鹰嘴豆水生命周期评估：食品与化妆品应用及与传统替代品的环境效益比较

《Environments》：Comparative Life Cycle Assessment of Aquafaba: Applications in the Food and Cosmetic Sectors and Comparison with Conventional Alternatives

本文首次通过生命周期评估（LCA）方法系统比较鹰嘴豆水（aquafaba）在食品（替代鸡蛋）和化妆品（替代聚丙二醇PPG）领域的环境表现。研究发现：液体鹰嘴豆水（AFL）在零负担分配情景下较鸡蛋显著降低环境影响；而粉末鹰嘴豆水（AFP）因喷雾干燥能耗高，环境效益受限。研究强调分配方法（经济分配/零负担）对评估结果有关键影响，为可持续原料开发提供科学依据。

　　

鹰嘴豆水（aquafaba）的生命周期评估：食品与化妆品应用的环境影响分析

摘要

鹰嘴豆水作为豆类烹饪产生的液态副产物，因其乳化性和起泡性已成为功能性原料。本研究通过生命周期评估（LCA）方法，采用两种功能单位（100克化妆品用粉末AF_P和100克含稳定剂的食品用液体AF_L），评估三种分配情景（基线、零负担、经济分配）。结果显示，粉末鹰嘴豆水因喷雾干燥能耗高，环境影响高于石油基乳化剂PPG；而液体鹰嘴豆水在零负担分配下较鸡蛋显著降低碳足迹。环境表现高度依赖加工强度和分配假设。

1. 1.
   引言
   鹰嘴豆水作为新兴植物基原料，可应对食品行业减少动物成分和化妆品行业替代石化原料的可持续挑战。其成分（水分92–95%、蛋白质0.95–1.5% w/v、皂苷等）赋予其类似蛋清的功能特性。尽管应用研究增多，但缺乏系统环境评估。本研究首次建立鹰嘴豆水从种植到成品的 cradle-to-gate 模型，填补LCA领域空白。
2. 2.
   材料与方法
   2.1 LCA方法与情景
   采用EF 3.1影响评估方法，系统边界涵盖鹰嘴豆种植、烹饪、喷雾干燥（AF_P）或添加剂添加（AF_L）。三种情景核心差异在于分配逻辑：
   • •
     基线情景（scen B）：鹰嘴豆水承担全部上游负担；
   • •
     零负担情景（scen Z）：鹰嘴豆水作为废弃物增值，仅计算喷雾干燥/添加剂环节；
   • •
     经济分配情景（scen E）：按市场价值（鹰嘴豆粉与粉末鹰嘴豆水价值比例52%:48%）分配上游影响。

2.2 生命周期清单

清单数据整合ecoinvent、AGRIBALYSE^?数据库，以实验数据（He等）为基准。关键参数：100克干鹰嘴豆产89.17克液体鹰嘴豆水（含水量93%），喷雾干燥能耗通过咖啡干燥过程按水分蒸发比例缩放（缩放因子0.0682）。运输仅AF_P包含（130公里货车运输），AF_L假设现场使用。

2.3 对比LCA设置

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  化妆品领域：AF_P与PPG按质量单位（100克）对比；
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  食品领域：AF_L（含1%瓜尔胶）与全蛋对比，采用质量替代基准（1:1体积替代实验支持）。

2.4 不确定性与方法学

蒙特卡洛模拟（10000次迭代）显示，毒性相关类别（如人体毒性、生态毒性）不确定性较高，主要源于LCIA方法学限制；而气候变化（CV=14.4%）等类别结果稳健。

1. 3.
   结果与讨论
   3.1 贡献与不确定性分析
   AF_P的基线情景中，鹰嘴豆种植贡献92%单一分数影响，喷雾干燥占7%。AF_L因无干燥步骤，种植影响占比超99%。不确定性分析提示需关注毒性数据可靠性，但核心结论稳健。

3.2 分配情景比较

分配方法显著影响结果：

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  AF_P：经济分配（scen E）较基线（scen B）降低气候变化影响37%，零负担（scen Z）降低74%；
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  AF_L：零负担情景近乎消除环境影响（仅保留瓜尔胶贡献），凸显废弃物增值的生态优势。

3.3 与PPG对比

AF_P（scen Z）在气候变化、富营养化等类别仍高于PPG，因干燥能耗主导（热力65%+电力31%）。但在人体毒性（非致癌）、矿产资源消耗类别表现更优，反映生物基与石化基路线的权衡。

3.4 与鸡蛋对比

AF_L在零负担情景下全方位优于鸡蛋，尤其在气候变化（下降99.9%）、土地利用等类别；而经济分配情景因分担种植负担，优势减弱。与前人研究（Saget等）一致，证明上游分配逻辑对产品级LCA结果有关键影响。

1. 4.
   结论
   鹰嘴豆水的环境效益高度依赖形态和分配方法。液体形态（AF_L）在零负担情景下是食品领域可持续替代方案；粉末形态（AF_P）因干燥能耗限制，在化妆品应用中需优化工艺。本研究为首次系统评估鹰嘴豆水环境足迹，为循环经济策略提供量化依据。