《Journal of Cleaner Production》：Subcritical extraction enhances the milk thistle value chain by improving economic and nutritional-functional performance with limited environmental trade-offs
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摘要近年来，水飞蓟的工业化生产迅速扩展。然而，其传统加工链主要基于机械压榨后再进行水飞蓟素提取，在资源利用率和附加值提升方面仍面临挑战。本研究综合生命周期环境评估、经济分析和营养功能评价，对三种油脂提取路径进行了评估，包括溶剂浸出（SE）、机械压榨（PE）和亚临界丁烷萃取（S
摘要
近年来，水飞蓟的工业化生产迅速扩展。然而，其传统加工链主要基于机械压榨后再进行水飞蓟素提取，在资源利用率和附加值提升方面仍面临挑战。本研究综合生命周期环境评估、经济分析和营养功能评价，对三种油脂提取路径进行了评估，包括溶剂浸出（SE）、机械压榨（PE）和亚临界丁烷萃取（SBE）。在三种路径中，PE的环境影响最低；而SBE由于出油率更高及产品特性更优，在基准权重方案下实现了更高的经济价值和营养功能表现。与PE相比，转向SBE使全链碳足迹增加了约12.7%，但在现实商业化条件下，其经济价值提高了约76.6%。在精化油商业化的扩展情景下，SBE的模拟经济价值比PE高出约86.8%。这些结果表明，SBE可以在保持可接受的环境负担的同时，提升水飞蓟加工链的价值创造潜力。本研究为水飞蓟资源的可持续高值化利用中萃取技术的选择提供了参考。
引言
Silybum marianum L.（水飞蓟）是一种高价值的药食功能作物，其产业产出主要来自富含水飞蓟素的提取物和种子油（Kudlá?ková等，2025）。水飞蓟素是一种黄酮木脂素复合物，主要由水飞蓟宾、水飞蓟定和水飞蓟司汀组成，在药品和营养保健品中用于保肝、抗氧化和抗炎。水飞蓟籽油富含多不饱和脂肪酸和生育酚，正越来越多地被用作功能性食用油（Bijak, 2017；Lorenzo等，2020；Wianowska和Gil, 2017）。市场分析表明，全球水飞蓟（水飞蓟素）提取物市场2024年价值约为1.06亿至1.23亿美元，预计到2030年代初将达到约1.67亿至2.14亿美元（QYResearch, 2024；Research, 2025）。中国已成为该产业链中的主要生产国和出口国，占全球提取物市场近55.0%，多数领先制造商位于中国（QYResearch, 2024）。2023年，中国、印度和德国合计供应了全球超过64.0%的水飞蓟素产量，仅中国就出口了超过480公吨水飞蓟素提取物（World, 2025）。中国国内提取物市场也从2019年的2130万美元增长至2023年的3860万美元（年复合增长率=16.2%）。在社会日益关注环境可持续性和公共健康的背景下，水飞蓟产业的快速扩张引发了一个根本性问题：如何在不加剧环境负担或健康风险的情况下提升经济回报？这一新兴的紧张关系凸显了需要一套系统性的可持续性评估框架，该框架能够整合环境、经济和营养功能维度，覆盖全产业链。
目前，Silybum marianum的工业加工仍相对粗放，通常是一个两阶段过程：先通过机械压榨（PE）进行初榨油，随后从脱脂粕中提取水飞蓟素（图1(a)）。油脂提取的目的是降低脂肪含量，从而提高从固体废弃物中提取水飞蓟素化合物的效率。传统油脂加工技术包括PE和溶剂浸出（SE）。近年来，亚临界丁烷萃取（SBE）作为一种更可持续的替代方案应运而生，因为它残留溶剂更少，且能更好地保留生物活性成分（Hadolin等，2001；Kudlá?ková等，2025；Lorenzo等，2020；Lukic等，2022；Muchiri和van Breemen, 2024）。除了环境效益之外，新证据表明SBE还可能通过品质和产量产生经济回报（Maciel-Silva等，2026）。
