Хранене и устойчиви диети

Тази статия е част от изследователската тема

Преходи към устойчиви системи за храни и фуражи Вижте всички 8 статии

Редактиран от
RAKESH BHARDWAJ

Национално бюро за растителни генетични ресурси (ICAR), Индия

Прегледан от
Сомнат Мандал

Uttar Banga Krishi Viswavidyalaya, Индия

Ananthan R

Национален институт по хранене, Индия

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

лизин

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Департамент по селска икономика, околна среда и общество, Шотландски селски колеж (SRUC), Единбург, Великобритания
  • 2 Екологични науки, Институт Джеймс Хътън, Дънди, Великобритания
  • 3 Център за управление на въглерода, Шотландски селски колеж (SRUC), Единбург, Великобритания
  • 4 Rowett Institute of Nutrition and Health, University of Aberdeen, Aberdeen, Великобритания
  • 5 Системи за култури и почви, Шотландски селски колеж (SRUC), Абърдийн, Великобритания

Въведение

За да се постигнат целите за намаляване на емисиите на парникови газове и да се избегнат опасни климатични промени, са необходими спешни глобални действия, както се подчертава от неотдавнашния Специален доклад на IPCC (Междуправителствена група по изменение на климата, 2018 г.). Един от основните източници на парникови газове е производството на храни и особено животновъдната индустрия, която в момента осигурява голяма част от глобалното предлагане на протеини за консумация от човека (Steinfeld et al., 2006; Nijdam et al., 2012). Поради тази причина пренасочването на глобалното потребление от животински към растителен протеин се предлага като ефективен начин за намаляване на емисиите на парникови газове и други неблагоприятни въздействия върху околната среда (Pimentel и Pimentel, 2003; Westhoek et al., 2011; Aiking, 2014; Chaudhary et al., 2018; Междуправителствен панел по изменение на климата, 2018). Други предимства на широкомащабното заместване на животински протеини с растителни протеини биха били намаляване на търсенето на земеделска земя поради по-високата ефективност на производството на растителни протеини, намаляване на загубите на хранителни вещества в околната среда и подобрения в човешкото здраве (Shcherbak et al., 2014; Röös et al., 2016, 2017; Ascott et al., 2017; Altieri and Diaz, 2019; Zech and Schneider, 2019).

Материали и методи

Годишни (налични от 1961 до 2016 г.) глобални, регионални и специфични за страната данни за производството (тонове годишно) на основните култури, основните наземни животински видове и годни за консумация животински продукти (труп на животни, мляко, яйца) са получени от базата данни FAOSTAT за храните и селското стопанство (FAOSTAT, 2018). Данните за растениевъдството се състоят от над 160 позиции. Те включват данни за единични основни култури (напр. „Соя“, „Пшеница“, „Царевица“) или продуктови групи в случай на незначителни култури (например „Зърнени култури, неупоменати другаде“, „Бобови култури, неупоменати другаде“) ). В допълнение към производствените количества, добивът (тонове на хектар) от различни видове култури е получен от базата данни FAOSTAT. Тази информация за добива е използвана при последващи анализи, за да се определи нуждата от земя за растителен протеин с произход от различни източници. Същата база данни се използва и за количествено определяне на наземни животински продукти. Отново данните се състоят от годишни данни за производството (тонове годишно) на месо (посочени по видове или видови групи, например „Говеда“, „Свине“, „Пиле“, „Овце“, „Турция“, „Птици, които не са другаде посочено ”и др.), мляко (напр.„ Крава “,„ Бивол “), яйца (напр.„ Кокошка “,„ Други птици “) и незначителни продукти на животинска основа, като мед.

