英文原题：
A Review on the Challenges and Choices for Food Waste Valorization: Environmental and Economic Impacts
通讯作者：Amar K. Mohanty，圭尔夫大学植物农业系; Manjusri Misra， 圭尔夫大学植物农业系
作者：Poritosh Roy, Amar K. Mohanty, Phil Dick, and Manjusri Misra
摘要
内容简介
加拿大圭尔夫大学植物农业系 Amar K. Mohanty 团队综述了用于食品废物管理的增值方法，分析并总结了各种应用领域的增值产品，讨论了食品废物处理技术进展，及其环境、经济和社会影响。跨科学方法/倡议对于减少食品废物及减轻环境影响至关重要。利益相关方的共同努力是减少食品废物，以及有效和高效增值以提升其可持续性的关键。
文章解读
背景
食品工业产生了大量食品废物，不仅是因为环境和经济影响，地球上不断变化的人口数量、结构以及气候变化对食物生产的影响使得人们对食物的关注不断增加。2017 年，加拿大消费者浪费了 63%的食物可食用部分，造成了约 495 亿美元的食物浪费。在全球范围内，水果和蔬菜的浪费占总 FW 的 45%（图1）。通常来说，水果的果皮、果蔬的枝干等不可避免的 FW 中含有比可食用部分更多的生物活性物质。此外，食品加工废物中富含蛋白质、脂质和碳水化合物，因此可以将这类FW转化为增值产品，应用于生产动物饲料、化妆品、化学品以及益生元等方面。利用FW生产增值品可以为减少 FW 的相关问题发挥重要作用。本文总结了 FW 的潜在增值过程、FW 增值过程的一些最新研究进展及其对经济和环境的潜在影响。
图1. 全球各种食品废物的份额
文章亮点：
FW 的产生取决于食物的类型、技术进步、经济、营销、消费以及购买模式。此外，家庭的社会人口特征在 FW 生成中也起着重要作用。图 2展示了部分国家及全球范围家庭层面的年度 FW 生成情况。在全球范围内，2019 年 FW 产生量为 9.31 亿吨，其中家庭一级产生 5.69 亿吨，而一部分人口仍然在挨饿。食品服务和零售业分别为 FW 总量贡献了 244 万吨和 1.18 亿吨。食品服务是消费后阶段 FW 的主要来源。例如，自助餐中的食物有 50% 都被浪费了。因此，应当将 FW 转化为可以被使用的增值类产品代替原有的垃圾填埋措施，这将有助于减少食品工业的垃圾管理成本和温室气体 (GHG)的排放。
图2. 部分国家及全世界的家庭食品废物产生量
针对 FW 的减量措施，提出了升级存储系统、提高过程效率、改进包装和分配、开发耐压食品、延长食品保质期、以及相应政策。延长保质期可以有效减少零售和家庭层面的 FW；此外开发的智能包装可以最大限度地减少食物腐败并提醒消费者注意食品质量和安全。在源头对 FW 进行分类可以将一些浪费的食物重新分配或用作动物饲料，能够有效减少 FW 的产生。图3中列举了一些常用的 FW 转换技术、产品和潜在的增值过程应用方法。通常，FW 水分含量高，这为厌氧消化、发酵、水解、水热碳化（HTC）等一些转化过程中提供了有利因素；然而，有时需要对FW进行预处理（超声波、微波、脉冲电场等）以提升转化效率，并提取更多高附加值的产品。麦麸、马铃薯纤维和豌豆纤维等 FW 与聚合物基质一起可以生产生物复合材料。从水果和蔬菜类的 FW 中提取的有机化合物可以重新利用并用于抑制腐蚀性介质中的腐蚀。
图3. 食品废物增值过程、产品和应用的示意图（AD，厌氧消化；HTC，水热碳化）
