《食品科学》：北京工商大学董黎明教授等：细胞培养肉及其培养基的生命周期环境影响研究进展

肉类是营养的重要来源，据预测，到2056年全球人口将达到100亿，肉类需求预计将增加73%。然而传统畜牧业面临资源和环境双重挑战，动物制品提供了全球17%的食物和40%～58%的蛋白质，却占用了77%的农用地和30%的水资源，其产生的温室气体占全部人类活动的12%～20%，传统畜牧业同时还伴随着食品安全和动物福利等问题。在此背景下，细胞培养肉因具有资源利用率高、环境友好、营养健康等优势，有望为满足全球食品需求提供更可持续的解决方案。

细胞培养肉也称培育肉，是利用合成生物学、细胞工程和食品工程等领域的先进技术，通过分离动物原生组织中的干细胞，再经过一系列体外培养分化而获得的新型肉类食品，是极具前景的新型替代蛋白。大食物观背景下，以细胞培养肉为代表的新蛋白已成为保障未来食物供给的必然选择。近年来国家陆续发布了多个支持细胞培养食品发展的相关政策文件，包括农业农村部与国家发展和改革委员会的“十四五”发展规划，均明确指出“细胞培养肉类”“人造蛋白”及其他新型未来食品是国家食品供应的重要发展方向。有关细胞培养肉的研究逐渐成为热点，然而鲜见针对细胞培养肉及培养基环境影响问题的研究和探讨。

生命周期评价（LCA）是国际公认的标准化方法，能够对产品从原材料提取、生产制造、使用消费到废弃处置的全生命周期过程中产生的环境负荷进行量化核算，从而分析对环境影响最大的环境热点环节，制定清洁生产方案。应用LCA方法科学评估细胞培养肉及培养基的环境影响，不仅对细胞培养肉产业识别生产环境热点、制定改进方案、推动产业绿色发展至关重要，也有助于关注环境与社会议题的投资者或融资方明晰细胞培养肉相关研究与生产的环境影响。

北京工商大学的阿月尔古力·阿布都尼亚孜、陈舒婷、董黎明*等概括细胞培养肉领域的研究热点及环境影响维度的研究现状，重点围绕LCA方法的4 个步骤分析不同LCA研究的差异给出优化建议，并结合细胞培养肉生产过程的关键环境热点提出产业可持续提升路径。

1 基于CiteSpace的细胞培养肉及其培养基环境影响国内外文献定量分析

为了把握细胞培养肉领域的研究热点及其环境影响相关研究现状，本文采用CiteSpace文献计量软件，分别以“cultivated meat”/“cultured meat”和“培养肉”/“培育肉”为关键词，在Web of Science核心合集和中国知网中进行检索，共筛选出国内外近15 年（2010年1月—2025年9月）间关联性强的文献1 115 篇，进行了关键词共现和聚类分析，共同揭示研究热点和研究概念间的关联，见图1、2。

图1显示的是中英文文献出现频次较高的关键词，节点越大，表示关键词出现频次越高，代表研究关注度较高。对比国内外研究发现，国外关于细胞培养肉的研究文献较多（772 篇），研究热点主要集中于细胞培养肉干细胞分离、技术挑战、消费者接受度等方面，环境影响维度的研究相对较少，其中采用LCA方法评估细胞培养肉或培养基环境影响的论文为14 篇。国内关于细胞培养肉的研究文献较少（343 篇），研究热点主要集中在细胞增殖技术、支架材料开发、消费者支付意愿等方向，评估细胞培养肉环境影响的研究文献鲜有报道。图2是对英文关键词进行的聚类，分析环境相关聚类 environment footprint（环境足迹）可以看出，环境相关研究主要围绕animal welfare（动物福利）、impacts（影响）、livestock production（畜牧生产）、life cycle assessment（生命周期评估）、sustainability（可持续性）、greenhouse gas（温室气体）等内容开展较多。但聚类编号（）较大，一般聚类编号越小，表示研究规模越大。综上，国内外系统评估细胞培养肉环境影响的研究仍显不足，一方面这与细胞培养肉尚未实现大规模全面商业化生产有关，因此目前关于细胞培养肉环境影响的研究多基于实验室数据及建模假设，多为产品工业化生产前预测其影响的前瞻性研究。另一方面，虽然已有部分细胞培养肉产品上市，但细胞培养肉工厂实际生产详细数据信息保密，使得供开展LCA评估的详细数据匮乏。

