来源：Environmental Benefits of Yeast Postbiotic Saccharomyces cerevisiae in Broiler Production: A Life Cycle Assessment Approach.（Animals (Basel)）| 编译：DNA Lab Space
导读
肉鸡养殖面临热应激和病原挑战双重压力，抗生素促生长剂的使用又受到严格限制。本研究采用生命周期评估方法，系统比较了在日粮中添加酿酒酵母后生元对肉鸡生产环境影响的差异。基于美国、巴西、巴基斯坦和墨西哥六项试验数据，研究发现酵母后生元 supplementation 可使碳足迹降低8.4%，相当于每公斤活重减少0.19 kg CO₂当量排放，同时改善饲料转化率和降低死亡率。该研究为后生元作为可持续畜牧生产策略提供了量化环境证据。
研究背景
全球肉鸡产业在满足日益增长的动物蛋白需求方面扮演着关键角色，却同时面临生产效率、动物福利和环境可持续性的多重挑战。热应激作为全球变暖的直接后果，在高温地区尤为突出，会损害家禽的饲料消化和免疫系统功能，导致采食量下降、体重增长减缓、死亡率升高和产品质量降低。热应激还会过度增加活性氧的产生，引发炎症反应，造成菌群失调并加剧坏死性肠炎病变的严重程度和发生率，进而推高抗生素使用量。欧盟已禁止将抗生素作为生长促进剂使用，这促使产业界寻求替代方案。后生元因其增强营养利用、抑制病原增殖和抗氧化特性而受到关注。本研究旨在通过生命周期评估方法，量化在肉鸡日粮中添加特定酿酒酵母菌株后生元在不同地理区域和应激条件下的环境效益。
研究方法
2.1 系统描述
本研究所分析的畜牧系统代表了北美、南美和亚洲三个地区的典型大规模生产系统。系统边界定义为“从摇篮到农场大门”，即考虑从种植（包括上游投入）到农场大门的全部物质过程，简化概览见图1。分析涵盖了从作物种植到酿酒酵母在工厂储存（包括运输）的所有“上游”活动，以及包括饲喂、养殖和肉鸡收获在内的农场层面“下游”作业。加工、分销或动物消费等进一步“下游”活动不在考虑范围内，因为定义止于农场大门。上游和下游数据来源于Agri-Footprint v6和Ecoinvent 3.8数据库。按照产品环境足迹类别规则指南的建议，建筑物和机械等资本货物被排除在评估之外。
2.2 生命周期评估一般原则
生命周期评估是一种用于评估产品整个生命周期环境影响的方法，其原则和指南由国际标准ISO 14040和ISO 14044确立。一项LCA研究包含四个阶段：（1）目标和范围定义，包括功能单位和系统边界的规范；（2）生命周期清单，涉及收集所有相关过程的输入和输出数据；（3）生命周期影响评估，量化环境影响；（4）解释，包括分析和验证结果（图2）。
2.3 目标和范围定义
本研究的目标是评估在两种条件（热应激或产气荚膜梭菌挑战）下，添加或不添加酿酒酵母的肉鸡生产对环境的影响。功能单位定义为农场层面1公斤肉鸡活重增重。经济分配应用于饲料种植（主作物和作物残余物）和饲料加工（谷物和壳）阶段，符合动物饲料的PEFCR要求。在农场层面，分配基于系统分离原则，将环境影响在肉鸡肉和其他副产品（如粪便）之间进行归属。评估周期为42天（对应一个生产周期，每年七个周期，不包括服务时间）。
假设饲料从饲料厂到农场的运输平均距离为80公里。由于缺乏原始数据，饲料的总能量含量基于IPCC平均值18.45 MJ/kg饲料。由于酿酒酵母的生产最初不属于本研究范围，采用估算的代理值1.3 kg CO₂ eq/kg（基于出厂条件）代表该添加剂。根据一项内部研究，农场使用的公用设施（包括水、电、燃气和垫料消耗）基于二手数据。然而，这些投入具有区域特定的二次过程特征，取决于试验地点。
