2024年化学在食品可持续发展中的作用：挑战与展望白皮书

Chemistryfor可持续发展Food: 挑战和前景 CS3化学科学和社会峰会白皮书 东京日本 2023年 9 月 第九 CS3化学科学与社会峰会2023 年 9 月 19 日至 21 日 ； 日本东京 组织 化学学会 / 资助机构 中国中国化学会(CCS) 国家自然科学基金(NSFC) Germany德国化学学会(GDCh) 德国研究基金会(DFG) U. K.英国皇家化学学会(RSC) 英国工程与物理科学研究委员会(EPSRC) U. S. A.美国化学学会(ACS) Japan日本化学学会(CSJ) 日本科学技术厅(JST) 白皮书制作 文本依据Rader Jensen, 博士千叶一弘,教授, 博士 由编辑Emiko Sakurada ， CSJ 副主任 Mitsuo Sawamoto ， 教授 ， 博士 版权所有 © 2024 日本化学学会日本科学技术厅 ， 拥有所有 2023 CS3 组织(如上所示) 目录 执行摘要 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … …食品加工。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 11新型马铃薯加工。11 整豆豆腐。11 真菌发酵。11 水产养殖。11 可持续育种。11.可持续食品生产化学 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … … … …转型至更循环的经济环境 .............................................................. 13 食品浪费与食品损失 .............................................................................. 13 不可避免的食品浪费利用 ....................................................................... 14 废物能源转换 .................................................................................... 14包装 ................................................................................................... 15 土壤与土壤健康 ....................................................................................... 15景观视图。17 公众感知和总体趋势。18 建议。19 参考文献。21. 第九 CS3 可持续食品化学 ：挑战和前景 每两年举办一次，化学科学与社会峰会（CS3）汇聚了来自世界各地的一些顶尖化学家，并挑战他们提出切实可行的方法来应对健康、食品、能源和环境等领域面临的最紧迫问题。最重要的是，正如其名称所暗示的那样，CS3源自全球化学科学界，自我设定的挑战是确定化学科学应如何积极承诺解决这些迫在眉睫的问题。不同于传统的国际会议，CS3的独特之处在于，每个成员国的参与者既代表领先的化学学会，又代表相关的资助机构。该活动以高度建设性的方式进行，并且每隔一次在参与国之间轮换举行。每次CS3都会发布一份白皮书，总结讨论内容，并向全球公众和政府提出可实施的解决方案。 CS3倡议是由中国化学会（CCS）、德国化学会（GDCh）、日本化学会（CSJ）、皇家化学学会（RSC）和美国化学会（ACS）共同发起的。研讨会得到了中国国家自然科学基金委员会（NSFC）、德国研究基金会（DFG）、日本科学和技术agency（JST）[此前由日本科学技术振兴机构（JSPS）支持]和英国工程和物理科学研究理事会（EPSRC）的支持。 标题为“可持续食品的化学：挑战与展望”，第九届CS3聚焦于全球食品安全问题，并由日本成员CSJ和JST联合主办，东京农业技术大学校长岛田一史教授担任会议主席；本地资金由JST提供；会议策划和管理由CSJ负责。 现场会议于2023年9月19日至21日在东京CSJ总部举行，旨在探讨化学在保障粮食安全和可持续性方面的作用。代表参与组织的科学家们共同工作，以识别并澄清化学在农业生产中所扮演的角色，并探讨化学科学在构建更加安全和可持续的全球食品系统方面可以做出的实际贡献。 2023 年 CS3可持续食品化学 ： 挑战与展望旨在定义并提出全球化学科学界，包括化学学会和资助机构，为可持续食物所承担的任务，这无疑是世界上最严重、最突出和最具挑战性的问题之一，或许与能源安全和气候变化相媲美：人类可以在没有丰富能源的情况下生存，但不能在缺乏足够食物的情况下生存；根据联合国教科文组织的数据，目前全球有超过8亿人处于饥饿边缘。 特别关注化学科学和技术的作用 ， 第九届 CS3 包括三个会议 ： 会议 1:革命性食品工程化学坚固耐用的农作物工程牲畜和海鲜合成食品 会议 2:可持续食品生产化学食品工厂与智能农业新型食品加工替代新食品 会议 3:食品可持续性循环和可持续化学循环化学 用于氮和磷的化学 环境友好型农用化学品 食品包装 监测与回收 Several国家已经启动了关于化学在食品可持续性中作用的重大讨论，并且一些国家已经开始研发项目以通过提出上述问题深化讨论。