针对国内外共同关注的热点（即消费者对细胞培养肉的接受度），多项研究发现，环境友好、动物福利、健康是驱动消费者接受细胞培养肉的积极因素。Rodríguez Escobar等在对比智利、比利时和中国消费者对细胞培养肉的接受度研究时发现，中国消费者的接受度最高，其中健康感知、对肉类的依恋程度、产品创新性、环境可持续性及动物福利是影响接受度的核心因素。黄耀彬的研究则显示，若向消费者传递细胞培养肉具有健康效益和疾病防控作用的信息，其平均支付意愿会提升24.34%，其次是营养健康和食品安全信息、环境友好生产信息和环境可持续性信息。在生态文明建设持续推进的时代背景下，增强公众环保意识已成为推动环保型消费品市场发展的核心驱动力。因此，未来随着细胞培养肉绿色生产技术的不断迭代，细胞培养肉健康安全性能提高的同时，较传统肉类节约资源、绿色可持续的环境优势更加凸显，人们的绿色消费、环保意识的提升可能会促进对细胞培养肉的消费，尤其是推动国内消费者对细胞培养肉的接受程度。

2 细胞培养肉的LCA研究

细胞培养肉的LCA研究遵循了ISO 14040标准中规定的方法学框架：1）目标和边界的确定；2）生命周期清单分析；3）生命周期影响评价；4）生命周期解释。表1为截至2025年9月查阅到的所有采用LCA方法评估细胞培养肉的研究文献参数信息，Escobar、李石磊等综述了2011—2021年的文献。本小节在前人的基础上补充梳理近期最新的研究结果，按照上述方法学框架分析总结细胞培养肉LCA的研究成果和不足。

2.1 研究目的、功能单位和系统边界

细胞培养肉LCA的研究目的主要包括预测细胞培养肉规模化生产时的环境影响及与传统蛋白质产品比较的环境优势等。功能单位多基于质量如1 kg或1 t产品，当将环境影响仅与产品的质量联系起来时，食品提供的营养等核心功能没有考虑在内。尽管Smetana等还采用了统一能量（3.75 MJ）和统一蛋白质消化率（0.3 kg）作为功能单位，但这些单位都不能反映肉类营养价值的全部，矿物质、脂肪、脂肪酸、胆固醇、盐和维生素也是肉类提供的重要成分。因此多位研究者建议开发一种能够反映细胞培养肉完整综合营养价值的功能 单位，将环境影响与其营养价值联系起来。

系统边界是进行LCA时收集数据的范围，通常和研究目的密切相关。目前细胞培养肉LCA的系统边界多数研究采用“从摇篮即原材料生产到细胞培养肉生产工厂大门”，未包含包装及后期供应链环节。Smetana等的研究将系统边界扩充至消费者餐桌，7 类肉类替代品的下游环节包括产品运输至超市、冷藏及消费者油炸环节，然而这些环节统一按假设距离和能耗标准计算，没有体现不同研究产品之间的差异。有研究推测，如果比较细胞培养肉整个生命周期，细胞培养肉的环境影响可能比传统肉类更低。因为细胞培养肉无需运输整只动物，而且工厂化的生产地点比一般农场可能更靠近消费者。此外，细胞培养肉不含多余的骨头、脂肪和血液，质量较轻，因此运输能源及冷藏需求也一定会减少。因此，基于摇篮到坟墓的全生命周期系统边界更能科学评估细胞培养肉的环境影响。图3是整合多个相关文献绘制的细胞培养肉从摇篮到坟墓的全生命周期完整系统边界，包括动物干细胞采集分离、培养基生产、支架生产、细胞培养肉生产、废弃物处理、副产品回收、产品运输及冷藏、产品分销及食用阶段。

