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糧食危機中的無限生機

隨著各項科技的發展與整合,未來糧食生產、供應與安全體系將出現重大變革,日常飲食將更精緻、精準、安全、健康與有趣。

從古至今,人類對食物的要求從原本只要能填飽肚子,到必須滿足色香味俱全;從對肉類的渴求,轉向重視素食養生;從只顧慾望滿足,到推動食育教育……,以下我們將從四個面向(吃飽vs.吃好、素食vs.葷食、愉悅vs.健康、食慾vs.食育),介紹未來糧食的趨勢。

吃飽vs.吃好

過去老一輩的鄉親見面問好總是說:「吃飽沒?」因為過去糧食不足,很難飽餐一頓,如果能夠吃飽就表示日子過的很好。現今科技進步、經濟發達,大家多能豐衣足食,年輕一輩的人已經很難想像長期饑餓的感覺。過去的人懷抱憧憬,期待未來的糧食可充分供應。這個願望確實在世界許多地方實現了,但是真的大家都吃飽了嗎?未來就真的不會有糧食危機了嗎?我們該如何做才能防止危機的發生呢?

人口飽和肚難飽

世界人口逐年增加,2011年10月31日全球第70 億人誕生在菲律賓。根據聯合國預估, 2050 年人口將達91.5億,其中90%集中在亞洲、非洲及拉丁美洲等開發中國家。而據聯合國糧農組織(FAO)估計,到目前為止,至少就有10 億人還吃不飽,而且營養不良,其中尤以亞洲與非洲最為嚴重。然而亞洲和非洲的人口最多,但亞洲每公頃只能生產28 公擔的糧作物,非洲更只有13公擔,皆遠較其他的地區平均的50公擔為低。似乎解決之道只有糧食增產一途!聯合國估計,如果要保證2050年時, 90億的人得以避免挨餓,那就得較目前增產70%。其中最大的關鍵在於種子和化學肥料,同時還要借助優化的糧食生產與管理技術。

未來糧食難逆料

然而世界糧食供需的問題遠比想像的複雜。過去占世界人口不到20 %的發達國家,消耗了全球80%的資源,這種供銷不均衡的問題因為全球化趨勢而更加嚴重,不是呼籲各國政府人道關懷或每年舉辦「饑餓三十」就能解決,此外加上近幾年以來,天、地、人三種因素交互影響下,致使糧食供應更不確定。天是指氣候變遷、暴雨乾旱頻繁;地是指耕地限縮、地力逐漸貧乏;兩者皆影響糧食生產。人的因素尤其複雜,包括新興國家崛起、城市人口激增,人民有吃的更好的渴望,對糧食的需求只會有增無減;而先進國家鼓勵生質能源,使部分糧食或糧食用地轉而用於生產酒精或柴油;再加上部分投機客從中炒作,問題更是雪上加霜。

整合科技是絕招

縱使如此,問題還是要解決。解決的關鍵在於如何運用生物、材料、機電以及資通訊等科技,結合農業科技,進行跨領域科技整合,建立一套穩定、高產、質優與高效率的糧食生產體系。「基因改造作物」(Genetically modified organism, GMO)、「精準農業」(precision agriculture)以及「植物工廠」(plant factory)是其中最被期待的解決方案。

基因改造似狂潮

利用基因工程技術改造植物、動物及微生物,以增加產量、提升應用價值、去除不良特性、延長儲存期限已非夢想。基因改造植物業已大量問世,包括玉米、大豆、馬鈴薯等糧食作物,目前至少已有120種。2009 年全球基因改造作物的種植面積已達1.34 億公頃,種植的國家亦達25 個,其中以美國最高,巴西、阿根廷、印度、加拿大與中國大陸等,亦各在數百萬至數千萬公頃以上。基因改造產品已充斥市面,目前台灣市售的大豆製品中,使用基因改造大豆恐怕達9成以上。

精確操作基因體特定位置的基因操作技術已漸純熟,從好的方面看,面對未來不確定的天候與地力因素,利用基因改造培育耐旱、耐澇、耐鹽、耐瘠等高產作物,以及具有高特定營養或保健因子含量的作物將指日可待。然而基因改造生物產品之安全性仍有爭議,對部分宗教信仰者亦未能釋疑,各國政府的立場依其商業利益、環保勢力與消費者認知而異,從而衍生各種經貿糾紛。我國基因改造作物之研發已歷20 年,已有多項進入田間試驗階段,但尚無產品核准上市。顯然基因改造作物的發展,仍有許多瓶頸與障礙必須克服。

