全生命周期評(píng)價(jià)在甜味劑產(chǎn)業(yè)鏈管理的應(yīng)用研究

文章編號(hào)：1674-6139（2025）06-0005-05

中圖分類號(hào)：X820文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Application Study on Sustainability in Sweetener Industrial Chain Based on Life Cycle Assessment

Wang Kai ^1，2 ， Peng Zuoyang3，4

（1.Guizhou Institute of Technology，Guiyang 550o03，China； 2.School of Government Peking University，Beijing 100871，China; 3.Guizhou Provincial Education Department，Guiyang 55Oo81，China； 4.Guizhou NormalUniversity，Guiyang550oO3，China）

Abstract：Asakeycomponentofsugarreductionoptions，thesweteners haveconsiderableeconomicprospects.Fromtheperspec tiveoflifecesnttsiesfsaldotoodtyle thesustainabilitssessmentofswteerseerivativestouhteoeprocssofteproductionsuplyainofsweeersould besystematicallysortedoutThisprojectistohieethesustaiabledevelopmentofsweteners.Theproductioandthecultivatiof swetenerhaveetrusionectandocialinfuenconelatedidustris.Inditio，theartfalsweetenersaredificulttdgad， posingpotentialriskstohecologicalnvironmentandhumanealthTheLCAwascomparedandanalyzedforallkindsofetens andtheirindustries.hesudyexploredtecomprehensivefcencyvaluationandsustainablenalysispath，thnexpandedndle mented the linkage application of agricultural LCA and industrial LCA.

Keywords：life cycle assessment；sweetener；industrial chain；environment influence

收稿日期：2025-04-07

前言

隨著生活水平的提高，人類飲食習(xí)慣逐漸轉(zhuǎn)向高糖、高脂和高熱量食品，這種膳食結(jié)構(gòu)容易導(dǎo)致慢性疾病，對(duì)公共健康和社會(huì)構(gòu)成挑戰(zhàn)。甜味劑作為降糖代糖產(chǎn)品的關(guān)鍵輔料，分為人工和天然兩類，為公眾提供減糖選擇。中國是全球最大的甜味劑生產(chǎn)國，產(chǎn)量占全球 75% ，國內(nèi)甜味劑市場(chǎng)需求則達(dá)全球 30% ，成為增長最快的區(qū)域[1]。公眾健康意識(shí)的提高和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的物質(zhì)需求變化，甜味劑產(chǎn)業(yè)具有巨大市場(chǎng)潛力。

但甜味劑的生產(chǎn)和作物種植對(duì)農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)有擠出效應(yīng)，如墨西哥、印尼通過財(cái)政激勵(lì)補(bǔ)貼甜葉菊，影響農(nóng)民的種植意愿。而中國甜葉菊種植面積與全球市場(chǎng)價(jià)格顯著相關(guān)，在相同條件下，相比甜菜、甘蔗等原料作物，已有減少土地占用的潛力。而人工甜味劑如三氯蔗糖難降解，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康存有潛在風(fēng)險(xiǎn)，亟需研究不同類型甜味劑生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境的影響。

因此，對(duì)甜味劑的全方位分析，包括分析環(huán)境、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)影響因素，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性評(píng)估與發(fā)展。文章旨在梳理甜味劑產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)境影響的研究進(jìn)展，從全生命周期視角切入，探析甜味劑產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各項(xiàng)維度的影響路徑，為相關(guān)企業(yè)及農(nóng)戶進(jìn)行技術(shù)升級(jí)、綠色生產(chǎn)及產(chǎn)品替代提供參考，同時(shí)為相關(guān)部門的產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)提供政策借鑒。

1甜味劑產(chǎn)業(yè)鏈的國內(nèi)研究述評(píng)

甜味劑作為食品行業(yè)中必不可少的添加物質(zhì)2，其高甜度、無能量的特性，能夠?qū)w重和血糖有效控制，而消費(fèi)觀念的改變定將促使人們愈發(fā)關(guān)注甜味劑的綠色性與無熱量等特點(diǎn)（黎或，2012）。研究者們通常根據(jù)生產(chǎn)形式劃分為天然產(chǎn)物及化學(xué)合成品兩大類，黃玉炎（2001）又細(xì)分為六種天然甜味劑及十二種人工甜味劑。為滿足食品加工需求，學(xué)者們針對(duì)甜味劑的合成途徑與技術(shù)手段開展應(yīng)用研究，并通過多類添加產(chǎn)品的毒性、毒理試驗(yàn)以保障使用安全評(píng)價(jià)（陳偉健，2009；朱國廷，2009；鄧開野，2011;黃東雨，2011），而各類甜味劑的糖苷含量、甜度及營養(yǎng)成分組成也得到學(xué)者關(guān)注（許麗為，2017；楊洋，2018；羅勇為，2020）。

