气候变化是全人类所需应对的共同挑战。如何实现针对某一产品的全过程碳排放量追踪计算,一直是减碳策略有效执行与否的基础。通常,总碳排放量（total carbon emissions,TCE）以二氧化碳当量（carbon dioxide equivalence,CO2e）表示,该表述充分考虑了CO2、CH4和N2O等温室气体的共同影响[1-2]。当前,核算TCE的方法包含生命周期评价（life cycle assessment,LCA）法[3]、投入-产出法（input-output method）[4]、碳排放脱钩（carbon emission decoupling）法[5]等。其中,LCA法发展时间最久、表述更为全面、准确性较高,已被学界广泛接受使用[6]。
LCA法是一种评估环境负荷的方法,即通过量化产品生产过程中物质与能量的使用和排放,评估原材料提取、加工、制造、运输和分销等过程的单元碳排放量（unit carbon emissions,UCE）,从而分析哪个环节对减排的占比最大,有助于后续改进工艺,并制定减排方案[7]。该方法主要包含目标和范围界定、清单分析、影响评估和数据分析4 个部分[8]。例如,Moungsree等[9]借助LCA法分析了不同季节气候玉米的TCE,从减碳和高经济效益的角度确定了玉米的最适合种植季节。
大量研究表明,畜产品加工业耗能大、碳排放高,据估算,畜产品加工业每年排放约71 亿t CO2e,占人为温室气体排放总量的14.5%[10]。Flysjö等[11]系统分析了新西兰室外放牧系统和瑞典室内饲养系统对牛奶TCE的影响,指出畜牧业碳排放主要成因是牲畜的肠道发酵会产生大量CO2、CH4、N2O等温室气体。预计2050年,中国养殖肉产品的供给缺口将达到3 800万t以上,而扩大畜禽养殖的数量和规模会大幅增加温室气体排放[12]。因此,亟需寻找一种替代产品,通过综合分析对比碳排放,制定减碳策略,实现减碳减排。
近年来,随着人们生活品质的提升,对食品营养健康的需求日益增长,人造肉制品（artificial meat）作为养殖肉的替代品发展迅速[13-15]。当前,人造肉主要分为菌类蛋白肉、细胞培养肉和植物肉制品[16]。其中,菌类蛋白肉是由丝状真菌发酵产生,菌类生长速度快,是养殖肉的替代品之一,然而该类产品的风味有待改善,整体接受度较低[17-18]；细胞培养肉是利用高效生长的干细胞或者组织在适宜环境中增殖形成肌肉纤维,味道和营养与养殖肉相似,但产业化难度较大[19]；植物基人造肉（plant-based artificial meat）常用大豆、豌豆和小麦蛋白等原料进行生产,通过挤压、静电纺丝和3D打印等加工技术形成类似肉的口感和质构特征,是最常见的养殖肉替代品[20]。表1为不同农作物、养殖肉的TCE。养殖肉制品的TCE往往高于一般农作物,用农作物生产出来的人造肉有望助力食品行业减排[21-22]。然而,目前有关植物基人造肉制品和养殖肉产品之间碳排放量综合比较的研究仍缺乏报道。
表1 不同产品从农田到餐桌的TCE
Table 1 Farm-to-table TCE of different products
注：数据来源为中国产品全生命周期温室气体排放系数库（https：//lca.cityghg.com）。
食品种类猪肉牛肉羊肉家庭农场鸡肉大豆土豆大米小麦油料作物TCE/kg CO2e 3.63 22.43 19.59 20.02 0.37 0.31 0.85 0.70 0.79
本文以植物基人造牛肉饼（artificial beef patties,BPa）、熏牛肉片（artificial pastrami slices,PSa）、切片火腿（artificial sliced ham,SHa）、狮子头（artificial stewed meatball,SMa）和香脆鸡排（artificial crispy cutlets,CCa）5 种植物基人造肉制品及相应养殖肉产品[牛肉饼（beef patties,BP）、熏牛肉片（pastrami slices,PS）、切片火腿（sliced ham,SH）、狮子头（stewed meatball,SM）和香脆鸡排（crispy cutlets,CC）]为研究对象,借助LCA法分别计算上述产品的TCE,并综合分析比较其中原材料获取、生产加工和分销运输3 个环节的UCE,旨在阐明人造肉制品在减碳减排方面的优势,并为后续相关产业的减碳减排提供实际建议。本研究以期为人造肉制品和养殖肉产品的碳排放量计算提供数据基础和方法学参考,为“碳达峰与碳中和”重大战略在畜牧及食品加工业中的践行提供切实策略性指导。
1 材料与方法
1.1 研究对象
5 种植物基人造肉制品（BPa、PSa、SHa、SMa、CCa）：深圳市星期零食品科技有限公司；养殖肉产品（BP、PS、SH、SM和CC）：市售。5 种植物基人造肉制品的主要成分配料见表2。
表2 5 种植物基人造肉的主要成分配料
Table 2 Main composition of five plant-based meat products
注：配料表信息由生产商提供。
