番茄价值链的生命周期评价：从农场到番茄渣的升级利用

《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Life-cycle assessment of tomato value chain—from farms to upcycling waste

　　

摘要

引言：番茄生产和加工是一个重要的农业食品体系，具有显著的环境相关性，然而克罗地亚背景下的综合证据仍然有限。本研究通过将生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）应用于完整的番茄价值链，包括开放大田和温室中的初级生产、番茄加工以及番茄渣的不同生命周期末端情景，弥补了这一空白。

方法：本研究采用从摇篮到大门（cradle-to-gate）和从大门到坟墓（gate-to-grave）的LCA框架，数据收集自克罗地亚生产者和加工者，并根据ISO 14040/14044原则进行建模。环境绩效采用ReCiPe中点方法进行评估，指标涵盖气候变化、酸化、富营养化、毒性、水资源消耗、土地占用和化石资源耗竭。

结果与讨论：结果表明，开放大田番茄生产的环境负担低于温室生产，而加工和废物管理受能源需求影响强烈。在生命周期末端情景中，堆肥（composting）的表现优于填埋（disposal）和焚烧（incineration），微波辅助果胶提取（microwave-assisted pectin extraction）的环境足迹低于常规提取，证明了将番茄渣作为副产品进行价值化利用的环境潜力。本研究为克罗地亚番茄产业提供了原始数据和全系统视角，强调了将农业生产、加工和循环废物管理整合到可持续性评估中的总体重要性。其发现支持克罗地亚番茄生产和加工中更明智的决策，并为番茄残渣升级回收而非填埋的环境价值提供了证据。

番茄是全球最重要的蔬菜作物之一，其生产与加工构成庞大的农业食品体系，但同时也带来显著的资源消耗与排放问题。全球约有30%的番茄被加工为工业产品，加工过程中产生的大量番茄渣若处理不当，会进一步加剧环境负担。然而，现有研究多聚焦于番茄初级生产或单一加工环节，缺乏对整个价值链从农田到废物末端处理的整合评估。克罗地亚的番茄产业虽在增长，但其国家层面的环境绩效数据十分有限，制约了循证决策与可持续规划。为此，研究人员针对克罗地亚番茄价值链开展了生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）研究，覆盖露地与温室生产、番茄酱加工，以及番茄渣的焚烧、填埋、堆肥和基于微波辅助提取的升级回收情景，以识别环境热点并比较不同末端处理路径的优劣。研究结果表明，露地番茄生产的环境负担低于温室；堆肥是优于焚烧和填埋的末端处理方式；微波辅助果胶提取的环境足迹显著低于常规提取，证实了将番茄渣从废物转化为高价值产品的环境潜力。该研究为克罗地亚番茄产业提供了完整数据支撑，并证明了将农业、加工与循环废物管理统合到可持续性评估中的重要性。

在技术方法上，研究人员采用ISO 14040/14044标准的LCA框架，功能单位定义为1千克产品（番茄或番茄酱），另将一次提取处理作为升级回收情景的功能单位。数据来源于10家克罗地亚番茄种植者（2家露地、8家温室，总产量1072吨，约占2024年全国产量的2.5%）和1家大型加工厂。环境影响采用ReCiPe中点方法计算，涉及全球变暖、酸化、富营养化、毒性、水资源消耗、土地占用和化石资源耗竭等指标。研究使用openLCA软件及Ecoinvent等数据库，并开展主导性分析、敏感性分析（±10%情景）和基于系谱矩阵的不确定性分析。

3.1 Environmental impact of product system 1—tomato product
研究人员比较了露地与温室番茄生产的环境影响，发现露地生产在所有指标上均优于温室。例如，露地番茄的全球变暖潜值（Global Warming Potential, GWP）为0.1468 kg CO₂ eq，温室为0.2193 kg CO₂ eq；番茄酱（加工后1 kg）的GWP高达1.8302 kg CO₂ eq，表明加工阶段能源密集型工艺是环境负荷的重要来源。与高纬度地区相比，克罗地亚温室番茄生产的环境足迹整体较低，这得益于较低的加热和补光需求。

3.2 Environmental impact of product system 2—tomato pomace
针对番茄渣的三种末端处理情景（焚烧、填埋、堆肥），结果显示堆肥的环境影响最低，而填埋的GWP最高（0.6610 kg CO₂ eq）。在升级回收情景中，微波辅助提取果胶的环境足迹显著低于常规溶剂提取：微波提取的GWP为18.1498 kg CO₂ eq，常规提取为38.9688 kg CO₂ eq。这表明采用更高效、更环保的提取技术能够有效降低从废弃物中回收高价值成分的环境成本，支持将番茄渣作为循环经济资源的可行性。

3.3 Dominance, sensitivity and uncertainty analyses
主导性分析显示，肥料是番茄生产中最主要的环境贡献者，占比因指标而异，在4.42%至51.82%之间，其次是农场废物（1.55%–43.95%）和能源（1.05%–34.65%）。敏感性分析表明，肥料变动±10%会引起总环境影响变化94.8%至105.2%，说明初级生产对肥料投入最为敏感。对于加工和末端处理，能源是绝对主导因素（微波提取中超过80%），能源±10%的变化可显著改变结果。不确定性分析显示，来自田间生产的原始数据可靠性最高（SD=1.113），而废物收集与分类环节的不确定性最高（SD=2.34）。

讨论部分指出，该研究为番茄种植者、加工企业、环境学者和政策制定者提供了切实参考。通过揭示环境热点，可指导优化农业实践，提高加工环节的能效，并推动食品副产品升级回收政策的制定。结论部分原文翻译如下：要开发和实施可持续的番茄价值链，需要一种系统性的方法，而生命周期评价正是能够提供全系统视角的工具。它有助于识别环境影响最高的环节。本研究从“从摇篮到大门”和“从大门到坟墓”两个角度评估了番茄价值链，确定了主要环境影响以及改进途径。结合研究问题，本研究显示，尽管初级生产可能被视为食品生产中的“热点”，且敏感性分析证明了番茄生产对化肥使用的敏感性，同时也表明能源是整个价值链中影响最大、贯穿始终的清单项。与此同时，本研究展示了利用副产品提取来降低番茄价值链环境负担的潜力。它为未来将LCA与营养评估相结合的研究提供了方向，从而不仅通过环境足迹，还通过其对健康营养物质提取的贡献来比较食品。本研究存在两个主要局限：一是样本量较小（10个番茄种植者、1个大型番茄加工厂），可能限制对克罗地亚番茄产业的推广能力；二是价值链各阶段采用了不同的功能单位。