隨著食品行業(yè)法規(guī)的健全，部分甜味劑也在發(fā)展中逐步淘汰，現(xiàn)獲世界各國批準(zhǔn)認(rèn)可的甜味劑（含天然）約為十幾種（褚添，2014）。此外，針對(duì)甜味劑原料的作物種植和生態(tài)需求，學(xué)者們?nèi)〉昧艘幌盗谐晒?。其中大多?shù)集中在如國內(nèi)外認(rèn)可度較高的可用作生產(chǎn)天然甜味劑的甜葉菊、羅漢果等[3」，另有生產(chǎn)蔗糖且可進(jìn)一步化工合成三氯蔗糖的甜菜、甘蔗等作物（張春峰，2013；蔣春云，2020；農(nóng)永前，2020），上述研究多為針對(duì)上述作物開展種植技術(shù)、生物防治、種源優(yōu)化等研究工作，但對(duì)于天然甜味劑的研究重視還有待加強(qiáng)，且借助LCA開展產(chǎn)業(yè)分析的成果較少；

然而，由于人工甜味劑還存在外部環(huán)境中難降解（江年，2008），不被人體代謝的特性，易在生產(chǎn)使用過程中排放于土壤及河流中，進(jìn)入環(huán)境介質(zhì)并具有一定持久性，這導(dǎo)致環(huán)境中人工甜味劑濃度不斷升高（孫紅文，2012）。隨著甜味劑產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人工甜味劑存在成為新型有機(jī)污染物的趨勢(shì)（馮碧婷，2013），危及水生生物及動(dòng)物，研究人員開始關(guān)注其所衍生的環(huán)境及社會(huì)問題（干志偉，2014；劉慶偉，2020）。環(huán)境治理中大多數(shù)關(guān)注甜味劑配比產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)和使用過程，而對(duì)原料的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中衍生的環(huán)境問題亟需關(guān)注。而國內(nèi)相關(guān)成果大多集中在通過多種技術(shù)手段，進(jìn)行人工甜味劑與水體環(huán)境的關(guān)系影響分析，尤其是對(duì)人工甜味劑在水體環(huán)境及飲水系統(tǒng)中的檢測(cè)方法、污染研究、環(huán)境行為等開展調(diào)查與進(jìn)展梳理（高乃云，2018；馬曉雁，2019；曾強(qiáng)，2019；曲寶成，2020）。而天然甜味劑的環(huán)境影響關(guān)注度尚不足。

甜味劑產(chǎn)業(yè)鏈界定應(yīng)涵蓋甜味劑及其原料的農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)及終端使用環(huán)節(jié)，即在資源與環(huán)境雙重約束條件下的農(nóng)業(yè)種植與工業(yè)產(chǎn)出全過程?？傮w而言，國內(nèi)學(xué)者們對(duì)于甜味劑的研究推進(jìn)，是伴隨著相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用持續(xù)深入的，在關(guān)于甜味劑的成分，用途，原料種植，合成技術(shù)等方面產(chǎn)出大量研究成果。近年來隨著社會(huì)整體生態(tài)文明意識(shí)的覺醒，對(duì)于所衍生的環(huán)境問題，特別是水環(huán)境中的污染問題得到密切關(guān)注，但大多數(shù)以人工甜味劑為研究對(duì)象，且未對(duì)其與生態(tài)環(huán)境、社會(huì)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行間的關(guān)系影響開展綜合分析。生命周期評(píng)價(jià)（LifeCycleAssessment，LCA）作為對(duì)產(chǎn)品全過程所涉及環(huán)境問題進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要工具（孫明星，2021），已廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品及其系統(tǒng)，作為產(chǎn)品系統(tǒng)改進(jìn)與綠色設(shè)計(jì)的決策支撐。并進(jìn)一步拓展至農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用中，對(duì)資源環(huán)境壓力開展量化評(píng)估（Renzulli，2015），為農(nóng)業(yè)產(chǎn)品可持續(xù)發(fā)展提供決策[4]。在此基礎(chǔ)上，LCA研究發(fā)展還衍生出環(huán)境生命周期評(píng)價(jià)（e－LCA），社會(huì)生命周期評(píng)價(jià)（s-LCA）以及經(jīng)濟(jì)生命周期評(píng)價(jià)（LCC）等研究領(lǐng)域及工具。然而，現(xiàn)階段尚未見國內(nèi)學(xué)者以LCA視角切入分析甜味劑產(chǎn)業(yè)管理環(huán)境的相關(guān)成果，故文章將針對(duì)性梳理國外相關(guān)研究前沿，以全面地為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)。

