养殖型（实验室制备）蓝色食品的环境影响

《Environmental Science & Technology》：Environmental Impacts of Cultivated (Lab-Based) Blue Foods

实验室制备肉或养殖肉（cultivated meat，CM）是利用细胞农业（cellular agriculture）技术培养可食用动物细胞而生产的食品，由此消除了养殖或捕捞活体动物的需要。鉴于全球渔业资源枯竭的现状以及水产养殖（aquaculture）相关不利环境影响，CM系统可能尤其适合以可持续方式帮助满足不断增长的蓝色食品（blue foods）需求，特别是高价值和奢侈物种。尽管围绕CM产品及其降低动物源食品环境影响潜力的研究不断增加，CM蓝色食品的环境绩效在很大程度上仍不清楚。本文采用生命周期评价（life cycle assessment，LCA）量化了3种CM蓝色食品产品从摇篮到工厂大门（cradle-to-gate）的环境影响。结果发现，CM蓝色食品的累积能源需求（cumulative energy demand，CED）为40–45 MJ kg^–1，排放2.1–2.3 kg CO₂当量 kg^–1（全球变暖，global warming），需要1.1–1.6 m²·a kg^–1（土地利用），消耗97–152 L kg^–1（水耗用），并导致0.9–1.3 g P当量 kg^–1和0.9–1.1 g N当量 kg^–1（淡水与海洋富营养化）。这些影响总体上低于已报道的养殖型农场动物培养肉以及常规生产的对应蓝色食品。然而，结果也揭示出潜在的环境权衡（例如，更高的用水量），并强调有必要对新型食品开展多指标环境评价。

该论文发表于《Environmental Science 》。研究聚焦于养殖型蓝色食品（cultivated blue foods）的环境可持续性评估，针对当前细胞培养肉（cultivated meat，CM）生命周期评价（life cycle assessment，LCA）研究主要集中于陆生畜禽产品、缺乏水产类培养食品实证评估这一空白展开。研究背景在于，传统动物源食品具有较高环境负荷，而蓝色食品虽然是全球重要营养来源，但无论是捕捞渔业还是水产养殖，均伴随显著生态压力。捕捞渔业依赖化石燃料，并造成栖息地退化、生物多样性下降、兼捕及种群过度开发等问题；水产养殖虽已成为蓝色食品供给的重要来源，但又与污染、病害传播、栖息地退化及对鱼粉、鱼油等野生渔业资源的依赖密切相关。在全球蓝色食品需求预计持续增长的背景下，开发替代性生产体系具有重要现实意义。

研究人员指出，尽管培养肉常被视为更可持续的动物源食品替代方案，但既有研究多聚焦全球变暖（global warming，GW）和累积能源需求（CED），且主要考察完全由培养生物质构成的产品，对于现实中更可能率先商业化的“混合型”培养产品，即将培养生物质与植物蛋白、植物油及调味成分混合制成的产品，相关环境证据仍十分有限。尤其对于蓝色食品，由于水产动物细胞培养温度、培养基调控条件及生产工艺与哺乳动物或禽类存在差异，既有结论不能直接外推。因此，本研究以3种混合型CM蓝色食品为对象，评估其环境影响，并与对应常规蓝色食品进行比较，同时识别环境热点环节。

研究人员采用归因型生命周期评价方法，功能单位设定为工厂大门处1 kg可食最终产品。研究对象包括3种混合型CM产品：CM鳗鱼、CM鱼条和CM鱼堡，其中后两者以海鲷（Sparus aurata）为对应常规产品参照，鳗鱼则与常规捕捞鳗鱼进行比较。CM产品模型基于Forsea Foods, Ltd.提供的原始产业数据构建，数据来源于其计划在日本建设的15 000 m²生产设施的放大化设计参数。系统边界覆盖从上游培养生物质生成，到下游配方混合、组织化、冷冻，以及灭菌、清洗、废水预处理等辅助过程。影响指标包括GW、CED、土地利用、淡水消耗、淡水富营养化和海洋富营养化。背景数据库主要采用ecoinvent 3.10、Agri-Footprint 6.3和Agribalyse 3.1.1，建模平台为SimaPro 9.6.0.1。常规产品方面，欧洲鳗鲡数据来自荷兰渔民原始数据，鱼条和鱼堡模型则以养殖海鲷替换现有模型中的鱼类原料，并加入挪威养殖三文鱼片作为一般参照。研究还设置了敏感性分析，考察电力来源、培养基氨基酸建模、生产失败、植物蛋白来源替代以及常规产品共产品分配方式等关键情景。

