平衡大学食堂菜单中的环境足迹与营养效率：基于情景的菜单结构生命周期评估

《Foods》：Balancing Environmental Footprints and Nutritional Efficiency in University Canteen Menus: A Scenario-Based Life Cycle Assessment of Menu Architecture

　　

摘要翻译：大学食堂菜单的环境影响日益受到评估，然而可持续性策略往往侧重于单一食物的替代，而非整体膳食结构。本研究探讨了环境改善是通过主菜替代还是通过重新设计菜单结构来实现，同时维持营养效率。基于生命周期评估（LCA）的大学食堂餐食数据集被重构为固定的四道菜结构，并评估了四个代表性情景的能量、蛋白质、碳足迹和水足迹，以及蛋白质调整后的碳足迹。随后，使用观察到的年度菜单数据集进行了蒙特卡洛模拟（每个情景10,000次迭代）。主菜替代使碳足迹降低了27.3%（从2.355降至1.713 kg CO₂e），但蛋白质减少了24.9%，水足迹增加了12.5%。相比之下，重构配菜和补充菜肴使碳足迹降低了23.1%，水足迹降低了67.5%，同时保持了蛋白质含量。蒙特卡洛模拟证实了重构情景的最佳表现，其蛋白质调整后碳足迹中位数最低（0.069 kg CO₂e/g蛋白质），并且在碳足迹（86.2%）、水足迹（76.9%）和蛋白质调整后碳足迹（81.3%）方面超越参考菜单的概率最高。这些发现表明，优化菜单结构而非仅进行主菜替代，为机构餐饮服务在保持营养效率的同时减少环境负担提供了一种实用策略。

论文解读

研究背景与问题

可持续营养已成为环境可持续性、公共卫生与社区福祉交叉领域的重要议题。当代膳食模式不仅与非传染性疾病负担增加相关，还因食物生产和消费对环境造成显著压力。全球食物系统对人为温室气体排放、淡水使用、土地利用变化和自然资源消耗贡献显著，其中动物性食品，尤其是反刍动物肉类和乳制品，通常比植物性食品具有更高的环境影响。机构餐饮服务是将可持续营养原则转化为实践的关键场所，大学食堂因其服务大量年轻成年人，且此阶段正是饮食习惯和健康相关行为发展时期，具有特殊重要性。然而，现有可持续菜单规划研究常聚焦于单个食物替代或主菜替换，较少关注多道菜机构菜单的结构如何同时影响环境足迹与营养效率。为此，研究人员提出“菜单结构”概念，将餐食视为主菜、配菜和补充菜肴的结构化组合，评估在大学食堂固定四道菜结构中，主菜替代与配菜/补充菜肴重构哪种策略能更有效地降低环境负担并维持营养效率。

研究内容与结论

本研究基于同一机构食堂的食谱级生命周期评估（LCA）输出数据集，将菜品按主菜、配菜、补充菜肴三类重新分类，构建固定四道菜结构（一份主菜、两份配菜、一份补充菜肴）。研究定义了四个代表性情景：情景4A为参考结构（肉丸主菜、汤、意面配菜、甜点）；情景4B保留配菜和补充菜肴但将主菜替换为豆类（鹰嘴豆丸子）；情景4C保留肉丸主菜但将第二配菜改为谷物（小麦片抓饭）并将甜点改为沙拉；情景4D结合豆类主菜、汤、谷物配菜和酸奶。此外，采用蒙特卡洛模拟（每情景10,000次迭代）评估相同结构下可能菜单组合的分布。结果表明，主菜替代虽使绝对碳足迹降低27.3%，但蛋白质减少24.9%，水足迹增加12.5%；而配菜和补充菜肴重构使碳足迹降低23.1%，水足迹降低67.5%，蛋白质几乎不变。蒙特卡洛模拟证实，重构情景具有最低的蛋白质调整后碳足迹中位数（0.069 kg CO₂e/g蛋白质），并具有最高的超越参考菜单概率（碳足迹86.2%，水足迹76.9%，蛋白质调整碳足迹81.3%）。研究意义在于：优化菜单结构而非仅依赖主菜替代，为机构餐饮服务在保持营养效率的同时减少环境负担提供了实用策略。

