与优化的发酵条件带来了收率与生产率的提升。然而，如表1所示，过程配置与报告指标（如干重百分比 vs g/L）的差异限制了跨研究直接比较，凸显了对标准化评估标准的迫切需求。
一个显著的方法学趋同是广泛采用两阶段生物过程，即先进行甘油三酯水解，再进行微生物发酵。尽管扩大规模的努力日益增多，但大多数研究仍局限于实验室或台式系统，仅有有限的工业验证案例。
总体而言，尽管取得了令人鼓舞的进展，原料变异性、标准化缺失与可扩展性评估不足仍是阻碍从实验室研究向工业应用过渡的关键挑战。
3.2.2 废弃食用油生物聚合物生产的化学转化路径分析：研究热点与技术趋同
表2全面概述了将废弃食用油（WCO）转化为生物聚合物与聚合物前体的化学转化策略。
环氧化-开环路径是最广泛采用的方法，可生产适用于聚氨酯合成的羟基化多元醇。如表2所示，该方法通常基于过氧酸的原位生成（如甲酸/H2O2体系），随后进行酸催化开环反应，其广泛应用反映了技术的成熟度与多功能性。
多相催化是第二大研究趋势，越来越多的努力致力于用固体酸体系替代均相催化剂，这有助于催化剂的回收与再利用，提升过程可持续性与经济可行性。
过程强化（尤其是微波辅助反应）是第三个关键进展，多项研究报道在保持高选择性（平均>95%）的同时显著缩短反应时间，如表2所示，证明了该方法在工业规模应用中的潜力。
化学路径中还体现出明显的原料多样化特征，涵盖广泛的脂质基与聚合物废弃物流，这种灵活性凸显了化学转化过程的稳健性，其通常比生物技术路径需要更少的预处理。
一个清晰的方法学趋同体现在无溶剂或低溶剂体系与可回收催化剂的结合使用，契合绿色化学原则。
总体而言，化学转化路径在反应速度、可扩展性与过程稳健性方面具有优势，但与生物技术路径相比可能涉及更苛刻的操作条件，体现了效率与环境可持续性之间的权衡。
3.3 生物增塑剂
增塑剂是聚合物技术中广泛使用的添加剂，用于增强柔韧性、降低玻璃化转变温度（Tg）并改善包括聚氯乙烯（PVC）、纤维素衍生物与各类可生物降解聚合物在内的多种材料的加工性能，其掺入对于调控力学性能与促进聚合物加工至关重要。
全球每年约消耗600–700万吨增塑剂，其中绝大多数源自化石基原料，这种对非可再生资源的高度依赖引发了重大可持续性问题，加之石化增塑剂关联的“生产-处置”线性模式进一步加剧了担忧。
除可持续性问题外，传统邻苯二甲酸酯类增塑剂（因其高效与低成本被广泛使用）还与潜在的人类健康风险相关，包括内分泌干扰与生殖毒性，这些效应主要与其从聚合物基质向周围环境迁移的趋势有关。因此，针对儿童玩具、医疗器械、食品包装、汽车内饰与室内材料等敏感应用，监管限制日益严格。
为应对这些可持续性与安全性双重关切，利用可再生与废弃原料开发生物基增塑剂受到越来越多的关注，其中WCO尤其具有吸引力，因为它既能替代化石衍生原料，又能在循环经济框架下实现广泛存在的废弃物流的资源化。
表3总结了近期将WCO用作增塑剂生产原料的研究，概述了文献报道的主要化学策略、目标化合物与过程性能。
从技术角度看，化学转化是将WCO转化为生物增塑剂的最广泛采用的策略，这主要是因为增塑剂通常是低分子量化合物，其功能特性（如增塑效率、相容性与热稳定性）高度依赖于明确界定的化学结构，而这类结构更容易通过常规化学合成获得。
此外，成熟的化学路径允许精确控制功能化、反应收率与产物纯度，这些都是满足工业与监管要求的关键参数；相比之下，生物技术路径发展仍较滞后，主要受限于代谢途径可用性、产物回收与下游处理的局限，以及难以实现有效增塑所需的结构特异性。
化学路径分析
表3所总结研究的对比分析凸显了WCO增值生产生物增塑剂的若干趋同趋势。首要观察结果是化学过程的主导地位，尤其是环氧化、酯交换与开环反应，这些路径是生成适用于PVC增塑剂的功能化酯的最成熟路线，主要归因于其高选择性、操作简单以及与WCO等异质原料的兼容性。
