循环食品系统方法可以支持当前的欧洲蛋白质摄入量水平

原文标题：

Circular food system approaches can support current European protein intake levels while reducing land use and greenhouse gas emissions

来源期刊：

nature food

发表年份：

2024年

作者信息：

Wolfram J. Simon, Renske Hijbeek, Anita Frehner, Renee Cardinaals, Elise F. Talsma & Hannah H. E. van Zanten

原文链接：https://www.nature.com/articles/s43016-024-00975-2

蛋白质转型和循环食品系统转型是支持食品系统可持续发展的两种拟议战略。本文模拟了欧洲各种动植物源蛋白质的比率下的循环食品系统，结果发现，在保持当前动植物源蛋白质比例（60:40）的前提下按照循环原则重新设计食物系统，与当前相比，最高可以减少44%的土地利用和70%的温室气体排放。若将该比例调整为40:60，则至多能减少60%的土地利用和81%的温室气体排放。当前蛋白质总摄入量与推荐摄入量之间的差异并未对最低限度的土地利用量和温室气体排放量产生重大影响。人均日动物源蛋白摄入量低于18g会导致营养不良。循环食品系统因土地使用或温室气体排放是否减少而异——这也突出了在制定促进人类健康和环境的政策时采用食品系统方法的必要性。

近年来，多个欧盟成员国都在积极寻求食品系统的变革。两种能够重塑粮食系统的方法受到越来越多的关注：蛋白质转型和循环食品系统转型。

欧洲的蛋白质转型方案是指减少动物蛋白质在人类膳食中的比例。当前，欧盟人均日蛋白质摄入量约为82g，其中包括49g动物源蛋白质，33g植物源蛋白质。欧洲食品安全局（EFSA）推荐人均日蛋白质摄入量（AR）为46g，比当前人均日蛋白摄入量低36g。多项研究表明，减少动物源蛋白质的摄入会对人类健康和环境产生积极影响。

然而，对于如何动物源蛋白质和植物源蛋白之间取得最佳平衡，以促进健康饮食的同时减轻环境压力，仍然缺乏共识。部分研究引入了循环性的概念，但未有研究将蛋白质过渡与循环性结合起来。

本文比较了维持现有蛋白质摄入量与将蛋白质摄入量降至推荐水平的两种膳食方法。以土地利用和温室气体排放衡量环境影响，并使用EAT-Lancet膳食和人类必需营养要求作为健康膳食的指标，使用生物物理循环食品系统(CiFoS)优化模型来评估动物源蛋白质植物源蛋白的最佳比率，对比分析了18种方案。

动物源蛋白质和植物源蛋白比率对环境的影响

1、在保持当前动物源蛋白质:植物源蛋白比例的情况下，通过优化消费、生产和贸易以建立循环型粮食系统，最多可实现的土地使用与温室气体排放的相对减少，分别为44%、70%，这种变化源于食品系统内如食品废物流的改善（如动物饲料）、动植物生产系统的优化、运输的减少等。2、在循环食品系统中并将提高植物源蛋白比例，可减少60%的土地利用和81%的温室气体排放，而蛋白质摄入量变化对其影响微乎其微。3、人均日动物源蛋白质摄入量低于18g会造成营养不良，因此需要种植更多营养密集型作物，导致土地使用扩大和温室气体排放增加。

图1 不同蛋白质摄入情景下的土地利用和温室气体排放以及日粮中动物-植物蛋白的份额

在所有向健康饮食转变的最佳方案中，蔬菜是唯一一种消费量增加的食品，这是因为蔬菜中微量营养素含量高，而且符合EAT-Lancet要求。但就总供应量而言，乳制品和谷物是最佳方案中蛋白质的主要供应者。

在当前的蛋白质摄入水平下，土地利用和温室气体排放的减少主要是由于蛋白质来源的转变。而在推荐摄入量下，当土地利用和温室气体排放量最小时，红肉和鸡蛋与乳制品的摄入量均减少。在土地使用最小化时，减少了20%的鱼类摄入量，温室气体排放最小化时，该数字为40%。仅有鸡肉摄入量在土地利用和温室气体排放量最小时均有所增加。就植物蛋白而言，仅有豆类和蔬菜摄入有所增加。在尽量减少土地使用（减少20%）的情况下，谷物是必不可少的蛋白质来源，但在尽量减少温室气体排放（减少45%）的情况下，谷物的摄入量则较低。

在推荐的蛋白质摄入水平下，当土地利用和温室气体排放最小化时，人均日动物源蛋白质摄入为18g（动物源蛋白质:植物源蛋白比为40:60），乳制品和谷物再次成为主要蛋白质来源，其次是蔬菜和红肉，此时，可能会导致钙、维生素B12和锌的缺乏，从而促使模型增加此类营养素含量较高的食物摄入。