研究对象BPa PSa SHa SMa CCa主要成分大豆组织蛋白、椰子油、大豆油、甲基纤维素、复合调味料、水拉丝蛋白、鸡蛋白粉、低聚果糖、大豆油、可得然胶、牛肉风味腌料、苹果汁、淀粉、卡拉胶、黑椒撒粉、瓜尔胶、水拉丝蛋白、鸡蛋白粉、大豆油、淀粉、火腿风味腌料、变性淀粉、可得然胶、卡拉胶、柑橘纤维、麦芽糊精、水大豆组织蛋白、大豆油、鸡蛋白粉、马蹄、豌豆组织蛋白、生姜、腌料、老抽、生抽、大葱、甲基纤维素、水拉丝蛋白、大豆油、裹粉、鸡蛋白粉、复合调味料、甲基纤维素、淀粉、水
1.2 研究方法
通常,LCA法核算边界主要是从农田到餐桌和从农田到循环（全生命周期）两种核算方式,前者是指产品从原材料获取、生产加工直至运输到消费者手中所产生的碳排放量,而后者在此基础上还涉及产品的回收利用过程,核算难度较大,并不适用于食品工业的碳排放计算[23]。因此,本研究选取LCA法,TCE的核算边界为从农田到餐桌。植物基人造肉生命周期UCE核算示意图见图1。其中,UCE的核算环节包括原材料获取（原料准备、包材和原料运输排放）、生产加工（辅助品、加工能耗和废弃物排放）和分销运输环节,核算功能单位为1 kg。
图1 植物基人造肉生命周期UCE核算示意图
Fig.1 Schematic diagram of UCE assessment in the life cycle of plant-based meat
1.3 碳排放量计算
计算方法为将相应排放因子（emission factor,EF）与活动水平数据相乘,活动水平数据展示了生产过程中相关资源的使用量。EF表示二氧化碳当量与相关活动单位的比值（tCO2/t碳酸盐、tCO2/GJ等）。衡量食品碳排放时需要计算化石燃料燃烧、外购原料、净购入电力以及原材料运输、产品生产、分销产生的单位碳排放[24]。碳排放量计算见公式（1）。
式中：C为某一活动产生的碳排放量,kg CO2e；A为活动水平数据,kg、m3或kWh；F为排放因子,kg CO2e/kg、kg CO2e/m3或kg CO2e/（kWh）。
1.3.1 化石燃料UCE计算
化石燃料燃烧产生的碳排放包括设备使用、原料运输与储存、中间产品转运与储存等过程中化石燃料燃烧产生的UCE。该过程碳排放计算见公式（2）。
式中：E燃料为化石燃料单位碳排放量,kg CO2e；m燃料为化石燃料的消耗量,kg；F为化石燃料对应某种温室气体的排放因子,kg CO2e/kg；G为全球升温潜势力（global warming potential,GWP）。
1.3.2 外购原料UCE计算
外购原料产生的碳排放主要来自生产用原料、包装材料、助剂和自来水等的使用。该过程碳排放计算公式见公式（3）。
式中：E原料为原料i对应的温室气体排放量,kg CO2e；F原料i为原料i的排放因子,kg CO2e/kg；Q原料i为原料i的消耗量,kg。
1.3.3 净购入电力UCE计算
净购入电力对应的UCE是指生产过程中设备正常运行消耗的电力产生的温室气体排放。该过程碳排放计算见公式（4）。
式中：E电力为外购电力对应的温室气体排放量,kg CO2e；P电力为外购电力的消耗量,kWh；F电力为电力的排放因子,kg CO2e/kWh。
1.3.4 LCA法TCE计算
养殖肉制品如猪肉、牛肉和鸡肉作为主要原材料制作的相关肉类食品,排放主要集中在原材料获取环节、生产加工环节和分销运输环节。从农田到餐桌碳排放量计算见公式（5）。
式中：Ti为产品i的TCE,kg CO2e；E原材料i为产品i在原材料获取环节产生的UCE,kg CO2e；E生产i为产品i在生产加工环节中产生的UCE,kg CO2e；E分销i为产品i在分销运输环节中产生的UCE,kg CO2e。
1.4 活动水平数据
活动水平数据展示了生产过程中相关材料、能源等的使用量,该数据由生产商提供,涉及连续测量数据、间歇测量数据和自行推估数据,3 种数据质量依次递减,优先选择质量较高的活动水平数据。
1.5 减排量计算
5 种植物基人造肉产品的减排量计算见公式（6）。
式中：ΔTi为植物基人造肉制品i的总碳排放减排量,kg CO2e；T养殖肉i为第i种养殖肉制品总碳排放量,kg CO2e；T人造肉i为第i种植物基人造肉制品总碳排放量,kg CO2e。
1.6 数据处理
利用Excel进行图表绘制,通过SPSS软件进行数据分析,采用ANOVA检验进行显著性差异分析（p<0.05）。
2 结果与分析
2.1 研究结果
5 种植物基人造肉制作活动水平数据见表3,5 种养殖肉制作活动水平数据见表4。在计算过程中5 种植物基人造肉及养殖肉使用到的排放因子数据见表5。
表3 5 种植物基人造肉制作活动水平数据
Table 3 Activity levels of five plant-based meat products
环节原材料的获取类别原料排放源水牛臀肉盐白砂糖腌料香精味精复配水分保持剂亚硝酸钠猪瘦肉+猪肥肉大豆油生姜大葱淀粉马蹄裹粉复合调味料鸡胸肉猪肉葡萄糖D-异抗坏血酸钠牛碎瘦肉植物基人造肉活动水平数据BPa 9.00×10-5 PSa 9.00×10-5 SHa 1.00×10-4 SMa 7.00×10-5 CCa 9.00×10-5————————0.015————0.086 0.012 0.123 0.153————————0.004 0.008 0.148 0.013 0.011—0.075 0.008 0.003—0.087 0.005——————————计量单位kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg
