Határok a fenntartható élelmiszerrendszerekben

Táplálkozás és fenntartható étrend

Ez a cikk a kutatási téma része

Átmenet a fenntartható élelmiszer- és takarmányrendszerekre Mind a 8 cikk megtekintése

Szerkesztette
RAKESH BHARDWAJ

Növényi Genetikai Erőforrások Nemzeti Irodája (ICAR), India

Felülvizsgálta
Somnath Mandal

Uttar Banga Krishi Viswavidyalaya, India

Ananthan R

Országos táplálkozási intézet, India

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

kritikus

  • Cikk letöltése
    • PDF letöltése
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Kiegészítő
      Anyag
  • Exportálás
    • EndNote
    • Referencia menedzser
    • Egyszerű TEXT fájl
    • BibTex
OSZD MEG

Eredeti kutatás CIKK

  • 1 Vidékgazdasági, Környezetvédelmi és Társadalmi Tanszék, Skóciai Vidéki Főiskola (SRUC), Edinburgh, Egyesült Királyság
  • 2 Ökológiai tudományok, James Hutton Intézet, Dundee, Egyesült Királyság
  • 3 Carbon Management Center, a skót Rural College (SRUC), Edinburgh, Egyesült Királyság
  • 4 Rowett Táplálkozási és Egészségügyi Intézet, Aberdeen Egyetem, Aberdeen, Egyesült Királyság
  • 5 Crop and Soil Systems, a skót Rural College (SRUC), Aberdeen, Egyesült Királyság

Bevezetés

Az üvegházhatásúgáz-kibocsátás csökkentésének céljainak elérése és a veszélyes éghajlatváltozás elkerülése érdekében sürgős globális intézkedésekre van szükség, amint azt az IPCC nemrégiben megjelent különjelentése (Kormányközi Klímaváltozási Testület, 2018) kiemeli. Az üvegházhatású gázok egyik fő forrása az élelmiszer-termelés, és különösen az állattenyésztési ipar, amely jelenleg a globális fehérjekészlet jelentős részét emberi fogyasztásra biztosítja (Steinfeld et al., 2006; Nijdam et al., 2012). Emiatt az üvegházhatású gázok kibocsátásának és egyéb káros környezeti hatások csökkentésének hatékony módjaként a globális fogyasztás átállítását állati eredetű fehérjéről növényi eredetű fehérjére javasolták (Pimentel és Pimentel, 2003; Westhoek et al., 2011; Aiking, 2014; Chaudhary et al., 2018; Intergovernmental Panel on Climate Change, 2018). Az állati fehérje növényi fehérjével történő nagy mértékű helyettesítésének további előnyei a mezőgazdasági földhasználat iránti kereslet csökkenése lenne a növényi fehérje-termelés nagyobb hatékonysága, a tápanyag környezeti veszteségének csökkenése és az emberi egészség javulása miatt (Shcherbak et al., 2014; Röös és mtsai, 2016, 2017; Ascott és mtsai, 2017; Altieri és Diaz, 2019; Zech és Schneider, 2019).

Anyagok és metódusok

A fő növények, a fő szárazföldi állattenyésztési fajok és az ehető állati termékek (állati tetem, tej, tojás) termeléséről (1961 és 2016 között rendelkezésre álló) globális, regionális és országspecifikus adatokat (évi tonnában) a a FAOSTAT élelmiszer- és mezőgazdasági adatbázisa (FAOSTAT, 2018). A növénytermesztés adatai több mint 160 tételből álltak. Ide tartoztak az egyes főbb növények (pl. „Szójabab”, „búza”, „kukorica”) vagy kisebb termények esetében termékcsoportok (pl. „Másutt nem említett gabonafélék”, „másutt nem említett hüvelyesek”) adatai. ). A termelési mennyiségek mellett a különböző növényfajok hozamát (tonna/hektár) a FAOSTAT adatbázisból nyertük. Ezt a hozaminformációt a későbbi elemzések során használták fel a különböző forrásokból származó növényi eredetű fehérje földigényének meghatározásához. Ugyanezt az adatbázist használták a szárazföldi állati termékek számszerűsítésére is. Az adatok megint a hús éves termelési adataiból (tonna/év) álltak (fajok vagy fajcsoportok szerint megadva, például: „Szarvasmarha”, „Sertés”, „Csirke”, „Juh”, „Törökország”, „Máshol nem élő madár” meghatározott ”stb.), tej (pl.„ Tehén ”,„ Bivaly ”), tojás (pl.„ Tyúk ”,„ Egyéb madár ”) és kisebb állati eredetű termékek, például méz.

