未来的食物:确保我们的全球粮食供应的可持续性

我们当前的食品供应系统不工作。全球大量的人还在挨饿,有不平等的获得健康、有营养的食物,伤害地球。与世界人口将增加到2050年的100亿人,有一个迫切的需要找到更可持续和健康的食物供应。在本文中,我们强调的最新研究发展为未来的食物。

与我们的食品供应链所面临的挑战

“目前有一种观点认为,我们的食品供应链模式不是特别适合今天,但我认为更重要的问题是如何在未来它会满足我们的需求,”说克莱尔Bomkamp资深科学家专注于培养肉和海鲜好的食物研究所,一个全球性的非盈利组织工作创新加速替代蛋白质。

“食品行业是一个复杂的系统,不能从个人的挑战,如温室气体排放的镜头或鱼类生物多样性的丧失。问题是我们如何建立一个系统,该系统将满足未来的需求,随着人口增长和收入导致增加要求肉和海鲜吗?”

2018年的一项荟萃分析估计,食品生产版本超过四分之一的人为温室气体,农业灌溉约占三分之二的淡水供人类使用。¹相同的报告估计,地球上37%的陆地面积已经用于食品生产,根据联合国粮食和农业组织,只有7%的我们的渔业“underexploited”。这表明稀缺的地球的资源已经和有多少机会扩大我们的海产品生产使用当前的方法。

解决方案一个可持续的粮食供应

2019年,国际研究人员提出了EAT-Lancet饮食餐计划持续养活2050人口估计的100亿人。²该计划呼吁广泛减少蛋白质消耗-人均约200克/天的肉、鱼和鸡蛋组成仅剩余的84克豆类和坚果。不仅仅是为了维持地球,而且人们的健康。

“许多慢性病都与我们的饮食,”解释道大卫·朱利安McClements特聘教授,马萨诸塞大学阿默斯特学院食品科学,美国。“人们多年来一直告诉吃大量的水果和蔬菜,但许多人没有时间,金钱或倾向。因此,我们需要看看我们可以加工食品方便,快速和负担得起的,而且健康和可持续。”

McClements说,有许多可能的解决方案,从基因编辑提高作物产量和弹性,使用机器人,自动化和人工智能来增加供应链的效率。但一个不可避免的事实是,我们当前和未来的消费的动物蛋白质是不可持续的。这就是为什么研究人员喜欢McClements正在设计替代动物性食物味道,可以煮熟的相同的方式,但这对环境和我们的健康有益。

植物性食物的选择

直到最近,McClement的研究主要集中在利用纳米技术封装的维生素和营养物质在食品保持稳定,提高养分的生物利用度。但当替代蛋白源的重要性变得很明显,他的研究小组转向设计植物性食物使用知识,食品生物化学如何影响口感、质地和外观。^3,4

“最大的挑战是,动物产品有独特的蛋白,不同于那些你发现在植物,“McClements解释道。”肉,这些柔软,纤维蛋白咀嚼时可取的质地和口感,而植物蛋白质是球形纳米大小的蛋白质球。我们需要哄骗这些个球放入字符串来模拟真实的肉产品的质地和微观结构”。

他们实现这一目标通过使用软物质物理原则。“如果我们把球形蛋白质和多糖,他们接受相分离,组织成两层,“McClements说。“当这个混合物轻轻搅拌,形成纤维结构,我们可以用食品级酶交联,锁定纤维。“这模仿微结构的肉,但这只是第一步。进一步发展需要实现纹理,肉类产品的外观和口感。“从烹调肉类来自棕色美拉德反应当蛋白质和碳水化合物与热量,例如,而多汁的食物取决于蛋白质的持水特性网络当你做它。我们可以加强这些食物与ω- 3脂肪酸或维生素或调整成分,避免血糖峰值,帮助人们管理糖尿病。”

培养的肉类和海鲜

另一种方法是培养肉从动物细胞系和鱼。事实上,目前有超过70年初创企业专注于发展非养殖肉输入,根据服务和产品- 2020年的行业报告,在2020年末,培养肉餐馆菜单上首次亮相新加坡批准了它作为一个成分炸鸡块产品。

“我觉得最激动人心的一件事-完成了在过去的几年中,正在建设一个社区的研究人员正致力于培养的不同方面海鲜和培养肉,“Bomkamp说。海鲜的研究仍然是早期,但GFI现在广泛的项目资助培养肉并为团队致力于新的赠款纳米纤维支架培养虾,藻类培养鱼类支架。

