综述：海藻基蛋白质生命周期评估——现状、差距与建议综述

《Sustainable Production and Consumption》：Life cycle assessment of seaweed-based proteins – review of status, gaps, and recommendations

本综述系统评估了海藻基蛋白质生命周期评估（LCA）研究现状，指出其在降低气候变化（CC）和海洋富营养化影响方面相比动物蛋白具有显著优势（减排30%-100%），但存在价值链覆盖不全（如红绿藻、新型提取技术）、方法学缺陷（多功能性处理、海洋生物多样性影响评估）和数据透明度不足等问题，为未来可持续蛋白质开发提供关键指导。

　　

海藻基蛋白质生命周期评估——现状、差距与建议

引言

全球食品生产和消费造成显著环境影响：占人为温室气体排放（GHG）的四分之一、土地使用的半数以及70%以上的水资源消耗和富营养化。动物性食品作为主要贡献者，其生产导致食品相关GHG排放的一半。随着全球净蛋白质需求增长和人口增长及饮食结构变化，向可持续蛋白质来源转变成为必然需求。海藻基蛋白质以其低环境 impacts 和丰富营养特性成为 promising 解决方案。

海藻基蛋白质与海藻生物精炼厂

海藻（大型藻类）分为绿藻（Chlorophyta）、红藻（Rhodophyta）和褐藻（Phaeophyceae），蛋白质含量干重高达47%，必需氨基酸组成良好。但蛋白质含量受物种和收获季节影响显著，且细胞壁复杂多糖结构挑战营养化合物高效提取。蛋白质产品按含量分为面粉（>50%）、浓缩物（>70%）和分离物（>90%）。提取技术包括湿法（化学、生化、物理处理）和干法（机械处理），常结合使用。发酵是另一条改善蛋白质质量的途径，通过微生物蛋白（MP）生产实现，利用海藻或其残渣作为底物，提高蛋白质含量、氨基酸谱和消化率。

生物精炼方法通过多级联产过程提取海藻中多种组分，确保经济可行性和可持续性。典型产品包括药品、化学品、营养品、化妆品、食品、饲料、肥料和能源部门产品。然而，技术成熟度、放大成本、原料可用性和可变性以及提取序列对个体产品质量的复杂相互作用仍是当前挑战。

生命周期评估方法

LCA 遵循ISO14040和14044标准，涵盖目标与范围定义、生命周期清单、影响评估和解释四个步骤。欧盟环境足迹（EF）方法推荐相关可靠的生命周期影响评估（LCIA）方法，但针对海藻基产品的产品环境足迹类别规则（PEFCR）尚未建立。

以往综述和指南指出海藻LCA的多项挑战：多功能系统环境影响分配、考虑功能等效性的适当功能单位（FU）选择、数据库数据可用性、升级效应和前瞻性发展考虑、生物源碳和养分循环建模不一致、LCIA方法和类别选择有限、除生态外其他可持续性维度考虑不足以及透明度缺乏。

多功能性与生物多样性影响

多功能性通过细分、系统扩展和分配处理。分配标准优先物理关系，其次经济价值。研究视角分为产品、原料和生物精炼厂视角，影响FU和多功能性方法选择。

海洋生物多样性影响和生态系统服务（ES）评估面临成熟LCIA方法覆盖不全的挑战，特别是海洋生态系统。现有方法缺乏对海洋酸化、过度捕捞、入侵物种和栖息地变化等压力的指标，且模型基于淡水物种数据外推，不足以代表现实。建议结合成熟LCIA指标和互补性生物多样性评估。

材料与方法

本研究采用系统文献综述方法，识别139项研究进行价值链总结，重点分析14项关键LCA研究。通过两层级方法，涵盖蛋白质生产技术综述、海藻基蛋白质可持续性评估、其他海藻产品LCA和微生物蛋白LCA。

结果与讨论

价值链分析显示，研究多聚焦褐藻（如Saccharina latissima）、长线养殖、酶法或酸法提取技术以及多联产生物精炼系统。绿藻和红藻、蛋白质提取与MP生产结合、新型技术（如微波辅助提取）、产品配方和使用阶段覆盖不足。数据源多来自文献和实验规模，工业规模数据缺乏。

方法学选择方面，地理范围集中于欧洲，系统边界多为摇篮到大门。FU选择多样，取决于研究视角和决策背景，但功能等效性常未充分考虑。LCIA多采用ReCiPe方法，影响类别覆盖不全，海洋生物多样性影响评估不足。碳和养分流建模中，净负排放方法（+1/-1）更准确，但应用不一。

环境影响评估结果显示，海藻基蛋白质气候变化 impacts 范围广泛（-4.50E-02 至 27.5 kg CO₂-eq./kg蛋白质），多数研究报道低于动物蛋白，但高于或类似于植物蛋白。热点集中在养殖基础设施、干燥和加工能耗。海洋富营养化影响普遍较低。

敏感性分析揭示海藻产量、组成、养殖设计、运输距离和能源选择为关键影响参数。变异性通过场景、敏感性和不确定性分析处理，但需整合生长模型和过程模拟以提高准确性。

结论与建议

海藻基蛋白质LCA研究显示其环境优势，但存在价值链覆盖、方法学一致性和数据透明度差距。未来研究应评估未充分探索价值链，采用摇篮到坟墓系统边界，提高数据透明度和工业规模数据使用，结合功能等效性选择FU和多功能性方法，包含更全面影响类别和海洋生物多样性影响，并通过场景分析考察变异性和异质性。方法论发展需包括前瞻性评估框架、改进海洋生物多样性评估、更准确养分碳流建模以及社会经济效益整合，以指导可持续海藻蛋白开发。