续表3 5 种植物基人造肉制作活动水平数据
Continue table 3 Activity levels of five plant-based meat products
注：表格为生产1 kg植物基人造肉所需要的活动水平数据。—表示该项目活动数据水平为零或数值可忽略不计；PE表示聚乙烯（polyethylene）。
环节原材料的获取类别原料排放源牛肥肉拉丝蛋白鸡蛋白粉甲基纤维素大豆组织蛋白椰子油火腿风味腌料变性淀粉卡拉胶可得然胶柑橘纤维麦芽糊精低聚果糖（膳食纤维）牛肉风味腌料苹果汁黑椒撒粉瓜尔胶豌豆组织蛋白老抽生抽纸箱PE塑料薄膜肉牛/猪/鸡屠宰场运输半成品肉代工厂运输大豆拉丝蛋白运输拉丝蛋白代工厂运输大豆组织蛋白运输组织蛋白代工厂运输豌豆组织蛋白运输豌豆组织蛋白代工厂运输碱性清洁剂洗洁精电力水天然气厂内冷藏厂内冷冻厂内柴油厂内汽油废水固体废物加工厂-上海物流中心运输车冷机植物基人造肉活动水平数据BPa SMa——PSa—0.38 0.119 SHa—0.319 0.248——0.021 0.513 0.21——0.095 0.018 0.214 CCa—0.217 0.069 0.004————0.003 0.009——0.008 0.008 0.003 0.008 0.003 0.003 0.027 0.009 0.004 0.002 0.002————————包材0.045 0.042 0.045 0.042 0.045 0.042 0.055 0.015 0.015 0.045 0.042 0.045 0.042原料运输————————0.016 0.014 0.009 0.008——0.009 0.008 0.015 0.013————————生产加工辅助品能耗3.00×10-5—0.013 9.00×10-5 2.70×10-3—0.051 0.006 0.005 0.003 0.003 4.70×10-4 0.001 0.013 7.00×10-5 2.70×10-3—0.051 4.70×10-4 0.001 0.013 9.00×10-5 2.70×10-3—0.051——————废弃物分销运输能耗2.00×10-5 3.90×10-4 0.017 4.54×10-3 4.00×10-4 0.001 0.004 9.00×10-5 2.00×10-4 0.044 0.061 2.50×10-4 1.00×10-5 3.00×10-5 2.00×10-5 0.025 6.62×10-3 4.00×10-4 0.001 0.004 1.00×10-4 2.00×10-4 0.044 0.06 2.50×10-4 1.00×10-5 3.00×10-5 7.00×10-5 0.025 6.62×10-3 2.00×10-5 3.90×10-4 0.017 5.00×10-5 2.00×10-5 3.90×10-4 0.017 4.54×10-3计量单位kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg 柴油kg 柴油kg 柴油kg 柴油kg 柴油kg 柴油kg 柴油kg 柴油kg kg kWh kg m3 kWh kWh kg 柴油kg 汽油m3 kg kg 柴油kg 柴油
表4 5 种养殖肉制作活动水平数据
Table 4 Activity levels of five farmed meat products
注：表格为生产1 kg植物基人造肉所需要的活动水平数据。—表示该项目活动数据水平为零或数值可忽略不计；PE表示聚乙烯（polyethylene）。
养殖肉活动水平数据BP 计量单位kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg kg 柴油kg 柴油kg kg kWh kg m3 kWh kWh kg 柴油kg 汽油m3 kg kg 柴油kg 柴油环节原材料的获取类别原料排放源水牛臀肉盐白砂糖腌料香精味精复配水分保持剂亚硝酸钠猪瘦肉+猪肥肉大豆油生姜大葱淀粉马蹄裹粉复合调味料鸡胸肉猪肉葡萄糖D-异抗坏血酸钠牛碎瘦肉牛肥肉纸箱PE塑料薄膜肉牛/猪/鸡屠宰场运输半成品肉代工厂运输碱性清洁剂洗洁精电力水天然气厂内冷藏厂内冷冻厂内柴油厂内汽油废水固体废物加工厂-上海物流中心运输车冷机——PS 0.226 0.752 0.012 0.006 0.002 0.002 0.003 1.00×10-5 SH 0.211—0.012 0.002 0.021—0.004 1.00×10-4 CC 0.12—0.010 0.004—0.002 0.003————SM 0.095—0.012 0.003 0.015 0.002 0.004—0.637 0.063 0.012 0.012 0.05 0.095——0.02—0.156 0.025 0.66 0.74 0.015 8.00×10-4——————包材原料运输生产加工辅助品能耗0.75 0.25 0.04 0.013 0.012 0.018 3.00×10-5 4.00×10-5 0.021 0.2 