一種蝦頭綜合利用模式的生命周期評價

易湘茜，孫恢禮，陳 華

（1.中國科學院海洋生物資源可持續利用重點實驗室，中國科學院南海海洋研究所廣東省海洋藥物重點實驗室，廣東廣州510301；2.中國科學院研究生院，北京100049；3.廣西中醫學院藥學院，廣西南寧530001）

一種蝦頭綜合利用模式的生命周期評價

易湘茜1，2，3，孫恢禮1，*，陳 華1，2

（1.中國科學院海洋生物資源可持續利用重點實驗室，中國科學院南海海洋研究所廣東省海洋藥物重點實驗室，廣東廣州510301；2.中國科學院研究生院，北京100049；3.廣西中醫學院藥學院，廣西南寧530001）

以蝦頭為研究對象，針對一種常見的綜合利用模式，運用生命周期評價方法評價其環境性能和經濟性能。蝦頭的綜合利用模式：用復合酶對蝦頭進行酶解后離心，上清液制成富含游離氨基酸的復合調味基料，濾渣制成多功能飼料添加劑。按照生命周期評價方法，設計構建了由4個步驟組成的評價體系對蝦頭綜合利用模式的特性進行評價。結果顯示：該利用模式屬于清潔生產模式，產生的固體廢棄物很少、富營養化程度低，主要潛在影響是溫室效應；該利用模式能創造較大的附加值，同時對環境的影響較小，屬于較好的綜合利用模式。

生命周期，蝦頭，綜合利用，經濟性能，環境性能

我國水域遼闊，水生生物資源豐富。據統計，2008年，我國水產品總產量達到4890萬t，其中蝦產量在250萬t以上。蝦一般用于鮮食或者加工成冷凍蝦進行出口。蝦頭占蝦體重量30%～40%，在蝦類加工過程中，蝦頭一般成為加工廢棄物。蝦頭主要由蝦殼和可食部分構成，含有甲殼質28.5%，蛋白質42.1%，高級不飽和脂肪酸、鈣、鎂、磷等礦物質鹽類，還含有腦磷脂、卵磷脂、類胡蘿卜素、碳水化合物、纖維素等營養成分［1］。據估算，我國大陸每年剔除的蝦頭約40萬t，其中大部分用于生產飼料，少量用于制備幾丁質，大大降低了蝦頭的利用價值［2］。生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）作為一種新興的環境管理工具，是對一種產品及其包裝物、生產工藝、原材料、能源或其它某種人類活動行為的全過程，包括原材料的采集、加工、生產、包裝、運輸、消費和回收以及最終處理等，進行資源和環境影響的分析與評價的方法。LCA已被納入ISO14040環境管理體系，是一個重要的環境管理工具，已經形成了一種比較完善的評價方法體系。目前，國內外已有研究者在農產品和食品領域上開展了生命周期評價研究［3-8］。本文按照ISO的有關標準，采用LCA方法分析一種蝦頭綜合加工方法中生產各階段的能量消耗和環境排放，并對其經濟性能進行初步評價，從而為蝦頭加工企業實施清潔生產、改進生產環境性能提供機會和途徑。

表5 各影響類型加權后影響評價結果

1 材料與方法

1.1 實驗材料

蝦頭下腳料 廣東地區某市無頭凍蝦加工廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 蝦頭綜合利用的加工工藝流程 如圖1所示。

圖1 蝦頭綜合加工工藝流程

1.2.2 蝦頭加工利用的LCA分析 邊界設定：以上述蝦頭綜合加工模式為研究對象，以加工1000kg蝦頭為功能單位。本文只考慮與研究目的和功能單位直接相關的過程，不考慮工廠以外產生環境負荷的各階段，根據目前的企業實際生產布局，本文采用LCA分析蝦頭綜合利用模式的系統邊界如圖2所示。