A FAO termelési adatait alkalmazták a teljes emberi ehető fehérje és az egyes emberi ehető aminosavak termelésének számszerűsítésére az alábbi számítási keret felhasználásával. Először az egyes növényi és állati elsődleges termékek emberileg ehető részét meghatározták, az USDA élelmiszer-összetételi adatbázisának (USDA, 2018) és más forrásoknak, beleértve a tudományos szakirodalmat (Ertl és mtsai, 2015). Kisebb jelentőségű termékek esetében, ahol az emberi ehető frakcióra vonatkozó adatok nem találhatók, ezt feltételezzük, hogy megegyezik azokkal a hasonló termékekkel, amelyekre az adatok rendelkezésre álltak. Másodszor, kiszámították az egyes termékek emberben ehető frakcióinak fehérjekoncentrációját, főként az USDA élelmiszer-összetételi adatbázisának adatai és más források, beleértve a tudományos szakirodalmat (pl. Mattila és mtsai, 2002) alapján. Azoknál a termékeknél, amelyeket elsősorban állattakarmánynak szántak, a fehérje koncentráció meghatározásához a Feedipedia (2018) adatbázist használták. A több egyedi terméket tartalmazó termékcsoportok esetében (például: „Gabonafélék, máshol nem meghatározva”) átlagosan más hasonló termékeket használtak a kérdéses csoport fehérjekoncentrációjaként. Harmadszor, az emberi ehető fehérje teljes globális, regionális és országspecifikus termelését (tonna/év) a következőképpen határozták meg:

Hol HEPri az emberi ehető fehérje éves forrása a termelés (globális, regionális vagy országspecifikus) én (növényfaj, termékcsoport vagy állati termék típus szerint megadva), Prodi a fehérjeforrás éves termelése (évi tonna, globális, regionális vagy országspecifikus) én, Ői a fehérjeforrás emberi ehető frakciója én és Pri a fehérjeforrás fehérjekoncentrációja én. Végül az összes növényi eredetű emberi ehető fehérje és szárazföldi állati eredetű fehérje teljes globális termelési mennyiségét a megfelelő forrásspecifikus fehérjék mennyiségének összesítésével kaptuk.

Az esszenciális aminosavak (izoleucin, leucin, lizin, triptofán, treonin, valin, összes kén aminosav, összes aromás aminosav) koncentrációját az USDA (2018) adatbázis, a Feedipedia (2018) adatbázis és más források ( pl. Mattila és mtsai., 2002). Az egyes fehérjeforrások „korlátozó” aminosavait az alábbiak szerint azonosítottuk. Először az esszenciális aminosavak napi emberi szükségleteit a WHO ajánlásából (FAO/WHO/UNU, 2007) kaptuk. Példaként megállapítottuk, hogy a lizinszükséglet 30 mg kg -1 (testtömeg) d −1, a kén aminosav szükséglet pedig 15 mg kg −1 d −1. Ezután kiszámoltuk az egyes aminosavak napi szükségletének kielégítéséhez szükséges, egy adott eredetű fehérje (például bizonyos növényi vagy állati termék) teljes mennyiségét. Ez úgy történt, hogy az egyes aminosavak ajánlott napi bevitelét elosztottuk az egyes élelmiszerekből származó fehérjében lévő specifikus aminosav koncentrációjával. Végül azt a specifikus aminosavat tekintették az első korlátozó aminosavnak a termékben, amely az egyes élelmiszerekhez szükséges legnagyobb fehérjebevitelt eredményezte.

A lizin (és más esszenciális aminosavak) globális szükségletét (70 kg átlagos testsúlyt feltételezve) kiszámolták a jelenlegi népességre (7,6 milliárd) és a 2050-es évre 9,7 milliárdos előrejelzésre az Egyesült Királyság DESA 2015-ös jelentése (UN DESA, 2015).

Az egyes esszenciális aminosavak globális, regionális és országspecifikus termelését (tonna/év) a következőképpen határoztuk meg (a lizint itt példaként mutatjuk be):

Hol HELYSi az emberi ehető lizin forrásból származó éves termelése (évi tonna, globális, regionális vagy országspecifikus) én (növényfaj, termékcsoport vagy állati termék típus szerint megadva), Lysi a fehérjeforrás lizin-koncentrációja (g lizin/g fehérje) én és egyéb szimbólumok az 1. egyenletben találhatók.

Az egyes fehérjeforrások előállítása mellett a FAOSTAT (2018) adataival kiszámolták az országonkénti napi fejenkénti lizintartalmat, és meghatározták annak kapcsolatát az étrend szerkezetével, azaz a gabonaalapú fehérje arányával fehérje-ellátás más forrásokból. Mivel a FAO élelmiszer-ellátási adatai kevésbé részletesek, mint a termelési adatok, itt egyszerűsített megközelítést alkalmaztak. Ebben a megközelítésben az egyes országokban a fehérjekészletet öt kategóriába sorolták, nevezetesen: (1) állati eredetű; (2) gabonafélék; (3) olajos növények (beleértve a szóját és a földimogyorót); (4) hüvelyesek (azaz a szója és a mogyoró kivételével az összes többi hüvelyes); és (5) az összes többi növény. Ezután az összes kategória lizintartalmát súlyozott átlagként határozták meg az egyes kategóriákba tartozó összes élelmiszer globális termelési mennyisége és tételspecifikus lizin-koncentrációja (lásd fent) alapján.

