《Sustainable Production and Consumption》：Environmental impacts and animal welfare assessment of cultured meat production: Case study in Japan
编辑推荐：
本研究基于日本中试规模生产过程获得的数据，通过生命周期评价（LCA）定量评估了培养肉生产的环境影响与动物福利含义。该评估将LCA与定量动物福利框架相结合，并使用三个功能单位（functional unit）比较结果：1 kg产品、100 g蛋白质和100 kc
本研究基于日本中试规模生产过程获得的数据，通过生命周期评价（LCA）定量评估了培养肉生产的环境影响与动物福利含义。该评估将LCA与定量动物福利框架相结合，并使用三个功能单位（functional unit）比较结果：1 kg产品、100 g蛋白质和100 kcal能量。除当前工艺（Current Process）外，还评估了两个替代情景：使用可再生电力的能源情景（Energy Scenario），以及将替代培养基与可再生电力相结合的培养基情景（Medium Scenario）。与当前工艺相比，能源情景降低了气候变化影响，而培养基情景降低了富营养化（eutrophication）、土地利用（占用）（land use (occupation)）、水资源消耗和动物福利损失。以产品质量为基础，培养肉的气候变化影响低于牛肉，土地利用影响低于牛、猪和禽肉。然而，当前工艺的动物福利损失最高，培养基情景与禽肉相当，但损失高于猪肉和牛肉。相反，在以蛋白质和能量为基础的功能单位下，培养肉的气候变化影响和动物福利损失均高于三种畜禽肉，其土地利用影响仅低于牛肉。这些发现表明，培养肉评估强烈依赖于功能单位的选择。培养基、细胞来源、最终产品的营养组成、预培养培养瓶和电力使用被识别为关键挑战和改进优先项。
研究背景与问题：畜禽肉生产系统是人为环境影响的重要来源，动物性食品在气候变化、土地利用、富营养化（eutrophication，水体营养盐过量引起生态影响）和生物多样性方面影响较大；全球肉类需求预期继续增长，因而需要建立低环境影响的肉类生产体系。培养肉由动物或鱼细胞生产，可在封闭系统中生产并具有较高饲料转化效率（FCR，feed conversion ratio），被视为潜在可持续替代品，但仍处中试阶段，商业化设施投资大且建成后改造困难；多数细胞为锚定依赖型，需基质附着，早期产品预期为细胞与可食支架的杂合体。培养肉常被认为不使用动物，但现行工艺仍依赖动物源投入，尤其是细胞来源和培养基。既往培养肉生命周期评价（LCA，量化产品全生命周期环境影响的方法）多为前瞻性评估，结果不一致；动物福利影响也缺乏在LCA情境下的定量同行评议研究。因此，研究人员基于日本实际中试生产数据，对支架—细胞杂合培养肉开展LCA与动物福利量化评估，并比较不同功能单位，识别关键挑战与改进策略。
研究开展、结论与意义：研究人员构建当前工艺（Current Process）、能源情景（Energy Scenario，使用太阳能）和培养基情景（Medium Scenario，使用共培养上清替代血清并采用太阳能），以1 kg产品、100 g蛋白质和100 kcal能量为功能单位（functional unit，比较基准），并与牛、猪、禽肉比较。结果表明，培养肉评估强烈依赖功能单位；以产品质量为基础时，培养肉气候变化影响低于牛肉、土地利用（占用）（land use (occupation)）影响低于三种畜禽肉，但当前工艺动物福利损失最高，培养基情景与禽肉相当而高于猪、牛肉；以蛋白质或能量为基础时，两种培养肉情景的气候变化影响和动物福利损失均高于三种畜禽肉，土地利用影响仅低于牛肉。该研究的意义在于揭示培养肉环境与动物福利之间的权衡，指出培养基、细胞来源、营养组成、预培养培养瓶和电力使用是改进优先项。
关键技术方法：采用符合ISO 14040/44与Blackstone et al.指南的LCA，系统边界为摇篮到大门（cradle-to-gate），背景数据库为IDEA Ver.3.3，影响评价采用LIME2，考察气候变化、富营养化、土地利用（占用）和水资源消耗等；设置当前工艺、能源情景和培养基情景；动物福利采用Scherer et al.框架，以道德调整动物生命损失（MAL，按道德价值调整的动物生命损失指标）为基线，动物生命年遭受（ALYS，Animal life years suffered）和动物生命损失（AL，Loss of animal lives）作敏感性分析；与牛、猪、禽肉比较采用Poore and Nemecek的环境影响数据和Scherer et al.的福利数据。数据来自Integriculture, Inc.日本中试生产过程（2025年3—4月直接收集），产品为鸭肝原代细胞与明胶支架杂合体，采用20 L填充床生物反应器（PBR，packed-bed bioreactor），规模扩展策略，技术成熟度（TRL，Technology Readiness Level）5。
