替代蛋白系统：可持续性、功能性与未来食品体系的文献计量学与比较性综述

《Foods》：Alternative Protein Systems: A Bibliometric and Comparative Review of Sustainability, Functionality, and Future Food Systems

　　

摘要专业翻译 可持续蛋白来源需求的日益增长加速了植物基、微生物、培养肉及昆虫蛋白的发展。本综述将Scopus索引出版物的系统性分析、Biblioshiny与VOSviewer文献计量学图谱绘制，以及涵盖环境、经济、技术、营养与社会维度的比较性综合评估相结合。文献计量学结果表明，研究已从技术特异性研究转向可持续性、循环生物经济、生命周期评价（Life-Cycle Assessment, LCA）、消费者接受度及蛋白质转型研究。没有任何一种平台能在所有维度上持续优于其他平台。植物基蛋白目前技术成熟度最高且经济竞争力最强；微生物蛋白具有较高的资源效率与循环性；培养肉最接近地再现传统肉类，但仍受制于成本与能源需求；昆虫蛋白支持养分循环利用，但面临持续的接受度与监管障碍。证据表明，未来可持续蛋白体系将依赖于互补而非竞争性的生产平台。根据各技术独特的功能与可持续性优势对其进行整合，为构建具有韧性与资源效率的食品体系提供了一条有前景的路径，并为支持全球蛋白质转型的研究优先级、技术开发、投资与政策策略提供了基础。

论文解读文章

一、研究背景与问题

在全球人口增长、气候变化及自然资源压力不断加剧的背景下，可持续蛋白生产体系的构建已成为未来粮食安全的核心挑战之一。联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization, FAO）预测，到2050年全球人口将接近93亿，蛋白需求量较2020年水平增长超过50%。与此同时，传统畜牧生产伴随大量温室气体排放、广泛土地占用及高强度水资源消耗。例如，从羔羊肉和牛肉中生产100克蛋白质分别需要约184.8和163.6平方米的农业用地。这些挑战促使学界与产业界对能够同时提升资源效率、降低环境影响并增强食品体系韧性的替代蛋白技术产生了日益浓厚的兴趣。

替代蛋白技术，包括植物基蛋白、微生物蛋白、培养肉和昆虫蛋白，已被视为向可持续和循环农业食品体系转型的重要组成。然而，现有综述大多聚焦于单一生产平台或仅强调某一特定方面，如环境绩效、营养品质或消费者接受度。跨环境、经济、技术、营养和社会维度对主要替代蛋白体系进行比较性整合研究仍然相对有限。因此，学界尚缺乏能够系统比较不同蛋白技术在可持续食品体系中优势、局限及未来角色的整体性证据。为填补这一空白，本综述将文献计量学分析与四大替代蛋白平台的综合比较评估相结合，旨在论证不同替代蛋白体系如何在具有韧性与可持续性的食品体系中发挥互补功能，而非识别单一最优蛋白技术。

二、研究内容与主要结论

研究人员基于Scopus数据库，采用布尔检索策略，检索了2010年至2026年间发表的同行评审英文期刊论文，经主题筛选与去重后最终获得1283篇文献构成文献计量学语料库。研究运用Biblioshiny（Bibliometrix R包，版本4.3.1）和VOSviewer（版本1.6.20）进行文献计量学分析，并构建了涵盖环境（土地利用、水资源利用、温室气体排放、循环性潜力）、经济（技术就绪水平TRL、生产成本）、社会（消费者接受度、监管成熟度）及营养（蛋白质品质、主要工业应用）四个维度共十项指标的比较性分析框架，采用叙述性比较方法对证据进行综合。

三、主要技术方法

本研究主要采用以下关键技术方法：其一，文献计量学分析，运用Biblioshiny和VOSviewer对Scopus导出的文献数据进行出版趋势、关键词频率、主题演化及关键词共现网络分析；其二，系统文献检索与主题筛选，采用布尔检索字符串并设定学科领域限制，经标题与摘要主题相关性筛查后确定最终语料库；其三，比较性分析框架的构建，围绕环境、经济、社会、营养四个可持续性维度共十项指标对四大替代蛋白类别进行定性综合比较；其四，叙述性数据综合方法，鉴于生命周期评价、技术经济分析、消费者调查及营养研究之间存在显著的方法学异质性，研究采用叙述性比较而非定量荟萃分析。

