Dr hab. inż. Agnieszka Starek-Wójcicka, prof. uczelni
inż. Emilia Osmólska
Produkcja żywności należy do czynności, które mają największy wpływ na środowisko. Samo rolnictwo odpowiada za 70–85% śladu wodnego i 30% światowej emisji gazów cieplarnianych (2,5 razy więcej niż transport globalny). Prognozowany wzrost produkcji artykułów spożywczych o około 70% do 2050 roku podkreśla znaczenie wpływu produkcji mięsa na środowisko. Dlatego też, wytwarzanie różnych substytutów mięsa (roślinnych, mikoproteinowych, mleczarskich) ma na celu spowolnienie niekorzystnych zmian w środowisku [Berardy, i in., 2015; Kumar i in. 2017; Tziva i in., 2020].
Smetana i in. [2015] przeprowadzili analizy dotyczące oceny cyklu życia większości znanych zamienników mięsa. W badaniu uwzględnili cykl życiowy produktu (LCA, Life Cycle Assessment) przy zastosowaniu metod ReCiPe i IMPACT 2002+. Generalnie oba sposoby wyliczeń są połączeniem dwóch najbardziej znanych metod oceny wpływu cyklu życia: CML i EcoIndicator 99. Różnicę pomiędzy nimi stanowi między innymi sposób podejścia do kategorii szkody „zużycie zasobów”. W metodzie IMPACT 2002+ jednostką jest wielkość energii pierwotnej w MJ, natomiast w metodzie ReCiPe wzrost kosztów wynikający z wydobywania zasobów (w dolarach) [Henclik i Bajdur, 2011; Smetana i in., 2016].
W tabeli 1 przedstawiono kategorie wpływu i szkód odnoszących się do tych różnych jednostek [opracowane na podstawie Henclik i Bajdur, 2011].
Wyniki analiz przedstawionych przez naukowców wykazały największy wpływ na środowisko produkcji mięsa wyhodowanego w laboratorium i analogów na bazie mykoprotein (wysokie zapotrzebowanie na energię do średniej uprawy). Mniejsze znaczenie miały substytuty mięsa na bazie mleka i glutenu, a najmniejsze wyroby oparte na owadach i mączce sojowej (produkty uboczne). Wyniki kategorii wpływu w punkcie środkowym były tego samego rzędu wielkości, co w poprzednio opublikowanej pracy [Smetana i in., 2015], chociaż szeroki zakres możliwych wyników i granice systemu sprawiły, że ich zestawienie z innymi danymi literaturowymi było nie do końca wiarygodne. Stąd też, zaproponowano porównanie tych danych z różnymi integracyjnymi FU. Jednostka funkcjonalna (FU) to 1 kg gotowego do spożycia posiłku na konsumenta. W pracy oceniono alternatywne FU (ekwiwalent 3,75 MJ zawartości energetycznej smażonego chudego mięsa z kurczaka i 0,3 kg zawartości białka strawionego w suchej masie) w ramach analizy wrażliwości. Przeprowadzone obliczenia wskazały na najmniejszy wpływ substytutów na bazie śruty sojowej i owadów (przy danym poziomie rozwoju technologii). Stwierdzono, że wytwarzanie analogów mięsa zawierających owady może być bardziej zrównoważone dzięki zastosowaniu zaawansowanych technik przetwarzania. To samo dotyczy mięsa wyhodowanego w laboratorium oraz w mniejszym stopniu zamienników glutenu i mykoprotein.