作者还指出，FW 增值过程中的综合生物精炼方法引发了循环生物经济。厌氧消化和好氧堆肥可以将 FW 转化为沼气发电和生物肥料，因为这些被认为是最佳选择。填埋和焚烧被认为是最不受欢迎的选择，因为这些选择不仅成本高，而且在燃烧过程中或通过渗滤液排放过程中会产生污染物。生物精炼厂既可以通过避免浪费来减少碳排放，又可以代替化石基产品。Parizeau 等人还观察到家庭 FW 产生的多重关系，例如购物、生活方式、与食物相关的态度，以及食物和 FW 意识，这些都需要在 FW 减少和废物管理系统设计中考虑在内；因此，需要进行多部门变革，达成从线性经济到循环生物经济的转变。
可食用和不可食用的 FW 都是在食物链的各个阶段产生的。尽管食物的具体碳足迹和能量需求各不相同，但可食用部分的任何再利用在减少 FW 对环境的影响方面都起着至关重要的作用。因此，可食用部分的最佳选择是重新用于人类消费，然后再用于动物饲料。对于不可食用的部分，根据产品类型，可以进行再加工或送去营养和资源回收；图4表示从食物链的各个阶段产生可食用和不可食用 FW 的潜在途径。
图4. 循环生物经济的食品废物增值方法。
可以在不可避免的 FW 的基础上尝试 FW 的增值甚至在循环经济倡议中采用工业共生，以避免由于整个辖区的 FW 减少驱动而导致原料供应中断。循环经济倡议/工业共生与技术进步相结合，可以在提高 FW 增值过程的可持续性方面发挥重要作用。FW 增值的另一个潜在好处是将碳信用分配给可再生能源或生物材料。收入和可用 FW 份额之间的相互作用被纳入全球局部均衡模型，以预测未来家庭 FW 的轨迹，并指出新兴经济体可能在塑造本世纪中叶的全球 FW 方面发挥决定性作用。几位作者还概述了 FW 管理框架，试图减少 FW。值得一提的是，每个利益相关方都需要对减少 FW 负责，即立法/监管的政策制定者、生产商、供应商、营销商、分销商、批发商、零售商和消费者（图 5）。此外，还需要强调现场废物管理，以尽量减少 FW 对环境的影响，而不是将其送往垃圾填埋场。
图5. 食品废物最少化框架
该项目得到了 Ontario Ministry of Agriculture Food and Rural Affairs 和 圭尔夫大学 Gryphon’s Leading to the Accelerated Adoption of Innovative Research Program 的支持。
研究的相关结果已发表于 ACS Environmental Au。
思考与启示
为了改善食品安全和食品行业的可持续性，各国正在努力减少FW。FW 的经济和环境影响因过程中的增值和最终产品用途而异。食品工业的可持续性可以通过 FW 产生的产品或副产品的有效和高效的转化和增值来增强。迄今为止，FW 通常用于能源回收、生物肥料和生物材料。不断丰富 FW 的创新转化方式可能会带来更多生产高价值产品的机会，这也为行业之间带来更多的合作机会，促进产业共生，并为循环经济倡议做出贡献。FW 的转换和增值需要标准化和相关监管，以避免与 FW 相关的任何经济、环境和社会风险，提高FW管理过程的经济和环境可持续性。
低碳绿色发展是目前国际共识，中国也提出了协同推进降碳、减污、扩绿、增长，食品废物的高效可持续循环利用具有重要意义。食品废物的产生涉及种植、加工、消费、废弃、循环等环节，跨越不同行业、部门、区域，采用不同技术手段、产品应用于不同领域，需要有系统思维，在技术创新、产业共生、区域合作、部门协调、政策支持等方面共同努力，以实现食品废物的绿色可持续循环利用，避免环境和社会风险，Amar K. Mohanty 团队的综述提供了非常有价值的参考，也为下一步的研究和产业发展方向提供了启发。
*本文由复旦大学（上海市有机固废污染控制与资源化专业技术服务平台）博士生孙美晨、罗刚教授、张士成教授参与汇编完成。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
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