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到2050年，全球食品系统将需要满足100多亿人的饮食需求，未来人们的平均富裕程度将超过今天的水平，人口素质和环保意识也会大大提升。因此未来食品必须以可持续的方式生产，有助于减少气候变化及其他环境挑战。
与此同时，食物对人类健康的影响超过任何其他单一因素，促进健康饮食对个人健康和控制治疗疾病的成本都至关重要。在对新技术的利用方面，食品行业的进展相对缓慢：例如，世界经济论坛(World Economic Forum) 2018年发布的《带有目的的创新》(Innovation with a Purpose)报告显示，自2010年以来，医疗领域的初创企业投资累计超过食品投资的10倍。然而，现在这种情况似乎正在改变，食品行业最受关注和追捧的投资领域之一便是替代蛋白质和肉类替代品，这是食品领域最有可能出现颠覆性发展的目标。
肉制品的特殊挑战
拥有100亿人口的地球不可能让所有人都像典型的北美和欧洲人那样吃肉的同时还保证可持续发展的目标以及对环境的友好，因为这需要太多的土地和水资源，还会导致温室气体和其他污染物的排放。此外，过量的肉类消费和当前的生产对人类健康、生计和经济产生了重大影响。因此，肉类对全球食品体系的未来发展构成了特殊的挑战。
肉类在人类饮食中占有地位是特殊的。现代人类对肉有一种天生的偏好，因为它既富含能量又富含蛋白质，而我们进化的环境是稀缺蛋白质的。肉类具有重要的社会和营养功能：在诸多社会文明中，消费和提供肉类标志着地位或好客；而在另一些文化背景中，复杂的饮食禁忌阻止人们食用特定类型的肉（比如回族人不吃猪肉，印度不吃牛肉等），除了因为信仰，还可能是为了避免食物中毒。这些强大的文化和生物驱动力对改变饮食习惯产生了重大影响。
在一些低收入国家，肉类的消费对提供完整和有营养的饮食很重要，至少目前没有可行的替代能源和营养密度相当的替代品。
肉类提供蛋白质和多种微量营养素，如铁和复合维生素B。这些也可以从其他来源获得，在中等和高收入国家中，多数人的食品种类更丰富，摄入的量也充足。摄入能量是饮食对健康产生影响的重要途径，肥胖等疾病也随之而来。虽然肉类的能量密度很高，但它通常只占能量摄入的一小部分，本身并不被认为是成年人肥胖的一个特定风险因素。然而，有证据表明，食用肉类可能会感染特定的疾病（如感染寄生虫），其中最令人担忧的是红肉，尤其是加工肉类。
但如今，疾病并不是我们对肉制品产生争议的主要原因，对环境的影响才是，尤其是在其温室气体的排放问题上。不同牲畜种类和生产系统产生的影响差别也会很大。红肉(牛、绵羊和山羊肉)的生产是温室气体的一个特别大的来源，这是因为反刍动物消化过程中会产生的甲烷。大约15%的人为温室气体排放来自畜牧业，这其中40%来自牛肉和乳制品业。畜牧业也可能是分散性和点状污染的来源(包括氮、磷和致病性微生物)，特别是在对粪肥和泥浆管理不善的地方。对牧场和耕地的需求是导致森林砍伐的最重要的诱因，它会导致温室气体排放增加和生物多样性减少等问题。
饲养、分配和出售动物性的食品是全世界数百万人的工作。据估计，约3%的全球生产总值(全球GDP)来自农业，其中40%来自畜牧业。这一产业为大约10亿人提供生计保障，绝大多数集中在低收入国家，包括地球上一些最贫穷的国家。即使是在发达国家，如果采用替代蛋白质的社会成本过高，公众对它的支持也会受到抑制。