Kolejne dane dostarczyły jeszcze bardziej szczegółowych informacji o oddziaływaniu na środowisko substytutów mięsa w kategoriach wpływu badanego cyklu życia „od kołyski do talerza” (from-cradle-to-plate). Mięso hodowane w laboratorium wywarło największy wpływ w większości kategorii, z wyjątkiem zajmowanych gruntów rolnych. Produkcja mięsa z kurczaka miała znaczenie w przypadku większości kategorii środkowych, zaś wyrobów zawierających gluten oddziaływała głównie na toksyczność w stosunku do ludzi i zwierząt lądowych. Mączka na bazie owadów wykazała istotny wpływ w kategoriach ekotoksyczności lądowej i słodkowodnej. Wytwarzanie substytutów na bazie mleka miało znaczenie w odniesieniu do zubożenia warstwy ozonowej, zakwaszenia ziemi i zajęcia gruntów rolnych. Jednocześnie najwyższe zajęcie powierzchni rolnych przypadło na produkty oparte na glutenie, ponieważ uprawa ziarna pszenicy wymaga wykorzystania dużych obszarów. Stosowanie zbóż i paszy białkowej do karmienia kurczaków odegrało rolę w stosunku do ekotoksyczności. Co więcej, mięso z hodowli laboratoryjnej miało największy wpływ w kategoriach oceny uszkodzeń punktów końcowych w zakresie zdrowia ludzi (1,49 Pt), dostępności zasobów (0,967 Pt) i jakości ekosystemu (0,09 Pt). Jak wspomniano wcześniej, produkcja mięsa z hodowli laboratoryjnej wymagała dużych nakładów energetycznych, co negatywnie wpływało na środowisko. Najmniejsze interakcje we wszystkich kategoriach punktów końcowych odnotowano dla substytutów mięsa na bazie owadów i mąki sojowej. Drugimi pod względem wpływu na zdrowie ludzi były mięso z kurczaka (0,383 Pt) i mączka na bazie mykoprotein (0,372 Pt). Posiłki na bazie produktów mlecznych, drobiowych i mykoproteinowych przyczyniały się do zmniejszenia dostępności zasobów (0,17-0,2 Pt). Dania z kurczaka, glutenu i nabiału oddziaływały na zasoby ekosystemu na średnim poziomie (0,05-0,06 Pt). Przeprowadzona analiza nie wskazała jednak jednoznacznych danych co do substytutów mięsa na bazie alg, jaj itp. oraz możliwości rozwoju technologii, które mogłyby poprawić ich ekologiczność [Smetana i in., 2015].
Kolejnym postępującym światowym problemem jest niedobór białka o wysokiej wartości biologicznej ze względu na szybki wzrost liczby ludności na świecie i ograniczone zasoby naturalne. Mięso jest dobrym źródłem tego składnika, ale obecnie istnieje tendencja do produkcji zdrowej i smacznej, ale bezmięsnej żywności. Spowodowało to zwiększone wykorzystanie niedrogich białek roślinnych, takich jak teksturowane białko sojowe, grzyby, gluten pszenny, rośliny strączkowe itp. Jak się okazuje, owady są równie niezwykle wydajne w przekształcaniu materii organicznej w białko zwierzęce, a także mogą być źródłem energii dla
człowieka.
Badanie Smetana i in. [2019] było oceną cyklu życia (LCA) przemiany strumieni ubocznych przemysłu spożywczego poprzez muchówki Hermetia illucens w produkty pośrednie nadające się do celów spożywczych. Jak wskazują autorzy pracy stosowanie tłuszczy i białka owadów, w żywności dla ludzi, byłoby korzystniejsze dla środowiska niż wiele źródeł żywności pochodzenia zwierzęcego. Jednak aby zapewnić oczekiwane korzyści dla środowiska od owadów, branża będzie musiała świadomie podjąć dodatkowe kroki. Na pewno dostępność niewykorzystanych strumieni bocznych, nadających się do produkcji owadów, jest kluczowym czynnikiem, który będzie determinował dalszy rozwój przemysłu owadowego. Dodatkowo analiza LCA wskazała, że przekształcanie pozostałości organicznych w biomasę Hermetia illucens może skutkować mniejszym wpływem na środowisko, jeśli uniknie się kompostowania lub fermentacji beztlenowej (jako technologii przetwarzania odpadów).
Przeprowadzono również ocenę cyklu życia produkcji mącznika, w której tworzenie gazów cieplarnianych, zużycie energii i użytkowanie gruntów określono ilościowo i porównano z konwencjonalnymi źródłami białka zwierzęcego. Stwierdzono, iż produkcja 1 kg jadalnego białka z mleka, kurczaka, wieprzowiny lub wołowiny skutkuje wyższą emisją gazów cieplarnianych, wymaga podobnych ilości energii i znacznie większej powierzchni. Ponieważ dostępność gruntów jest najbardziej rygorystycznym ograniczeniem w zrównoważonym żywieniu światowej populacji, badanie to jasno pokazało, że mączniki należy uznać za najbardziej zrównoważone źródło jadalnego białka (w porównaniu z innymi użytymi w badaniu produktami) [Oonincx i De Boer, 2012].