油脂提取技术（SE、PE、SBE）不仅影响出油率，还影响油及脱脂粕的化学组成和功能品质（Chandran等，2024；Hernandez等，2026；Iraqi等，2025；Lukic等，2022）。这进而将影响下游水飞蓟素提取的效率和价值。从食物体系的角度来看，油脂提取不应仅被视为一个预备步骤，因为它在整个价值链中重新分配了环境负担、经济价值和营养功能品质。尽管SE、PE和SBE之间的差异在传统食用油加工中已被广泛研究（Hou等，2024；Xiao等，2022），但它们在S. marianum全产业链中的影响仍有待深入探讨。即使在综合评估框架中同时考虑环境和健康影响的研究也非常有限。考虑到SBE在以往研究中的良好表现，我们假设通过改变油脂提取路径可以系统性地重塑整个价值链中的三个可持续性终点——环境影响、经济价值和营养功能表现。特别是，SBE可能在保持与传统技术相当的环境表现的同时增强经济回报。
为了更彻底地检验这一假设，我们进行了农业食品可持续性评估的系统综述（表S1）。在食品领域，研究关注传统上集中在健康相关成分和营养品质方面。农业食品可持续性的大多数定量研究主要聚焦于环境-经济整合（Alejandrino等，2021；Kaynak等，2025）。健康相关维度通常以概念性方式处理，或被置于正式生命周期边界之外，而非作为结构化的分析终点进行操作化。尽管存在评估生命周期解释的方法，但在统一的生命周期框架内对环境表现、经济可行性和营养健康贡献进行明确量化整合的研究仍然有限。食品加工系统中环境、经济和营养功能目标之间的结构性权衡缺乏有效捕捉。因此，食品工业领域亟需一个更新的分析框架，将这三个维度统一在一个共同的生命周期边界内。
据此，本研究探讨改变油脂提取技术能否在不过度增加环境负担或损害营养功能品质的情况下提升产业链的整体经济价值。为解决这一问题，本研究为水飞蓟产业链开发了一个面向食品的多终点可持续性评估框架。在一致的生命周期边界下，整合环境表现（EP）、经济价值（EV）和营养功能表现指数（NFPI），能够全面评估油脂提取技术如何影响水飞蓟价值链中的环境负担、经济回报和产品价值。为反映行业相关的市场条件，敏感性分析进一步评估了价格下降和销量扩大在现实商业化情景下对经济表现的影响。
章节摘要
实验材料与样品制备
本研究采用Silybum marianum种子及其相应的加工副产物作为清单和分析材料。为最大限度减少原料异质性的影响，所有路径特异性分析均使用来自中国最大产区（内蒙古）同一批次的Silybum marianum种子。种子批次分为两份。其中一份在专业的水飞蓟加工设施中通过机械压榨进行处理（工厂
环境表现（EP）
在以1000千克加工种子为功能单位、"从摇篮到大门"的边界下，气候变化影响分别为：SE为1582.5千克CO2当量，SBE为1424.2千克CO2当量，PE为1263.3千克CO2当量（图2(b)），排序为SE > SBE > PE。PE比SE低20.2%，比SBE低11.3%，因此从PE转向SBE使碳排放增加了12.7%。
分阶段贡献分析表明，种植环节在所有路径中均为最大的单一贡献者，占比为51.1%
结论
本研究在一致的生命周期边界下，开发了一个整合多终点评估框架，用于评估水飞蓟加工链的环境表现、经济价值和营养功能表现。三种提取路径表现出不同的可持续性特征。在基准清单、市场和权重假设下，SBE在评估维度上优于SE，SE未被识别为有利路径。PE实现了
CRediT作者贡献声明
魏文文：撰写——原稿，形式分析。王宇苏：可视化，软件。胡时良：方法论。佟伟：数据整理。苏青：资源。杨华为：资源。郭新：撰写——审阅与编辑，监督，资源，经费获取。李斌：资源，经费获取。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
作者衷心感谢北京大学刘宇教授在概念发展和结构设计方面提供的深刻指导和宝贵建议。本研究由科研创新能力支持青年骨干教师项目（证书编号：SRICSPYF-BS2025113）、辽宁省国家重点研发计划（证书编号：2024JH2/102400007）和重点研发
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