正是因为肉类对食品体系的可持续性至关重要，人们才如此关注肉类消费的趋势(见图1)。高收入国家的肉类消费一直较高，但相对稳定，中国的肉类消费正在迅速增长，而其他地区增长速度较慢。
（上图为肉类消费趋势：区域数据和全球数据）
替代蛋白质与创新
有三种潜在的方法能够实现可持续、健康地满足世界日益增长的蛋白质需求：寻找替代蛋白质，改变现有的生产系统或是改变消费者的行为。本文内容侧重于第一种途径：开发替代蛋白质产品。在这方面，已经出现了一系列的新发明，包括以植物为基础的新型替代品、以昆虫和其他新型蛋白质来源为基础的产品，以及利用尖端生物技术开发的人造肉。
过去十年的一个研究重点是从传统作物和牲畜以外的来源开发蛋白质。迄今为止，商业上最成功的新产品是那些基于真菌衍生蛋白(mycoprotein)的产品。此外，昆虫也得到了大量关注，它们最突出的优势在于其饲料和牲畜的不同，从而有助于形成一个更“循环”的农业经济。这一领域的研究包括寻找和调查对食品生产有价值的新型昆虫种类，以及如何大规模经济地生产这些昆虫。尽管昆虫可以在它们的自然状态下被食用，但为了增加昆虫食品的文化接受度，也有研究致力于将昆虫转化为更有食欲的产品形式，比如面粉。
第四次工业革命使人们在不需要活体动物的情况下就能生产肉类，这是一项巨大的技术成就。在过去十年里，这项技术取得了足够大的进步。肉末形态的细胞肉产品(如汉堡)生产技术已经相当先进，预计在未来几年内就可以向公众发售。
另一创新产品不是生产完全替代肉类的产品，而是部分替代或“延伸”肉类。上述任何一种蛋白质替代品都可以用在这种方法中，但植物蛋白和昆虫蛋白尤其合适，因为它们如今的生产成本相对较低，而且加工过程较为简单。目前，对替代蛋白质的关注和投资最多地集中在欧洲和北美。
替代蛋白质带来的改变
（上图为不同食物类别的废气排放强度）
从牛肉生产转向替代蛋白质生产可以显著减少温室气体排放，特别是转向以植物或昆虫为基础的替代蛋白。虽然目前对人造牛肉温室气体排放量的估计显示出适度的减少，但这还取决于人造牛肉的生产规模如何等多方因素。
生产不同类型蛋白质食品的温室气体排放强度如上图所示：排放量最大的是牛肉，其次是培养牛肉(以当前的生产方法建模)，其次是真菌蛋白，再次是藻类。昆虫和植物性食物的碳排放量要低得多。对于培养肉类和较小程度上的菌蛋白，当前生产方法下依然占据了较高的碳排放。
2010年，美国与牛肉生产相关的二氧化碳排放量约为2千亿吨，这大约是所有与食品相关的温室气体排放量的四分之一。在各个地区用不同的肉类替代品替代牛肉，能够减少7%至26%的排放量。
过去5年逐渐进入市场的肉类替代品的核心成分是基于植物的，如大豆和豌豆，研究预计这些替代品的将表现良好，因为它们不可能大幅增加碳排放。
（上图为摄入额外的不同替代蛋白质对健康的影响）
除了对环境的影响，蛋白质对于人体健康也有重大影响，摄入蛋白质并不代变百分百有益于健康。研究表示食用更多的牛肉会使饮食相关死亡率增加约1.5%，这主要是由于摄入了更多的血红素。而在饮食中加入所有其他肉类替代品对健康有积极影响，比如富含纤维的豆类、豌豆和真菌蛋白的饮食相关死亡率预计最高可降低5-7%。
富含钾和多不饱和脂肪的食物也有助于降低饮食相关死亡率；以螺旋藻为基础的蛋白质替代品在碱性水中生长时钠含量高，这对健康有负面影响；从昆虫中提取的面粉含有相对较高的钠和胆固醇，这些元素在一定程度上减轻了这种食物的其他积极影响。
从肉类转向替代蛋白质的营养摄入对营养摄入和健康既有负面影响，也有正面影响，具体取决于一个人的整体饮食。明智地选择替代蛋白质，并可能在这些产品中加入补充营养，可以避免负面影响，并有助于改善营养摄入。