2.2 生命周期清单分析

生命周期清单分析是进行数据收集整理，将所研究系统有关输入和输出量化的过程。由于缺乏大规模细胞培养肉生产的实际数据，目前细胞培养肉的清单数据主要依赖大量假设和模型模拟计算。2021年荷兰CE Delft环境研究所发布了基于15 家细胞培养肉企业生产数据进行细胞培养肉LCA的研究报告，2022年美国SCiFi Foods公司的混合细胞培养肉汉堡LCA研究大部分数据清单也来自于生产企业。以上研究提供了生产工艺与设施参数、细胞相关参数、物料与能源消耗数据的范围、平均值、中位数或众数，模型输入的一些定量数据如重组蛋白生产的估计能耗、培养基成分的具体用量等详细数据受保密限制无法公开，而这些数据对产品评估和研究可重复性至关重要，因为它们直接关系到细胞培养基的使用量。分析发现细胞培养肉的清单数据缺口主要体现在培养基组分上。综上，来源于细胞培养肉企业的真实数据使得近期研究中细胞培养肉的清单数据较以往更加精准，但仍存在获取难、透明度低等问题。

2.3 生命周期影响评价

生命周期影响评价是将环境影响定性定量的过程，一般分为影响分类、特征化等必要环节，以及归一化、加权等可选环节。影响评价方法根据评价目的分为中点法和终点法两种类型。中点法直接面向环境问题，关注产品生命周期内排放的物质对环境造成的潜在影响。而终点法则是为了评估损害，关注排放物质对受体产生的综合环境损害。

为尽可能详细分析环境影响，细胞培养肉及培养基的LCA评价方法常用中点法，尤其是ReCiPe Midpoint，相比于CML2001和TRACI，ReCiPe 2016包含了更多的中点影响类别，包括全球变暖、水资源消耗等18 种指标。终点法的损害类型主要分为人体健康损害、生态系统损害、资源耗竭3 种类型。本文所列细胞培养肉及培养基LCA研究选用的环境影响指标，均包含了全球变暖潜势，其次是土地利用、富营养化、水资源消耗及能源消耗等。分析发现选用中点法的研究，均对清单数据进行了影响结果特征化分类，方便了解细胞培养肉在各类环境影响指标下的具体当量。

终点法通过最终生成单一综合评分能够横向对比细胞培养肉和其他蛋白产品的整体环境影响。如Smetana等的研究采用ReCiPe V1.08终点法，计算出细胞培养肉的综合环境影响评分为2.55 Pt（Point），比真菌蛋白基替代品、鸡肉、乳制品基替代品、谷蛋白基替代品、昆虫基替代品、豆粕基替代品的综合环境影响都高。有学者提出，相较于中点影响类别，终点影响类别能更直观表达产品给人类社会造成的直接影响，因此未来细胞培养肉及其培养基的LCA研究应加强终点法的应用。

2.4 生命周期解释

生命周期解释是LCA的最后阶段，是对上述各个计算分析过程的归纳和分析解释，主要目标是识别出造成环境影响的关键因素，并探究降低环境影响的方案。该阶段通常包括环境热点识别、不确定度分析和敏感性分析三部分内容。环境热点识别是指确定造成环境影响的关键点。敏感性分析是通过改变关键参数观察其对最终结果的贡献程度。不确定度分析是对造成结果不确定性的来源进行识别以提高结果的准确性和可靠性。

图4为表1所列9 项细胞培养肉LCA研究的结果，重点展示了选择较多的4 类环境影响指标：全球变暖潜值、土地利用、能源消耗、水资源消耗的具体当量结果。

2021年之前的细胞培养肉LCA研究多基于实验室假设数据或模拟推算，研究结果存在较大不确定性，李石磊等综述了2011—2021年的细胞培养肉LCA研究，主要围绕影响细胞培养肉生产的环境因素，得出与传统肉类生产方式相比，细胞培养肉的生产过程将占据更少的土地面积、消耗几乎可以忽略不计的淡水资源、在温室气体排放方面也具有较为明显的优势。2021年首个基于15 家细胞培养肉企业一手数据的LCA研究报告发布，随后研究相关数据不断积累，不确定性也在逐步降低。本文重点总结2021—2025年细胞培养肉LCA的最新研究成果，分析细胞培养肉近期生产的环境热点，结合敏感性分析，提供了优化方向。在细胞培养肉工艺环节及影响类别上，Sinke等在2021、2023年的研究结果均表明，传统能源场景下每千克细胞培养肉生产综合环境影响评分为354 mPt（milli Point），环境影响贡献占比最大的是细胞培养肉生产过程的电力消耗，其次是培养基原料生产环节。贡献最大的环境影响类别是全球变暖潜值和细颗粒物形成，生物反应器增殖、分化阶段的电力消耗对全球变暖潜值的贡献最大。Tuomisto等研究结果则表明，培养基原料的生产（特别是合成氨基酸）对所有环境影响类别的贡献度均居首位，占总环境影响的48%～89%，培养基生产才是对全球变暖潜值的最大贡献源。