2.4 生命周期清单
配合饲料加工的清单元数据包括来自Agri-Footprint v6的农业数据集，涵盖饲料配方中每种单独成分。这些数据集包含了投入和资源（如作物产量、水资源利用、土地占用和转化、粪肥施用、化肥、石灰、农药、起始原料、能源和投入品运输）。由这些投入产生的排放——包括一氧化二氮（N₂O）、氨（NH₃）、硝酸盐（NO₃⁻）、一氧化氮（NOx）、二氧化碳（CO₂）、磷（P）、农药残留和重金属——也被纳入。此外，土地利用变化和泥炭氧化产生的排放也被考虑在内。
#### 2.4.1 饲料生产和配合饲料加工
配合饲料加工的能量需求（包括电力和热能）基于Agri-Footprint 6数据库的平均工业消耗数据建模。虽然热处理工艺可诱导美拉德反应等化学反应，但本研究LCA中未明确建模这些效应。具体采用以下数值：
- 电力消耗：每公斤配合饲料0.041 kWh。
- 热能：每公斤配合饲料0.99 MJ。
这些数值代表了现代饲料加工操作的行业平均值，包括粉碎、混合、制粒和冷却过程。根据各试验的地理位置应用了特定国家的能源结构数据。
#### 2.4.2 Agri-Footprint v6区域参考系统
区域参考系统是嵌入Agri-Footprint v6数据库中的标准化生命周期清单数据集，代表特定地理区域和农产品的平均生产系统。这些参考系统包括：
- 特定动物类别和生产阶段的平均饲料配方。
- 典型性能参数（生长速率、饲料转化率和死亡率）。
- 标准管理实践（饲养系统、粪便管理和能源使用）。
- 区域特定投入数据（能源结构、运输距离和投入施用率）。
- 基于区域条件的平均排放因子。
本研究使用区域参考系统用于：（1）补充试验中未测量的参数数据；（2）为一日龄雏鸡生产提供背景数据；（3）基于区域平均值建模公用设施消耗（水、电和燃气）；（4）在缺乏原始数据的场景下完善生命周期清单。参考系统确保了地理一致性，代表了美国、墨西哥、巴西和巴基斯坦的典型生产条件，与本研究纳入的六项试验地点相对应。
#### 2.4.3 农场排放建模
试验从雏鸡入舍持续到屠宰（6周），与肠道发酵、粪便管理和能源使用相关的排放按照政府间气候变化专门委员会（IPCC）及欧洲监测与评估计划/欧洲环境署（EMEP/EEA）指南计算。虽然IPCC第六次评估报告提供了更新数值，但本研究保留了2006年IPCC指南中的保守值，以确保与采用相同方法框架的先前家禽LCA研究的可比性。这些捕获的排放包括来自粪便管理系统和家禽舍的甲烷（CH₄）、直接一氧化二氮（N₂O）、氮氧化物（NOx）、非甲烷挥发性有机化合物（NMVOC）和颗粒物（TSP、PM2.5和PM10）。此外，由NH₃和NOx挥发产生的间接N₂O排放也被纳入分析。
农场消耗的公用设施（水、电、燃气和垫料）使用来自Agri-Footprint v6和Ecoinvent 3.8数据库的国家特定背景过程建模。具体消耗率如下：
- 水：每公斤肉鸡活重产出0.0037 m³。
- 电力：每公斤肉鸡活重产出0.041 kWh。
- 天然气：每公斤肉鸡活重产出0.99 MJ。
- 垫料（秸秆）：每公斤肉鸡活重产出0.079 kg。
#### 2.4.4 酵母后生元生产清单
酵母后生元添加剂（Safmannan®，Phileo by Lesaffre，Marcq-en-Barœul，法国）的生产使用1.3 kg CO₂ eq/kg添加剂的代理碳足迹值建模。该值来源于类似发酵基础产品的行业特定生命周期清单数据。
