将果蔬废弃物生物转化为蚯蚓并作为一种 新蛋白质源：蚯蚓粉生产的环境影响外文翻译资料

将果蔬废弃物生物转化为蚯蚓并作为一种

新蛋白质源：蚯蚓粉生产的环境影响

Doriana E.A.Tedesco ^a,⁎,Cecilia Conti ^a, Daniela Lovarelli ^b, Elisa Biazzi ^c, Jacopo Bacenetti ^a,⁎

a Department of Environmental Science and Policy, Universitagrave; degli Studi di Milano, Via G. Celoria 2, 20133 Milan, Italy

b Department of Agricultural and Environmental Science, Universitagrave; degli Studi di Milano, Via G. Celoria 2, 20133 Milan, Italy

c Council for Agricultural Research and Economics — Zootechnics and Aquaculture Research Center, CREA-ZA, viale Piacenza 29, 26900 Lodi, Italy

摘要：粮食浪费被认为是影响粮食供应链可持续性的一个全球性问题。避免粮食浪费是减少自然资源（土地、水、化石能源）的不必要开发和减少温室气体排放的关键。 在此背景下，利用果蔬垃圾(FVW)作为新鲜蚯蚓的生长底物，生产用于饲料和食品的干粮，可以作为一种可行的减少粮食浪费的方案。因此，本研究的目的是评价FVW生物转化为蚯蚓粉作为新的食物/饲料来源的环境影响。本研究采用了生命周期评估(LCA)的属性分析方法，并通过蚯蚓之间的经济分配来解决系统的多功能性。结果表明，蚯蚓堆肥过程中甲烷、一氧化碳和氨的排放以及FVW的输送和电的消耗是工艺的关键。生产的蚯蚓粪用作食品比作为饲料具有更高的经济价值，冷冻干燥比烘箱干燥具有更高的经济价值和更高的电力消耗，因此，提高生产率和降低能耗是提高蚯蚓粉作为食物/饲料来源的可持续性所必需的。

关键词：生命周期评估；循环经济；果蔬废弃物；蚯蚓；新型食品/饲料蛋白质；可持续性

1. 导言

粮食浪费已被认为是影响粮食供应链可持续性的一个重要的全球问题(Tonini等，2018年)。在整个生命周期中，在农业/工业和国内阶段，在食品残渣和浪费食品方面发生的损失可占食品初始重量的60%(Notarnicola等，2017年)。据联合国粮食及农业组织（FAO）称，全世界每年生产的粮食中约有13亿吨在供应链上被浪费(FAO，2011)。

粮食浪费问题会造成严重的环境、经济、社会影响，导致自然资源（土地、水、化石能源）的不必要开采、温室气体的大量排放(Pham等，2015年)。生产出来的食物沿着食物链的流失和浪费量，约占全球淡水资源总量的四分之一，以及使用和流失的耕地总面积的四分之一，其中包含了应计算在内的生产阶段的损失，(Kummu等，2012年;Porter等，2016年)。据估计，几类食品的全球增温潜能值（GWP）中值为：田间种植的蔬菜0.37CO2-eq/kg，田间种植的水果0.42CO2-eq/kg，反刍动物肉类的数值最大，为26.61 CO2-eq/kg无骨肉类(BFM)(Clune等，2017年)。

果蔬垃圾(FVW)是最主要的食品垃圾，尤其在工业化地区(FAO，2011;Porter等，2016年)。在欧盟，几乎50%的食品垃圾是由家庭产生的(DeLaurentiis等，2018年)。由于果蔬垃圾具有较高的生物降解性，具有很大的再利用、回收和能源回收价值(Plazzotta等，2017年)。另一方面，动物源食品需求的增长模式(Alexandratos和Bruinsma，2012年;联合国，2017年)需要将陆生无脊椎动物作为其他动物类食物蛋白质的补充(粮农组织，2013年)。一种可能的策略是利用FVW作为陆生无脊椎动物的饲养底物，作为饲料/食品供应链的潜在蛋白质来源。陆生无脊椎动物是以下两个问题的潜在解决方案：1)食物废物数量的增加，如果管理不当，可能造成环境污染；2)全球对供应人类和动物营养所必需的食物和饲料的需求增加(Salomone等，2017年)。

现行的蛋白质来源补充主要是将昆虫类陆地无脊椎动物视为人类食物(Oonincx和De Boer，2012年;Halloran等人，2016年)和动物饲料(Smetana等，2016年;Salomone等，2017年;Tallentire等，2018年;Thevenot等，2018年)。相较于其他陆地无脊椎动物外，蚯蚓是一个有可能具有可行性的解决方案。在自然界中，蚯蚓生长在各种各样的有机材料上(Edwards，1988年，由于它们是土壤生态系统中有机废物分解的主要驱动因素(Lim等，2016年)甚至被称为“生态系统工程师”(Jones等，1994年)。