对比细胞培养肉与传统蛋白产品的整体环境影响，多数研究结果表明细胞培养肉的综合环境影响低于传统肉类中环境影响最显著的牛肉，高于鸡肉、猪肉和植物基肉制品，因此细胞培养肉至少在替代牛肉方面具有潜力。有研究预测在可持续能源情景下，细胞培养肉的生产在所有环境影响类别中都将优于牛肉、猪肉和鸡肉。此外，Risner等关于细胞培养肉近中期环境影响的研究中揭示了如果细胞培养肉未来产业化仍延续现有模式，即依赖医药级原料生产，而未能向较低环境影响的食品级或饲料级原料转型，细胞培养肉的环境影响可能会显著超过牛肉。综上，细胞培养肉的环境热点主要集中在电力消耗和培养基高纯度原料的生产。

不确定度分析是对数据质量的评价，常用蒙特卡洛模拟分析法，核心是通过大量随机迭代模拟输入数据的波动对环境影响结果的影响，当不确定度较高时，说明数据并不可靠。在细胞培养肉的LCA评估中大部分研究进行了不确定度分析。如在Kim等的研究中，用蒙特卡洛模拟法结合变异系数（coefficient of variation，COV）判定结果可靠性。一般来说，COV小于10%表示LCA结果可靠。研究结果显示细胞培养肉汉堡的全球变暖潜值和能源消耗的COV均小于10%，而土地使用的COV高达130%。因此，可以说明研究所用的Ecoinvent数据库中包含的化合物土地使用数据和结果具有较高的不确定性。

为评估单一输入参数变化对结果的影响，细胞培养肉LCA研究均引入了敏感性分析。结果表明细胞培养肉的环境影响对培养基中的氨基酸比例、细胞类型、培养基的使用效率、细胞密度等参数的变化较为敏感。比如调整氨基酸使用量（减少冗余氨基酸如谷氨酸、赖氨酸的生产与运输）可使研究中所选环境影响类别均减少16%～27%；用中国仓鼠卵巢细胞替代C2C12肌肉细胞可使所有环境影响类别降低64%～67%。提高培养基的使用效率，可降低约12%的环境影响；当细胞密度较低（5×106 cells/mL）时，会导致综合环境影响较基线增加29%；细胞密度若提高4 倍，综合环境影响较基线 减少2%。

2.5 分配法

LCA中的分配法是指当一个生产过程同时产出多个有价值的产品时，把这个过程产生的总环境影响合理分给每个产品的方法。细胞培养肉的终端产品为肉类组织，其生产过程中细胞增殖阶段会产生乳酸和氨等代谢副产物。Tuomisto等的研究起初将细胞培养肉生产过程的所有环境影响均分配给细胞培养肉，将乳酸盐作为废弃物处理未分配环境影响。但考虑到这两代谢产物具有经济价值，可以被提取后用于食品添加剂、肥料等。因此研究在后续的敏感性分析中，测试了对乳酸的不同分配方式（按干质量、湿质量分配，替代法分配），结果发现，乳酸按干质量分配相较于不分配的方案，可以使细胞培养肉的环境影响降低85%。说明副产物的价值化以及选择合理的分配方法可以分担主产品——细胞培养肉的环境影响。

3 细胞培养基的LCA研究

培养基是一种液体/粉末，含有细胞培养肉类生产中细胞生长所需的营养素，如碳水化合物、蛋白质、生长因子、矿物质和维生素。根据第2节已知培养基成分的生产环节占细胞培养肉生产总环境影响的48%～89%，据统计，培养基的成本占细胞培养肉总成本的55%～95%，培养基中95%的成本来自于生长因子，如成纤维细胞生长因子（FGF）-2、转化生长因子-β（TGF-β）、胰岛素、转铁蛋白等，此前的研究因生长因子的使用量小，其环境影响被忽略。因此，近期研究细化到开展专门针对培养基及其成分重组生长因子的LCA评估，相关文献信息见表2。

3.1 功能单位及系统边界

培养基的功能单位为1 L无菌培养基或培养液，重组生长因子则为1 mg纯化的重组生长因子，培养基的系统边界均为从摇篮到工厂大门，包括培养基原料生产、蛋白质分离和培养基灭菌环节，未包含培养基产品的包装、运输与冷链储存等下游环节。