2基于LCA的甜味劑產(chǎn)業(yè)鏈的國外研究述評(píng)

社會(huì)民眾對(duì)甜味劑的應(yīng)用需求是伴隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展而凸顯的，相關(guān)研究近年來逐漸得到學(xué)界重視。國內(nèi)成果持續(xù)增多，深度不斷提升，但與國外相比，在相關(guān)研究的系統(tǒng)性與完備性上尚存一定差距。對(duì)甜味劑及其應(yīng)用相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，如表1所示在“WebofScience”文獻(xiàn)檢索的搜索結(jié)果，結(jié)果顯示為每個(gè)單獨(dú)及組合搜索關(guān)鍵詞的數(shù)值。表格中數(shù)據(jù)并非都與甜味劑及其生命周期密切相關(guān)，除傳統(tǒng)研究中涉及的食品生產(chǎn)、排放、商品消費(fèi)及污染治理外，通過系統(tǒng)分析產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，研究視角擴(kuò)展至與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的關(guān)系探討，并關(guān)注甜味劑的工業(yè)及農(nóng)業(yè)過程中與其他行業(yè)的替代關(guān)系，以及行業(yè)內(nèi)利益相關(guān)者的需求調(diào)查和選擇因素。此外，在食品產(chǎn)業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的為屬人工合成甜味劑的三氯蔗糖及甜蜜素等，而人工甜味劑雖降低了糖量攝入，但在熱量的攝入控制上并不理想（Salman，2009），并與肥胖、心血管病等具有一定相關(guān)性（Moritz，2019）。因此，天然甜味劑的關(guān)注度愈發(fā)增強(qiáng)。以全球應(yīng)用最為廣泛的甜葉菊為例，由其所提取的甜菊苷也是研究成果最多的甜味劑[5]

從生命周期分析（LCA）中的供應(yīng)鏈全流程出發(fā)，甜菊葉中含有 10%～20% 的甜菊醇苷（Cirimin-na，2019；Rayaguru，2008），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，葉片提取的產(chǎn)量約為 0.55g/kg 或 0.06% （Prakash，2014）。提取的第一步是對(duì)甜菊葉進(jìn)行干燥（Lemus-Mon-daca，2018），借助陽光間接干燥相比干燥機(jī)械能夠更好地控制葉子的最終質(zhì)量（Rayaguru，2008；Tellez，2018），但需要消耗更長的生產(chǎn)周期。而其中關(guān)于微生物改質(zhì)和甜菊糖苷生產(chǎn)的研究，為從甜菊葉中提取甜味劑提供了新的思路（Granato，2018；Lopez-Carbon，2019）。Younes（2019）設(shè)計(jì)了從純化甜菊葉提取物中通過酶化提取糖苷的另一個(gè)路徑。此外，還可通過微波或超聲輔助提取甜菊糖苷，以改善提取效率（Kovacevic，2018）。然而，具體的提取方法還需要取決于甜葉菊種植的地點(diǎn)，產(chǎn)量通常是因地而異，取決于作物特定生長季節(jié)的當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤質(zhì)量、天氣、植物年齡，以及與種植相關(guān)的專業(yè)知識(shí)[6]。以甜葉菊為例，在日本（Ramesh，2006）約為3＼～6噸/公頃，加拿大約為3噸/公頃（Angelini，2018）。2020年全球甘蔗平均產(chǎn)量為73噸/公頃，其中糖占甘蔗重量的 10%～15% ，約 。若假設(shè)RebM含量為 0.06% ，這相當(dāng)于產(chǎn)量約為 1.65kg/ha ，那么這就意味著甜葉菊的糖轉(zhuǎn)換當(dāng)量數(shù)是約 33t/ha 。