其中，环氧化是最常出现的转化步骤，反映了其重要的工业相关性，报道的双键转化效率从中等（~40%）到极高（>90%）不等，但最终环氧值（EV）因催化剂类型、反应条件与纯化策略的不同而差异显著。
第二个共同特征是广泛使用经典酸-过氧化物体系（如甲酸/H2O2或乙酸/H2O2）与相转移催化剂（如四丁基氯化铵，TBAC）来促进环氧化与后续开环反应；尽管这些体系成本效益高且适用性广，但也表明目前仍主要依赖传统化学，而非完全绿色或替代催化方法。
表3揭示的另一个关键问题是，一致的收率与可扩展性数据十分有限，大多数研究在实验室规模开展，体积通常为250 mL至1 L，仅有少数研究报道了更大规模的实现。
这种异质性使跨研究直接比较变得困难，凸显了实验室可行性与工业适用性之间的差距。常规过程（如酯交换与环氧化）似乎最接近扩大规模的准备状态，而更高级的功能化策略（如缩水甘油酯、环氧丙烯酸酯衍生物与EFAME基增塑剂）仍处于较低的技术成熟度阶段。从性能角度看，报道的70–90%以上的收率显示了令人鼓舞的转化效率，但报告指标（如重量%、g/L或基于摩尔的EV）的不一致性限制了跨研究可比性，阻碍了标准化基准的建立。
另一个相关模式是研究工作分布的地理特征：中国显然在发表论文数量上占据主导，覆盖了从常规环氧化反应到先进可聚合衍生物与多元酸体系的广泛方法，这种领导地位很可能既反映了WCO原料的大量可得性，也反映了对可持续材料与聚合物化学的有针对性投资；其他国家（包括巴西、意大利、马来西亚、突尼斯、印度尼西亚与波兰）则倾向于聚焦特定的技术创新，如微波辅助催化、生物基酯化策略或微生物聚合物生产。
从结构角度看，碘值（IV）在环氧化与进一步功能化产物中通常下降，证实了不饱和脂肪酸链的逐步饱和与修饰；与此同时，环氧值（EV）仍高度依赖过程条件，有时相对较低，提示环氧化不完全或部分开环反应，这两者都会显著影响最终增塑剂性能。
总体而言，表3证明WCO是一种化学上多功能的原料，能够支撑包括环氧化油、功能酯、缩水甘油衍生物与可聚合丙烯酸酯在内的广泛增塑剂结构。然而，WCO组成的固有变异性，加上纯化方法、稳定性以及与PVC等聚合物基质相容性的报告不一致，表明需要进一步标准化分析方法与性能指标。
未来研究应聚焦于开发更绿色的催化体系、改进过程集成与更稳健的扩大规模策略，以实现从实验室规模演示向工业实施的过渡。
3.4 生物润滑剂
源自可再生资源的生物润滑剂是常规矿物油可持续的替代品，后者的大规模生产与有限生物降解性对环境污染贡献显著，据估计，相当大比例的润滑剂未经适当处理即释放到环境中，对水体和土壤系统造成严重冲击。
生物润滑剂通常以脂肪酸酯配制而成，具有优异的理化性质，包括高黏度指数、卓越的润滑性、低挥发性与生物降解性，这些特性很大程度上归因于极性酯官能团的存在，其增强了表面吸附并减少了磨损。然而，未改性的植物油（包括WCO）常因不饱和脂肪酸的存在而存在氧化稳定性差与低温性能不佳的问题。为克服这些局限，已开发出多种化学与酶法修饰策略，包括与多元醇的酯交换、环氧化以及与支链醇的酯化，这些策略改善了氧化稳定性、黏度与冷流性能，使WCO衍生产品适用于严苛的工业应用。酶催化（尤其是固定化脂肪酶）已成为传统化学工艺的有前景的替代方案，这类系统在更温和的条件下运行，具有高选择性、副产物形成少与可持续性更高的优势，尤其适用于废弃衍生原料。化学与酶法路径均能实现WCO向高性能生物润滑剂的高效转化，基于响应面法（Response Surface Methodology, RSM）的优化策略已证明，根据体系与产品配方的不同，转化效率可超过90–97%。尽管取得了这些令人鼓舞的结果，仍存在若干挑战，包括原料变异性、长期氧化稳定性、与添加剂的相容性以及经济可行性，当前研究工作因此聚焦于综合生物炼制方法、先进催化剂设计与原料质量的改进控制。