3.2 清单分析

生命周期清单数据可分为两类：前景数据和背景数据。培养基LCA研究的前景数据来自培养基生产企业数据、文献资料、实验和模型模拟计算。背景数据主要来自数据库。研究中常用Ecoinvent、Agri-footprint、IDEA数据库。目前培养基成分环境影响相关数据还不够完善，具体体现在以下数据方面：1）多项LCA研究指明，基础培养基DMEM/F12（Dulbecco’s modified Eagle medium/nutrient mixture F-12）中合成氨基酸的原料来源参考的是Marinussen等2010年发表的研究，这是目前唯一公开详细说明合成氨基酸生产原料的研究。2）Takenaka等对无血清培养基开展的LCA研究需要计算15 种氨基酸的环境影响，但数据库里没有每种氨基酸的单独环境影响数据，因此统一用“食用氨基酸”数据代替。3）没有重组胰岛素的环境影响数据，Nikkhah等对无血清培养基Beefy-9、Beefy-R的LCA研究使用重组白蛋白的环境影响数据替代。4）在Kim等对混合细胞培养肉汉堡的LCA研究中，发现多数培养基组分在Ecoinvent、Agribalyse数据库中无直接可用数据，均用类似生产工艺的化合物数据替代，如用数据库已有的赖氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺等数据替代培养基所需的精氨酸、天冬酰胺等15 种氨基酸和11 种维生素、胰岛素等数据。此外，常用缓冲剂4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸数据也缺失但暂无替代方案，现有研究往往直接排除。以上数据代理方式可能会因纯度要求、能耗和排放不同而导致真实的环境影响被高估或低估，而且氨基酸在多数研究中被列为环境热点，因此，未来若要对培养基及细胞培养肉生产开展更精准的生命周期评估，仍需完善各组分的详细环境影响数据清单。

3.3 生命周期解释

培养基的环境热点取决于其配方。培养基中添加了多种成分，包括基础培养基、血清、抗生素和抗真菌剂、细胞信号物质、细胞基质以及其他营养物质。最广泛使用的基础培养基DMEM/F12的组分包括葡萄糖、合成氨基酸、维生素、无机盐等多种成分。血清能提供生长因子、激素、蛋白质和脂质等物质。过去，培养基常用动物源血清如FBS，但因不同批次的血清组分差异较大，还有引入致病因子的风险，而且FBS的采集涉及屠宰怀孕母牛的伦理问题，因此现正在探索血清替代物开发无动物源性血清的培养基。血清替代物有生长因子、植物源蛋白水解物、载体蛋白、胰岛素等。表3为细胞培养基及组分重组生长因子的LCA评估识别出的环境热点。

由表3可知，细胞培养基的环境热点因其配方不同存在差异。分析得出，其中最广泛使用的基础培养基DMEM/F12的环境热点多为氨基酸和葡萄糖的生产，一方面是因为基础培养基中葡萄糖的浓度和氨基酸的含量相对于其他成分占比较高。另一方面是因为氨基酸和葡萄糖的主要提取来源是谷物，谷物种植需大量土地，且 使用化肥会导致氮、磷等从土壤流入水圈，造成土地资源紧张与水体富营养化。同时，其后续加工环节也会消耗较多能源与水资源，加重环境负担。多项研究表明，转向藻类等环境影响更小的原料提取培养基所需的氨基酸和葡萄糖可有效降低培养基生产对环境的影响。

对于含FBS的培养基，El Wali等的LCA评估表明，首要环境热点是FBS。这部分环境影响的贡献主要来自FBS产业链上游的肉牛养殖环节，该环节产生的环境影响占FBS生产总环境影响的97%以上。研究也证实了用血清替代物：特定生长因子（IGF-1、FGF-2等）部分替代FBS，可显著降低各类环境影响，其中海洋富营养化问题改善最为明显，降幅达77%。若用无血清培养基Essential 8TM和蛋白水解物（蛋壳膜水解物、豌豆浓缩物水解物、猪血浆水解物等）完全替代FBS，与含FBS的培养基相比，可有效减少大部分环境影响指标，比如降低81%的全球变暖潜能值、减少28%的用水量、减少87%的富营养化排放等。因此血清替代物的使用可有效降低培养基的环境影响，应加快可持续无血清培养基的研发。

