草莓生产和包装干预措施的生命周期评估，以减少浪费

《Journal of Cleaner Production》：Life cycle assessment of strawberry production and packaging interventions to reduce waste

草莓生产与新型MAP包装的环境影响评估。研究采用多重复盖生产系统和生命周期评估方法，对比标准PET包装与新型MAP包装在3-10天零售储存期的环境效应。结果表明MAP可延长草莓货架期至10天，虽初期包装重量增加导致部分指标上升，但长期储存（≥10天）显著降低碳排放等环境影响，验证了可持续包装的可行性。

　　随着全球对食品系统可持续性的关注日益增加，减少食品浪费和降低环境排放成为亟需解决的问题。草莓作为一种广受欢迎的鲜果，因其营养价值和风味而备受青睐，但其在零售环节的保质期较短，容易发生腐烂和浪费。因此，优化包装技术以延长草莓的储存时间并减少环境影响，成为减少食品浪费的一个重要解决方案。本研究以一种桌面型温室生产系统为案例，探讨了一种新型的改良气氛包装（Modified Atmosphere Packaging, MAP）方案，旨在延长草莓在零售环节的储存时间。通过生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）方法，研究对草莓的生产与包装过程进行了环境影响评估，比较了标准聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）包装方案（基准案例）与一种为新鲜草莓专门设计的新型MAP包装方案。评估以1千克包装草莓为功能单位，涵盖了从生产到零售的全过程，包括种植、收获、包装、运输、零售储存以及废弃物产生。研究分析了三种零售储存时间点（3天、5天和10天）在七个环境影响类别中的表现，包括气候变化（CC）、陆地酸化（TA）、细颗粒物形成（FPMF）、淡水富营养化（FE）、海洋富营养化（ME）、化石资源稀缺（FRS）以及水资源使用（WU）。尽管草莓通常在零售环节仅储存3至5天，但新型包装能够延长其保质期并保持品质超过10天。因此，在5至10天的储存时间内，可以对不同包装方案的环境影响进行可比评估，以衡量其在减少收获后食品浪费和降低环境影响方面的效果。研究结果突显了温室草莓生产的环境热点及其供应链中的影响，同时也指出了较重的新型包装所带来的额外负担。然而，模型分析表明，如果储存时间延长至10天以上，新型包装的环境影响热点将被完全抵消。敏感性分析进一步表明，如果将新型包装的重量减少三分之一，其排放水平将与标准包装在3天储存时间点相当。具体而言，若新型包装的托盘和薄膜减轻三分之一，可以在大多数环境影响类别中实现显著的减排效果：气候变化减少6%，细颗粒物形成和陆地酸化减少3%，化石资源稀缺减少5%，淡水富营养化减少19%，海洋富营养化减少18%。这项研究提出了一个有前景的包装解决方案，有助于推动食品包装中的可持续塑料行动，与欧洲减少食品浪费和塑料废弃物的政策方向相一致。

食品浪费仍然是一个严峻的问题，全球每年约有14%的食品在农场和零售市场阶段被损失，而在储存过程中还会进一步损失（FAO, 2019）。这些损失占全球温室气体（GHG）排放量的10%（UN Climate Change News, 2024）。食品包装在保障食品安全、延长食品保质期和减少食品损失方面发挥着重要作用（Greenwood and Reynolds, 2024; Marsh and Bugusu, 2007）。尽管“食品损失”和“食品浪费”这两个术语在定义和使用上存在不一致（Chaboud and Daviron, 2017; Uhlig et al., 2025），但本研究专注于收获后的食品损失和浪费，即在收获后的处理和储存过程中，直到零售阶段为止的食品浪费。草莓作为高水分含量、高营养成分和高代谢率的水果，极易受到病原体和降解的影响（Joshi et al., 2019; Samadi et al., 2017）。在处理、运输和储存过程中，草莓容易发生碰伤和摩擦，导致水分流失，从而加速其分解和腐败（La Scalia et al., 2016）。在种植和收获阶段，由于病害、虫害或不符合市场标准的草莓，约有9%的损失（WRAP, 2017），而收获后的损失预计将达到约12%，这一数据来源于专业利益相关方的统计（Delahaye et al., 2023）。包装的设计旨在保护草莓免受损坏，并延长其收获后的保质期，以尽可能长时间地提供新鲜、高质量的草莓。不同的包装概念（包装+食品产品）各有其优势和局限（Han et al., 2018）。传统的草莓包装通常为塑料或纸质托盘，设计用于减少草莓的机械损伤，并配有透气孔以促进通风，可选地进行塑料包装（Tobler et al., 2024）。