图2：每种食物来源的宏量和微量营养素的选择

以最佳动物源蛋白质和植物源蛋白比率重新设计食品系统

在最佳情况下，减少土地使用和温室气体排放的一个关键因素是增加豆类产量，尤其是大豆。在向更健康膳食过渡的过程中，蔬菜和油料作物均大幅增加，饲料作物和永久性草地的土地份额却有所减少。此外，动物的数量有所减少。产蛋鸡、肉鸡和养殖鱼类在低土地利用和温室气体排放之间具有最大的协同作用。在所有最佳方案中，奶制品产量减少了约50%。乳制品仍然为食品系统中的主要食物，通过循环系统内人类无法食用的生物（如草）的升级循环，提供广泛的营养产品（例如牛奶、酸奶、黄油、肉、内脏）。

在40:60的动物源蛋白质:植物源蛋白比例与推荐蛋白质摄入量下，饮食限制在人均日动物源蛋白质摄入量为18g。这种少量的动物源蛋白质摄入能够鱼类、乳制品和牛肉保持在初始基线动物数量的一半，并消除了猪、蛋鸡和肉鸡，能够最大限度地减少土地使用和温室气体排放。

此外，在减少温室气体排放的最佳方案中，运输占温室气体排放总量的比例不到5%，而在对照情形中，运输占温室气体排放总量的比例约为50%。但食品系统过渡到更多以植物为基础的饮食会增加运输排放量，这是由于欧盟28国中的某些地区只种植特定地点的营养丰富的作物，因此必须从更远的地区采购食品。

图3：各作物组农业用地的相对作物份额、蛋白质摄入量和环境影响类别

尽管动物源蛋白质:植物源蛋白=40:60时，土地使用量和温室气体排放量最低，但结果表明，若按照循环原则重塑食品系统，则能够实现最大的相对减排。向更加循环的食品系统转变，会导致动植物生产系统的改变，并相应减少运输量。如，虽然动物源蛋白质的总消费量保持不变，但其构成发生了变化；饮食中鸡肉和鱼的摄入量增加，而红肉、奶制品和鸡蛋的摄入量减少。有机废物尽可能避免产生，即使产生，也会作为饲料或肥料得到有效再利用。

无论蛋白质摄入量是多少，减少土地使用和温室气体排放的最佳比例都是40:60。且其摄入量对环境的影响并不大，因为在当前和建议蛋白质摄入量下，对土地使用和温室气体排放影响最小的情况中，两者差异较小。

食品系统的重塑是复杂的，正如结果所示，在最大限度地减少土地利用和温室气体排放之间既存在权衡，也存在协同作用。减少土地使用和温室气体排放的策略如下：(1)按目前的蛋白质摄入量将膳食中的动物源蛋白质量减少33%，按建议的蛋白质摄入量减少42%，使动物源蛋白质与植物源蛋白的比例为40:60；(2)大幅减少动物数量；(3)优先种植豆类和蔬菜，通过新型育种策略提高豆科植物的竞争力。本研究也揭示了与运输相关的权衡问题，因为随着当地生产的增加，土地使用量也随之增加，但产量却有所下降，向更可持续的能源过渡可以克服这种权衡。

本研究证实了将循环性原则与蛋白质转型相结合的潜力，强调了采用综合食品系统方法的必要性。虽然政策制定者可能会将40:60比例设定为一个目标，但正如本研究的研究结果所强调的那样，其影响的多面性表明，其实施可能会导致不同的结果。在没有全面指导的情况下，单纯倡导40:60比率可能会导致意外的权衡，破坏决策者与土地利用、温室气体减排和其他影响相关的目标。至关重要的是，要强调综合粮食系统方法的重要性，以促进协同作用，并减少因过度关注单一环境影响而可能造成的权衡。本研究表明，粮食系统建模有助于深入了解循环性与蛋白质转型之间的相互作用，并有助于为粮食系统的可持续重新设计提供信息。

本研究基于CiFoS模型，即一个能够包含循环原则的生物物理食品系统优化模型。在CiFoS中，人类不可食用的副产品可以用作养殖动物的肥料或饲料，该模型通过最大限度地减少选定的环境影响（如土地使用或温室气体排放）或最大限度地减少与当前蛋白质食品供应的差异，同时满足人类饮食中的所有营养需求，促进了食物系统的重塑。在蛋白质方案中，该模型从植物、养殖动物和捕获的鱼类中选择食物，从而将土地使用或温室气体排放降至最低。CiFoS模型包含各种规模，从欧盟28国或一个国家到农业生态区。CiFoS模型由几个模块组成：人类系统、作物系统和养殖动物系统，包括水产养殖、捕捞渔业、残余物质流、运输和不同来源的温室气体排放。

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