技术方法概括：研究主要采用生命周期评价（LCA）框架，对3种混合型CM蓝色食品及其常规对应物进行“摇篮到工厂大门”建模；前景数据来自Forsea Foods, Ltd.在日本规划商业化设施的放大预测数据，常规鳗鱼数据来自荷兰渔民原始资料；背景生命周期清单（LCI）数据调用ecoinvent 3.10、Agri-Footprint 6.3和Agribalyse 3.1.1；影响评价使用IPCC 2021、VDI和ReCiPe 2016 Midpoint(h)；并通过多情景敏感性分析识别关键环境热点与模型不确定性来源。

研究结果部分，论文首先给出总体结果。

3. Results
研究表明，CM蓝色食品在多个关键环境指标上优于常规对应产品。就GW而言，CM蓝色食品为2.1–2.3 kg CO₂当量 kg^–1，明显低于常规蓝色食品的4.1–9.3 kg CO₂当量 kg^–1；就CED而言，CM蓝色食品为39.9–44.7 MJ kg^–1，也低于常规产品的58.1–127.4 MJ kg^–1。除野生捕捞鳗鱼外，CM蓝色食品在土地利用、海洋富营养化和淡水富营养化方面也普遍更低，土地利用为1.1–1.6 m²·a kg^–1，常规产品则为3.9–18.5 m²·a kg^–1；海洋富营养化为0.9–1.1 g N当量 kg^–1，常规产品为186–287 g N当量 kg^–1；淡水富营养化为0.9–1.3 g P当量 kg^–1，常规产品为1.6–3.6 g P当量 kg^–1。但在淡水消耗方面，结果呈现权衡：CM鳗鱼、CM鱼条和CM鱼堡的淡水消耗分别为96.7、152和142 L kg^–1，高于其部分常规对应物，例如常规鱼堡为44.6 L kg^–1，但低于养殖三文鱼片的213 L kg^–1。这一结果说明，CM蓝色食品并非在所有环境维度上都绝对占优，多指标综合评价十分必要。

与其他培养肉研究相比，研究人员认为最相关的对照是Kim等人关于混合型培养牛肉饼的研究。本研究中的CM蓝色食品在GW、CED和土地利用上均低于该培养牛肉饼的基线情景结果，而在用水方面，CM鱼条和CM鱼堡高于其对照，CM鳗鱼则较低。若仅比较上游培养生物质生产环节，本研究的CM蓝色食品在GW、CED、土地利用和海洋富营养化方面也低于Sinke等人报告的若干以培养生物质为主的CM产品，但在用水和淡水富营养化方面较高。研究人员同时强调，不同研究在系统边界、影响评价方法、背景数据和建模假设上存在差异，比较应谨慎。

论文进一步分析了不同产品GW的来源构成。

Figure 3对应结果
通过对GW的分解分析，研究人员发现，CM产品的温室气体排放主要来自“饲料”即培养基（media）、能源使用和其他投入三大部分。培养基约占总温室气体排放的近一半，其中氨基酸约占总排放的34%，胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor，IGF-1）约占7%。能源使用贡献约为25%–27%。在“其他投入”中，组织化植物蛋白（textured vegetable protein，TVP）是主要贡献源，占总温室气体排放的8%–17%。相比之下，常规产品的排放构成因生产体系不同而异：野生捕捞鳗鱼约90%的排放来自渔船燃料消耗；养殖体系产品如鱼条和三文鱼片，则主要由饲料生产驱动，贡献达78%–81%。这一分析说明，CM蓝色食品与常规蓝色食品在环境负荷来源上存在结构性差异。

