生命周期評(píng)價(jià)在農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)中的應(yīng)用

陳華等

摘要：生命周期評(píng)價(jià)（LCA）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)研究中，涉及到原材料獲取、能源消耗、污染物排放等多個(gè)方面，分析了其對(duì)環(huán)境的影響狀況?？偨Y(jié)了國(guó)內(nèi)外近幾十年來(lái)生命周期評(píng)價(jià)在農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)中的應(yīng)用研究，具體涉及到漁業(yè)、畜牧業(yè)、種植業(yè)、其他食品工業(yè)、包裝和廢棄物處理等6個(gè)方面，提出了生命周期評(píng)價(jià)在農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)中的應(yīng)用趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：生命周期評(píng)價(jià)（LCA）；農(nóng)副產(chǎn)品；食品工業(yè)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：X822.1；N945.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）07-1493-05

1969年美國(guó)中西部資源研究所（MRI）對(duì)可口可樂(lè)包裝類(lèi)型選擇的研究開(kāi)啟了生命周期評(píng)價(jià)（Life cycle assessment，LCA）。1990年國(guó)際環(huán)境毒理與化學(xué)學(xué)會(huì)（SETAC）首次召開(kāi)了LCA國(guó)際研討會(huì)，隨后出版了綱領(lǐng)性報(bào)告《生命周期評(píng)價(jià)綱要：實(shí)用指南》，為L(zhǎng)CA方法提供了基本技術(shù)框架。農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)生產(chǎn)涉及的環(huán)節(jié)多、范圍廣，不同產(chǎn)品產(chǎn)生的不良環(huán)境類(lèi)型和程度差別很大。LCA方法在農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域可主要分為漁業(yè)、畜牧業(yè)、種植業(yè)、其他食品工業(yè)、包裝和廢棄物處理等6個(gè)方面。綜述了LCA方法在農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)中的應(yīng)用研究概況及其發(fā)展趨勢(shì)。

1 生命周期評(píng)價(jià)在農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)中的應(yīng)用

1.1 漁業(yè)生命周期評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

李君等[1]對(duì)扇貝的兩種利用模式進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)，顯示模式二（產(chǎn)品為扇貝柱、復(fù)合氨基酸、魚(yú)蝦餌料和貝殼工藝品）在資源消耗、溫室效應(yīng)、酸化影響、潛在健康影響方面比模式一（產(chǎn)品為扇貝柱、食用貝邊、魚(yú)蝦鮮餌料和飼料添加劑）低，而在固體廢棄物和富營(yíng)養(yǎng)化方面比模式一高。Vázquez-Rowe等[2]采用LCA方法評(píng)價(jià)了鱈魚(yú)的捕撈、加工、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的環(huán)境影響后發(fā)現(xiàn)加工環(huán)節(jié)環(huán)境影響最大。Vázquez-Rowe等[3]運(yùn)用LCA方法評(píng)價(jià)了兩種捕魚(yú)方法后，獲知拖網(wǎng)捕魚(yú)產(chǎn)生的不良環(huán)境影響程度比鉤叉捕魚(yú)高，通過(guò)降低拖網(wǎng)捕魚(yú)的燃油消耗量能降低不良環(huán)境的影響。地中海貽貝加工和運(yùn)輸過(guò)程涉及到酸化、資源消耗、全球變暖、生態(tài)毒性、人體毒性、富營(yíng)養(yǎng)化、破壞臭氧層和形成光化學(xué)氧化劑等多項(xiàng)不良環(huán)境影響因子[4]。Ziegler等[5]將塞內(nèi)加爾兩種捕蝦方式對(duì)比后發(fā)現(xiàn)兩者主要環(huán)境影響環(huán)節(jié)差別很大，拖網(wǎng)捕蝦為捕撈環(huán)節(jié)，垂釣捕蝦則為加工和貯藏環(huán)節(jié)。