0.001—0.084 0.04 0.013 0.007 0.012 3.00×10-4 5.00×10-4 0.021 0.2 0.001—0.084 0.04 0.013 0.008 0.012 3.00×10-4 5.00×10-4 0.021 0.2 0.001—0.084——————废弃物分销运输能耗2.00×10-4 0.001 0.005 0.001 0.04 0.013 0.009 0.014 3.00×10-4 4.00×10-4 0.007 0.012 1.00×10-4 0.072 0.1 1.00×10-4 3.00×10-6 3.00×10-4 2.00×10-5 0.008 0.002 0.04 0.013 0.009 0.014 3.00×10-4 4.00×10-4 0.008 0.014 1.00×10-4 0.072 0.099 1.00×10-4 3.00×10-6 3.00×10-4 1.00×10-4 0.008 0.002 2.00×10-4 5.00×10-4 0.005 2.00×10-5 2.00×10-4 5.00×10-4 0.005 0.001
表5 植物基人造肉及养殖肉碳排放核算涉及的排放因子数据
Table 5 Emission factors used in the estimation of carbon emissions from plant-based and farmed meat products
环节原材料获取类别白砂糖葱大豆拉丝蛋白排放因子1.102 kg CO2e/kg 0.558 kg CO2e/kg 1 584.651 kg CO2e/t 拉丝蛋白来源https：//www.env.go.jp/earth/ondanka/supply_chain/gvc/files/tools/DB_V2-4.pdf https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#供应商数据
续表5 植物基人造肉及养殖肉碳排放核算涉及的排放因子数据
Continue table 5 Emission factors used in the estimation of carbon emissions from plant-based and farmed meat products
环节原材料获取类别大豆生产（大豆组织蛋白、大豆拉丝蛋白、大豆组织丝状蛋白）大豆生产-化肥投入大豆生产-农药生产大豆生产-种子投入大豆油淀粉调料黑胡椒粉鸡蛋鸡蛋白粉鸡肉鸡肉养殖-粪便管理鸡肉养殖-能源使用鸡肉养殖-饲料相关（饲料生产、施肥等）鸡肉养殖-土地利用变化（大豆栽培）姜酱油（黄豆酿造）精盐（食用盐）快递包装箱面粉牛肉牛肉养殖-肠道排放牛肉养殖-粪便管理牛肉养殖-能源使用牛肉养殖-饲料相关（饲料生产、施肥等）牛肉养殖-土地利用变化苹果汁葡萄糖起酥油氢氧化钠砂糖食用盐蔬菜塑料薄膜包装袋排放因子0.37 kg CO2e/kg来源文献[25]碳酸钠豌豆味精洗洁精亚硝酸盐椰子油粘合剂0.307 1 kg CO2e/kg 0.044 4 kg CO2e/kg 0.018 5 kg CO2e/kg 1.23 kg CO2e/kg 0.514 kg CO2e/kg 2.22 kg CO2e/kg 0.73 kg CO2e/kg 2.38 kg CO2e/kg 2.38 kg CO2e/kg 5.4 kg CO2e/kg 0.152 32 kg CO2e/kg 0.410 4 kg CO2e/kg 0.231 876 kg CO2e/kg 1.139 4 kg CO2e/kg 0.88 kg CO2e/kg 1.68 kg CO2e/kg 0.17 kg CO2e/kg 1.137 kg CO2e/kg 0.56 kg CO2e/kg 46.2 kg CO2e/kg 0.318 648 kg CO2e/kg 0.037 4 kg CO2e/kg 0.006 732 kg CO2e/kg 0.060 35 kg CO2e/kg 0.026 35 kg CO2e/kg 0.495 kg CO2e/L 0.748 kg CO2e/kg 1.8 kg CO2e/kg 1.54 kg CO2e/kg 1.102 kg CO2e/kg 0.17 kg CO2e/kg 0.47 kg CO2e/kg 3.24 kg CO2e/kg 1.9 kg CO2e/kg 0.29 kg CO2e/kg 2.2 kg CO2e/kg 1.30 kg CO2e/kg 2.01 kg CO2e/kg 2.1 kg CO2e/kg 0.94 kg CO2e/kg文献[25]文献[25]文献[25]https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#https：//www.env.go.jp/earth/ondanka/supply_chain/gvc/files/tools/DB_V2-4.pdf https：//www.env.go.jp/earth/ondanka/supply_chain/gvc/files/tools/DB_V2-4.pdf