营养充足且低碳排放或低成本的饮食方案可接受性最低——基于iOTA模型?的膳食优化研究启示

本研究通过iOTA Model?（创新开放式膳食优化工具）揭示营养充足饮食与环境可持续性的矛盾关系。该模型采用混合整数线性规划（MILP），整合新西兰本土膳食数据，首次将消化率、生物利用度等参数纳入计算，实现营养素供给的精准估算。研究发现，虽然80%温室气体排放（GHGE）或价格削减可行，但此类饮食因严重偏离基线模式导致可接受性降低。研究为平衡营养充足性、环境友好性（CO2-eq）、经济性和文化接受性提供了量化工具。

　　

引言：全球食品系统贡献34%人为温室气体排放（GHGE），但饮食可持续性研究长期忽视营养充足度、消费者接受度和经济性等关键维度。新西兰约40%成人面临食品不安全问题，凸显研究紧迫性。iOTA模型?作为国家级膳食优化工具，通过整合本土化数据填补该领域空白，其创新性在于：1）纳入蛋白质生物利用度系数（0-1范围）；2）包含氨基酸谱分析；3）采用生命周期评估（LCA）计算从农场到超市的全程排放。

方法学创新：研究团队构建含346种食品的数据库，匹配新西兰FOODfiles和美国农业部（USDA）营养数据。价格数据采集自占市场份额超80%的三大连锁超市（Woolworths/New World/Pak'n Save），覆盖52%人口聚居区。采用混合整数线性规划（MILP）框架，设置8种优化场景：包括基线饮食（Base）、营养充足饮食（NAD）、价格优化（NAD_P）、排放优化（NAD_E）等。关键约束条件包括：1）满足澳新营养素参考值（NRV）；2）酒精饮料排除；3）使用Gurobi优化器加速求解。

食物组动态变化：优化饮食呈现显著规律性改变——肉类海鲜禽蛋（MSPE）组摄入量普遍下降43-92%，而豆类坚果种子组最高增加485%（女性573g/周→男性1453g/周）。全谷物食品稳定增长9-23%，但细分品类差异显著：强化早餐谷物成为铁/叶酸主要来源，而"普通意面"等含动物成分的谷物制品意外满足维生素B₁₂需求。乳制品在老年组（51-69岁）摄入量激增64%，主要选择低脂酸奶等产品以保障钙（3925mg/周）和维生素D供给。

营养突破与局限：基线饮食普遍缺乏膳食纤维（女性156g/周）、碘（644μg/周）和PUFA（86g/周）。优化方案通过三重策略改善：1）强化谷物提供微量营养素；2）高PUFA油脂（葵花籽油/大豆油）替代饱和脂肪；3）调味品补充碘盐。但极端场景（Min_E/Min_P）暴露模型局限：依赖维生素C强化饮料（占成本5-9%）完全替代新鲜果蔬，虽满足营养标准却违背膳食指南基本原则。

环境与经济权衡：基线饮食周均排放29kg CO₂-eq（女性），优化后最低可达6kg（降79.4%）。价格优化场景显示，21新西兰元/周的极低成本饮食可行，但代价是剔除全部水果蔬菜。值得注意的是，最低排放饮食（Min_E）反而导致女性饮食成本上升26%，主因是强化饮料和特定果蔬的高支出。这种"可持续性悖论"揭示环境目标与经济性的复杂关系。

创新启示与局限：iOTA模型?的开放式架构支持跨国应用，但存在三重挑战：1）生物利用度数据缺失（如植物源铁/锌）；2）2010年前膳食数据可能过时；3）未涵盖土地利用等环境指标。研究建议未来整合食物组指南（FBDG）约束，并开发个性化可接受度算法，而非简单参照人群平均值。

结论展望：该研究证实10-30%GHGE减排与3-26%成本降低可实现于现实饮食方案。特别发现乳制品替代品（如豆奶）在新西兰市场中的特殊地位——虽价格溢价但能同时补充铁/碘。研究者强调，真正的可持续健康饮食需要平衡四大支柱：营养密度、环境足迹、经济可及性和文化适应性，任何单一维度的极致优化都可能产生反效果。