基因改造的食品@維基

基因改造的食品@維基

精準農業整合高

基因改造或許可以解決種子的問題,實際種植生產上仍需一套有效率的生產系統來達成。運用衛星定位系統(GPS)、地理資訊系統(GIS)等資通訊技術,配合遙測技術、農耕與土壤資料庫以及農業自動化科技,所建構的精準農業操作技術與管理系統,可以根據土地與作物的變異性,給予最適當的耕作決策與處理,以最少的或最節省的投入,改善生產效率並降低對環境的衝擊。隨著資通訊科技的發展,未來精準農業的操控與應用將更趨成熟與廣泛,有助於穩定糧食生產。

植物工廠正發燒

植物工廠是另一種克服天候與地力限制的解決方案,咸認為農業發展的新趨勢。除了可以室內化與立體化克服時空限制、提升作物產量與生產效率之外,也為目前當紅的材料與光電科技,找到新的整合應用方向。事實上利用溫室與水耕方式栽培作物已超過半世紀,並累積相當多實務經驗,新興的材料科技使溫室環境的操控性更佳,而太陽能及LED 光電科技可供應作物生長所需的最適波長光線,配合程式化生長條件控制,已應用於高價作物與藥用植物的栽培。然而植物工廠的造價仍高,如能降低設備與電力的費用,未來在空氣清爽(cool)、環境乾淨(clean)而且產程透明(clear)的植物工廠內工作,將使農業成為新3C 的高科技業。

未來大面積興建植物工廠應非難事,但植物工廠到處林立與都市叢林何異?何妨保留大片田園,讓未來的人仍能享有飽覽綠疇、親近土地的體驗與感受。因此,未來植物工廠更有可能走進社區與家庭,不僅成為地區性糧食蔬果供應之重要方式,亦可能改變人們的生活型態。日本發展植物工廠最為積極,植物工廠超過50 家且大多採用人工光源,其中FairyAngel 公司單廠日產近萬株蔬菜,居全球之冠。此外,日本許多地方已興建地下農場,吸引不少都市農耕愛好者,成為休閒體驗與生活互動的新型態。你是否也心動了呢?

植物工廠可以克服天候與地力限制,為農業發展的新趨勢。 photo source:Fliskr用戶Wang Fonghu

植物工廠可以克服天候與地力限制,為農業發展的新趨勢。
    圖片來源: Fliskr用戶Wang Fonghu

 吃飽還要吃更好

聯合國糧農組織分析世界各國發展趨勢發現,當一個國家的平均國民生產毛額(GDP)超過3000美元時,肉品的消費量即顯著提升,顯示國民所得增加後,人民會有增加食用肉品的欲望,畜牧業亦隨之快速發展。由於畜牧業需要將大量的糧食轉換為飼料,勢必影響糧食的供應。例如中國大陸經濟發展後,不到10 年間,即已成為世界最大的大豆進口國,飼料的需求激增是關鍵,影響全球大豆供需至鉅。許多專家對此極為關注與憂心,呼籲人口眾多的發展中國家必須走新的工業化之路和有效解決糧食問題。然而這對脫貧者而言,心中委實難以平衡。隨著金磚四國、五國、十一國逐漸興起,想要吃的更好的需求將會更加強烈。

素食vs.葷食

人類對肉食的渴望其來有自。近代畜牧業發達,已建立非常完整的肉品生產供應體系。然而畜牧業過度發展致使地球環境遭受破壞亦言之鑿鑿。根據2011 年7 月由美國環境工作小組(EWG)所公布的《肉食者指南》顯示:肉食的碳排放量遠遠高於素食,排碳量最高的前八名全是動物性食品,其中以羊肉居冠。平均每公斤被吃掉的羊肉需排碳39.3 公斤,比排名第二的牛肉多出約45%,更是大豆等植物蛋白的30 倍。然而禁肉茹素只能是種道德呼籲,很難移風易俗、立竿見影;如何設計與導入更具科技含量的畜肉生產模式才是關鍵。

動物飼養立體化

荷蘭與丹麥是世界豬肉生產與供應大國,其先進的飼養、屠宰、加工與儲運體系,單位生產力高且亦能符合友善動物的要求。然動物飼養所必須面臨的飼料、土地及環保問題,在未來仍需一一克服。在飼料方面,動物營養專家已能利用較少的資源甚或非糧食資源當做飼料,減少對糧食的衝擊。在土地和環保方面,近年來有不少豬隻飼養立體化的規劃,將養豬從傳統的農業生產模式中脫鉤。