四、研究结果

4.1 知识结构与主题演化

全球可持续导向的替代蛋白研究高度集中于发达经济体，其中美国在知识网络中占据核心位置，与“可持续性”“替代蛋白”“植物基蛋白”等关键词密切关联。意大利、西班牙、荷兰和比利时等国在蛋白质转型、消费者接受度及循环经济研究方面参与度突出，可能反映了欧洲绿色协议（European Green Deal）和“从农场到餐桌”（Farm to Fork）政策议程对科研优先方向的影响。主题演化分析显示，2010至2015年研究聚焦于蛋白来源的基础营养与组成特性；2016至2020年主题显著多元化，出现技术与加工导向方向；2021至2026年主题趋于整合，可食用昆虫、植物基蛋白、培养肉和肉类替代品成为核心主题。

4.2 主题结构与关键词共现网络

VOSviewer关键词共现聚类基于4075个关键词中最低出现阈值10，识别出5个聚类和1386条链接。主题图谱分析表明，培养肉、蛋白质转型和消费者接受度属于驱动当前科学议程的发动机主题（motor themes）；植物基蛋白及其功能与技术属性属于内部发展成熟但范围相对专门化的利基主题（niche themes）；可持续性、替代蛋白和昆虫蛋白构成领域的基础主题（basic themes）；微生物蛋白与循环生物经济及生物精炼相关联，属于新兴或尚未充分整合的主题。

4.3 植物基蛋白

植物基蛋白是最广泛使用的传统动物蛋白替代来源，原料涵盖豆类、谷物、油料作物、坚果和种子等，经加工制成浓缩蛋白和分离蛋白。其市场主导地位源于原料经济可负担性、技术成熟度及较高消费者接受度。与常规动物农业相比，植物基蛋白生产所需土地和水资源更少，温室气体排放更低。然而，许多植物源存在“不完全”氨基酸谱，如豆类常缺乏含硫氨基酸（蛋氨酸），谷物则赖氨酸受限；抗营养因子会阻碍矿物质吸收，青草味或豆腥味等不良风味需技术掩蔽。蛋白结构化技术分为自下而上（bottom-up）和自上而下（top-down）两类方法，不同技术对纤维状肉类结构的再现程度各异。

4.4 微生物蛋白

微生物蛋白涉及细菌、丝状真菌、酵母和微藻等微生物的培养，底物选择涵盖第一代糖类底物、第二代非粮原料（如农业残余物）以及基于二氧化碳（CO₂）的气体发酵底物。丝状真菌因蛋白产量高、氨基酸组成优良且能利用多种低成本底物而广泛使用，代表性案例为自1985年起商业化生产肉类替代品Quorn?的镰刀菌（Fusarium venenatum）。微藻具有快速生物质积累能力，可利用农业工业废水实现碳、氮、磷的同步回收。细菌生长速率最快，甲烷氧化菌（Methylotrophus属）和光合细菌（Rhodobacter capsulatus）是代表性平台。酵母蛋白含量高（干重45%–55%），含B族维生素，底物适应性广。微生物蛋白生产需整合底物选择、微生物平台选择与生物过程配置三个相互依赖的要素。

4.5 培养肉

培养肉（又称细胞基肉或实验室培养肉）依赖动物来源细胞在专用生物反应器中的体外增殖与分化。细胞来源选择是决定整个生物制造系统效率的基础性生物学决策，主要分为成体干细胞（肌肉卫星细胞MuSCs和间充质干细胞MSCs）与多能干细胞平台（胚胎干细胞ESCs和诱导多能干细胞iPSCs）两大类。核心技术权衡在于MuSCs的高度特化与基因组稳定性及其有限分裂周期，与ESCs/iPSCs理论上无限自我更新能力但需更复杂分化方案和严格监管监督之间的取舍。培养肉生产依赖从细胞扩增到最终组织结构化的整合式生物加工管线，生物反应器系统技术成熟度最高，而过程强化系统对实现与传统肉类的价格持平具有决定性影响。