1.2 畜牧業(yè)生命周期評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

生產(chǎn)牛奶會(huì)排放溫室氣體和引起富營(yíng)養(yǎng)化，從而造成環(huán)境惡化。運(yùn)用LCA方法評(píng)價(jià)歐洲牛奶后，發(fā)現(xiàn)通過(guò)降低牧場(chǎng)營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩程度、減少進(jìn)口濃縮飼料和牧草飼養(yǎng)量、增加本地牧草供給比例等措施，可以降低不良環(huán)境影響程度[6，7]。Thomassen等[8]采用LCA方法對(duì)比了荷蘭傳統(tǒng)牛奶與有機(jī)牛奶的區(qū)別，結(jié)果表明生產(chǎn)等量牛奶，其中有機(jī)牛奶產(chǎn)生的不良環(huán)境影響更小。秦鳳賢[9]利用LCA方法對(duì)中國(guó)產(chǎn)牛奶分析后指出，其潛在環(huán)境影響因子依次為富營(yíng)養(yǎng)化、固體廢棄物和全球變暖與酸化。乳制品加工業(yè)主要環(huán)境影響因子為耗水量、有機(jī)污水排放量和能源消耗[10]。

Karen等[11]運(yùn)用LCA方法研究了加拿大西部牛肉造成的溫室氣體排放量，飼養(yǎng)環(huán)節(jié)的溫室氣體排放量占總排放量80%，另外20%來(lái)自飼料環(huán)節(jié)。Peters等[12]對(duì)澳大利亞3種牛肉生產(chǎn)系統(tǒng)引起的溫室氣體排放量和能源消耗量評(píng)估后發(fā)現(xiàn)，兩者數(shù)值均低于國(guó)際平均標(biāo)準(zhǔn)，提高生產(chǎn)和運(yùn)輸效率也可以降低能源消耗量。Nathan等[13]通過(guò)對(duì)比美國(guó)愛(ài)荷華州的3種牛肉生產(chǎn)方式（①采用愛(ài)荷華州的飼料飼養(yǎng)肉牛；②采用愛(ài)荷華州以外的其他州的飼料圈養(yǎng)肉牛；③在愛(ài)荷華州肉牛培育中心的牧場(chǎng)放養(yǎng)肉牛）的溫室氣體排放量，結(jié)果表明在產(chǎn)生等量牛肉條件下，第三種牛肉生產(chǎn)方式溫室排放量最少，提高飼料利用效率能顯著降低溫室氣體排放量。肉牛育肥環(huán)節(jié)中飼養(yǎng)時(shí)間、飼料類(lèi)型、畜舍建設(shè)和糞便儲(chǔ)存等均會(huì)產(chǎn)生不良環(huán)境影響，其中飼養(yǎng)階段是最主要的環(huán)境影響環(huán)節(jié)，其時(shí)間越短，環(huán)境影響程度越低[14，15]。有機(jī)方式飼養(yǎng)肉牛雖然能減少藥物使用量，但需要更大面積的牧場(chǎng)才能滿(mǎn)足飼養(yǎng)要求[16]。英國(guó)肉雞有室內(nèi)圈養(yǎng)、室外散養(yǎng)、有機(jī)喂養(yǎng)等3種喂養(yǎng)方式，Leinonen等[17]評(píng)價(jià)后指出與室內(nèi)圈養(yǎng)相比，室外散養(yǎng)和有機(jī)喂養(yǎng)的能源消耗量較少。在拓寬調(diào)查范圍后，發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)階段是豬肉生產(chǎn)中最主要的環(huán)境影響環(huán)節(jié)[18]。采用有機(jī)方式比常規(guī)方式生產(chǎn)豬肉排放的氨和磷酸鹽更少，采用密集種植和多添加氮肥的方式種植草料能減少豬肉生產(chǎn)中產(chǎn)生的環(huán)境影響[19，20]。以蛋白質(zhì)為功能單位，最高效環(huán)保肉制品為雞肉，其次為豬肉，最后為牛肉。然而，當(dāng)以能量為功能單位時(shí)，最高效環(huán)保肉制品為豬肉，其次為雞肉，最后為牛肉。在兩種功能單位下，牛肉效率都是最低的，可能與其飼料轉(zhuǎn)化率低有關(guān)[21]。