【数据】系统边界：cradle-to-farm gate；功能单位：1 kg 活重增重；评估周期：42天；运输距离：80 km；饲料总能：18.45 MJ/kg；添加剂代理碳足迹：1.3 kg CO₂ eq/kg；电力消耗：0.041 kWh/kg饲料；热能：0.99 MJ/kg饲料；水消耗：0.0037 m³/kg活重；电力：0.041 kWh/kg活重；天然气：0.99 MJ/kg活重；垫料：0.079 kg/kg活重
研究结果
LCA结果基于在四个国家（美国、巴西、巴基斯坦和墨西哥）开展、处于不同管理和挑战条件（热应激或产气荚膜梭菌挑战）下的六项研究。每项研究将酿酒酵母（按每吨饲料250–500克添加） supplementation 42天与阳性对照组进行比较。
3.1 全球变暖潜势和环境影响
各生产系统的平均环境影响和资源使用详见表1。总体而言，酿酒酵母（添加剂：AD） supplementation 较PC组减少了0.19 kg CO₂/kg活重的气候变化影响，相当于8.4%的减排。酿酒酵母在所有评估类别中的环境影响均低于PC组。在supplementation期间，在土地利用（−8.7%）、水资源利用（−7.7%）、资源利用（−7.9%）、酸化（−12.5%）、海洋富营养化（−9.5%）、淡水富营养化（−8.6%）、陆地富营养化（−12.6%）和颗粒物（−11.4%）方面均观察到有益效果（图4）。
【数据】碳足迹减排：0.19 kg CO₂/kg活重（8.4%）；土地利用：−8.7%；水资源利用：−7.7%；资源利用：−7.9%；酸化：−12.5%；海洋富营养化：−9.5%；淡水富营养化：−8.6%；陆地富营养化：−12.6%；颗粒物：−11.4%
3.2 酿酒酵母对碳足迹领域的影响
气候变化影响可分为三个领域：土地利用和土地利用变化（LUC）、化石燃料和生物源碳足迹。supplementation酿酒酵母的肉鸡平均足迹低于PC组，生物源碳使用减少14.3%，化石燃料使用减少8.3%，LUC减少8.1%（表2和图5）。
【数据】生物源碳使用：−14.3%；化石燃料使用：−8.3%；土地利用变化：−8.1%
3.3 按地理区域的贡献分析
总体气候变化影响因地理位置和管理系统而异（图6）。六项试验的环境影响按区域分析：美国/墨西哥（n = 4项研究）、巴西（n = 1项研究）和亚洲（n = 1项研究）。
对于美国/墨西哥试验，总体气候变化主要由饲料生产（化石燃料使用）驱动，贡献百分比为68%。supplementation酿酒酵母将碳足迹减少了0.11 kg CO₂ eq/kg活重（7.7%）。对于在巴西进行的试验，LUC是对潜在影响贡献最大的类别（71%），其次是化石燃料使用（28%）。supplementation通过LUC减少了0.10 kg CO₂ eq/kg（3.7%），通过化石燃料使用减少了0.03 kg CO₂ eq/kg（3.2%）。对于在亚洲进行的试验，LUC和化石燃料使用贡献几乎相等（分别为53%和44%），通过LUC和化石燃料使用分别使碳足迹减少了0.19 kg CO₂ eq/kg（18.3%）和0.24 kg CO₂ eq/kg（17.6%）。
酿酒酵母supplementation带来的总体环境效益主要贡献者是饲料（包括运输，占45.8%）和LUC（占36.8%）（图7）。这些比例随生产系统所在地而变化（图8）。
【数据】美国/墨西哥：饲料贡献68%，碳足迹减排0.11 kg CO₂ eq/kg（7.7%）；巴西：LUC贡献71%，碳足迹减排0.10 kg CO₂ eq/kg（LUC 3.7%）+ 0.03 kg CO₂ eq/kg（化石 3.2%）；亚洲：LUC 53%/化石44%，碳足迹减排0.19 kg CO₂ eq/kg（LUC 18.3%）+ 0.24 kg CO₂ eq/kg（化石 17.6%）；饲料含运输贡献：45.8%；LUC贡献：36.8%