在发展的一个关键挑战非养殖肉和海鲜产品创建一个适当的支架上的细胞生长,使最终产品的质地、口感和外观的野生肉或鱼。“如果你把一个支架,你设计的牛肉和海鲜细胞生长,会工作吗?也许,但它可能不是好从味道和质地的角度来看,“Bomkamp解释道。“鱼类和哺乳动物肌肉的几何形状是不同的:与哺乳动物的肌肉你经常看到大理石花纹等特性,但由于鱼,如果你画一个圆角的鲑鱼有白线的脂肪和结缔组织,并面向纤维90度结构。这不仅是脚手架的设计是很重要的,但制造技术,开发这些在一个可伸缩的方式。”

最新进展包括开发类似成纤维细胞的细胞系的鱼鳍但出现分化成不同的细胞类型。⁵“这可能是改变游戏规则的领域如果可以拿一个方便种和鱼成纤维细胞系分化成所需的肌肉和脂肪细胞鱼片,“Bomkamp说。

未来的挑战和机遇

没有单一的障碍,站在发展中培养肉,一系列的司机从成本和规模的角度——即细胞培养的发展,媒体和生物反应器。今天“媒体可能是很大的挑战,但是相对容易解决,“Bomkamp说。“下一个挑战将是设计成本低、容易进行消毒食品级生物反应器”。

源材料,如细胞、生长因子和营养,也需要考虑。“我们可以考虑替代蛋白技术,但是我们要输入?”Bomkamp说。“另类海鲜需要丰富的ω- 3脂肪酸的来源,所以我们需要供应商的能力,扩大生产规模,无论是从藻类养殖、精密发酵、植物分子农业或细胞自由系统。”

“我们还需要了解发生了什么培养海鲜和肉类一旦被收获。传统肉不仅仅是肌肉,肌肉,经历了各种老化过程,受到各种因素的影响和屠宰后。一个主要的挑战是如何构建成一个产品在食品设施栽培的细胞系”。

也有重要的协同效应与可持续的粮食生产的其它方面。“培养肉变成了一个很好的解决方案是当我们生产清洁能源。替代蛋白质需要支持者也支持清洁能源和反之亦然”,Bomkamp说。“传统肉类生产的大底片之一,尤其是地面肉,是破坏森林和土地利用的变化捕获碳的能力。如果我们能扭转这一趋势,用更少的土地,产生我们所需要的食物,什么机会?我们需要事先考虑,以确保政策和激励措施允许额外的土地使用方式的气候中获益。”

但这些挑战为新一代的独特的机会来研究人员广泛的技能。“很容易认为这只是一门科学或商业问题,在现实生活中我们需要来自各种背景的人有不同的利益,从计算机科学家模型生物反应器设计厨师可以做这些产品,“Bomkamp说。

“这是一个非常激动人心的领域是在目前,“同意McClements。“我从来没有这么多的学生想在实验室里工作,因为每个人都很热爱这些植物性食物,用它们来改善人们的健康和环境的可持续性。”

引用

1。波尔J,她也是t .减少食品生产者和消费者的环境影响(校正出现在出版科学。2019,363 (6429):]。科学。2018,360 (6392):987 - 992。doi:10.1126 / science.aaq0216

2。威利•W, Rockstrom J, Loken B,在人类世et al .食品:EAT-Lancet委员会健康饮食从可持续食品系统。(校正出现在出版《柳叶刀》。2019,393(10171):530][校正出现在出版《柳叶刀》。2019,393(10191):2590][校正出现在出版《柳叶刀》。2020,395(10221):338][校正出现在出版《柳叶刀》。2020,396 (10256):e56]。《柳叶刀》。2019,393 (10170):447 - 492。doi:10.1016 / s0140 - 6736 (18) 31788 - 4

3所示。McClements DJ, Grossmann l .科学的植物性食物:构建下一代肉,鱼,奶,蛋类似物。压缩机转速食物Sci Saf。2021;20 (4):4049 - 4100。doi:10.1111 / 1541 - 4337.12771

4所示。McClements DJ, Grossmann l .简要回顾背后的科学健康和可持续的设计的植物性食物。NPJ Sci食物。2021;5 (1):17。doi:10.1038 / s41538 - 021 - 00099 - y

5。Tsuruwaka Y,岛田大肠再加工海鲜废料:挑战发展水生干净的肉鱼细胞。NPJ Sci食物。2022;6 (1):7。doi:10.1038 / s41538 - 021 - 00121 - 3