1.3 農(nóng)產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)溫室氣體排放量占全球排放總量25%～30%。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積和提高糧食單位面積產(chǎn)量，歐盟農(nóng)業(yè)年溫室氣體排放量可減少3 200萬(wàn)t[22]。Thomas等[23]采用LCA方法評(píng)價(jià)了農(nóng)業(yè)和環(huán)境負(fù)擔(dān)之間的關(guān)聯(lián)度。水稻是世界上最重要的農(nóng)產(chǎn)品之一，按照生命周期研究，水稻可分為收獲前和收獲后兩個(gè)階段。Phong等[24]通過(guò)調(diào)查湄公河三角洲3種種植類(lèi)型（O-LF、R-HF、R-MF）在土地利用率、能源消耗、廢物產(chǎn)出等方面的區(qū)別，結(jié)果顯示，當(dāng)R-HF效率較低時(shí)，不良環(huán)境影響最大。過(guò)量或低效使用肥料和CH4排放是水稻生產(chǎn)過(guò)程中的主要環(huán)境影響因子。Breiling等[25]評(píng)估了日本水稻生產(chǎn)溫室氣體（GHG）排放后，指出其數(shù)值與種植規(guī)模、品種和種植地點(diǎn)密切相關(guān)。Roy等[26]運(yùn)用LCA方法評(píng)價(jià)了小規(guī)模生產(chǎn)蒸谷米的環(huán)境負(fù)荷類(lèi)型，發(fā)現(xiàn)其會(huì)隨著生產(chǎn)進(jìn)程而發(fā)生變化，且比其他品種變化更大。Sakaorat等[27]分析了泰國(guó)水稻種植及其加工的環(huán)境影響，顯示獲得1 kg大米會(huì)產(chǎn)生2 927 g CO2（全球變暖）、3.187 g SO2（酸化）、12.896 g NO■■（富營(yíng)養(yǎng)化），95% CO2產(chǎn)生于種植環(huán)節(jié)，3% CO2產(chǎn)生于播種環(huán)節(jié)，其余2% CO2產(chǎn)生于碾磨工藝。中國(guó)太湖水稻種植會(huì)引起酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、水源枯竭、全球變暖和能源枯竭，提高氮肥利用效率能降低資源消耗和廢氣排放量[28]。

栽培方法（溫室或常溫、有機(jī)或常規(guī)、水培或土培）、品種、地點(diǎn)、包裝和運(yùn)輸均會(huì)影響番茄生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果[29-34]。據(jù)報(bào)道，溫室氣體排放量與番茄品種和溫室結(jié)構(gòu)有關(guān)[31]。溫室內(nèi)栽培番茄產(chǎn)生的溫室氣體高于常規(guī)栽培[35]，塑料薄膜大棚比溫室栽培消耗資源少[36]。種植方式、病蟲(chóng)害防治方法和廢棄物管理等對(duì)番茄環(huán)境效益都有影響[37]，化學(xué)防治害蟲(chóng)比綜合防治產(chǎn)生的溫室氣體更多[38]。加工和包裝是番茄醬生產(chǎn)中的環(huán)境熱點(diǎn)，可通過(guò)改變番茄醬類(lèi)型或降低番茄醬濃縮程度來(lái)降低酸化程度[39]。