Obecnie opublikowano tylko kilka prac wykorzystujących metodę oceny cyklu życia (LCA) do systemów produkcji owadów. Stąd też, celem napisania artykułu przez Halloran i in. [2016] było ustanowienie wszechstronnych ram odniesienia, które pozwoliłyby na wybór ustandaryzowanych wytycznych do zastosowań LCA w systemach produkcji owadów. Zaleca się, aby przyszłe LCA systemów produkcji owadów uwzględniały 6 najważniejszych punktów: jasną definicję gatunku owadów i etapów życia zawartych w LCA, stosowanie co najmniej dwóch z następujących typów jednostek funkcjonalnych – masowe lub ekonomiczne, gromadzenie danych empirycznych in situ (np. w gospodarstwach/miejscach produkcji), analizę porównawczą, w której systemy produkcyjne wytwarzają artykuły, które są realistyczną alternatywą dla badanych gatunków owadów, włączenie dodatkowych lub wcześniej niebranych pod uwagę procesów jednostkowych, takich jak przetwarzanie i przechowywanie oraz gospodarowanie odpadami, a także wykorzystanie szerokiego zakresu kategorii wpływu, w szczególności zmiany klimatu, zużycia zasobów, potencjału wzbogacania składników odżywczych, potencjału zakwaszenia i wpływu na grunty czy zużycie wody w celu umożliwienia porównania między badaniami.
Jak wskazują Hashempour-Baltork i in. [2020] białka drobnoustrojów, zwłaszcza mykoproteiny, mogą również częściowo lub całkowicie zastąpić pokarmy białkowe pochodzenia zwierzęcego, takie jak mięso. Wykorzystanie odpadów rolno-przemysłowych do produkcji mykoprotein jest celem wielorakim, zwłaszcza pod względem środowiskowym. Zawartość węgla w produktach mykoproteinowych jest co najmniej 10 i 4 razy mniejsza niż w przypadku wołowiny i kurczaka. Ziemia i woda wykorzystywane do produkcji wołowiny to 10 i 20 razy więcej niż w przypadku mykoprotein. Dodatkowo, mykoproteiny są zdrowym źródłem niezbędnych aminokwasów, węglowodanów i witamin. Ponadto można je wytwarzać przy niskich kosztach całkowitych, niezależnie od zmian klimatu (powódź lub susza) i ograniczeń krajobrazowych.
Smetana i in. [2017] uważają również, że brak źródeł białka w Europie można zmniejszyć dzięki produkcji mikroalg z potwierdzeniem korzyści ekonomicznych i środowiskowych płynących z ich wytwarzania. Badania naukowców miały na celu ocenę cyklu życia (LCA) hodowli mikroalg i cyjanobakterii (Chlorella vulgaris i Arthrospira platensis) w warunkach autotroficznych i heterotroficznych w pilotażowej skali przemysłowej z dalszym przetwarzaniem biomasy na żywność i paszę. Porównanie wyników analiz z tradycyjnymi wzorcami (koncentratami białkowymi) wskazało na większy wpływ proszków białkowych z mikroalg na środowisko. Jednak przeprowadzenie procesu ekstruzji heterotroficznej chlorelli (o dość wysokiej wilgotności) pozwoliło uzyskać w sposób bardziej zrównoważony dla środowiska nowy produkt niż tradycyjne przetworzenie wieprzowiny i wołowiny. Autorzy pracy wskazują również, iż optymalizacja produkcji Chlorelli pyrenoidosa na hydrolizowanych odpadach spożywczych może stworzyć jeden z najbardziej zrównoważonych sposobów na pozyskanie nowych źródeł białka bez wpływu na środowisko.
W ostatnich latach prowadzone są prace badawcze polegające na zwiększeniu ilości biomasy. Jednak system produkcji żywności stoi przed większym wyzwaniem – wydajnych dostawach wysokiej jakości produktów białkowych dla populacji klasy średniej (przewidywany wzrost do 5 miliardów ludzi na całym świecie). Sytuacja wskazuje na potrzebę zwiększenia ilości wysokiej jakości źródeł białka, takich jak produkty pochodzenia zwierzęcego. Tymczasem powiązanie produkcji wyrobów mięsnych z negatywnym wpływem na środowisko oraz wzrostem trendów w kierunku zdrowszych wyrobów spowodowało rozwój substytutów mięsa na bazie soi, pszenicy, mleka, alg, owadów, mykoprotein itp. Chociaż właściwości zdrowotne takich produktów są dobrze znane [Hoffman i in., 2009; Hoffmann i Jędrzejczyk, 2010; Stolinska, 2013; Jankojc i in., 2016; Weinrich, 2019; Weinrich i Elshiewy, 2019; Hashempour-Baltork i in., 2020], potencjalny wpływ ich produkcji na środowisko jest wysoce dyskusyjny. Najważniejsze, aby opracowując nowe technologie otrzymywania analogów mięsa, nie pomijać aspektu ekologicznego, biorąc pod uwagę dążenie do zrównoważonego rozwoju uwzględniającego potrzeby ochrony środowiska. Każda działalność produkcyjna, a zwłaszcza otrzymywanie dotąd nieznanych produktów ma znaczący wpływ na klimat. Wdrażanie nowych technik, wymaga więc stosowania odpowiednich metod oceny uzyskanych efektów ekologicznych, a to może przyczynić się do wyższego poziomu ekologicznej produkcji. Wiele już przeprowadzonych badań i odbytych dyskusji prezentujących głównie wyniki oceny cyklu życia (LCA) produktów pozwala wybrać najlepszą opcję ekologicznego substytutu mięsa.