圖2 蝦頭加工系統邊界的確定

2 結果與討論

2.1 清單分析

根據2009年中國電力統計年鑒報道，2008年全年發電量達到34047億kW·h，其中，水電發電量5276億kW·h，火電發電量27857億kW·h，核電發電量683億kW·h。水電屬于清潔型的能源，其電力生產中的污染產生量非常小，而核電所占比例非常小，因此，我們主要以火電的生產來分析其對環境影響。

我國6000kW以上的發電機組平均供電煤耗為404g/kW時，冷卻水消耗為2.18L/kW時。根據我國電力生產的結構，火電占81.82%，按實際權重進行分配，以及噸標準煤排放量基礎數據，可以測算出平均每度電的清單分析結果（表1）。

表1 1kW·h電量的清單分析

將電量的清單分析結果代入到對蝦利用模式分析公式中，得出對蝦利用模式的最終清單分析結果（表2）。

表2 對蝦利用模式的清單分析

2.2 影響評價

根據ISO14042國際標準［9］和我國標準GB24042 -2002的規范和建議［10］，將生命周期影響評價分為分類、特征化和量化3個階段。

2016年，政府主管部門已經開始對新能源汽車騙補進行核查。根據規定，凡2016年售出的車輛，運營滿3萬公里才可申領補貼，這個過程至少需要兩年半時間，這一政策直接導致新能源汽車相關企業普遍資金鏈緊張。

2.2.1 分類 分類是指將清單分析中的輸入和輸出數據歸到不同的環境影響類型的過程。對蝦利用過程中產生的環境影響類型如表3所示。

表3 蝦頭綜合利用模式中環境影響分類

2.2.2 特征化 特征化的目的是將每一個影響類目中的不同物質轉化匯總成統一的單元。主要目的是選擇一種衡量影響的方式，透過特定評估工具的應用，將不同的負荷或排放因子在各形態環境問題中的潛在影響加以分析，并量化成相同的形態或是同單位的大小（表4）。可再生資源消耗對環境影響不大，故忽略不計，資源消耗只計算不可再生資源消耗（ADP）。

表4 蝦頭綜合利用模式中各影響類型特征化結果

2.2.3 量化 量化是確定不同環境影響類型相對貢獻的大小或權重，以期得到總的環境影響水平的過程。經特征化后，得到了單項影響參數的影響加總值，而量化是為了計算出對蝦利用模式的綜合環境影響指標。在生命周期影響評價中，有不同的加權因子和加權方法，目前多采用多目標決策分析技術，如層次分析法（AHP）來計算各影響參數的權重。本研究為避免人為因素對評價結果產生較大偏差，采用常用的等權重方法進行計算，即取各類型權重系數均為0.2（表5）。

2.3 結果解釋

a.從清單分析看出，該蝦頭綜合利用模式中的能源消耗比較大，其中以水資源消耗最大，應通過改進工藝，選擇合理的加工方式降低水耗，實現工廠里水資源的綜合利用。

b.由環境影響評價可知，此類蝦頭綜合利用模式產生的固體廢棄物很少、富營養化程度低，主要潛在影響是溫室效應。

2.4 經濟性能初評

根據生命周期成本的組成，我們從原料階段、開發階段和廢棄物處理階段分別進行成本估算。

2.4.1 原料階段成本（C1） 原料成本主要包括各種原料購買、市場調研、可行性分析等。其中，蝦頭按1000元/t、酶按350元/kg計算，市場調研、可行性分析等占原料成本的0.3%～5%，我們取2%。則

C1=（1000×1+2×350）×（1+2%）=1734（元）

2.4.2 開發階段成本（C2） 開發成本主要包括能源消耗、設備折舊、產品的測試檢驗費及管理費等費用。參考行業特點，我們分別取這四類成本為銷售額的1%、5%、0.5%及11%。本生產模式得到兩種產品，其售價分別按照調味基料200元/kg、飼料添加劑1萬元/t計算，則銷售總額即銷售額（總產值），為兩種產品的產值之和，即91×200+0.259×10000= 20790元；C2=20790×（1%+5%+0.5%+11%）= 3638.25（元）