4.6 昆虫蛋白

昆虫在循环生物经济框架中已成为关键替代蛋白来源，能将低价值有机侧流和生物废弃物转化为高质量生物质。主要生产物种在蛋白含量、生产特性、工业成熟度和终端应用方面差异显著。当前研究识别出三种主要生产模式：废弃物衍生生物转化系统（利用粪肥和城市有机废弃物生产粗生物质和生物肥料）、农业工业副产物系统（利用麦麸和食品加工废弃物生产标准化食品级和饲料级粉料）以及受控优化饲养系统（采用酶解和超声辅助提取等高强度技术生产高价值蛋白分离物和生物活性肽）。昆虫蛋白结合了高饲料转化效率与有机侧流增值及循环生产系统中养分回收的机会，但食品安全要求、底物组成变异性、监管考量和消费者接受度限制其更广泛采用。

五、讨论部分总结

比较性综合表明，替代蛋白体系的可持续性绩效本质上是多维度的，无法用单一标准评估。四大蛋白类别中没有任何一类在所有评估维度上呈现一致性优势。环境方面，植物基和昆虫基体系在土地和水资源利用的即时减排效果最为显著，但培养肉的长期气候影响存在学术争议——林奇和皮埃尔亨伯特（Lynch and Pierrehumbert）警告在碳密集型能源体系下培养肉的环境优势可能无法充分实现，而辛克等人（Sinke et al.）则认为这些结论对未来能源体系假设高度敏感。底物选择是决定昆虫和微生物蛋白环境绩效的关键因素之一。营养功能方面，植物基蛋白是当前最成熟的肉类类似物原料，培养肉是唯一能再现传统肉类细胞结构和营养谱的技术，昆虫和微生物蛋白主要作为高质量蛋白配料而非直接肉类替代品。消费者接受度方面，培养肉常引发“非自然”感知，昆虫蛋白受食物恐惧和厌恶感制约，微生物蛋白受益于发酵食品的悠久历史但微生物来源本身仍可能降低部分消费者的食用意愿。政策方面，不同技术成熟度、资源利用特征和市场障碍要求差异化的政策支持而非统一方法，这与欧盟“从农场到餐桌”战略和Food 2030研究与创新框架的方向一致。

六、研究结论翻译

本综述通过文献计量学图谱绘制与跨环境、经济、技术、营养和社会特征比较分析的结合，对植物基蛋白、微生物蛋白、培养肉和昆虫蛋白四大替代蛋白平台进行了整合评估。文献计量学证据表明，研究格局已从技术导向研究向整合性可持续性框架演进，对循环生物经济、生命周期评价、消费者接受度和蛋白质转型的关注日益增强。定性综合表明，每个蛋白类别遵循不同的技术轨迹，在新兴蛋白格局中占据不同位置。比较分析进一步证明，可持续性绩效无法用单一指标评估——环境效率、经济可行性、技术就绪度、营养品质和社会接受度之间经常存在权衡，使得任何单一蛋白技术都无法在所有维度上优于其他技术。本综述证明，没有任何单一替代蛋白技术能同时最大化环境、经济、营养和社会绩效。相反，未来蛋白质转型可能趋向于互补性生产体系的整合组合，其中植物基蛋白提供即时的大规模替代，微生物蛋白增强资源效率和循环性，昆虫蛋白促进养分循环利用，培养肉满足对传统肉类等效产品的需求。因此，未来食品体系应围绕技术互补性而非替代蛋白平台间的竞争来设计。未来研究应日益超越对单一蛋白技术的孤立评估，转向在协调统一的方法学框架内结合生命周期评价、技术经济分析、营养功能性、消费者行为和监管就绪度的整合评估，为循证政策决策和可持续蛋白体系投资提供更坚实的基础。