研究结果：
4.1 每kg产品的培养肉生产环境影响与动物福利损失：通过当前工艺及情景比较和投入贡献分析得出，能源情景气候变化影响最低，当前工艺与培养基情景相近；培养基情景较当前工艺降低富营养化69.1%、土地利用（占用）46.7%、水资源消耗62.2%和动物福利损失66.7%。培养瓶在预培养阶段占各情景气候变化影响40%以上；培养基占气候变化25%以上、富营养化79%、土地利用77%、水资源消耗69%；鸡蛋对富营养化、土地利用和水资源消耗贡献较大；电力占当前工艺气候变化12.8%、培养基情景17.7%。动物福利损失主要由培养基中的鸡蛋贡献。
4.2 不同功能单位下与畜禽肉比较：
4.2.1 产品品质基础：通过1 kg产品质量基础比较得出，两种培养肉情景气候变化影响低于牛肉但高于猪肉和禽肉；土地利用影响低于牛、猪、禽肉；当前工艺动物福利损失最高，培养基情景与禽肉相当但高于猪、牛肉。
4.2.2 蛋白质和能量基础：通过100 g蛋白质和100 kcal能量功能单位比较得出，两种培养肉情景的气候变化影响和动物福利损失均高于三种畜禽肉；土地利用影响低于牛肉但高于猪、禽肉。
4.3 敏感性分析结果：
4.3.1 环境影响评价敏感性：通过采用Risner et al.和Tuomisto et al.替代背景数据假设得出，环境影响绝对值增加，土地利用增幅最大、气候变化最小，但当前工艺、能源情景和培养基情景的相对排序不变。
4.3.2 动物福利评价敏感性：通过采用MAL、ALYS和AL三种指标得出，牛、猪肉动物福利损失最低，禽肉低于培养肉；在MAL和ALYS下禽肉与培养基情景差异较小而当前工艺最高；在AL下培养肉显著高于禽肉，且培养基情景高于当前工艺。
讨论总结与结论翻译：讨论部分指出，功能单位选择显著影响培养肉与畜禽肉的比较结论，质量基础下较有利的结果不应解释为营养等同，该培养肉产品营养含量低是当前挑战。饲料转化率方面，当前工艺为9.46、培养基情景为3.24，牛、猪、禽肉分别为18.9、3.6和2；牛肉气候变化主要来自肠道甲烷，而培养肉气候变化主要来自一次性塑料培养瓶；当前工艺土地利用主要来自鸡蛋，培养基情景还受太阳能用地影响；动物福利差异主要由受影响动物数量驱动，现行依赖动物源投入的工艺可能比传统畜牧生产具有更大动物福利影响，但比较数据来自欧美农场而本研究中鸡蛋按日本平均条件建模。热点包括培养基、细胞来源、营养组成、培养瓶和电力使用。改进策略包括：采用减少或不依赖畜禽源投入的培养基并考虑FCR；循环利用废培养基、藻源培养基或价值化利用；使用活检来源细胞或细胞系；提高最终产品细胞含量或与植物基替代蛋白杂合；重复使用耗材；采用可再生能源并考虑土地利用影响。敏感性分析表明，背景数据影响绝对值但不改变情景排序，动物福利指标选择会改变情景排序，胚胎处理方式是关键。与既往研究比较，本研究中培养基需求为16.47 L/kg，低于Risner et al.估计的291.5—1148 L/kg，气候变化结果与部分悲观或基线情景相近；培养瓶成为热点与贴壁细胞使用有关。局限包括单一公司数据、培养基情景过程级等效性尚未验证、商业规模外推不确定以及鸭和鸡福利指标采用代理假设。结论翻译：研究人员基于日本实际中试数据，对支架—细胞杂合培养肉开展LCA并量化环境影响与动物福利损失，评估三种功能单位。与当前工艺相比，能源情景使气候变化影响降低12.4%；培养基情景使富营养化、土地利用（占用）、水资源消耗和动物福利损失降低46.7—69.1%。以1 kg产品计，培养肉气候变化影响低于牛肉、土地利用影响低于三种畜禽肉；当前工艺动物福利损失高于三种畜禽肉，培养基情景与禽肉相当但高于猪、牛肉；以100 g蛋白质或100 kcal能量计时，两种培养肉情景的气候变化影响和动物福利损失均高于三种畜禽肉，土地利用影响低于牛肉但高于猪、禽肉。结果表明，在替代肉背景下需采用多个功能单位评估；培养基、细胞来源和营养组成是环境与动物福利热点，培养瓶和电力使用也是环境热点；改进策略包括无畜禽源培养基并考虑FCR、废培养基循环、活检细胞或细胞系、提高细胞含量、与其他替代蛋白杂合、耗材重复使用以及采用可再生能源并考虑土地影响。该研究为培养肉生产系统改进和社会实施提供量化依据，未来需开展涵盖社会和经济维度的综合可持续性评估。