延长包装产品的保质期的关键技术之一是改良气氛包装（MAP），它通过调整包装内部的气体环境来实现这一目标（Czerwiński et al., 2021）。MAP技术通过改变包装内的气体环境，要么依赖于产品的呼吸作用，要么通过引入特定的气体混合物（O?、CO?和N?）来实现（Afifi et al., 2016; Odriozola-Serrano et al., 2010）。主动型MAP使用CO?、O?和N?的混合气体，而被动型MAP则依赖于水果的代谢活动和半渗透材料来调节内部气体环境（Afifi et al., 2016; Odriozola-Serrano et al., 2010）。这两种形式的MAP都能通过降低呼吸速率、延缓成熟、减少组织损伤和调节酶活性来延长保质期（Rashvand et al., 2023; Joshi et al., 2019）。MAP技术被认为是一种相对简单且成本不高的方法，已在食品行业得到广泛应用（Qu et al., 2022; Sandhya, 2010）。对于草莓包装而言，多项研究证实了MAP在延长草莓新鲜度方面的有效性（Barrios et al., 2014; Joshi et al., 2019; Sousa Gallagher and Mahajan, 2013; Xanthopoulos et al., 2012; Paulsen et al., 2024）。草莓的最优MAP条件通常为5-10%的O?、10-15%的CO?和70-85%的N?，这些条件能够有效保持草莓的质量并延长其保质期（Hertog et al., 1999; Kahramano?lu, 2019; Pasha et al., 2023; Popa et al., 2019）。当MAP与冷藏（即双屏障方法）结合使用时，其对草莓保质期的延长效果更加显著（Barrios et al., 2014; Joshi et al., 2019）。

本研究是Leaf No Waste项目的一部分，该项目旨在通过在种植和包装环节中的干预措施，延长新鲜食品的保质期和储存时间（Lin et al., 2024）。项目的主要目标包括（i）减少作物呼吸并维持产品的内部气体环境，以延长储存时间，以及（ii）帮助产品包装从对环境有影响的塑料转向更可持续的包装选项。本研究采用生命周期评估（LCA）方法，评估了标准和新型包装方案的环境影响。研究评估了草莓的生产过程以及一种新型MAP包装方案（即Mulla等人在2025年提出的MAP 1），该方案被证明能够延长草莓的储存时间，并将其与当前的标准包装方案在不同的零售储存时间点进行比较。研究还讨论了在选择每种包装方案时的权衡，特别是在七个LCA影响类别中的表现，分析了不同的收获后储存时间，并通过数据敏感性评估来识别环境热点，以支持创新和决策。

生命周期评估（LCA）遵循ISO 14040和ISO 14044标准（ISO, 2006a, 2006b）。这些标准定义了LCA研究的四个阶段，即目标与范围定义、生命周期库存分析、生命周期影响评估和解释。本研究使用SimaPro软件（SimaPro-9.5, 2023）进行分析，背景数据来源于已发表的文献、Ecoinvent 3.9数据库（Wernet et al., 2016）和Agribalyse V3.1数据库（Colomb et al., 2015）。研究分析了草莓生产与新型包装方案在七个环境影响类别中的表现，包括气候变化、细颗粒物形成、陆地酸化、淡水富营养化、海洋富营养化、化石资源稀缺和水资源使用。研究结果表明，传统草莓生产与包装方案的环境影响热点主要集中在草莓生产阶段。在所选的环境影响类别中，草莓生产阶段的排放占总排放的比例从29%到99%不等（见图2；见表S4-S10）。这表明，在整个草莓生命周期中，生产阶段对环境的影响尤为显著。