总体而言，WCO衍生生物润滑剂是绿色化学与循环经济框架下的一项战略机遇，能够将废弃脂质转化为高价值的工业产品。
3.4.1 废弃食用油酶解-酯化研究热点与趋同趋势
图8展示了WCO生物催化转化为生物润滑剂的示意流程。
表4的实验数据分析揭示了废弃食用油酶法转化为生物润滑剂的明确研究热点。
本小节总结了表4所汇总的WCO酶法转化为生物润滑剂的主要趋势，即水解-酯化路径：主导策略是两步过程，包括三酰甘油酶解为游离脂肪酸，随后与短链或支链醇进行酯化。如表4所示，假丝酵母脂肪酶（Candida rugosa lipase）常用于水解步骤，而固定化脂肪酶（如Thermomyces lanuginosus、Lipozyme TL IM与Eversa?Transform 2.0）则广泛用于酯化、固定化与催化剂稳定性研究。
固定化技术（包括辛基功能化载体与磁性交联酶聚集体）在增强酶稳定性与可重用性方面发挥关键作用，这类体系通常在多次循环中保持约90%的活性，显著提升过程可持续性与经济可行性。过程强化与绿色条件是数据集中的明显趋势，跨研究观察到向无溶剂体系与温和反应条件的明确转向，在优化条件下，水解效率接近98%，酯化收率通常超过80–90%，证明了酶法路径的有效性。原料灵活性方面，分析研究显示高度的原料适应性，能够成功处理不同来源的WCO以及其他脂质残余物，而不会显著损失性能。
总体而言，向可重用酶、无溶剂条件与灵活原料利用的趋同，凸显了一个成熟且以可持续性为导向的研究格局，具有极强的工业实施潜力。
3.4.2 废弃食用油化学增值路径的研究热点与趋同趋势
表5汇编的实验数据集揭示了将废弃食用油及相关脂质残余物升级为生物润滑剂的多样化策略，常与生物柴油或生化中间体结合。图9展示了相关流程示意图。
本小节总结了表5报道的WCO化学转化为生物润滑剂的主要路径。
多产品增值策略是一个关键研究趋势，涉及将生物润滑剂生产与生物柴油合成集成，实现原料的高效利用并改善整体过程经济性；短程蒸馏与多级酯交换等技术可实现轻馏分生物柴油与适用于润滑剂应用的重质组分的分离。
多相催化体系（包括K2CO3–水滑石、CaO、Amberlyst-15与Fe3O4基催化剂）的开发是一项重大技术进步，与传统均相催化相比，这类体系实现了催化剂回收、再利用与过程可持续性的提升。此外，多项研究报道了强化条件（如微波辅助反应与减压系统）的使用，以降低反应时间与能耗，同时保持高收率（>90%）。
化学路径对原料变异性表现出高耐受性，能够处理广泛的脂质残余物（包括动物脂肪、棕榈衍生物与混合废弃油脂），通常仅需最少的预处理。
总体而言，化学转化路径以高效率、可扩展性与过程稳健性为特征，特别适合工业应用。
酶法与化学路径的比较凸显了可持续性与过程效率之间的权衡：酶催化在更温和的条件下运行，选择性更高且副产物更少，但通常伴随更高成本与更长反应时间；相比之下，化学过程转化更快、更易扩大规模，但通常需要更苛刻的条件，且可能对环境产生更大影响。
3.5 WCO资源化路径的收率分布比较
如图10所示，为更全面直观地评估技术格局，将不同WCO资源化路径的报告收率数据整合为对比分布图。
可视化结果凸显了生物聚合物生产报告收率的显著异质性，反映了其对微生物菌株选择、代谢工程策略与底物组成的强烈依赖；相比之下，生物润滑剂生产路径的收率普遍更高且更集中，表明过程优化与技术成熟度更高；生物增塑剂路径则表现出中等特征，通常效率高但生物特异性较低。