3.4 肉鸡生产性能
总体而言，supplementation酿酒酵母的鸡只较阳性对照组表现出：FCR降低7.6%（图9a），BWG增加5.7%（图9b），死亡率降低44.1%（图9d）。两组采食量相似（图9c）。
对受到挑战的鸡只进行单独分析，显示出相似趋势。在遭受产气荚膜梭菌挑战或热应激的鸡只中，supplementation酿酒酵母分别使FCR降低6.9%和8.3%，BWG增加4.0%和7.2%。热应激鸡只的死亡率降幅（−78.7%）大于产气荚膜梭菌挑战组（−24.0%）。
【数据】FCR：−7.6%；BWG：+5.7%；死亡率：−44.1%；梭菌挑战组FCR：−6.9%，BWG：+4.0%；热应激组FCR：−8.3%，BWG：+7.2%；热应激组死亡率：−78.7%；梭菌挑战组死亡率：−24.0%；添加剂用量：250–500 g/吨饲料；试验周期：42天
3.5 敏感性分析
敏感性分析用于评估在添加剂生产排放方面使用代理值对本研究发现的影响（图10）。
3.6 不同条件下的气候变化影响
根据条件（产气荚膜梭菌挑战或热应激）分析，supplementation酿酒酵母对肉鸡生产相关气候变化类别的影响见图11。
【数据】原文未详述图10、图11的具体数值
讨论与解读
本研究旨在确定在肉鸡日粮中添加酵母来源后生元（酿酒酵母）能否在应激条件（热应激和产气荚膜梭菌挑战）下减轻生产系统的环境影响。研究结果表明，后生元supplementation不仅能改善动物生产性能，还能在不同地理区域显著降低碳足迹和其他环境指标。总体而言，试验实现了8.4%的碳足迹减排，相当于每公斤活重肉鸡产出减少0.19 kg CO₂ eq，其他环境影响类别的改善幅度在7.7%至12.6%之间。这些结果证实，在挑战条件下使用酵母细胞壁组分作为肉鸡生产策略，是提高生产力和环境可持续性的可行方案。
贡献分析显示不同地理位置的结果存在差异。饲料占北美温室气体排放的大部分（68%，相当于每公斤活重1.39 kg CO₂ eq），而LUC是巴西的主要贡献者（71%，相当于每公斤活重2.70 kg CO₂ eq）。这与报告美国肉鸡生产中饲料供给占温室气体排放82%的其他研究一致，也与巴西大豆种植扩张相关的LUC排放相符。
编译者解读：本研究将LCA方法引入后生元添加剂评价，为益生菌/后生元类产品提供了从"功效验证"到"环境量化"的方法论升级。其亮点在于跨地理区域的多场景设计——六项试验覆盖四种国家、两种应激模型，使结论具有普适性。8.4%的碳足迹减排主要来自饲料转化率改善的级联效应，这提示动物营养干预的环境红利可能被低估。局限在于添加剂生产数据采用代理值而非实测，敏感性分析虽验证了稳健性但未能完全消除不确定性。对合成生物学领域而言，该工作示范了如何用标准化LCA框架为生物技术产品赋予可量化的可持续性叙事。
参考来源
Conde-Aguilera JA, Boute CG, Riggi A, Dazeur C, Mori A. Environmental Benefits of Yeast Postbiotic Saccharomyces cerevisiae in Broiler Production: A Life Cycle Assessment Approach. Animals (Basel). PMID: 42588998.
PMID: 42588998