https：//carboncloud.com/https：//www.cleanmetrics.com/https：//www.cleanmetrics.com/https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm文献[26]https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#文献[27]https：//www.cleanmetrics.com/https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.slowfood.com/wp-content/uploads/2023/12/Report_INDACO_EN.pdf https：//www.env.go.jp/earth/ondanka/supply_chain/gvc/files/tools/DB_V2-4.pdf https：//www.cleanmetrics.com/https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#https：//www.env.go.jp/earth/ondanka/supply_chain/gvc/files/tools/DB_V2-4.pdf https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#文献[26]文献[27]https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#https：//www.cleanmetrics.com/https：//www.env.go.jp/earth/ondanka/supply_chain/gvc/files/tools/DB_V2-4.pdf https：//data.moenv.gov.tw/dataset/detail/CFP_P_02 https：//cfp-calculate.tw/cfpc/WebPage/WebSites/CoefficientDB.aspx https：//sites.google.com/view/thejsa/publications/proceedings https：//thaicarbonlabel.tgo.or.th/index.php?lang=TH&mod=Y0hKdl-蔗糖猪肉猪肉养殖-肠道排放猪肉养殖-粪便管理猪肉养殖-能源使用猪肉养殖-饲料相关猪肉养殖-土地利用变化0.37 kg CO2e/kg 6.1 kg CO2e/kg 0.189 1 kg CO2e/kg 1.671 4 kg CO2e/kg 0.213 5 kg CO2e/kg 2.903 6 kg CO2e/kg 0.774 7 kg CO2e/kg pIVmpkSE5mWlcxcGMzTnBiMjQ9 https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm https：//www.fao.org/4/i3437e/i3437e00.htm
续表5 植物基人造肉及养殖肉碳排放核算涉及的排放因子数据
Continue table 5 Emission factors used in the estimation of carbon emissions from plant-based and farmed meat products
环节生产加工类别电力排放因子0.610 1 kg CO2/kWh蒸汽110 kg CO2/GJ来源https：//view.officeapps.live.com/op/view.aspx?src=https%3A%2F%2Fwww.mee.gov.cn%2Fywgz%2Fydqhbh%2Fwsqtkz%2F201904%2FW020190419547208158 144.docx&wdOrigin=BROWSELINK https：//view.officeapps.live.com/op/view.aspx?src=https%3A%2F%2Fwww.mee.gov.cn%2Fywgz%2Fydqhbh%2Fwsqtkz%2F201904%2FW020190419547208158分销运输氢氧化钠洗洁精天然气废水固体废弃物柴油汽油1.54 kg CO2e/kg 1.30 kg CO2e/kg 2.19 kg CO2/m3 0.112 kg CO2/m3 0.775 kg CO2/kg 3.209 6 kg CO2/kg 3.108 3 kg CO2/kg 144.docx&wdOrigin=BROWSELINK https：//cfp-calculate.tw/cfpc/CO2howto/index.html#https：//data.moenv.gov.tw/dataset/detail/CFP_P_02 https：//www.ipcc.ch/srccl/.文献[28]https：//www.carbonstop.com/zh/ccdb https：//www.ipcc.ch/srccl/.https：//www.ipcc.ch/srccl/.