丹麥一位叫做Nee Rentz-Petersen 的建築師,打造一個零碳排放的養豬城專區(Pig City)。該計畫整合「豬隻生產」、「蕃茄種植」及「再生能源供應」成為系統,可去除豬舍異味,生產過程產生的氨或肥料不會對環境造成負擔,沼氣系統所生產的能量亦可直接用於全區。此項新穎系統每獨立單位每週可生產豬隻380 頭,年產2萬頭,預計2012 年正式運作。荷蘭知名建築師事務所MVDRV 亦設計一座極具未來概念、完全為豬建造的概念城市。在此概念豬城中,一棟棟現代化的養豬大廈林立,豬隻悠閒生活其間,比丹麥的設計更先進而人道。然於2009 年提出構想後,仍備受道德爭議與素食團體的責難。

素食風潮全球化

自古以來,鼓勵人們吃素的主張與呼籲從未減弱,除了宗教因素之外,近年來環保與健康已成為茹素的新口號。數十年前,美國知名生物社會學家哈佛大學威爾遜(Edward O. Wilson)教授即高呼,如果把所有的穀物都用來餵養人類而不是牲口,加上大家都願意開始吃素,那麼,現在的14億公頃耕地才有可能養活100 億的人口。「吃素救地球」、「每週一素」已成為新的全球運動。此外,許多研究指出,食用過多動物來源的食物可能與人體代謝症候群相關疾病有密切相關,更促使重視健康的消費者逐漸改行茹素。此類非單一因素及並非全然茹素的「彈性素食者」,已成全球素食主流。目前以印度的素食者最多,達其總人口之40%,我國與日本、義大利及德國等國皆超過10%,估計2020 年全球素食人口將達30%。

素食供應產業化

我國從10 餘年前以大豆與麥麩為基礎,發展高價素肉技術,已由進口替代轉而出口外銷,成為全球高價素肉技術的領先國。此外,我國擁有300萬素食人口,由於消費需求帶動,已建立良好的技術及產品發展環境,可以成為素食產業的試驗場域。加上2009年7月1日政府率先訂定素食包裝標準,有益產業秩序之形成,使我國在全球素食需求增加之際,深具拓展國際或亞洲素食巿場的優勢。

素食原料是素食產業化的關鍵,一般多從替代性的角度開發。以仿肉(meat-free)製品為例,來自大豆或麵筋等植物組織蛋白的開發對仿肉製品的發展影響大,開發的產品除提供豐富的蛋白質及纖維外,亦使素食產品品項更為多元。其他素食原料來源以英國QUORN公司的真菌蛋白和荷蘭的羽扁豆蛋白最為有名,另新近國外陸續有動物保護團體贊助研發組織培養肉(c u l t u r e dmeat)。這些素食原料的多元化對未來素食產業化的推動極有助益。

愉悅vs.健康

人類對美食的追求永無止盡,由茹毛飲血、粗茶淡飯一直發展到各種精緻的料理與加工食品,過去如此,現在如此,未來亦復如此。從人類的演化歷程來看,熟食是一個飛躍,提供更好的營養攝取與衛生;農耕畜牧是一個飛躍,提供穩定的營養與熱量;城市化與全球化的發展又是另一個飛躍,分工體系使大部分的人脫離農業生產,依靠便利的外食,糖、鹽、油及熱量攝取過多而纖維攝取不足,竟成為現今人類健康危機的最大關鍵。未來不僅是吃的飽與吃的好的問題,而是如何兼顧好吃又健康、便利又安心。

美食享受體驗化與科技化

色香味俱全已無法滿足現代人對美食的追求,前衛的烹飪大師已跨入提供造型美觀、體驗驚喜、啟迪哲思的新廚藝時代。其中近年來在法式料理基礎上崛起的分子料理(molecular gastronomy),已成為媒體與美食追求者的話題。分子料理是應用科學方式,分解食物分子的物理及化學原理,尋求理想的烹調條件,將食物改變成意想不到的形態,極盡驚奇、近似譁眾,褒貶不一。未來是否得以持續?個人認為型式會改變,但科學料理的精神不會消失。甚至近年來發展快速的奈米科技,亦可擴大運用在食品設計的方面,為美食的科學化與精準化注入創新的能量。

另有一些美食主義者以追求原味為至高的享受,新鮮、有機的食材已逐漸成為飲食的熱點,尤其大多使用在地化食材,符合環保的概念,未來應會更為風行。在食品加工上,因為傳統熱加工技術經常會破壞食物原味,促使超高壓、超靜壓、脈衝電場等非熱加工技術在食品加工上的應用。目前超高壓加工的產品已量產,在日本更發展出家庭用小型超高壓家電,使美味與原味得以較好保存。其他的非熱加工技術在不久的將來,極有可能為人們帶來更好的飲食享受。