蚯蚓对生态系统有利，可以改变土壤的物理化学性质(Singh等，2016年使土壤保持有氧条件(Nigussie等，2016年)。蚯蚓进食量大，能实现废物的生物降解(Sims and Gerard，1985年;Sinha等，2008年)。因此，它们可以被喂食不同类型的废物，如FVW(Chatterjee等，2014年;Huang等，2016年;Huang和 Xia，2018年)此外，在FVW处理中蚯蚓堆肥比传统堆肥更有效地减少温室气体排放和氮损失(Yang等，2017年;Swati and Hait，2018年;Colon等人，2012)。从环境的角度来看，蚯蚓堆肥工艺排放的NH3，CH4和N2O比堆肥过程低三个数量级(Lleo等，2013年)。此外，从蚯蚓堆肥过程来看，产生的蚯蚓粪是一种优良的高质量生物活性改良剂，可提高土壤肥力。根据蚯蚓肠道转运机制可将蚯蚓堆肥作为一种很有前途的卫生技术，与堆肥工艺相比，蚯蚓堆肥不产生病原体(Soobhany等，2017年;Yang等，2017年)。蚯蚓堆肥是一种有价值的FVW处理方法。

1. 材料和方法

为了评价蚯蚓生产系统的环境影响，采用了生命周期评价(LCA)方法。LCA是一种全球公认的系统方法，由一套系统的程序组成，将所研究系统的输入和输出转化为其相关的环境影响，采用ISO标准14040/44方法(国际标准化组织，2006年)。本研究采用归因方法的方法框架。它允许模拟蚯蚓(赤子爱胜蚓)的生产过程，而不考虑由于使用蔬菜废物和引入蚯蚓源蛋白质而对市场产生的潜在影响。

根据ISO14040/44(国际标准化组织，2006年)，LCA涉及四个不同和相互依存的阶段，所有这些都将在下一节中详细讨论。这些阶段包括界定和分析：

目标和范围，包括功能单元的选择和系统边界的定义；

1. 生命周期清单，包括系统与环境之间以及通过被评估系统中不同子系统和操作的能量和物质的定义；
2. 影响评估，在此期间，将清单数据转换为环境指标(即环境影响类别)；
3. 讨论和解释结果，总结清单分析和影响评估的结果，进行敏感性和不确定性分析，并提出建议。

2.1 目标和范围定义

赤子爱胜蚓分布广泛(Bouche,1977年;Sims和Gerard,1985年它的特点是对各种环境因素的高度耐受性、较高的消耗率、有机物质的消化和同化率以及较高的繁殖率(Bhat等,2018年;Dominguez和Edwards,2010年)。赤子爱胜蚓的成年蚯蚓体重可达0.55克g(Dominguez和Edwards,2010年)，长度可达60-120mm，直径可达3-6mm(Sims和Gerard，1985年)。蚯蚓雌雄同体(Edwards和Bohlen，1996年)，但通常通过交配和交叉受精进行繁殖，之后每一个交配的个体都能产生茧(Dominguez和Edwards，2010a)。从新结茧到成熟大约需要45到51天(Dominguez and Edwards，2010年)。最佳生长条件为温度在25-30℃之间，水分为75-90%(Edwards，1988年和pH为5-9，7.0左右最佳(Kaplan等，1980)。在最佳的温度和湿度条件下，5公斤的蚯蚓大约可以在30天内将1吨废物变成蚯蚓粪(Sinha等，2010年)。

本研究的内容是FVW生物转化为干蚯蚓粉作为一种新型食品和饲料蛋白来源的环境概况。本研究采用LCA方法对意大利北部的一家小型蚯蚓生产工厂进行环境影响分析。

目前，意大利的蚯蚓生产工厂很少，它们都是小规模或实验室规模的，生产过程相当标准化。

本研究的研究问题如下：

- 蚯蚓粉生产对环境的影响有多大？

- 评价过程的关键环境要素有哪些？

这项研究的结果将特别对决策者有用，这是关于使用FVW饲料生产蚯蚓蛋白质的全面环境影响评估的第一个结果。

2.2 功能单位

功能单元(FU)的选择对于与其他研究进行公平比较和充分评估至关重要。根据国际标准化组织14040(ISO 14044，2006年)，FU被定义为产品系统的量化性能，并用作LCA中的参考单元。

目前，文献中很少有相关研究。鉴于蚯蚓工艺在新的食物/饲料蛋白质生产的作用，本研究中选择的FU为1公斤干蚯蚓粉。

2.3 蚯蚓粉生产工艺说明

本研究对位于意大利北部莱科省((45°55′23Prime;N，9°19′34Prime;E))的小规模蚯蚓生产系统进行了环境影响分析。蚯蚓粉生产过程分为两个子系统(SS)：

- SS1，其特点是生产新鲜蚯蚓和蚯蚓粪，

- SS2，其中新鲜蚯蚓用于蚯蚓粉生产。

2.3.1 子系统1：新鲜蚯蚓和蚯蚓粪生产

本研究由米兰研究大学动物伦理委员会批准（30.01.17;ethical code number 02/17）

新鲜的蚯蚓和蚯蚓粪是在34m2的饲养区进行生产的，饲养区由无纺布制成，用于避免水停滞和蚯蚓逃逸。该地区被一张网覆盖，以避免捕食者的伤害。蚯蚓幼虫和成虫混合放置，初始密度为1kg/m2，并在由FVW组成的饲料基质上饲养。

FVW是由一家生产即食产品的水果和蔬菜生产商提供的，其构成因蔬果生长和加工过程的季节性而异。废弃物主要是热带水果，如菠萝、木瓜、芒果、猕猴桃以

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