由表3、表4可知,植物基人造肉与养殖肉在加工过程中使用的原材料存在差异,如植物基人造肉与养殖肉相比,省略牛碎瘦肉、牛臀肉、猪肉、鸡胸肉等的活动数据,这种差异直接对TCE产生影响。由表5可知,两者生产过程对物质和能源的需求不同,单位植物基人造肉产生的碳排放小于养殖牛肉、猪肉和鸡肉的碳排放,从而引起TCE的差异。
2.2 植物基人造肉与养殖肉及其制品减排量对比结果分析
植物基人造肉与养殖肉的TCE差异及各类别的UCE排放情况见图2、表6。
图2 植物基人造肉与养殖肉的TCE差异
Fig.2 Differences in TCE between plant-based and farmed meat products
表6 植物基人造肉与养殖肉的UCE排放情况
Table 6 UCE of plant-based and farmed meat products
kg CO2e
类别原材料获取（UCE）原料准备包材原料运输生产加工（UCE）辅助品加工能耗废弃物分销运输（UCE）合计（TCE）BP 46.152 6 45.969 0 0.087 6 0.096 0 0.067 4 0.000 1 0.066 5 0.000 8 0.021 4 46.241 4 BPa 0.953 2 0.837 8 0.087 6 0.027 8 0.067 0 0.000 1 0.066 5 0.000 4 0.021 4 1.041 5 PS 34.747 5 34.587 7 0.087 6 0.072 2 0.110 4 0.000 9 0.109 5 0.000 1 0.031 2 34.889 1 PSa 0.687 7 0.570 8 0.087 6 0.029 4 0.110 4 0.000 9 0.109 5 0.000 1 0.031 2 0.829 4 SH 4.450 6 4.292 0 0.087 6 0.071 1 0.110 4 0.000 9 0.109 4 0.000 1 0.031 2 4.592 3 SHa 0.836 0 0.731 1 0.087 6 0.017 3 0.109 9 0.000 9 0.108 9 0.000 1 0.031 2 0.977 1 SM 4.004 6 3.855 8 0.087 6 0.061 2 0.067 8 0.001 1 0.066 4 0.000 4 0.016 9 4.089 3 SMa 0.779 9 0.674 8 0.087 6 0.017 4 0.067 8 0.001 1 0.066 4 0.000 4 0.016 9 0.864 6 CC 3.513 5 3.382 8 0.087 6 0.043 1 0.068 0 0.001 1 0.066 5 0.000 4 0.021 4 3.602 9 CCa 0.642 1 0.537 2 0.087 6 0.017 3 0.068 0 0.001 1 0.066 5 0.000 4 0.021 4 0.731 4
由图2、表6可知,1 kg植物基人造肉制品（BPa、PSa、SHa、SMa和CCa）的TCE分别为1.041 5、0.829 4、0.977 1、0.864 6、0.731 4 kg CO2e。而养殖肉产品（BP、PS、SH、SM和CC）的TCE为46.241 4、34.889 1、4.592 3、4.089 3、3.602 9 kg CO2e。植物基人造肉的减排效果分别达到97.7%、97.6%、78.7%、78.9%和79.7%。植物基人造肉在减排方面的贡献主要在原材料获取环节（UCE）,在该环节植物基人造肉制品的UCE分别为0.953 2、0.687 7、0.836 0、0.779 9、0.642 1 kg CO2e,占TCE的82.9%～91.5%。而养殖肉产品在该环节UCE分别为46.152 6、34.747 5、4.450 6、4.004 6、3.513 5 kg CO2e,占TCE的96.9%～99.8%。生产加工环节和分销运输环节UCE排放较少,植物基人造肉与养殖肉在生产加工环节的UCE分别占TCE的6.4%～13.3%和0.1%～2.4%,而在分销运输环节的UCE分别占2.0%～3.8%和0.0%～0.7%。此外,植物基人造肉与养殖肉的UCE在数值上并没有明显区别。原材料获取环节UCE又可以分为原料准备、包材和原料运输,其中,原料准备过程碳排放量最大,分别占植物基人造肉和养殖肉原材料获取环节UCE的83.0%～87.9%与96.3%～99.6%。而包材和原料运输过程产生的碳排放量较少,包材产生的排放分别占植物基人造肉与养殖肉原材料获取环节UCE的9.2%～13.6%和0.2%～2.5%,原料运输分别占2.1%～4.3%和0.2%～1.6%,植物基人造肉与养殖肉的UCE在数值上没有明显区别。
