植物基食品資源在飲料中的應(yīng)用與發(fā)展

任 藝，晏永球，涂宏建，王 俊，陸 偉，雷 蕾，吳小艷

（1.寧波御坊堂生物科技有限公司，浙江寧波 315012；2.御坊堂天然健康產(chǎn)品重點農(nóng)業(yè)企業(yè)研究院，浙江寧波 315012）

近年來，隨著全球飲食習(xí)慣的同化，對健康飲食的追求以及對環(huán)境問題的日益重視，“植物基”這一概念越來越受到食品行業(yè)以及消費者的青睞。隨著消費者對肉制品安全問題的思考，進一步刺激市場倒向植物基產(chǎn)品。2020年，全球植物基市場規(guī)模已達211億美元，預(yù)測在2029年將增長到955.2億美元[1]。在植物基食品類目中，除了備受關(guān)注的植物肉以外，植物基飲料也越來越受消費者的喜愛。據(jù)統(tǒng)計，2021年飲料線上銷售額及銷量排名中，植物蛋白飲料、植物奶、植物酸奶排名第六[2]。我國食品市場早期已有豆奶、芝麻糊等植物性飲料類產(chǎn)品，隨著“植物基”這一概念的興起，市面上植物基飲料品類更加繁多，如燕麥拿鐵等。很多植物基飲料更是添加維生素或各種功能性成分以滿足消費者對營養(yǎng)與健康飲食的追求。國內(nèi)食品企業(yè)也推陳出新，推出維他奶、核桃發(fā)酵乳等產(chǎn)品。

現(xiàn)代人普遍攝入的熱量較高，飲食結(jié)構(gòu)不平衡，加上久坐等不良生活習(xí)慣，導(dǎo)致高血脂、高血糖、肥胖等問題，給身體機能帶來壓力并導(dǎo)致一系列疾病和健康問題。以植物類食品為主的飲食有利于預(yù)防或減輕肥胖、II型糖尿病、高血壓、冠心病等疾病[3]。蛋白質(zhì)是人體不可或缺的營養(yǎng)素。很多植物蛋白，如大豆，是人體良好的蛋白來源，大豆蛋白含人體所需的必需氨基酸且其組成符合人體推薦模式[4]。此外，不斷增長的人口數(shù)量以及人們對動物類食品以及奶制品的需求的增長對環(huán)境產(chǎn)生了一定的壓力[5]。與動物源蛋白質(zhì)相比，植物蛋白的生產(chǎn)效率更高，所需的水、土地、氮和化石能源更少，是一種可持續(xù)的蛋白質(zhì)來源[6]。

相比于動物肉類原料，奶與奶制品在飲料中的應(yīng)用更為廣泛。隨著生活水平的提高與飲食習(xí)慣的改變，我國乳品行業(yè)為滿足日益增長的乳品需求，行業(yè)規(guī)模呈穩(wěn)步增長的趨勢，在2006年到2020年間，從1 684億元增長到了6 385億元，并預(yù)測未來將持續(xù)增長[7]。除了鮮奶、高溫滅菌奶、奶粉等飲用奶之外，各種乳飲料、新茶飲、功能性蛋白粉等進一步增加了我國市場對奶制品原料的需求。然而，我國是世界上主要的乳制品進口國之一，2021年乳制品進口量為394.73萬t，相比2017年增長率達20.30%，而且我國改良種用牛、凍精、飼料等也大量依靠進口[8]。這些因素都在促進我國大力發(fā)展植物基食品，包括飲料等。此外，我國受乳糖不耐受影響的人群約為85%[9]。大部分成年乳糖不耐受人群可以適量飲用約小于160 mL的牛奶[10]。乳糖不耐受、乳糖消化不良、牛奶過敏等因素限制了很多人對奶制品的攝入量，進一步刺激市場對植物基乳飲料等產(chǎn)品的需求。