（上图为不同蛋白质产品的价格）
在现在的价格上，替代蛋白质并不完全具有优势。最新的替代品价格昂贵，但随着生产规模的扩大，价格有希望大幅下降。
经过数十年专注于生产效率的工业化，牛肉沫的价格相对较低，这是值得注意的，可能会巩固消费者目前对价格合理的替代蛋白质的预期。一些蔬菜替代品的成本比牛肉低，有时低的离谱，但豆腐、新型蔬菜替代品(菠萝蜜)和替代蛋白质的成本都比牛肉沫高。就细胞牛肉而言(尚未上市)，成本要高出五倍以上。
市场的正常运作将改变这些产品的相对排名。在非常短的时期内，需求增加可能会推高价格，但在中期内，它将刺激竞争，鼓励研究和投资，从而降低生产成本——两者都会导致价格下降。食品系统的外源性技术进步——例如肌肉发育的生物医学研究——也将降低生产成本。在过去几年里，人工养殖肉类的价格已经大幅下降，从每公斤数十万美元的估值降至25美元，这还是在规模经济开始发挥作用之前。
构建肉类及其替代品的未来
研究关于替代蛋白质的尤其重要。首先，替代蛋白质在某种程度上代表了一个有争议的领域，一些利益相关者对它们的前景充满热情，而另一些利益相关者则不太相信它们的价值，或者担心它们可能威胁到生计和其他利益。第二，就像替代蛋白质可能会对食品行业造成巨变一样，它们也可能会在心理上造成破坏，挑战人们对“肉”的既有概念。在营养丰富、具有文化价值的食物和可能造成危害、不利健康的食物之间存在着紧张关系，而替代蛋白正处于这个界限之间。
替代蛋白质被定位为“避免动物性蛋白质的不健康成分，特别是高含量的饱和脂肪酸”，它含有更多的纤维，这对健康有好处。还有人声称，替代蛋白质不含其他与牲畜相关的负面物质，如激素和抗生素。
此外，替代蛋白质不存在食物中毒或污染的风险。畜牧业生产通常被认为是一项涉及动物粪便管理和生物屠宰的复杂业务。食品供应链上有很多机会导致食品被污染或变质，尤其是在那些制冷设备昂贵、电力供应不可靠的国家。如今，高收入国家的肉类和动物产品可能比历史上任何时候都更安全，但涉及肉类和奶制品的周期性食品恐慌确实时有发生。以植物为基础的食品生产涉及较少的污染或腐败的机会。
替代蛋白质产品另一大优点是对环境更友好。牲畜是温室气体排放的一个重要来源，这其中又以牛为主，牛肉生产对环境的影响特别大，因此汉堡肉饼是最近一系列新型替代蛋白质的首发产品。
替代蛋白质产品的诞生是动物保护人士的福音，因为这项技术不会伤害动物。在过去的十年里，高收入国家的素食者和纯素食者的数量有了显著的增长。造成这一趋势的原因很复杂，而且该人群还在不断增加。
替代蛋白质通过释放目前用于生产人类食品的动物饲料的土地来促进粮食安全。在全球一级，这被认为有助于解决满足不断增长的全球人口的粮食需求的挑战。
替代蛋白把目前用于畜牧的土地解放开来，且促进了粮食安全，这从全球水平上来说，有助于解决人口的粮食需求的挑战。
以包容、可持续、健康和营养的方式，在2050年左右满足预计的100亿人口的蛋白质需求是一个重大挑战，但这是可以做到的。在可预见的未来，肉类和替代蛋白质产业将共存并互补。无论是现有的参与者还是新的参与者，以及整个蛋白质供应链的各大利益相关者，都将从一场关于如何进化和重塑全球食品系统以提供健康和可持续饮食的细致辩论中获益。只有通过对话和有组织的合作，社会才能转变蛋白质系统，创造一个向所有人提供安全、可持续、可负担的和健康的蛋白质未来。
参考资料：《Meat: the Future series Alternative Proteins》
图片来源：同上