Literatura
Berardy, A., Costello, C., & Seager, T. (2015). Life cycle assessment of soy protein isolate. In Proceedings of the International Symposium on Sustainable Systems and Technologies, Dearborn, MI, USA.
Halloran, A., Roos, N., Eilenberg, J., Cerutti, A., & Bruun, S. (2016). Life cycle assessment of edible insects for food protein: a review. Agronomy for Sustainable Development, 36(4), 1-13.
Hashempour-Baltork, F., Khosravi-Darani, K., Hosseini, H., Farshi, P., & Reihani, S. F. S. (2020). Mycoproteins as safe meat substitutes. Journal of Cleaner Production, 253, 119958.
Henclik, A., & Bajdur, W. M. (2011). Application of selected methods of life cycle assessment to judgment of environmental hazard of production process of flocculant synthesized from waste phenol-formaldehyde resin. Rocznik Ochrona Środowiska, 13(1), 1809-1822.
Hoffman, M., Górnicka, M., & Jędrzejczyk, H. (2009). Zamienniki białka zwierzęcego. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 2, 118-123.
Hoffmann, M., & Jędrzejczyk, H. (2010). Nowe analogi mięsa. Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 1, 82-88.
Jankojc, A., Lesiów, T., & Biazik, E. (2016). Substytuty mięsa firmy Quorn na polskim rynku. Część 1. Nauki Inżynierskie i Technologie, 3 (22), 36-50.
Kumar, P., Chatli, M. K., Mehta, N., Singh, P., Malav, O. P., & Verma, A. K. (2017). Meat analogues: Health promising sustainable meat substitutes. Critical reviews in food science and nutrition, 57(5), 923-932.
Oonincx, D. G., & De Boer, I. J. (2012). Environmental impact of the production of mealworms as a protein source for humans–a life cycle assessment. PloS one, 7(12), e51145.
Smetana, S., Mathys, A., Knoch, A., & Heinz, V. (2015). Meat alternatives: life cycle assessment of most known meat substitutes. The International Journal of Life Cycle Assessment, 20(9), 1254-1267.
Smetana, S., Mathys, A., Knoch, A., & Heinz, V. (2015). Sustainability of meat substitutes: a path to future foods?. In 29th EFFoST International Conference Proceedings (pp. 126-131). 29th EFFoST International Conference.
Smetana, S., Palanisamy, M., Mathys, A., & Heinz, V. (2016). Sustainability of insect use for feed and food: Life Cycle Assessment perspective. Journal of Cleaner Production, 137, 741-751.
Smetana, S., Sandmann, M., Rohn, S., Pleissner, D., & Heinz, V. (2017). Autotrophic and heterotrophic microalgae and cyanobacteria cultivation for food and feed: life cycle assessment. Bioresource Technology, 245, 162-170.
Smetana, S., Schmitt, E., & Mathys, A. (2019). Sustainable use of Hermetia illucens insect biomass for feed and food: Attributional and consequential life cycle assessment. Resources, Conservation and Recycling, 144, 285-296.
Stolinska, H. (2013). Dieta na ziarnku grochu. Suche nasiona roślin strączkowych – zamiennik mięsa w dietach wegetariańskich. Przegląd Gastronomiczny, 67(10), 8-9.
Tziva, M., Negro, S. O., Kalfagianni, A., & Hekkert, M. P. (2020). Understanding the protein transition: The rise of plant-based meat substitutes. Environmental Innovation and Societal Transitions, 35, 217-231.
Weinrich, R. (2019). Opportunities for the adoption of health-based sustainable dietary patterns: A review on consumer research of meat substitutes. Sustainability, 11(15), 4028.
Weinrich, R., & Elshiewy, O. (2019). Preference and willingness to pay for meat substitutes based on micro-algae. Appetite, 142, 104353.
https://www.britannica.com/science/greenhouse-gas
https://waterfootprint.org/en/water-footprint/what-is-water-footprint/