养殖肉与植物基人造肉原料准备过程UCE差异见图3。
图3 养殖肉与植物基人造肉原料准备过程UCE差异
Fig.3 Differences in UCE between farmed and plant-based meat products in the raw material preparation phase
A.植物基人造肉；B.养殖肉。
图3结果显示,在原料获取过程中,植物基人造牛肉制品（BPa和PSa）在减排方面的贡献主要是消除了饲料相关排放和肠道排放,植物基人造猪肉制品（SHa和SMa）消除了饲料相关排放和粪便管理排放,植物基人造鸡肉制品（CCa）消除了饲料相关排放和土地利用变化排放。
研究表明,植物基人造肉与养殖肉的单元碳排放（UCE）在原材料获取过程中的排放量最大,而生产加工和分销运输环节的UCE差异不明显。该差异主要由产品加工工艺复杂程度及运输距离不同所致。例如,原材料获取环节中的UCE来源包括原料准备、包装材料和原料运输。在此环节中,原料准备过程产生的碳排放量最大,而包装材料和原料运输仅产生少量碳排放。图3A显示,植物基人造肉生产过程中,原料准备环节的UCE主要包括其余原料、植物蛋白生产和化肥的排放。其中,其余原料环节的碳排放最高,例如,白砂糖、葱和调料等原料产生的碳排放量最高,占其余原料碳排放量的33.3%～60.8%。而植物蛋白加工产生的碳排放量占其余原料的23.3%～43.0%。因此,通过改进人造肉原料获取环节的生产方法,可以有效减少碳排放。例如,林凤岩等[29]采用醇法制备大豆浓缩蛋白,结合多种萃取设备、脱溶设备和蒸发方法,降低了蒸汽和乙醇的消耗,从而减少了该过程的UCE。Ochoa-Rivas等[30]使用微波和超声技术辅助提取蛋白,发现此方法能够提高产量并减少能耗。
由图3B可知,养殖肉原料准备过程的单元碳排放（UCE）主要包括饲料相关排放、肠道排放、能源使用、土地利用变化、粪便管理和其余原料排放,不同种类肉制品中的各项排放差异明显。其中,饲料生产排放和肠道排放对牛肉制品原料准备过程的碳排放影响最为明显,其次是土地利用变化环节。例如,在养殖肉原材料获取环节中,饲料排放占原料准备总排放量的35.6%～59.5%。前期研究表明,作为反刍动物,牛在养殖过程中通过肠道微生物发酵会排放甲烷（CH4）,而CH4的升温效应较CO2更明显,堆肥过程中通过微生物作用还会生成一氧化二氮（N2O）[31]。因此,本研究发现牛肠道发酵会产生高碳排放,占原料准备过程总排放的43%。此外,饲料和土地利用变化的碳排放分别占原料准备过程的36%和16%。这是因为饲料的碳足迹涵盖作物种植到饲料加工的整个过程,包含种子、杀虫剂、机械、化肥和运输产生的排放[32]。土地利用相关排放主要源于农业生产要素的投入和废弃物处理[33]。而且牛肉生产周期长,需要投入更多的饲料及其他生产要素。研究表明,牛原料获取环节的UCE与养殖方式有关,通过改变屠宰年龄、饲料配方、放牧方式和基因等措施,可将肉牛养殖过程的UCE降低21%[34-36]。对于养殖猪肉产品,饲料排放对总碳排放的影响最为明显,其次是粪便管理。饲料排放占原料生产过程的49%,这与前期研究所提出的猪饲料碳排放占原料生产过程排放量的26%～68%的结果相符[32]。猪粪经过微生物发酵会产生挥发性脂肪酸、硫化物等难闻气味,同时释放CH4和N2O等温室气体[31]。本研究指出,猪粪便管理环节约占原料生产过程碳排放的28%。因此,猪产生的总碳排放会随养殖量、养殖方式、清粪工艺的改进而减少[32]。对于鸡肉制品,饲料排放在其原料准备过程中的占比最大,达59.5%。因此,养殖肉企业可以通过改变养殖方式、饲料种类和粪便处理方式来减碳减排,对于生产能耗较高的企业,可以采用植物基人造肉替代养殖肉进行生产加工。
2.3 植物基人造肉减排效果分析及不确定性讨论