Данните за производството на ФАО са приложени за количествено определяне на производството на общ човешки хранителен протеин и единични човешки хранителни аминокиселини, като се използва следната изчислителна рамка. Първо, беше уточнена човекоядствената фракция на всеки от първичните продукти от култури и животни, въз основа на данни от базата данни за състава на храните на USDA (USDA, 2018) и други източници, включително научна литература (Ertl et al., 2015). В случай на незначителни продукти, при които не могат да бъдат намерени данни за човешката ядлива фракция, се приема, че това е същото като при подобни продукти, за които са налични данните. Второ, бе изчислена концентрацията на протеини в човешката ядлива фракция на всеки продукт, главно на базата на данни от базата данни за хранителния състав на USDA и други източници, включително научна литература (напр. Mattila et al., 2002). В случай на продукти, които са били предназначени главно за фураж за добитък, базата данни Feedipedia (2018) е използвана за определяне на концентрацията на протеин. За продуктови групи, съдържащи няколко единични продукта (напр. „Зърнени храни, неупоменати другаде“), като концентрация на протеин на въпросната група е използвана средна стойност на други подобни продукти. Трето, общото глобално, регионално и специфично за страната производство (тонове годишно) на човешки хранителни протеини беше посочено, както следва:

Където HEPri е годишното производство (тонове годишно, глобално, регионално или специфично за страната) на човешки хранителни протеини от източник i (посочено по видове култури, продуктова група или вид животински продукт), Продi е годишното производство (тонове годишно, глобално, регионално или специфично за страната) на източника на протеин аз Тойi е човешката ядлива фракция на източника на протеин i и Pri е концентрацията на протеин в източника на протеин i. И накрая, общите глобални производствени количества на всички растителни човешки ядливи протеини и наземни животински протеини са получени чрез агрегиране на количествата на съответните специфични за източника протеини.

Концентрациите на незаменими аминокиселини (изолевцин, левцин, лизин, триптофан, треонин, валин, общо сяра аминокиселини, общо ароматни аминокиселини) са изчислени с помощта на данни от базата данни USDA (2018), базата данни Feedipedia (2018) и други източници ( напр. Mattila et al., 2002). „Ограничаващите“ аминокиселини на всеки източник на протеин са идентифицирани, както следва. Първо, дневните нужди на човека от незаменими аминокиселини са получени от препоръката на СЗО (FAO/WHO/UNU, 2007). Като пример, бе определено изискването за лизин да бъде 30 mg kg -1 (телесно тегло) d -1, а необходимостта от сярна аминокиселина 15 mg kg -1 d -1. След това се изчислява общото количество протеин от специфичен произход (напр. Определена култура или животински продукт), необходимо за изпълнение на дневните нужди на всяка аминокиселина. Това беше направено чрез разделяне на препоръчителния дневен прием на всяка аминокиселина на концентрацията на тази специфична аминокиселина в протеина, произхождаща от всеки хранителен продукт. И накрая, специфичната аминокиселина, довела до най-високия общ прием на протеин за всеки хранителен продукт, се счита за първата ограничаваща аминокиселина в този продукт.

Глобалната потребност от лизин (и други незаменими аминокиселини) беше изчислена (приемайки 70 kg средно телесно тегло) за настоящата популация (7,6 милиарда) и за 2050 година прогноза от 9,7 милиарда, след доклад на Обединеното кралство DESA 2015 (UN DESA, 2015).

Общото глобално, регионално и специфично за страната производство (тонове годишно) на всяка незаменима аминокиселина е посочено по следния начин (лизинът е показан тук като пример):

Където HELysi е годишното производство (тонове годишно, глобално, регионално или специфично за страната) на човешки ядлив лизин от източник i (посочено по видове култури, продуктова група или вид животински продукт), Лисi е концентрацията на лизин (g лизин на g протеин) на източника на протеин i и други символи са като в уравнение 1.

В допълнение към производството на всеки източник на протеин, данните FAOSTAT (2018) бяха използвани за изчисляване на специфичните за страната дневни доставки на лизин на човек и за определяне на връзката му със структурата на диетата, т.е. дела на протеините на зърнена основа доставка на протеини от други източници. Тъй като данните за предлагането на храни на ФАО са по-малко подробни от данните за производството, тук е използван опростен подход. При този подход предлагането на протеини във всяка страна е разпределено в пет категории, а именно: (1) животински; (2) зърнени култури; (3) маслодайни култури (включително соя и фъстъци); (4) варива (т.е. всички други бобови растения с изключение на соя и фъстъци); и (5) всички други култури. След това съдържанието на лизин за всички тези категории беше определено като среднопретеглена стойност въз основа на глобалните производствени количества и специфичните концентрации на лизин (виж по-горе) на всички хранителни продукти, принадлежащи към всяка категория.