草莓种植环节涵盖了所有农场相关的活动。在种植过程中，需要进行土壤准备、施肥、灌溉、病虫害防治、收获等。这些活动对环境的影响主要体现在资源消耗、能源使用和排放等方面。种植过程中使用的肥料和农药可能对土壤和水体造成污染，影响生态系统健康。此外，草莓种植对水资源的需求较高，尤其是在灌溉过程中，可能会对水资源造成压力。因此，优化种植管理以减少环境影响是实现可持续草莓生产的重要措施之一。研究表明，通过采用更环保的种植方法，如减少化学肥料的使用、推广有机农业、优化灌溉系统等，可以有效降低草莓生产对环境的影响。这些措施不仅有助于减少温室气体排放，还能降低对水资源的依赖，提高整体的环境绩效。

草莓的收获和包装环节同样对环境产生重要影响。在收获过程中，需要使用机械设备进行采摘，这些设备的能源消耗和碳排放需要考虑。此外，草莓在收获后需要迅速进行包装，以减少其在运输和储存过程中的损耗。传统的包装方式通常为塑料托盘和薄膜，这些材料的生产和废弃对环境造成负担。因此，采用更环保的包装材料和设计，如可降解材料、减少包装重量等，是减少草莓包装对环境影响的重要方向。新型MAP包装方案在设计上更加注重减少包装材料的使用，同时通过调节内部气体环境来延长草莓的保质期。这种包装方案不仅能够减少食品浪费，还能降低包装对环境的影响，从而实现可持续发展的目标。

草莓的运输和零售储存环节对环境的影响也不容忽视。运输过程中需要使用卡车、冷藏车等交通工具，这些交通工具的燃料消耗和排放对气候变化产生直接影响。此外，草莓在零售环节的储存时间较短，通常为3至5天，因此需要在储存过程中采取有效的措施，如使用冷藏设备、优化储存环境等，以减少食品浪费和降低环境影响。然而，这些措施本身也会带来额外的环境负担，例如能源消耗和碳排放。因此，如何在运输和储存过程中实现环境影响的最小化，成为研究的重要内容之一。研究表明，通过优化运输路线、采用更高效的冷藏技术、减少储存时间等措施，可以有效降低草莓运输和储存过程中的环境影响。

草莓的包装和储存对环境的影响不仅体现在直接的排放上，还可能通过间接的方式影响生态系统。例如，包装材料的生产可能涉及对自然资源的开采，如石油和天然气，这些资源的开采和加工过程本身会对环境造成影响。此外，包装材料的使用和废弃也会对土壤和水体造成污染，影响生物多样性。因此，研究草莓包装和储存的环境影响时，需要综合考虑其整个生命周期，包括生产、包装、运输、储存和废弃等环节。通过全面的生命周期评估，可以识别出草莓生产与包装过程中的关键环境影响因素，并提出相应的优化措施。

在实际应用中，如何平衡食品包装的环境影响与其在减少食品浪费方面的作用，是一个复杂的问题。一方面，包装能够有效延长食品的保质期，减少食品浪费，提高资源利用效率；另一方面，包装材料的生产和废弃会对环境造成负担。因此，研究需要在两者之间找到一个平衡点，以实现可持续发展的目标。例如，采用可回收或可降解的包装材料，可以减少对环境的影响，同时保持其在延长食品保质期方面的作用。此外，优化包装设计，减少不必要的材料使用，也是降低环境影响的重要措施。研究表明，通过减少包装重量、优化包装结构、提高包装效率等方法，可以有效降低草莓包装对环境的影响，同时保持其在减少食品浪费方面的作用。