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可行性与可扩展性数据：基于技术就绪水平（TRL）的分析
4.1 TRL评估
技术就绪水平（Technology Readiness Levels, TRLs）的概念由Héder（2017）定义，为评估技术成熟度提供了系统化框架，分类范围从代表基础研究的TRL 1到代表准备好全面商业部署的TRL 9。创新的主要挑战之一是弥合实验室研究与大规模应用之间的鸿沟，TRL框架通过识别技术发展的当前阶段并相应引导研究优先级来支持这一过渡，使机构与资助机构能够将资源战略性地分配给有前景的创新与原型开发。在操作层面，TRL 1至4对应实验室规模开发，即观察并验证基本原理；TRL 5至7指中试规模阶段，技术在相关环境中集成与测试；最后，TRL 8与9描述示范与商业化阶段，原型最终确定、验证并推向市场。通过将研究活动与TRL结构关联，可以更有效地协调基础与应用研究，促进可扩展性并推动具有竞争力的市场化技术的发展。
4.2 入选文章的TRL趋势
基于表1至表5报告的可行性与可扩展性数据，所综述的技术在实验室规模普遍可行，多数停留在TRL 4及以下。所有表中的趋势凸显了过程扩大的倾向较低，从而识别出基础研究与应用研究之间的差距。仅Jiang等人（2025）的一项研究报道了在150 m3反应器中将WCO转化为PHA的规模放大，证明了工业规模的可行性：该过程基于Cupriavidus necator H16，实现了高达100%的底物转化，凸显了利用WCO等残余原料进行商业PHA生产的潜力。此外，生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）与技术经济分析（Techno-Economic Analysis, TEA）可显著提升对这些过程环境与经济可行性的理解，从而支持并鼓励实验规模的扩大。
全球向循环生物经济的转型加速了可持续替代传统石油基化学品的发展，特别是在生物塑料、生物润滑剂与生物增塑剂领域。为确保这些创新兼具生态合理性与商业可行性，必须应用结合LCA与TEA的严格评估框架。然而，一个重大挑战在于，当前的实验数据仍有限，且主要基于小规模实验室过程，这使得LCA的应用更为复杂，因为研究人员必须从受控的小规模环境推断这些生物产品在潜在工业场景中的环境足迹；同样，TEA必须考虑在可用指标局限于早期开发阶段时，评估生产成本与工业可扩展性所涉及的高度不确定性。尽管存在这些局限，这两种方法的协同作用对于弥合实验室与市场之间的鸿沟至关重要：通过仔细建模可用数据，我们可以更好地预测生物塑料、生物润滑剂与生物增塑剂在规模化时的表现，确保向生物基材料的过渡得到环境完整性与经济可持续性的双重支撑。
为更清晰地概述综述研究的技术成熟度，开展了基于TRL的分类（图11）。
大多数研究集中在TRL 3至TRL 5，对应于概念验证与实验室规模验证。
仅有有限的研究达到中试规模（TRL 6），而仅有一项研究证明了工业规模验证（TRL 7），凸显了实验室研究与大规模实施之间的显著差距。
未发现处于TRL 8–9的研究，证实WCO资源化技术尽管前景广阔，但仍远未实现全面工业部署。
4.3 可扩展性焦点
生物聚合物、生物增塑剂与生物润滑剂领域对可扩展性的关注不足，部分原因是所涉及过程的复杂性以及高附加值产品必须满足的技术规格，类似情况也存在于食品添加剂、化妆品与添加剂领域的生物活性化合物研究中。
相反，在其他废弃物资源化领域（尤其是生物能源生产，如生物柴油与生物甲烷）已实现并巩固了极高的TRL。最后，关于从实验室规模合成向工业实施的过渡，观察到体积生产率（volumetric productivity）在当前文献中仍是一个被严重低估的参数，尽管不全面，但该指标对于量化