Резултати и дискусия

Въз основа на глобалните данни за храните и селското стопанство (FAOSTAT, 2018), общото производство на човешки хранителни растителни протеини е около 410 Mt през 2016 г. Това е пет пъти по-високо от производството на човешки хранителни протеини, произхождащи от животински базирани източници (добитък). Сравнението на статистическите данни на ФАО за глобалните доставки на протеини (FAOSTAT, 2018) с данните за производството на ФАО показва, че предлагането на растителен протеин за консумация от човека (130 Mt) е само 1,5 пъти по-високо от предлагането на животински произход протеин, което показва, че по-голямата част от човешките хранителни растителни протеини всъщност се използват като храна за животни.

Фигура 1. Глобално производство на потенциално човешки хранителни растителни протеини, показващи най-важните протеинови култури.

Фигура 2. Протеин, получен от избрани култури, съответстващ на количество, което отговаря на дневните нужди от аминокиселини на възрастен 70 кг. Всяка от потенциално ограничаващите аминокиселини (лизин, триптофан, треонин и сярна аминокиселина) се разглежда отделно. Аминокиселината с най-висок необходим прием на протеин показва първата ограничаваща аминокиселина във всеки продукт.

Фигура 3. Протеин (А) и енергия (Б) получени от избрани хранителни артикули, съответстващи на количество, което отговаря на дневните нужди от лизин и сярна аминокиселина на 70 кг възрастен. Червените ленти показват животински продукти, сини ленти продукти на растителна основа и сенчести барове варени продукти. Хоризонталните прекъснати линии показват препоръчителния дневен прием на общ протеин и енергия. Фигурата показва, че наличието на зърнени култури като основен източник на лизин би довело до прекомерна консумация на енергия и протеини. Комбинациите от боб и пшеница показват приема на протеин и енергия, когато или 70, или 80% от дневната нужда от лизин се получава от широки зърна, а останалото от пълнозърнеста пшеница.

В допълнение към вариацията в концентрацията на аминокиселини в различни хранителни продукти, съотношението протеин/енергия има силен ефект върху тяхното хранително качество. Фигура 3В показва количеството дневен енергиен прием, получен от различни хранителни продукти, съответстващ на приема на протеин, показан на Фигура 3А. Това показва, че наличието на зърнени култури като основен източник на незаменими аминокиселини (особено лизин) ще доведе или до голям излишък от дневен енергиен прием, или алтернативно до дефицит на лизин, което затруднява допълването на диетата с други хранителни продукти, които биха осигурили хранителни вещества не се предлага от зърнени култури.

Фигура 4. Емпирична връзка между дела на протеините на основата на зърнени култури в доставката на протеини и ежедневната доставка на лизин на човек в различните страни. Въз основа на данните за предлагането на храни FAOSTAT (2018) и базата данни за храненето USDA (2018).

В сравнение с общото производство на растителни протеини (Фигура 1), производството на растителен лизин е още по-концентрирано в малък брой стоки. Соята е най-важният източник на растителен лизин (Фигура 5), надхвърляйки количеството на общия произведен лизин на зърнена основа с около 2 Mt годишно. Въпреки това, въз основа на статистическите данни на ФАО (FAOSTAT, 2018) за глобалните доставки на храни и прогнозната концентрация на лизин в соев протеин, само около 0,25 Mt лизин на соева основа (т.е. 3% от общото производство) се доставя за консумация от човека и почивката се използва като храна за животни. Имайки предвид, че зърнените протеини не са подходящи като основен източник на лизин (както е показано на фигура 3), е ясно, че в момента глобалното хранене на хората до голяма степен зависи от лизин на животинска основа. Също така може да се види, че настоящото общо глобално производство на лизин от наземни животни всъщност е с подобен мащаб като общото търсене на лизин от глобалната човешка популация (Фигура 5).