本研究通过生命周期评估方法，对草莓生产与包装过程进行了系统的环境影响分析。研究结果表明，新型MAP包装方案在延长草莓储存时间方面表现出色，能够有效减少食品浪费，同时在环境影响方面也具有一定的优势。然而，新型包装的环境影响热点主要集中在包装材料的重量和储存时间上。通过模型分析，研究发现，如果储存时间延长至10天以上，新型包装的环境影响将被完全抵消。因此，延长储存时间是实现新型包装环境影响最小化的重要策略。此外，敏感性分析表明，如果将新型包装的重量减少三分之一，其环境影响将与标准包装在3天储存时间点相当。这表明，通过优化包装设计，减少材料使用，可以在一定程度上降低新型包装对环境的影响，同时保持其在延长食品保质期方面的作用。

研究还发现，草莓生产与包装过程中的环境影响存在显著的差异。在某些影响类别中，新型包装的环境影响甚至低于标准包装。例如，在淡水富营养化和海洋富营养化方面，新型包装的环境影响显著降低，这表明其在减少水资源消耗方面具有优势。然而，在其他影响类别中，如化石资源稀缺和水资源使用，新型包装的环境影响仍然较高。因此，研究需要在这些影响类别之间进行权衡，以找到最优的包装方案。例如，在化石资源稀缺方面，减少包装材料的使用可以有效降低对化石资源的依赖，而在水资源使用方面，优化包装设计可以减少包装材料的生产过程中的水资源消耗。

此外，研究还探讨了草莓生产与包装过程中不同环节的环境影响。例如，种植环节对温室气体排放和水资源消耗的影响最大，而包装和储存环节对细颗粒物形成和陆地酸化的影响较为显著。因此，优化种植管理和包装设计，可以有效降低草莓生产与包装过程中的环境影响。研究表明，通过采用更环保的种植方法和包装技术，可以实现草莓生产与包装过程的可持续发展，减少食品浪费和降低环境排放。

在政策层面，减少食品浪费和塑料废弃物已成为全球关注的重点。欧洲的多项政策，如欧盟塑料战略、欧盟塑料废弃物指令（EU）2019/904、英国的塑料契约以及Courtauld Commitment 2030框架，均强调了食品和塑料包装的可持续性问题。这些政策鼓励食品包装的设计和生产向更环保的方向发展，以减少对环境的影响并促进循环经济。因此，本研究提出的新型MAP包装方案，不仅在延长草莓储存时间方面具有优势，还在减少食品浪费和降低环境影响方面符合政策导向。

在实际应用中，如何推广新型包装方案，使其在食品行业得到广泛应用，是一个重要的挑战。一方面，新型包装方案需要经过严格的测试和验证，以确保其在延长食品保质期方面的效果；另一方面，新型包装方案的推广还需要考虑其成本效益，以确保其在商业上的可行性。因此，研究需要在技术可行性和经济可行性之间找到平衡点，以推动新型包装方案的广泛应用。例如，通过优化包装材料的使用，减少生产成本，提高经济效益，可以促进新型包装方案的推广。

此外，研究还发现，草莓的包装和储存时间对环境影响的差异可能受到多种因素的影响。例如，包装材料的类型、储存时间的长短、运输方式的选择等，都会对环境影响产生不同的影响。因此，研究需要综合考虑这些因素，以找到最优的包装和储存方案。例如，在延长储存时间的同时，减少包装材料的使用，可以有效降低环境影响。此外，优化运输方式，如使用更高效的运输工具，可以减少运输过程中的能源消耗和碳排放。

综上所述，本研究通过生命周期评估方法，对草莓生产与包装过程进行了系统的环境影响分析。研究结果表明，新型MAP包装方案在延长草莓储存时间方面表现出色，能够有效减少食品浪费，同时在环境影响方面也具有一定的优势。然而，新型包装的环境影响热点主要集中在包装材料的重量和储存时间上。通过模型分析和敏感性分析，研究发现，延长储存时间至10天以上可以完全抵消新型包装的环境影响，而减少包装材料的重量则可以在一定程度上降低其环境影响。因此，新型MAP包装方案为食品包装中的可持续塑料行动提供了一个有前景的解决方案，符合欧洲减少食品浪费和塑料废弃物的政策方向。未来的研究可以进一步探讨如何在不同食品种类中推广MAP技术，以实现更广泛的环境影响减少和食品浪费控制。