对于无血清培养基的环境热点，Nikkhah等对Beefy-9和Beefy-R的LCA评估结果表明，首要的环境热点为重组蛋白和生长因子。研究测试了使用可再生能源生产重组蛋白，结果显示Beefy-9的全球变暖潜值降低78.7%，Beefy-R的全球变暖潜值降低37.9%，说明可再生能源的使用能显著降低无血清培养基的环境影响。此外，在无血清培养基的制备过程中应尽量减少抗生素的用量或进行成分替代。Risner等的研究表明，Beefy-9培养基因添加抗生素/抗真菌剂，其总累积能源需求较Essential 8TM培养基会增加近两个数量级，这些医药级原料的复杂生产过程也是其背景环境影响较高的主要原因，应探索更多替代方案以降低培养基的环境影响。

4 细胞培养肉及培养基的可持续性提升路径

细胞培养肉的环境效益可能因所用培养基类型和能源选择而存在差异。在细胞培养肉生产领域，培养基重复使用技术、碳减排和能效提升等研究已成为可持续细胞培养肉生产的重要课题。上述众多研究已识别出细胞培养肉的环境热点主要集中在能源消耗以及培养基成分（尤其是氨基酸、葡萄糖）的生产过程，本节围绕培养基配方来源的可持续化、废弃培养基的循环利用、能源优化等路径进行综述，为细胞培养肉产业的可持续性发展提供参考。

4.1 培养基配方来源的可持续化

目前培养细胞所必需的葡萄糖和氨基酸主要来源于谷物，谷物种植占用大量土地且化肥使用会污染水体，后续加工也消耗大量能源和水资源。Kossmann等的研究表明，若培养基原料葡萄糖、氨基酸的生产完全依赖农作物种植，细胞培养肉在土地利用效率和减少温室气体方面相比传统猪肉并无显著优势。基于微藻的培养基为缓解谷物生产葡萄糖和氨基酸带来的环境问题提供了可持续替代方案。已有多项研究证实，微藻可提取出培养基所需的氨基酸、葡萄糖等营养物质，还能高效去除废弃培养基中的氨和磷，可有效降低细胞培养肉生产过程的环境负荷。有研究表明通过酸水解方法，可从藻体中提取葡萄糖及大部分蛋白质合成氨基酸，其细胞存活率与商业基础培养基相当，可用于哺乳动物细胞培养。Tuomisto等的研究表明，相较传统畜牧业生产肉类，利用微藻营养源培养动物细胞生产细胞培养肉可节约99%的土地、82%～96%的水资源、7%～45%的能源，同时减少78%～96%的温室气体排放。Haraguchi等研发了基于微藻的循环细胞培养系统，滨海绿球藻不仅高效消耗了动物细胞废培养基中的氨（首轮（91.8±8.6）%、次轮（93.2±4.0）%），还可提取比基础培养基DMEM更高浓度、更高含量的葡萄糖和氨基酸，回用于细胞培养形成循环。采用微藻替代谷物制备葡萄糖、氨基酸等营养物质，有效避免了谷物生产消耗1%～2%的全球年能源供应、3%～5%的全球天然气，以及氨肥生产导致的3%全球CO2排放，同时规避了谷物种植农药、化肥使用引发的环境污染，为提高细胞培养肉生产的可持续性提供了路径。

4.2 废弃培养基可持续化

动物细胞培养后，废培养基常由于营养物的减少和有毒代谢废物乳酸盐和氨的积累而被作为废弃物排放或处理，其资源化循环利用可分担部分细胞培养肉的环境影响。一项细胞培养肉LCA研究提供的代谢废物数据显示，年产10 000 t细胞培养肉的模型工厂年运营将产生3 200 t乳酸、16 t氨和1 t丙氨酸作为废弃物。通过回收这些副产品，可将其转化为生物塑料、化肥等下游原料的生产投入，其环保效益十分可观。例如，Wimble等设计了一套五步法废培养基乳酸回收工艺，通过LCA评估表明，该工艺回收的88%聚合物级乳酸，全球变暖潜值和累积能源需求相比商业发酵工艺生产的乳酸分别降低约25%和29%，显著降低环境足迹，且回收的乳酸极具经济效益，未来或可抵消细胞培养肉生产成本。