Point等[40]評(píng)價(jià)了加拿大新斯科舍省750 mL瓶裝葡萄酒的環(huán)境影響，結(jié)果顯示其種植、運(yùn)輸和消費(fèi)是最大環(huán)境影響環(huán)節(jié)，通過(guò)提高肥料利用效率、種植高產(chǎn)有機(jī)品種、采用輕質(zhì)玻璃瓶能降低環(huán)境影響。Humbert等[41]比較了滴濾咖啡、特濃咖啡膠囊、噴霧干燥速溶咖啡環(huán)境負(fù)擔(dān)，顯示50%的環(huán)境問(wèn)題是由種植、處理、加工、包裝、銷(xiāo)售和廣告等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的，另外50%的環(huán)境問(wèn)題是由制造、購(gòu)置和使用生產(chǎn)工具、廢物處置等產(chǎn)生的。

與常規(guī)品種相比，轉(zhuǎn)基因甜菜品種因?yàn)槭褂贸輨┝可?，從而減少了對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康的危害[42]。以單位面積（hm2）和單位產(chǎn)量（t）為功能單位，比較德國(guó)阿爾高地區(qū)3種耕作方式（密集型：N 80.1、P5.3 kg/hm2；粗放型：N31.4、P4.5 kg/hm2；有機(jī)型：N31.1、P2.3 kg/hm2）的環(huán)境影響區(qū)別后，發(fā)現(xiàn)粗放型和有機(jī)型比集約型化肥使用量更少，能源消耗量也更低[43]。

1.4 其他食品工業(yè)產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

面包是歐美國(guó)家的主要食品之一。多個(gè)國(guó)家和地區(qū)研究人員運(yùn)用LCA方法評(píng)價(jià)面包加工的環(huán)境影響[44]，評(píng)價(jià)范圍包括小麥種植方式（常規(guī)和有機(jī)）、小麥磨粉工藝和面包生產(chǎn)流程（包裝工藝和清潔劑類(lèi)型），結(jié)果表明采用有機(jī)方式種植小麥、工業(yè)化磨粉和大型面包廠(chǎng)聯(lián)合生產(chǎn)面包為環(huán)境負(fù)擔(dān)最小的生產(chǎn)方式。烘烤和運(yùn)輸階段是面包生產(chǎn)中環(huán)境影響的最大環(huán)節(jié)，烘烤階段環(huán)境因子為光氧化和能源消耗。

啤酒釀造也是LCA方法評(píng)價(jià)的重要研究對(duì)象之一。啤酒系統(tǒng)邊界不同可能導(dǎo)致最終結(jié)果差別很大。若啤酒邊界只考慮啤酒生產(chǎn)、運(yùn)輸、啤酒容器、廢物處理，環(huán)境影響只考慮溫室氣體排放量[45-47]，啤酒生產(chǎn)過(guò)程的最大環(huán)境影響環(huán)節(jié)就為麥汁生產(chǎn)，其次為過(guò)濾和包裝，最次為發(fā)酵和儲(chǔ)存[45]。擴(kuò)大系統(tǒng)邊界后，Koroneos等[46]確定啤酒瓶生產(chǎn)為最大環(huán)境影響環(huán)節(jié)，其次為啤酒包裝和啤酒生產(chǎn)階段。Hospido等[47]發(fā)現(xiàn)啤酒生產(chǎn)、包裝和大麥?zhǔn)斋@與運(yùn)輸是最大能源消耗環(huán)節(jié)。任輝等[48]發(fā)現(xiàn)啤酒主要環(huán)境影響因子影響潛值依次為：富營(yíng)養(yǎng)化（0.061）、工業(yè)煙塵和粉塵（0.015）、固體廢棄物（0.003），建議通過(guò)廢水處理設(shè)施、改進(jìn)物料粉碎方式和回收利用廢硅藻土降低環(huán)境影響。

Roes等[49]評(píng)價(jià)了速食食品的環(huán)境影響，發(fā)現(xiàn)最大環(huán)境負(fù)荷環(huán)節(jié)為獲取食品原料和固體廢物處理環(huán)節(jié)。Zufia等[50]調(diào)查了番茄金槍魚(yú)環(huán)境影響，并提出改進(jìn)方法以減少潛在環(huán)境負(fù)擔(dān)。