主要关键技术方法

本研究采用基于生命周期评估（LCA）的数据集，系统边界为原料生产至厨房阶段，排除消费后废弃物管理及餐盘浪费。使用SimaPro 9.0对标准化食谱中的每种配料分别建模，计算每份餐食的碳足迹（kg CO₂e/份）和水足迹（m³/份）。研究将菜品按主菜、配菜、补充菜肴分类，计算各菜品类别对碳足迹的贡献率。构建四个固定四道菜代表性情景，比较能量、蛋白质、碳足迹、水足迹和蛋白质调整碳足迹（碳足迹/蛋白质）。采用Python 3.12.13进行蒙特卡洛模拟，使用固定随机种子（2026）确保可重复性，基于观察到的年度菜单频率加权抽样，每情景生成10,000个模拟菜单，并通过百分位自助法（固定种子2027）计算概率估计的95%置信区间。

研究结果

3.1 菜单结构中菜品类别对碳足迹的贡献：年度菜单数据集中，酸奶组贡献最大（15.91%），其次为甜点（12.37%）、汤（12.04%）、肉类菜肴（9.54%）、禽肉菜肴（9.31%）等。豆类菜肴、橄榄油菜肴和蜜饯贡献较小。主菜组中，肉类和禽肉菜肴分别占主菜碳足迹的34.7%和33.8%，肉丸占23.1%。配菜组中，汤占39.7%，意面占22.3%，抓饭占19.1%。补充菜肴组中，酸奶组和甜点分别占37.7%和29.3%。这表明碳足迹并非仅由主菜驱动。

3.2 代表性四道菜情景的营养与环境结果：情景4A提供668 kcal和27.3 g蛋白质，碳足迹2.355 kg CO₂e，水足迹0.040 m³。情景4B（主菜替代）绝对碳足迹最低（1.713 kg CO₂e），但蛋白质降至20.5 g，水足迹升至0.045 m³。情景4C（配菜重构）提供666 kcal和27.5 g蛋白质，碳足迹1.810 kg CO₂e，水足迹0.013 m³。情景4D结合豆类主菜和重构配菜，能量最高（717 kcal），碳足迹2.173 kg CO₂e，水足迹0.024 m³。

3.3 相对变化与蛋白质调整效率：以情景4A为参考，情景4B碳足迹降低27.3%，但蛋白质下降24.9%，水足迹增加12.5%。情景4C碳足迹降低23.1%，水足迹降低67.5%，蛋白质几乎不变（+0.7%）。情景4D碳足迹降低7.7%，水足迹降低40.0%，蛋白质下降11.0%。蛋白质调整碳足迹方面，情景4C最低（0.066 kg CO₂e/g蛋白质），情景4A为0.086，情景4B为0.084，情景4D最高（0.089）。这说明最低绝对碳足迹并非最蛋白质高效。

3.4 蒙特卡洛模拟：模拟结果显示，情景4A中位碳足迹最高（3.834 kg CO₂e），情景4B降至2.956 kg CO₂e但中位蛋白质最低（30.6 g）。情景4C中位碳足迹2.409 kg CO₂e，中位水足迹0.030 m³，中位蛋白质34.2 g，蛋白质调整碳足迹中位数最低（0.069 kg CO₂e/g蛋白质）。情景4D呈中间状态。模拟支持代表性情景结论。

3.5 相对于参考情景的环境负担降低概率：情景4B产生更低碳足迹的概率为76.2%，但更低水足迹概率仅48.5%，维持或更高蛋白质概率20.0%。情景4C具有最低碳足迹概率86.2%、更低水足迹概率76.9%、更低蛋白质调整碳足迹概率81.3%，维持蛋白质概率40.5%。情景4D分别为84.7%、74.0%、71.1%和28.9%。概率比较证实情景4C综合优势最强。

讨论与结论

讨论部分强调，机构菜单的碳足迹分布在不同菜位，配菜和补充菜肴因出现频率和单份足迹可能成为重要贡献者。主菜替代虽降低碳足迹，但伴随蛋白质减少和水足迹增加，呈现权衡关系。配菜重构在保留动物性主菜情况下仍能实现环境改善，说明肉类减少并非唯一干预点。蛋白质调整碳足迹指标有助于识别碳减排是否以牺牲蛋白质为代价。蒙特卡洛模拟提供了分布视角，减少了对单一菜单示例的依赖。研究局限包括系统边界未包含消费后废弃物、营养评估仅关注能量和蛋白质、单中心数据、未评估成本和消费者接受度等。结论指出，将菜单结构作为干预水平，通过重构配菜和补充菜肴（如保留肉丸主菜和汤，将意面配菜替换为小麦片抓饭、甜点替换为时令沙拉）可实现更平衡的环境与营养表现。这支持采用菜单级多指标评估作为设计大学食堂菜单的实用框架。该研究发表于《Foods》。