本次计算所得的碳排放量并不等同于实际碳排放量,仅包括从农田到餐桌的部分,不包含后续食品消费者所产生的碳排放。此外,由于生命周期分析（LCA）方法在测算碳排放量过程中受到排放因子（EF）选择及活动水平数据的影响,存在一定的不确定性。例如,EF主要来自权威机构平台及相关文献数据,而非实测数据,且EF会因所处时空、测量场地及测量仪器的不同导致数据存在不确定性[37-38]。此外,由于生产过程中的产量、消耗量和交通状况的实时变化,活动水平数据也会产生相应波动,这都会最终影响碳排放量的计算结果[39]。因此,本研究在核算过程中,对碳排放影响不足1%的项目均予以忽略,以抵消EF选择及活动水平数据波动所增加的不确定性。LCA计算结果显示,植物基人造肉制品整个生命周期的总碳排放量（TCE）均明显低于养殖肉产品。这主要是由于植物基人造肉与养殖肉之间的EF差异所致。例如,人造肉的原料主要是大豆蛋白、大豆油和鸡蛋白粉等,而这些原料的EF均低于牛肉、猪肉和鸡肉的EF。然而,不同人造肉制品之间的TCE差异并不明显,这是因为不同人造肉的原料相似,主要是大豆蛋白。而养殖肉产品由于种类（牛、猪和鸡）的不同,对应的EF不同,因此养殖肉之间的TCE差异较大。相比养殖肉,植物基人造肉的具体减排量及其与其余能源的数据对比见表7。
表7 5 种植物基人造肉制品碳减排数据与其余能源节约量数据对比
Table 7 Carbon emission reduction data of five plant-based meat products in comparison with energy saving in other forms
注：减排换算数据（标煤量、汽油量、用电量、种树量和中等汽油车行驶里程）来自碳足迹计算平台碳阻迹（北京）科技有限公司（https：//carbonstop.com/）；碳排放权交易额参考上海环境能源交易所（https：//www.cneeex.com）2023年全国碳市场综合价格行情成交信息（79.42元/t CO2e）。
产品BPa PSa SHa SMa CCa减排量/（kg CO2e）45.20 34.06 3.61 3.23 2.87标煤量/kJ 509 234 382 951 40 727 36 332 32 230汽油量/L 19.82 14.91 1.59 1.41 1.26用电量/（kWh）74.09 55.71 5.92 5.29 4.71种树量/棵9.04 6.80 0.72 0.64 0.57中等汽油车行驶里程/km 225.62 169.67 18.04 16.10 14.33碳排放权交易额/（元/t）3 589.78 2 705.05 286.71 256.53 227.94
由表7可知,1 kg的植物基人造肉的减排量分别为45.20、34.06、3.61、3.23、2.87 kg CO2e。减排效果分析显示,用植物基人造肉替代养殖肉可以有效降低TCE,其中人造牛肉制品（BPa和PSa）减排量最大。尽管人造猪肉（SHa和SMa）与鸡肉制品（CCa）的减排量不如牛肉制品,但其减排效果也超过78%。此外,1 t人造牛肉制品的减排量对应的碳排放权交易额最多（分别为3 589.78、2 705.05元）,而人造猪肉和鸡肉制品的减排量较少,仅为227.94～286.71元。由此可见,用植物基人造肉替代养殖牛肉的减排效果最佳,并且在一定程度上可以节约企业的开销。
3 结论
本文主要研究了5 种植物基人造肉制品及对应养殖肉产品TCE和UCE差异。研究结果表明,植物基人造肉制品的TCE远小于养殖肉产品,主要原因是植物基人造肉原料EF小于猪肉、牛肉、鸡肉的EF。不同植物基人造肉制品之间的TCE差异不明显。而对于养殖肉,不同养殖肉产品间TCE差异较大,这主要与肉的来源有关,养殖牛肉产品的TCE最大。1 kg的植物基人造肉的减碳效果均大于78%。5 种植物基人造肉与养殖肉在原材料获取环节产生的UCE均大于生产加工和分销运输UCE。在养殖肉生产过程中,原料获取环节UCE主要是由饲料排放产生。植物基人造肉原料获取环节UCE主要是其他原料、植物蛋白生产和化肥产生的排放。综上,用植物基人造肉来代替养殖牛肉的减碳效果最好,养殖肉生产可以通过改进养殖方式、更换饲料种类和粪污处理技术方式实现进一步减碳减排。
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