1 植物基食品資源

植物基食品資源種類繁多，包括谷物、果蔬、豆類和堅果等。而加工方式包括研磨、均質(zhì)、提取、包埋、發(fā)酵、酶解以及干燥等。果蔬類飲料在國內(nèi)外的飲用歷史悠久，接受度高。而以谷物、堅果、豆類等為原料的植物基飲料在人們的膳食結(jié)構(gòu)中占的比例越來越大，并對動物肉類和奶類產(chǎn)品產(chǎn)生了一定程度上的替換。

1.1 植物纖維

植物是碳水化合物的一大來源，除了淀粉、蔗糖、果糖等供能的碳水化合物外，植物還提供了豐富的膳食纖維。植物纖維主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和蠟，作為結(jié)構(gòu)元素廣泛存在于高等植物中。植物纖維有良好的可再生性和生物可降解性，是一種可持續(xù)的原材料，被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域中。食物纖維是良好的膳食纖維的來源。膳食纖維的提出可以追溯到1953年[11-13]。1985年，TROWELL等將膳食纖維定義為“不能被人體消化酶水解消化的植物細胞殘渣”[12]。食品法典委員會于2009年進一步規(guī)范了膳食纖維的定義為不能被人體小腸內(nèi)源酶水解的，由10個或以上單體單元的碳水化合物聚合物，并規(guī)定了膳食纖維的種類與來源[14]。植物纖維/膳食纖維的攝入與人體健康息息相關(guān)。膳食纖維進一步分為可溶性纖維和不溶性纖維。膳食纖維可減少能量攝入、增加飽腹感、促進消化液分泌以及腸胃蠕動。部分植物纖維（益生元）可被結(jié)腸和大腸中的有益菌分解利用，有利于有益菌群的增長并分泌短鏈脂肪酸[15-16]。研究表明，攝入膳食纖維可以預(yù)防和減輕肥胖、高血脂、糖尿病、癌癥以及腸道疾病等慢性病[15,17]。很多大分子多糖類的膳食纖維，如果膠、魔芋粉、圓苞車前子殼粉等，同時也作為穩(wěn)定劑、增稠劑添加到飲料當(dāng)中，以調(diào)節(jié)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與質(zhì)地。

1.2 植物油脂

動物油脂包括奶油主要為飽和脂肪，全脂牛奶中脂肪含量為3.25%，而大部分是飽和脂肪酸和一部分單不飽和脂肪酸。適量攝入牛奶及奶制品可以均衡補充營養(yǎng)且對健康有益。然而，近年來人均每日油脂攝入量不斷增加，尤其是攝入過多的飽和脂肪酸以及膽固醇，這樣的飲食結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的心腦血管疾病成為威脅人類健康的一大因素[18]。為了控制脂肪以及熱量的攝入從而控制體重，西方國家很多人群選擇脫脂或低脂乳。植物油中含有豐富的油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，而攝入不飽和脂肪酸有利于血清中總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平的下降。α-亞麻酸和亞油酸是人體必需脂肪酸，亞麻籽和紫蘇油中含有50%以上的α-亞麻酸。α-亞麻酸被證明有減低血脂的作用[19]。核桃油、葵花籽油、葡萄籽油等植物油脂中亞油酸含量達69%以上。亞油酸被證明有預(yù)防和抑制腫瘤的作用[20]。

此外，植物油脂中含有脂肪醇、植物甾醇、三萜醇、黃酮類、多酚類和角鯊烯等多種活性成分[21-22]。植物甾醇能夠抑制人體對膽固醇的吸收，促進膽固醇降解代謝[21]；豆甾醇有抗炎作用[23]；而甾醇、多酚等有抗氧化作用[24-25]；三萜醇也是廣泛存在于多種植物中的物質(zhì)，包括米糠、小麥胚芽以及中草藥中。植物油的冷榨工藝能很大程度上防止高溫對這些活性物質(zhì)的破壞[26]。對植物基原料以及產(chǎn)品的加工處理，尤其是含有油脂成分的產(chǎn)品，應(yīng)注意加工過程中溫度對營養(yǎng)成分的影響。