1.5 包裝生命周期評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

包裝能使食品與外界環(huán)境如氧氣、水分、光照和微生物等隔離，并為食品運(yùn)輸和儲(chǔ)存提供緩沖和保護(hù)作用。食品包裝是造成食品環(huán)境負(fù)擔(dān)的主要根源之一。提高食品包裝回收利用率，降低主包裝重量能降低環(huán)境負(fù)擔(dān)。Hospido等[47]研究表明玻璃瓶生產(chǎn)和運(yùn)輸造成的環(huán)境影響占全球包裝系統(tǒng)總量的1/3，回收再利用玻璃瓶能顯著降低環(huán)境負(fù)擔(dān)[51]。采用多層塑料袋代替金屬罐包裝小袋咖啡，雖然不利于包裝材料的回收，但對(duì)環(huán)境影響更小[52]。對(duì)比雞蛋兩種不同包裝后發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯包裝產(chǎn)生煙霧、粉塵和環(huán)境酸化等不良環(huán)境影響，而再生包裝紙的不良環(huán)境影響為重金屬污染和產(chǎn)生致癌物質(zhì)[53]。Ross等[54]研究表明制定和實(shí)施塑料包裝回收和再利用政策可以產(chǎn)生顯著的環(huán)境效益。Mourad等[55]探討提高牛奶無(wú)菌包裝回收再利用可行性后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)回收率增加70%時(shí)，其不良環(huán)境影響可降低48%。Hyde等[56]認(rèn)為食品和飲料行業(yè)的包裝原材料使用量可以減少12%。Humbert等[57]對(duì)比了玻璃瓶和塑料瓶包裝嬰兒食品在環(huán)境影響方面的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)塑料瓶環(huán)境影響更小。Sonesson等[58]報(bào)道大量使用包裝材料給瑞典牛奶供應(yīng)鏈造成巨大環(huán)境壓力。

1.6 食品廢棄物生命周期評(píng)價(jià)研究

食品工業(yè)通常產(chǎn)生淤泥、有機(jī)污水和固體廢料。提高廢棄物利用率可以減少原材料使用量和水資源消耗量[59]。Ramjeawon[60]認(rèn)為把甘蔗糖廠(chǎng)廢水中的重污染水與冷凝水區(qū)分開(kāi)能降低廢水處理規(guī)模和費(fèi)用。Hirai等[61]運(yùn)用LCA方法評(píng)估了4種食品廢物處理方案（①焚燒；②生產(chǎn)生物燃料后焚燒；③生產(chǎn)生物燃料后堆肥；④直接堆肥）造成的環(huán)境影響區(qū)別，表明方案3潛在環(huán)境影響最小。Lundie等[62]研究表明在有氧操作處理食品廢物情況下，家庭堆肥對(duì)環(huán)境影響最小。焚燒已經(jīng)生物降解的固體廢物比直接焚燒食品工業(yè)廢棄物產(chǎn)生的不良環(huán)境影響更小[63]，從源頭減少?gòu)U物或污染源對(duì)環(huán)境影響更小[64]。食品廢物處理方法與環(huán)境負(fù)擔(dān)密切相關(guān)，采用食品廢物綜合管理系統(tǒng)能更好地降低環(huán)境影響。

2 結(jié)論

LCA方法能有效評(píng)價(jià)農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)的環(huán)境影響狀況，研究表明通過(guò)變換生產(chǎn)、加工、包裝、銷(xiāo)售和消費(fèi)模式可以減少農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)的環(huán)境負(fù)荷。預(yù)測(cè)或衡量農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)的環(huán)境負(fù)荷，需要深入地了解研究系統(tǒng)范圍和應(yīng)用程序。LCA方法引入到農(nóng)副產(chǎn)品和食品工業(yè)評(píng)價(jià)中，將為具有環(huán)保意識(shí)的決策者、生產(chǎn)者、消費(fèi)者選擇環(huán)境友好型農(nóng)副產(chǎn)品和食品提供可靠的信息。

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