《Future Foods》：Environmental Impacts of Producing Culture Medium Consisting of Serum-free, Food and Complex Ingredients for Cultivated Meat
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本研究针对培养肉生产关键环节——培养基制备过程的环境影响展开定量分析。通过生命周期评估(LCA)方法，首次基于企业实际生产数据，系统评估了无血清、食品级复合培养基在当前和未来规模下的环境足迹。研究发现规模化生产可降低70%以上环境影响，并揭示能源消耗和动物源性原料为主要热点，为低环境负荷培养肉技术开发提供了重要科学依据。
随着全球人口增长和居民收入水平提升，传统畜牧业面临严峻的环境挑战。肉类生产作为温室气体排放、土地利用和水资源消耗的主要来源，其可持续发展受到广泛关注。在此背景下，培养肉技术应运而生，被视为未来食品体系的重要解决方案。然而，作为培养肉生产的核心环节，培养基制备过程却贡献了48%-89%的环境影响，其中胎牛血清(FBS)的使用更是备受争议——不仅存在价格波动、伦理争议和潜在毒素风险，其生产过程也带来显著环境负荷。
东京农业大学的研究团队在《Future Foods》发表最新研究，首次针对一种创新型培养基——由无血清、食品级和复合成分构成的新型培养基开展系统环境评估。该研究创新性地采用企业实际生产数据，通过生命周期评估(LCA)方法，对比分析了当前实验室规模和未来工业化规模下的环境表现，并深入探讨了不同电力结构对结果的影响。
研究团队主要运用了生命周期评估标准化方法学，基于国际标准化组织(ISO)框架，采用LIME2端点模型进行影响评估。关键技术方法包括：基于企业实际生产流程的清单数据收集、多场景预测建模（涵盖当前规模、未来规模及不同电力结构）、血清替代组分制备中的多器官细胞共培养技术，以及规模化生产参数预测（参考10,000升生物反应器标准）。
3.1. 当前规模
通过量化分析发现，当前规模下每升培养基生产产生3.32 kg-CO2eq的碳足迹。能源消耗（占气候变化影响50%以上）、动物源性原料（贡献富营养化、土地利用等类别73.1%-95.6%）和耗材（在六类影响中占比16%-94.7%）是主要环境热点。细胞培养过程控温控气、设备灭菌分别占电力消耗的30%和28%。
3.2. 未来规模
规模化生产预计使所有影响类别降低超70%。未来规模下，能源（占气候变化等四类影响79.1%-92%）、动物源性原料（仍贡献43%-68.4%）、氨基酸（占富营养化等10.6%-13.9%）和葡萄糖（占15.4%-30.7%）成为新的热点。使用2030年日本电网结构时，气候变化和酸化影响降低30%以上；完全使用可再生能源时，这两类影响降低超80%，但土地利用影响显著上升（占用增加80.2%，转化增加137.5%）。
4.1. 当前规模
降低培养基环境影响的关键在于优化细胞培养效率、整合灭菌流程以减少电力消耗，以及用细胞系替代鸡蛋作为细胞来源。耗材的减少可通过设备功能整合和工艺机械化实现。
4.2. 未来规模
尽管未来规模环境影响大幅降低，但鸡蛋黄提取物作为细胞培养助剂的持续使用仍是重要影响因素。完全消除动物源性原料对减少环境足迹、改善动物福利和消费者接受度至关重要。氨基酸和葡萄糖作为基础培养基主要成分，其谷物生产方式带来的水资源消耗、土地利用和肥料径流问题突出，需转向藻类等低环境影响原料。可再生能源的使用虽能降低碳排放，但需关注其土地利用影响，建议通过闲置土地、建筑屋顶等场所部署发电设施。
4.3. 基础培养基与血清替代组分
血清替代组分的生产贡献了培养基整体环境影响的96.2%（当前规模）和76.6%（未来规模）以上，主要来自能源和动物源性原料。基础培养基的环境热点为氨基酸、葡萄糖和生产过程中的能源消耗。
4.4. 与既往研究比较
与使用DMEM/F-12基础培养基和重组蛋白的培养基相比，本研究涉及的培养基因血清替代组分占比更高（50%）且包含细胞培养过程，当前规模碳足迹较高。但在使用可再生能源的未来场景下，其环境影响与Beefy-R等先进培养基相当。研究结果凸显了培养基组成和生产工艺对最终环境表现的显著影响。
本研究首次定量评估了无血清食品级复合培养基的环境表现，证实规模化生产和能源结构优化可显著降低其环境足迹。研究明确了各生产环节的环境热点，为培养肉产业链的绿色设计提供了关键数据支撑。未来需进一步开发生物反应器优化、细胞培养效率提升、非动物源性原料替代等关键技术，并通过涵盖环境、社会、成本和动物福利的综合评估，推动培养肉技术的可持续发展。