1.3 植物蛋白

蛋白類原料是各種乳飲料、固體飲料中不可或缺的原料之一。植物基蛋白普遍有低致敏性，種植生產(chǎn)過程具有安全、可控性強和可持續(xù)等優(yōu)點。最常見的植物基蛋白是大豆蛋白，包括大豆蛋白粉、大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白等。相比于牛奶，豆奶蛋白質(zhì)含量與其相當(dāng)甚至更高，而其熱量比牛奶低[27]。牛奶的消化必需氨基酸得分和蛋白質(zhì)消化率校正后的氨基酸評分分別為141和142，而大豆的消化必需氨基酸得分和蛋白質(zhì)消化率校正后的氨基酸評分分別是98和102[28]，趨近于牛奶，且其蛋白質(zhì)消化率校正后的氨基酸評分高于100，說明其可以滿足人體每日對各種必需氨基酸的需求。大豆蛋白水解得到的部分肽段被證實可以與鈣結(jié)合，并促進鈣吸收，進而促進鈣在骨骼中的沉積[29-30]。這一點與酪蛋白磷酸肽類似。豌豆蛋白、大米蛋白等原料也被廣泛應(yīng)用到飲料的研發(fā)與生產(chǎn)中。植物蛋白多是由榨油后的餅粕中提取分離得到的，使榨油副產(chǎn)品得到更有效的利用，有利于副產(chǎn)物的升值與再利用。

2 國內(nèi)外植物基飲料的開發(fā)利用

2.1 植物基飲料

西方國家傳統(tǒng)飲食以肉類、奶制品為主。植物基飲料，尤其是植物基乳飲料，在國外主要作為牛奶的替代品，供對牛奶過敏或有其他飲食限制的人群，以及素食主義者食用[31]。近年來，越來越多的人意識到現(xiàn)代西方飲食習(xí)慣對健康和環(huán)境帶來的影響，開始選擇植物基的食品，隨之而來的是西方植物基市場的快速增長。因此，西方國家對植物基食品更強調(diào)“替代”和“模擬”的概念，追求對肉制品和奶制品的替換并且強調(diào)相似度，如植物肉和植物奶酪。對于植物基乳飲料，以美國為例，消費者除了直接飲用外，也會將其作為家庭制作奶昔的原料，或添加到咖啡或茶中，或作為家庭烘焙的原料以代替牛奶[32]。根據(jù)美國植物基食品協(xié)會數(shù)據(jù)，有65%的人對飲食沒有特別要求，有29%的人傾向于選擇植物基食品，而剩余6%為素食主義者。美國植物性食品的零售額在2021年達74億美元，比2020年增長6.2%，位于歷史最高水平。植物基乳飲料在2021年的銷售額為26億美元，位居植物基食品榜首。國外植物基乳飲料主要選用杏仁、燕麥等，而越來越多的公司也開始研發(fā)芝麻、亞麻籽、大麻籽、大麥、豌豆蛋白以及各種堅果等作為原料。