從LCA所需關(guān)注的環(huán)境條件出發(fā)，在其他條件相同的情況下，種植甜葉菊對(duì)于食品添加而言，可以顯著的減少土地的占用（James，2020）。此外，為了生產(chǎn)甜菊糖，需要在甜葉菊種植中施用化肥，作為每噸甜菊葉所需化肥的指標(biāo)。巴西的作物種植中需要64.6kg 氮（N） ，7.6kg 磷（P） ，56.1kg 鉀（K） ，3.6kg 鈣（Ca）和 3.6kg 硫（S）（Ramesh，2006），或者每公頃需要 50～60 公斤肥料才能獲得最佳葉片產(chǎn)量（Ange-lini，2018）。在種植過程中，還需要使用殺蟲劑控制害蟲和疾?。↘oehler，2018），種植方式與環(huán)境的關(guān)系將對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性產(chǎn)生影響，需思考采取何種管理措施來防止在種植過程中土壤營養(yǎng)的流失[7]。灌溉是另一個(gè)需要考慮的重要因素，因?yàn)榭梢源龠M(jìn)作物在不適合它的地區(qū)生長。在巴拉圭通過灌溉技術(shù)的引入，可以將旱地條件下的1.5＼～2.5噸/公頃產(chǎn)量提高到4.3噸/公頃（Angelini，2018年）。而如果在節(jié)水更為重要的地區(qū)，還可以采用最佳種植密度來減少對(duì)水的需求（Pardini，2010）。

從LCA所需關(guān)注的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)條件出發(fā)，甜味劑對(duì)于其他經(jīng)濟(jì)作物的替代性，可通過對(duì)農(nóng)戶的行為分析發(fā)現(xiàn)相關(guān)作物作為替代品的可行性[8]，而農(nóng)戶對(duì)甜葉菊的生產(chǎn)意愿和動(dòng)機(jī)是否充足，將受到關(guān)鍵信息干擾及啟動(dòng)資金的影響。在整個(gè)過程中，種植農(nóng)戶也可構(gòu)成小型組織，表達(dá)訴求及尋求幫助，與其他利益相關(guān)者保持均衡關(guān)系（Supyandi，2018）。而政府通過補(bǔ)貼甜葉菊價(jià)格對(duì)小規(guī)模農(nóng)戶進(jìn)行支持，以改善低收入地區(qū)的生活水平（Thiebaut，2017），這均是LCA研究中必須考慮的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)因素。

3LCA視角下甜味劑產(chǎn)業(yè)鏈框架探析

目前，僅發(fā)現(xiàn)有學(xué)者運(yùn)用LCA工具研究雪蓮果不同種植方式對(duì)于環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效能的影響（Moritz，2019）。然而，在生命周期評(píng)價(jià)過程中的每個(gè)階段，都應(yīng)作出一一評(píng)估。從整個(gè)甜味劑產(chǎn)業(yè)的全生命周期入手，探討其良性可持續(xù)發(fā)展，并對(duì)甜味劑產(chǎn)業(yè)的農(nóng)業(yè)種植與工業(yè)生產(chǎn)全過程綜合考慮，將其與生態(tài)環(huán)境、社會(huì)系統(tǒng)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行間的關(guān)系影響進(jìn)行分析，借助LCA研究工具開展綜合研究并探討其可持續(xù)性，將在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的均衡發(fā)展、品種選取及生態(tài)環(huán)境治理等方面做出貢獻(xiàn)。其產(chǎn)業(yè)全生命周期包括甜味劑的生產(chǎn)和使用，并與其發(fā)展的公共政策和行業(yè)決策相關(guān)。

通常，一個(gè)自然完整的甜味劑生命周期，應(yīng)當(dāng)從幼苗的繁殖到消耗，到最終的廢物處理，以及通過廢水處理廠將材料返回到環(huán)境。LCA作為對(duì)某種產(chǎn)品、工藝或服務(wù)的全方位評(píng)價(jià)的有效手段，其準(zhǔn)確應(yīng)用可促進(jìn)中國甜味劑及其產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。此外，中國作為甜味劑的生產(chǎn)大國，現(xiàn)有種類較多，但由于世界各國法規(guī)差異，應(yīng)用范圍存在不同。為更系統(tǒng)的了解其完整系統(tǒng)，特選取具備一定代表性的天然甜味劑（甜葉菊苷、羅漢果苷）作生命周期及產(chǎn)業(yè)鏈框架分析。