Фигура 5. Глобално производство на потенциално човешки годен за консумация лизин от животински продукти, соя, фъстъци, всички други бобови растения, всички зърнени култури, всички други растителни протеини (FAOSTAT, 2018) и други източници [произведен лизин, според данни от 2014 г. (Global Market Insights, 2015; Grand View Research, 2015)]. Оценката за риба и морски дарове се основава на данните за предлагането на протеини FAOSTAT (FAOSTAT, 2018), тъй като данните за глобалното производство не са налични в статистиката на FAO. Показани са и настоящото глобално търсене на консумация от човека въз основа на препоръки за прием и прогнозното търсене през 2050 г., след прогнозирания прираст на населението.

Поради несигурността, свързана с напредъка в приемането на нови сортове култури и нови техники за разплод, вероятно е соята и други бобови култури (и евентуално други налични богати на лизин култури) да останат като единственият глобално достъпен потенциален първичен източник на растителна основа лизин в момента и в близко бъдеще. Имайки предвид тези ограничения, бъдещите сценарии за решаване на пъзела с лизин са повече или по-малко ограничени до четири варианта, а именно: (1) прехвърляне на повече соев протеин за консумация от човека; (2) увеличаване на производството на бобови растения, различни от соя, или други богати на лизин култури; (3) получаване на растителен лизин от източници, които понастоящем не се използват за консумация от човека (например производство на маслодайни семена); или, (4) производство на лизин от нестандартни растителни източници (например чрез ферментация от захар). Всички тези опции имат своите предимства, но и сериозни предизвикателства.

Зависимостта от соя като един вид култури, осигуряващи лизин за хората (или добитъка) не е безпроблемна. През последните десетилетия производството на соя все повече се концентрира в два региона, Южна Америка и Северна Америка (Фигура 6). Всъщност 80% от соята в света се произвежда само в три държави; САЩ, Бразилия и Аржентина. Тази зависимост от соя има някои сериозни последици за глобалната продоволствена сигурност, които вече са признати, например в Европейската стратегия за насърчаване на протеиновите култури (Fader et al., 2013; Европейски парламент, 2018). Следователно трябва спешно да се обмислят варианти за широкомащабно производство на протеинови култури извън Америка. В случай на производство на човешки ядлив лизин, тези възможности на практика биха били ограничени до производство на соя извън сегашната площ на отглеждане и увеличаване на капацитета за отглеждане, събиране и преработка за други зърнени бобови култури.

Фигура 6. Регионално производство на лизин на основата на соя (Mt y -1) между 1961 и 2016 г. Двете доминиращи области на настоящото производство са Южна Америка (предимно Бразилия и Аржентина) и Северна Америка (предимно САЩ).

Въвеждането на отглеждането на соя в нови области е сложно. Например, въпреки че в Южна Европа са постигнати високи добиви на соя, през последните години не се наблюдават нарастващи тенденции в производството на тази стока в тази област. През 2016 г. общото производство на лизин на базата на соя в Южна Европа е само около 0,05 Mt, т.е. 0,6% от световното производство на лизин на базата на соя. В допълнение, има региони като Северна Европа, където производството на соя е ограничено от климата, а производството в Централна Европа също е установено, че е предизвикателство, например поради податливостта към болести и проблеми при посевите (Zimmer et al., 2016).

Цитиране: Leinonen I, Iannetta PPM, Rees RM, Russell W, Watson C и Barnes AP (2019) Доставката на лизин е критичен фактор за постигане на устойчива глобална протеинова икономика. Отпред. Издържайте. Системна храна. 3:27. doi: 10.3389/fsufs.2019.00027

Получено: 21 ноември 2018 г .; Приет: 04 април 2019 г .;
Публикувано: 24 април 2019 г.

Ракеш Bhardwaj, Национално бюро за растителни генетични ресурси (ICAR), Индия

Somnath Mandal, Uttar Banga Krishi Viswavidyalaya, Индия
R. Ananthan, Национален институт по хранене, Индия