3.1. Sensitivity Analyses
敏感性分析表明，不同关键假设会显著影响CM蓝色食品的环境表现。可再生能源情景带来最明显的综合改善：若全部电力由日本地面光伏系统供应，CM鳗鱼的GW可降至1.6 kg CO₂当量 kg^–1，较基线下降24%；CED降至35.8 MJ kg^–1，下降10%；其他指标变化相对较小。高影响氨基酸情景则显著恶化结果：若以环境影响最高的l-色氨酸作为所有氨基酸的代理，GW升至2.9 kg CO₂当量 kg^–1，上升38%；水耗升至168 L kg^–1，上升74%；CED升至62.6 MJ kg^–1，上升57%。这表明培养基组成尤其是氨基酸建模方式是影响结果的关键因素。

生产失败情景模拟一个批次损失导致投入浪费，结果显示GW增加至2.2 kg CO₂当量 kg^–1，上升5%；CED升至42.7 MJ kg^–1，上升7%，说明生产效率下降会削弱环境优势。将主要植物蛋白来源由大豆TVP替换为欧洲种植并在荷兰加工的豌豆蛋白后，淡水富营养化降至0.7 g P当量 kg^–1，下降22%，水耗降至91 L kg^–1，下降6%；但土地利用升至1.2 m²·a kg^–1，上升9%，海洋富营养化升至1.1 g N当量 kg^–1，上升22%。此外，当常规产品改用质量分配法处理共产品后，除常规鳗鱼外，CM蓝色食品依然表现出较稳定的环境优势。

讨论部分指出，蓝色食品是健康膳食的重要组成，但其传统供给模式伴随显著环境代价。本研究结果支持这样一个判断：通过细胞农业生产蓝色食品，可能为多种常见水产食品，尤其是资源密集型高价值物种，提供环境负荷更低的替代路径。研究还认为，CM蓝色食品相较其他类型培养肉可能更具环境优势，这或与水产动物细胞培养温度更低、所需资源较少，以及本研究所涉及的类器官（organoid）技术可同步实现干细胞增殖与分化、形成肌肉、脂肪和结缔组织的三维微组织有关。该技术可能降低培养基及外源生长因子的需求，并避免额外支架材料的使用。不过，作者也强调，这种优势同时可能部分源于研究对象为混合型产品，而非高比例纯培养生物质产品，因此与既有研究的直接比较仍需谨慎。

研究人员认为，培养基生产、能源使用和水资源消耗是CM蓝色食品的主要环境热点，因此未来优化方向应包括开发低影响培养基配方、选择环境绩效更优的TVP供应链、使用可再生电力以及提高工艺水利用效率。论文还指出，若能发展废培养基中水分和有价值营养物质的回收再利用技术，将有助于降低原生投入、减少废物并提升整体资源效率，同时可能降低生产成本。废水管理也是不可忽视的关键环节。由于废培养基和设备清洗灭菌废水具有较高盐分和有机负荷，研究模型假定所有废水需在进入市政处理系统前进行预处理，这提示未来应系统表征CM生产废物流特征，并评估适宜的处理与循环路径。

论文同时明确了局限性。大部分数据来自产业合作方对未来满规模设施的预测参数，而非长期稳定运行的商业化工厂实际数据，因此存在不确定性；多数氨基酸的生命周期清单数据缺乏，只能采用平均代理值；培养基关键成分当前仍主要依赖面向医药级或动物补充剂市场的供应链，未来专门服务CM产业的新型供应链形成后，环境表现可能发生变化。作者因此呼吁后续研究采用真实生产数据，进一步纳入基础设施、细胞来源和大规模培养基生产等要素开展评估。

研究结论部分可概括翻译如下：研究结果表明，养殖型蓝色食品有潜力成为常规蓝色食品更具环境优势的替代方案，特别是在全球变暖、土地利用、富营养化和化石能源需求方面表现较优，但同时也可能伴随诸如更高淡水消耗之类的环境权衡。因此，评估新型食品的环境可持续性不能仅依赖GW单一指标，而应采用多影响类别框架进行系统评价。总体而言，向CM蓝色食品转型可能成为推动蓝色食品生产由资源开采型向再生型转变的重要一步，但其实际可持续性仍取决于生产体系优化、资源循环、废物治理以及能否在系统层面真正替代而非叠加常规蓝色食品生产。