以甜葉菊苷為例，如圖1所示甜葉菊苷從種植到成品輸出之間的生命周期全流程概況，而在項(xiàng)目研究中將對(duì)生命周期各階段有關(guān)信息進(jìn)行一一梳理和總結(jié)。目前所搜集可確定的三種生產(chǎn)途徑為：（1）藍(lán)線：從甜菊葉中直接提取甜葉菊苷；（2）紅線：從甜葉菊苷中進(jìn)一步提純轉(zhuǎn)化為RebM;（3）紫線：

通過酵母或真菌培養(yǎng)發(fā)酵進(jìn)行催化生產(chǎn)。其中每種生產(chǎn)途徑都由綠線所示匯聚為最終成品。因此，生命周期的每一階段都應(yīng)當(dāng)包含有某些材料、能源、人力和經(jīng)濟(jì)資本的投入。此外，每一階段都會(huì)對(duì)外部產(chǎn)生某種排放或影響。而這些因素都將被考慮入甜味劑研究中的數(shù)據(jù)清單，用于本項(xiàng)目研究中理解甜味劑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性。

而羅漢果苷是在果實(shí)水分中被發(fā)現(xiàn)的，主要通過壓榨果實(shí)及進(jìn)一步提純所獲取，其干果在中藥領(lǐng)域也得到廣泛使用[9]。因此，在研究中也可借鑒部分中藥藤本植物及制品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。如圖2所示羅漢果苷從種植到成品輸出之間的生命周期全流程概況，目前能夠確定一種羅漢果苷的有效生產(chǎn)途徑，即從羅漢果汁中作工藝提取。中國作為主產(chǎn)區(qū)，商品生產(chǎn)主要可分為五個(gè)階段：（1）幼苗繁殖：甜味劑公司將幼苗賣給合作農(nóng)戶；（2）作物栽培：多組農(nóng)戶分批塊作為期三年的小規(guī)模種植；（3）農(nóng)作物收獲：果苗結(jié)果后統(tǒng)一由公司進(jìn)行回購，并移除果地苗物作下一輪種植準(zhǔn)備;（4）萃取制品：通過加熱煮沸、過濾和離心進(jìn)行純品提?。唬?）成品出口：主要銷往美國，而歐洲地區(qū)需求量呈逐年上升。

通過對(duì)不同類型甜味劑生命周期框架的確立，能夠根據(jù)所測(cè)量的維度，進(jìn)一步開展測(cè)量指標(biāo)的選取與確認(rèn)，從而構(gòu)建甜味劑生命周期模型。LCA作為基于生命周期角度對(duì)研究對(duì)象因能量、材料、信息等各因素輸入及輸出所帶來的影響，進(jìn)行數(shù)據(jù)特征化分析與評(píng)價(jià)的系統(tǒng)性方法，能夠有效處理甜味劑產(chǎn)品的綜合評(píng)價(jià)問題，并為其他類型農(nóng)產(chǎn)品及工業(yè)品生產(chǎn)評(píng)價(jià)提供參考[10]

4結(jié)論

學(xué)界對(duì)甜味劑產(chǎn)業(yè)的研究多集中于環(huán)境生態(tài)、農(nóng)學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域，尤其關(guān)注天然甜味劑的生產(chǎn)流程。相比之下，人工甜味劑的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響研究較少，國內(nèi)相關(guān)研究亦不足，且多聚焦于工業(yè)生產(chǎn)過程，忽略了農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)的綜合效能問題。中國在全球甜味劑市場(chǎng)中占據(jù)重要地位，但產(chǎn)業(yè)多處于初級(jí)加工階段，隨著消費(fèi)者需求的演變，產(chǎn)業(yè)面臨新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

甜味劑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展研究在國內(nèi)尚屬空白，而國外研究較為系統(tǒng)，尤其在綜合評(píng)價(jià)方法上具有參考價(jià)值。中國應(yīng)借鑒國際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合自身生產(chǎn)實(shí)踐和環(huán)境治理經(jīng)驗(yàn)，明確甜味劑產(chǎn)品生命周期的目標(biāo)范圍。生命周期評(píng)價(jià)（LCA）作為一種系統(tǒng)性評(píng)價(jià)方法，能有效分析甜味劑產(chǎn)品的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響，為產(chǎn)業(yè)的均衡發(fā)展、品種選擇和生態(tài)環(huán)境治理提供決策支持。通過LCA分析，可以推動(dòng)甜味劑產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

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