Eredmények és vita

A globális élelmiszer- és mezőgazdaságra vonatkozó adatok (FAOSTAT, 2018) alapján az emberi ehető növényi fehérje össztermelése 2016-ban mintegy 410 Mt volt. Ez az ötször akkora, mint az állati eredetű emberi ehető fehérje termelése. alapú források (állatállomány). A globális fehérjekészlet FAO statisztikáinak (FAOSTAT, 2018) és a FAO termelési adatainak összehasonlítása azonban azt mutatja, hogy az emberi fogyasztásra szánt növényi fehérje (130 Mt) kínálata csak 1,5-szer nagyobb, mint az állati eredetű fehérje, ami azt jelzi, hogy az emberi ehető növényi fehérje túlnyomó részét valóban takarmányként használják.

1.ábra. Potenciálisan emberi ehető növényi fehérje globális termelése, bemutatva a legfontosabb fehérjetartalmú növényeket.

2. ábra. Válogatott növényekből nyert fehérje, amely megfelel annak a mennyiségnek, amely kielégíti a 70 kg-os felnőtt napi aminosavigényét. A potenciálisan korlátozó aminosavakat (lizin, triptofán, treonin és kén aminosavakat) külön-külön vizsgáljuk. A legmagasabb szükséges fehérjebevitelű aminosav jelzi az egyes termékek első korlátozó aminosavat.

3. ábra. Fehérje (A) és energia (B) kiválasztott élelmiszerekből nyerik, amely megfelel annak a mennyiségnek, amely 70 kg felnőtt napi napi lizin- és kén-aminosavigényét teljesítené. A piros sávok az állati termékeket, a kék sávok a növényi alapú termékeket és az árnyékolt sávok főtt termékeket jelzik. A vízszintes törött vonalak a teljes fehérje és energia napi ajánlott bevitelét jelzik. Az ábra azt mutatja, hogy a gabonafélék elsődleges lizinforrásként az energia és a fehérje túlfogyasztásához vezetne. A bab és a búza kombinációi jelzik a fehérje- és energiafogyasztást, ha a napi lizinigény 70 vagy 80% -át széles babból, a maradék teljes kiőrlésű búzából nyerik.

A különböző élelmiszerek aminosav-koncentrációjának változása mellett a fehérje/energia arány is erősen befolyásolja táplálékminőségüket. A 3B. Ábra a különböző élelmiszerekből nyert napi energiafogyasztás mennyiségét mutatja, amely megfelel a 3A. Ábrán látható fehérjebevitelnek. Ez azt bizonyítja, hogy ha a gabonafélék az esszenciális aminosavak (különösen a lizin) fő forrása, akkor akár a napi energiafogyasztás jelentős feleslegéhez vezet, akár pedig a lizin hiányához, ami megnehezíti az étrend kiegészítését más olyan tápanyagokkal, amelyek tápanyagot szolgáltatnának gabonafélékből nem kapható.

4. ábra. Empirikus összefüggés a gabonaalapú fehérjék fehérjetartalom aránya és az egy főre jutó napi lizintartalom között a különböző országokban. A FAOSTAT (2018) élelmiszer-ellátási adatai és az USDA (2018) táplálkozási adatbázisa alapján.

A teljes növényi fehérjetermeléshez (1. ábra) képest a növényi lizin termelése még inkább koncentrálódik kis mennyiségű árucikkben. A szója messze a növényi lizin legfontosabb forrása (5. ábra), amely évente körülbelül 2 Mt-val meghaladja a teljes gabonaalapú lizin mennyiségét. A globális élelmiszer-ellátásról szóló FAO-statisztikák (FAOSTAT, 2018) és a szójafehérje becsült lizinkoncentrációja alapján azonban csak körülbelül 0,25 Mt szójaalapú lizint (azaz a teljes termelés 3% -át) szállítanak emberi fogyasztásra, és a pihenést takarmányként használják. Szem előtt tartva, hogy a gabonafehérje nem alkalmas elsődleges lizinforrásként (amint azt a 3. ábra mutatja), egyértelmű, hogy a globális emberi táplálkozás jelenleg nagymértékben függ az állati eredetű lizintől. Látható az is, hogy a szárazföldi állatokból származó jelenlegi teljes globális lizintermelés valójában hasonló nagyságrendű, mint a globális emberi populáció teljes lizinigénye (5. ábra).