2.4.3 廢棄物處理階段成本（C3） 本綜合利用工藝中，所用的原料本身就是蝦在加工過程中的固體廢棄物，按照該利用模式，產生的固體廢棄物很少，考慮對生產中的廢水、廢氣等的處理，此部分的成本取銷售額的0.5%。

則C3=20790×0.5%=103.9（元）2.4.4 成本估算（C） 按照定義，總成本C=C1+C2 +C3，則總成本C=1734+3638.25+103.9=5547.62（元）

3 結論

本文將LCA應用于蝦頭加工工藝流程，考察蝦頭整個加工生命周期的原材料、能源消耗和污染物排放及經濟效益，通過定量分析各種環境潛在影響，為企業決策者選擇對環境更有益的生產工藝和管理系統提供依據。按照生命周期評價方法，設計構建了由4個步驟組成的評價體系對蝦頭綜合利用模式的特性進行評價。通過與其他蝦頭利用方式相比較［11-13］，結果顯示，該利用模式屬于清潔生產模式，產生的固體廢棄物很少、富營養化程度低，主要潛在影響是溫室效應。通過從傳統的技術經濟入手，結合生命周期成本分析的理念并進行拓展表明，以1t蝦頭為原料的綜合利用中，包括原料成本、開發成本、廢棄物處理成本的總成本合計約為0.55萬元，得到兩種產品的總產值約為2.079萬元，該利用模式能實現較好的經濟效益。

對對蝦利用模式的評價結果表明，蝦頭加工利用評價方法可以有效掌握蝦頭利用的整個過程的環境行為，確定其中優化資源、節省能源和減少污染的關鍵步驟，為優化利用模式提供基礎數據支持。

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Study on life cycle assessment（LCA）in shrimp head comprehensive utilization process model

YI Xiang-xi1，2，3，SUN Hui-li1，*，CHEN Hua1，2
（1.Key Laboratory of Marine Bio-resources Sustainable Utilization，South China Sea Institute of Oceanology，CAS，Guangdong Key Laboratory of Marine Material Medical，South China Sea Institute of Oceanology，CAS，Guangzhou 510301，China；2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；3.Guangxi University of Traditional Chinese Medicine，Nanning 530001，China）

Life cycle assessmen（tLCA）was used in the evaluation of comprehensive utilization of proposed model of shrimp head.Environmental infection and economic performance were analyzed during this process of comprehensive utilization.Materials and methods：Environmental infection and economic performance of one usual comprehensive utilization model of shrimp head can be evaluated by LCA.The process of the comprehensive utilization of proposed model of shrimp head can be described as follows：firstly，the shrimp head was hydrolyzed by papain proteinase and flavourzyme and then the enzymatic hydrolysate can be obtained by centrifugation.The composite basic seasoning material can be gotten finally by vacuum concentrate.Asides，filter residue can be produced feed additives.Results and discussion：According to shrimp head processing and utilization of the technology industry development and trends，the evaluation system had four parts.The process of this utilization model of shrimp head belonged to cleaner production.Based on it，the main environmental impact was greenhouse effect.The study showed that the comprehensive utilization patterns could create greater added value，and the environmental impact could be smaller，so it was a good comprehensive utilization processing method.

life cycle assessment；shrimp head；comprehensive utilization；economical performance；environment infection

TS254.1

A

1002-0306（2010）12-0069-03

2009-12-11 *通訊聯系人

易湘茜（1981-），女，博士研究生，主要從事海洋生物高值化綠色利用研究。

國家“863”計劃資助項目（2007AA091602）；國家科技支撐計劃課題（2008BAD94B08）；粵港關鍵領域重點突破項目（2007498611）；中國科學院知識創新工程重要方向創新項目（KZCXZ-YW-209）。