此外，已有研究证实可通过微生物发酵等技术实现废培养基的高价值转化，如用废培养基生产重组生长因子等高价值产品。如Rizal等的研究证明，可利用哺乳动物细胞废弃培养基在乳酸乳球菌中重组表达FGF2-G3，据推算，发酵1 L哺乳动物细胞废弃培养基所产生的生长因子，足以通过发酵方式高效培养约52 L的培养肉，显著降低原料成本。还有研究利用微藻高效去氨又能水解提供营养物质的功能，构建闭环体系实现培养基循环利用，从而降低培养基的整体环境影响。如Thyden等的研究用含氨废培养基培养耐热微藻索氏小球藻去除氨，处理后的培养基重新用于鹌鹑成肌细胞培养，无细胞毒性且细胞代谢活性显著提升，降低了细胞培养成本。

4.3 能耗优化

优化能耗的关键策略是使用清洁能源供电。有研究指明细胞培养肉生产所需的能源必须来自可再生能源或核能等脱碳能源，如果用化石燃料电力，细胞培养肉的长期气候影响可能比牛肉更糟糕，因此细胞培养肉气候影响的相对优劣取决于脱碳能源发电水平。多项研究证实了使用可再生能源可有效降低细胞培养肉生产的环境影响。有研究表明，在细胞培养肉生产系统中采用可持续能源（50%的陆上风电和50%的太阳能光伏供电，地热能供热）替代传统能源（以化石能源为主，天然气供热），可使碳排放降低80%，且细胞培养肉的生产在所有环境影响类别中都优于牛肉、猪肉和鸡肉。El Wali等的研究显示，如果完全使用风能代替传统化石能源为蛋白质水解物培养基生产供电，能显著降低研究的所有环境影响指标；但若完全使用太阳能光伏供电，则会加剧部分环境影响，如淡水富营养化增加9%、颗粒物形成增加10%等。因此，细胞培养肉生产使用可再生能源是实现气候效益的关键，在工厂选址时尽可能优先考虑可再生能源丰富的区域，但要结合不同场景的不同环境特征，选择最科学、最合适的能源类型组合，才能在实现减排目标的同时，避免引发新的环境问题。

5 结 语

本文首先基于CiteSpace文献分析软件系统梳理了细胞培养肉领域的研究热点及环境维度的研究现状，其次基于LCA的方法学框架，总结并分析了细胞培养肉及其培养基LCA研究成果和不足，归纳总结了细胞培养肉及其培养基的环境热点，最后基于环境热点提出了提升细胞培养肉可持续性的路径。主要结论和展望如下：

1）国内外对于细胞培养肉的研究热点主要围绕技术开发、消费者接受度等层面，关于细胞培养肉环境影响维度的研究相对较少。采用LCA方法评估细胞培养肉环境影响的研究主要集中在国外，国内多项研究报道我国细胞培养肉技术已取得显著进展，但鲜见采用LCA方法评估细胞培养肉环境影响的研究报道。细胞培养肉的LCA研究不仅有助于研究者明晰细胞培养肉生产的关键环境热点，聚焦高环境贡献环节开展靶向性优化，也能让消费者更全面了解细胞培养肉这一新型替代蛋白的环境效益，从而促进对细胞培养肉的接受程度。因此，未来亟需开展更多关于细胞培养肉的环境影响评估研究，尤其加快开展基于我国本土数据清单的细胞培养肉LCA环境影响评估研究。

2）细胞培养肉LCA功能单位单一、系统边界不全：目前细胞培养肉的功能单位多基于质量，应考虑细胞培养肉作为食物提供营养的核心功能，建议运用更多单位如营养丰富食物指数、健康饮食指数、每日/年度膳食基准等，将环境影响与其营养价值相关联。目前系统边界多为摇篮到大门，本文充分梳理相关研究绘制了比较全面的全生命周期评估系统边界，为后续开展LCA评估提供参考。

3）获取完整的细胞培养肉数据清单存在困难：细胞培养肉企业的核心数据受行业竞争和商业保密限制，无法公开或上传至公共数据库，现有数据库也无法覆盖培养基所需的所有组分数据。针对数据稀缺和隐私受限的问题，一些学者提出了应对这一难题的两大创新方案：迁移学习与联邦学习大模型。迁移学习通过调用丰富的人类、小鼠生物医学研究领域的数据预训练模型，再将模型学到的知识迁移至细胞培养肉细胞模型构建中，可有效解决数据稀缺性问题并提升预测精度。而联邦学习通过“不传输企业原始数据，只传输模型参数”的机制，能实现跨机构协作训练，模型通过参数融合等系列算法填补数据缺口的同时保护企业数据隐私。但是以上模型运用还有待解决的挑战，若能有效实施，迁移学习和联邦学习将通过实现数据高效型模型训练、跨学科知识交流以及安全的行业协作，为细胞培养肉生产带来变革。