5. ábra. Állati eredetű termékekből potenciálisan emberi ehető lizin, szója, földimogyoró, minden egyéb hüvelyes növény, minden gabonafélék, minden egyéb növényi fehérje (FAOSTAT, 2018) és egyéb források globális előállítása [gyártott lizin a 2014-es adatok szerint (Global Market Insights, 2015); Grand View Research, 2015)]. A halakra és a tenger gyümölcseire vonatkozó becslés a FAOSTAT fehérjeellátási adatain alapul (FAOSTAT, 2018), mivel a FAO statisztikáiban nem álltak rendelkezésre globális termelési adatok. Az emberi fogyasztás jelenlegi globális kereslete a bevételi ajánlások és a becsült 2050-es kereslet alapján, az előre jelzett népességnövekedést követően szintén bemutatásra kerül.

Az új növényfajták és újfajta tenyésztési technikák elfogadásának előrehaladásával kapcsolatos bizonytalanságok miatt valószínű, hogy a szója és más hüvelyesek (és esetleg más, jelenleg rendelkezésre álló, lizinben gazdag növények) továbbra is a növényi alapú egyetlen globálisan elérhető potenciális elsődleges forrás maradnak lizin jelenleg és a közeljövőben. Ezeket a korlátozásokat figyelembe véve a lizin-rejtvény megoldásának jövőbeli forgatókönyvei többé-kevésbé négy lehetőségre korlátozódnak, nevezetesen: (1) több szójafehérje átvitele emberi fogyasztásra; (2) a szójától eltérő hüvelyesek vagy más lizinben gazdag növények termelésének növelése; (3) növényi lizin előállítása olyan forrásokból, amelyeket jelenleg nem emberi fogyasztásra használnak (például olajos magvak előállítása); vagy (4) lizin előállítása nem szabványos növényi forrásokból (például cukorból történő erjesztéssel). Mindezeknek a lehetőségeknek megvannak a maga előnyei, de komoly kihívások is.

A szójától való függés, mint az egyetlen növényfaj, amely lizint szolgáltat az embereknek (vagy az állatállománynak), nem problémamentes. Az elmúlt évtizedekben a szója termelése egyre inkább két régióra koncentrálódott, Dél-Amerikában és Észak-Amerikában (6. ábra). Valójában a világ szójababjának 80% -át csak három országban állítják elő; USA, Brazília és Argentína. Ennek a szójafüggőségnek vannak súlyos következményei a globális élelmezésbiztonságra vonatkozóan, amelyeket már felismertek például a fehérjetenyészetek előmozdítását célzó európai stratégiában (Fader et al., 2013; Európai Parlament, 2018). Ezért sürgősen meg kell fontolni a fehérjenövények nagyszabású termelésének lehetőségeit Amerikán kívül. Emberi ehető lizintermelés esetén ezek a lehetőségek a gyakorlatban a szója termelésére korlátozódnak a jelenlegi termesztési területén kívül, valamint a más hüvelyesek termesztési, összesítési és feldolgozási kapacitásának növelésére.

6. ábra. A szójaalapú lizin (Mt y −1) regionális termelése 1961 és 2016 között. A jelenlegi termelés két meghatározó területe Dél-Amerika (főként Brazília és Argentína) és Észak-Amerika (főleg USA).

A szójatermesztés új területekre történő bevezetése összetett. Például, bár Dél-Európában magas szójahozamot értek el, az utóbbi években az áru termelésében ezen a területen nem tapasztalható növekvő tendencia. 2016-ban a teljes dél-európai szójabab alapú lizintermelés csak körülbelül 0,05 Mt volt, vagyis a globális szójaalapú lizintermelés 0,6% -a. Ezenkívül vannak olyan régiók, mint Észak-Európa, ahol a szójatermelést az éghajlat korlátozza, és Közép-Európában is nehéznek találták a termelést, például a betegségekre való hajlam és a termesztés problémái miatt (Zimmer et al., 2016).

Idézet: Leinonen I, Iannetta PPM, Rees RM, Russell W, Watson C és Barnes AP (2019) A lizinellátás kritikus tényező a fenntartható globális fehérjetartalom elérésében. Elülső. Fenntartás. Food Syst. 3:27. doi: 10.3389/fsufs.2019.00027

Beérkezett: 2018. november 21 .; Elfogadva: 2019. április 4 .;
Publikálva: 2019. április 24.

Rakesh Bhardwaj, Növényi Genetikai Erőforrások Nemzeti Irodája (ICAR), India

Somnath Mandal, Uttar Banga Krishi Viswavidyalaya, India
R. Ananthan, Nemzeti Táplálkozástudományi Intézet, India