美食發展全球化與健康化

全球化使消費者可以體驗世界各國不同的特色餐飲,而在健康意識帶動下,未來的飲食將走向健康化。例如日本飲食強調天然原味,且味噌與綠茶皆有明確之健康訴求;韓國飲食少肉多菜,且泡菜與醬料的機能性亦廣被認同;泰國料理單純多樣,大量使用香料與醬料具健康效益;地中海飲食高纖少脂,早已成為健康飲食風潮;歐盟嚴謹的產地認證制度,以及符合健康飲食概念之合理化傳統餐飲組合,已證實可以改善人民健康。上述各國料理之健康訴求,皆得力於其政府對基礎研究以及大規模調查試驗之支持,我國以美食聞名,近年亦大力推行台灣美食國際化,未來如何將健康概念融入膳食之中,有待借助學研界之投入。

有鑒於美國肥胖問題日益嚴重,甚至年齡層已向下延伸,美國第一夫人蜜雪兒歐巴馬頻頻呼籲各界重視孩童飲食,並呼籲主要食品廠商使用低糖、低脂、少鹽等更健康的配方。在政治人物登高一呼之下,美國卡夫食品公司宣布將減少北美產品含鹽量10%。事實上減少食物中對健康具危害風險因子的作法,已成為先進國家政府嚴重關切,並呼籲主要食品廠商善盡社會責任的重要訴求。在各界呼籲與推波助瀾之下,未來的加工食品將具健康化。

飲食設計客製化與個人化

人類基因體全序列解碼開啟營養基因體(Nutrigenomics)的新紀元。經由醫學、營養、生技及食品科技專家的合作,許多國際食品大廠已跨入基因營養學(Nutrigenetics)的領域,未來將可以個人的基因分析結果,提供客製化甚至個人化的基因營養食品。這方面的進展神速,只是目前檢測的費用仍高,而且個人基因資料的隱私尚未有較好的保護規範,如能加以克服,則可預期在可見的未來,將會進入一個具有預測性(predictive)、預防性(preventive)及個人化(personalized)的3P 保健時代。

食物生產真實化與透明化

食品安全(food safety)與糧食安全(food security)的概念不同,但皆為嚴肅的課題。無論食品多美味、便利與健康,食品安全永遠是最基本的要求。近年來隨著全球化的快速發展,使食品供應鏈拉長,亦使食品安全問題層出不窮。此外,食品的真實性(authenticity),亦即是否如其所宣稱的貨真價實,以及產程透明度,亦即所有原料與製程是否清楚揭露,更讓許多消費者質疑。目前由農場至餐桌(from farm to table)的食品安全管理鏈,以及由此建立的食品履歷與追溯系統(food traceability),已成為全球奉行的圭臬與準則,未來將更為普及。

食安問題已迫在眉睫@維基

食安問題已迫在眉睫@維基

食慾vs.食育

不管糧食或食品安全的問題,科技皆可提供關鍵解決方案;但科技只能解決部分問題,最重要的還是人。先賢造字充滿智慧,「食」這個字由字面上來看,即隱含以「人」為先的意涵;不僅製造與提供食物的人,或是享用食物的人,皆必須秉持「良」心與善念。食品安全管理上常講:「食品的品質是製造出來的,不是檢驗出來的。」這就要靠製造者的良心,所以沒有黑心食品,只有黑心商人。道德良心絕不會因時代的改變而失去其重要性。

但是享用食物的人需要什麼道德良心呢?胃口與慾望都是養大的。一個人要吃多少才叫飽?要吃多少才叫夠?營養學上有一些建議,但我們似乎總是吃的比實際需要的多。俗話說能吃就是福,但每餐我們浪費多少食材?有人估計美國人的食材中有50%都丟棄浪費掉了,如果妥善運用這些食材,是否可以讓全球十億饑餓的人口獲得紓緩?控制食慾、珍惜食物就是享用食物的人最需要的良心,而這是「食育」的重要理念。

日本政府於2005年頒布《食育基本法》並制定「食育推進基本計畫」,進行全面性飲食指導,以培養人民理想飲食習慣。推動五年後,日本兒童不吃早餐比例與學校餐食之在地農產使用比例已有相當改善,且整體社會逐漸形成將食育視為國民運動的共識。然而更重要的是家庭教育,食品製造只能由農場帶到餐桌,餐桌上的食育就要靠家庭用心營造。在推動食育的同時,科技或許也可以幫上一點忙。如果未來能把太空人飛航飲食專用的食物膠囊(food capsule)大量製造,以提供一天所需一半以上的營養、熱量與飽足感,那麼我們所需要的食物就可以減少一半,不僅更能細細品嚐食品的真味,亦可使更多人有飯吃。未來並不遙遠,理想並非不能實現,只要有心,願景就能發揮力量。

本文作者 簡相堂 任職於食品工業發展研究所

原文登載於 科學月刊 2012 二月號

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