4）生命周期影响评价方法不统一：细胞培养肉及培养基LCA研究的评价方法多用中点法，但具体方法选择不同，结果难以横向比较。此外，终点法应用较少，未来研究应加强终点法的应用，以更直观反映细胞培养肉产品给人类社会造成的直接影响。

5）通过总结分析细胞培养肉及其培养基的LCA研究成果可得，细胞培养肉的环境影响主要集中在能源消耗和培养基的制备，培养基的环境热点取决于其配方，最广泛使用的基础培养基DMEM/F12的环境热点为氨基酸和葡萄糖的生产。

6）基于细胞培养肉及其培养基的环境热点，结合最新研究成果，梳理出系列提升细胞培养肉环境可持续性的核心路径：在培养基配方优化方面，研发微藻基培养基降低对传统谷物的依赖；在废培养基资源化利用维度，高效回收废培养基的代谢产物乳酸和氨进行资源化利用，同时实现废培养基高值化、废培养基循环使用；在能耗优化维度，推动可再生能源替代传统化石能源。

综上所述，细胞培养肉行业的清洁生产需要多方面努力。未来可将计算流体力学（CFD）数值模拟与LCA相结合，开展耦合分析研究。通过CFD技术优化生物反应器的设计与运行参数，再借助LCA量化评估优化方案对细胞培养肉生产过程中能耗及各类环境影响的削减程度，为该领域的绿色低碳发展提供技术支撑。另外，需推动细胞培养肉生产企业数据共享，通过整合多场景实测数据以填补数据缺口、增加样本量降低个体数据偶然性、统一数据指标定义与计量方法，进而降低细胞培养肉LCA各类参数的不确定性，实现评估精度的提升，推动细胞培养肉行业向更加可持续的方向发展。

作者简介

通信作者：

董黎明 教授

北京工商大学 轻工科学与工程学院 博士生导师

中国轻工业清洁生产和资源综合利用重点实验室（北京工商大学）主任，全国生物发酵绿色产业链分析和碳排放评估技术中心（北京工商大学）主任。长期从事轻工行业环境保护与清洁生产研究，在轻工行业废弃物资源综合利用、企业清洁生产与产品生命周期分析等领域成果丰硕。制定并发布环境部标准3 项，北京市地方标准1 项、团体标准2 项，主编著作1 部，参编著作3 部；发表论文50余篇，授权国家发明专利8 项，获轻工业联合会2011年科技进步一等奖（排名第三）和2022年科技进步二等奖（排名第四），商业联合会2019年科技进步一等奖（排名第一）。

第一作者：

阿月尔古力·阿布都尼亚孜 硕士研究生

北京工商大学轻工科学与工程学院

维吾尔族，中共党员，研究方向为替代蛋白生命周期评价，曾获2025年四川省大学生全生命周期碳中和创新大赛三等奖；国家励志奖学金、研究生综合一等奖学金等多项荣誉。

引文格式：

阿月尔古力·阿布都尼亚孜, 陈舒婷, 于素萍, 等. 细胞培养肉及其培养基的生命周期环境影响研究进展[J]. 食品科学, 2026, 47(7): 415-425. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251021-134.

Ayueerguli·ABUDUNIYAZI, CHEN Shuting, YU Suping, et al. Research progress on the life cycle environmental impacts of cultivated meat and its culture medium[J]. Food Science, 2026, 47(7): 415-425. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251021-134.

实习编辑：刘芯；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为了帮助食品及生物学科科技人员掌握英文科技论文的撰写技巧、提高SCI期刊收录的命中率，综合提升我国食品及生物学科科技人员的高质量科技论文写作能力。中国食品杂志社拟定于2026年8月13—14日在安徽合肥举办“第13届食品与生物学科高水平SCI论文撰写与投稿技巧研修班”，为期两天。

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为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“第六届食品科学与人类健康国际研讨会”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到）在中国 安徽 合肥召开。

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为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。

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