例如，在2023年，美国化学会出版了一期特别报道，ws2023,101, 28 ff 题为 “更多食物 ， 更少化学品 ” 的问题 [化学 & Eng. Ne[（#15, 8月5日）]它主张发展和推广对环境影响较小的食品生产技术，远离依赖化学农药和化肥的传统食品生产方法。在日本，由内阁办公室领导的“moonshot”研发项目于2020年启动，其九个目标中的第五个目标是“建立确保可持续全球粮食供应的产业”。该项目的技术基础主要涉及化学和化学科学领域，旨在减少化学农药和化肥的使用，并开发创新的加工、保存、包装和运输技术，以显著减少食物损失，以及其他诸多方面。 正如本CS3所强调的，必须再次认识到化学在解决食品安全问题中的重要作用：食物本质上是由各种化学化合物组成的积累物，从生物和生物化学过程的角度来看待食物直至其到达人类味蕾是至关重要的。在这些过程中，各种物质通过土壤、河流、海洋、大气、生物圈等进行传递并发生化学变化。从化学视角全面理解这些过程以及实现可持续的食物供应，是一项开拓新时代的最终且不可避免的挑战。 讨论和提出的建议这份白皮书在峰会上总结了相关要点，旨在不仅向化学科学界，还向全球政府 、行业和普通公众提供令人信服的论点。 上述描绘农业工人壁画由卡尔·莫里斯于1942年创作，并安装在美国俄勒冈州尤金市的邮政局。 执行摘要 食品生产自有记录以来显著增加。农业扩张不仅源于耕作面积的扩大，还源于对农业的理解加深以及从轮子到人工智能的技术发展。早期的进步主要来自于宏观层面的观察与实验。灌溉、作物轮作、利用粪肥和其他有机副产品改良土壤、以及选择性育种都是较早的技术成就。20世纪，基于矿物质的土壤改良剂、合成农药和除草剂以及机械化逐渐融入农业生产实践，成为不可或缺的部分。这些进步并非没有代价，经济、环境和社会成本随之增加。化石能源的需求变得异常高，生态破坏也日益普遍。在许多重要的农业地区，灌溉依赖于地下 aquifers，这些资源正在以不可持续的速度被开采，如果枯竭将无法恢复。气候变化导致天气和季节变化更加不可预测，并影响淡水的可用性和质量。 点和可能已被超越。尽管食品生产持续稳定增长，但饥饿、营养不良和粮食不安全问题依然顽固存在。在当前时代，饥饿和营养不良在很大程度上与获取食物和分配问题有关；也就是说，它们是经济社会和地缘政治问题。然而，化学和科技可以在许多方面为提高粮食安全作出贡献。无论挑战是通过前沿技术还是传统方法来应对，从化学角度更深入地了解食品系统可以为解决粮食安全问题提供重要的指导和选择。 食品系统相关的研究在学术界、工业界和政府层面广泛且持续进行。从专注于基础研究到大规模应用开发，涉及的学术和政策领域范围广泛。新的加工过程和新型食品正在被构思和开发，这些过程更高效地利用水、能源和其他资源，并且对环境的影响较小。除了提高食物供应的稳定性和可持续性，改善营养成分和提供符合消费者口味的新食品也是高优先级的研究方向。发展循环或再生而非线性的生产系统，将副产品重新投入生产流程，通过微生物（包括真菌）或其他生物体进行生物转化，是一个非常有前景的研究领域。利用副产品作为原料的实践已存在很长时间，而这一领域的开发和技术改进仍在不断进行中。高度特异性的基因编辑极大地扩展了对化学生物学的理解，并进而促进了农业技术的进步。探索土壤和水中的微生物群落，研究它们的相互作用并开发新的分析技术以深入了解这些复杂的自然系统是非常重要的领域。而且至关重要的是，系统思维正在成为研究和开发中的重要元素，确保创新能够被社会接受并具有包容性，为全球所有人提供机会。 对更高农业生产需求的增长是由人口增加推动的。这一趋势在过去一个世纪里显著加速，自20世纪40年代以来，人口已经翻了四倍。这两者——人口增长和对食物的需求——是密不可分的。根据联合国的数据，到2023年世界人口为80亿，预计到2050年将增加约20%，到2100年再增加约10%。一个经常被提出的问题是“如何养活这个不断增长的人口？”然而，一个更为合理的问题可能是“在农业生产力没有提高的情况下，这种增长能否持续？”人口增长的预测取决于食品的可获得性。尽管到目前为止，食品生产与需求同步增长，但系统限制正在接近，地球边界已经达到了临界点。 社区。从这次峰会中提出了许多建议。这些建议旨在为所有人提供营养食品、促进更健康和可持续的饮食、建立新的互联互通供应链、确保食品安全与可持续性以及减少食物系统中的浪费。报告中强调指出，农业生产必须被视为动态、复杂且有时脆弱的过程，本报告中的建议应被视为循环食物系统中相互作用的元素。土壤健康是农业的关键要素，应强烈支持继续研究土壤微生物群落以及植物与其他土壤生物之间的共生关系。土壤中的生物和矿物过程在氮磷循环以及碳循环中发挥重要作用，对这些过程的理解对于应对气候变化至关重要。土壤健康与人类健康之间存在密切联系。通过减少食物损失和食物浪费来减少营养流失需要得到紧急关注。关于减少食物损失的研究，例如改进保存技术等， 包装应被鼓励，并继续发展利用副产品和食物废弃物作为资源的方法。（详见）https: / / www. bbc. co. uk / news / business - 67548961)或大宗商品。应强烈鼓励增进对人类营养的理解以及改进营养素含量的方法。从客观的系统层面视角考虑动物农业在营养且经济实惠饮食中的角色和程度，需综合考量营养、畜禽饲养方式及其在食品系统中的多重作用。同样，其他非动物食品来源及新兴新型食品来源的客观系统分析也是必要的。公众对化学、技术和农业的看法不应被忽视。改进沟通并