我國傳統(tǒng)飲食結(jié)構(gòu)包含了豐富的植物性食物，傳統(tǒng)植物基飲料包括豆?jié){、綠豆湯、椰奶和芝麻糊等。主要傳統(tǒng)飲料產(chǎn)品包括六個核桃、露露杏仁露、維他奶等，且也早已被大家所接受?；谖覈参镄允澄镓S富的飲食結(jié)構(gòu)，植物基類產(chǎn)品更注重在口味方面的推陳出新、配方優(yōu)化以及營養(yǎng)附加值。豆奶是我國普及度最高、接受度最高的一種植物基乳飲料。自1983年豆奶發(fā)展被列入飲料行業(yè)工作計劃以來，雖然發(fā)展較緩慢，但經(jīng)過我國對早期豆奶發(fā)展的不斷推進，豆奶逐漸完成產(chǎn)業(yè)化。隨著傳統(tǒng)企業(yè)推陳出新、國外企業(yè)對中國市場投入的增加，新興企業(yè)的加入以及新茶飲的迅速發(fā)展，近年來植物基乳飲料品類繁多，為消費者提供了更多的選擇。目前，以大豆為主要原料的產(chǎn)品依然是市場份額最大，最受大家接受的植物基乳飲料。例如，達利集團推出的豆本豆品牌，伊利推出的植選等。除大豆外，燕麥也是植物基乳飲料的首選原料。例如，植本樂公司推出的oatoat品牌主要以生產(chǎn)燕麥奶為主，瑞典的Oatly品牌推出的燕麥乳有濃厚的質(zhì)地與一定的起泡性，可代替牛乳在咖啡中使用。菲諾推出的厚椰乳同樣代替牛奶作為咖啡伴侶使用。我國在植物基乳飲料的研發(fā)思路上一方面引入國外較常見的原料以及概念，同時結(jié)合傳統(tǒng)飲食習(xí)慣以及健康理念，選用或配合黑芝麻、黑豆、綠豆、紅棗、核桃和杏仁等原料，選擇更為豐富。

植物基乳飲料的生產(chǎn)工藝主要包括浸泡、研磨、分離、水解、漂白、均質(zhì)、配制、滅菌和灌裝[28,33]。生產(chǎn)植物基乳飲料的主要挑戰(zhàn)是形成穩(wěn)定的油脂球并使其均勻分散在飲料體系中以提供乳白色、黏稠度、油脂特有風(fēng)味和口感。目前主要方法為人工合成脂肪球和從植物中提取油脂體[28]。人工合成脂肪球主要是形成水包油乳液的過程。在乳化劑的選擇上主要包括蛋白質(zhì)、多糖、磷脂和生物表面活性劑[34]，同時需要考慮表面活性劑的用量、乳化均質(zhì)設(shè)備與條件以達到較小的油滴大小和較均勻的油滴大小分布。而pH、鹽度、溫度等因素都會對乳液穩(wěn)定性造成影響。因此，許多研究集中于研發(fā)復(fù)配乳化劑、通過美拉德反應(yīng)形成的復(fù)合物乳化劑以及非共價結(jié)合的復(fù)合乳化劑等[34]。此外，在很多情況下需要在使用乳化劑的基礎(chǔ)上加入多糖膠體增稠，進一步減緩脂肪球的聚集與上浮，從而增加體系穩(wěn)定性。

植物中的油脂主要以脂肪體的形式存在于植物細胞，尤其是種子細胞中。這些脂肪體表面有一層天然形成的乳化層，主要由磷脂和某些蛋白構(gòu)成[35]。這些天然形成的脂肪體可以被提取并直接分散到水基液體中以實現(xiàn)乳液的口感與外觀。

植物酸奶是隨“植物基”概念而興起的一類較新的產(chǎn)品。植物酸奶在保留植物基飲料的優(yōu)點外還含有益生菌，有利于調(diào)節(jié)腸道菌群。食物酸奶的發(fā)酵工藝與傳統(tǒng)酸奶類似[36]。而對菌種的選擇對產(chǎn)品的風(fēng)味物質(zhì)、感官品質(zhì)、營養(yǎng)功能等影響較大。WANG等[37]發(fā)酵鷹嘴豆飲料制備發(fā)酵飲品，鷹嘴豆含淀粉，尤其是直鏈淀粉含量高，老化可形成凝膠。FERREIRA等[38]發(fā)現(xiàn)葵花籽、燕麥、杏仁可作為發(fā)酵植物酸奶的基質(zhì)并且利用漢斯德巴氏酵母菌和植物乳桿菌共同培養(yǎng)發(fā)酵的潛力較大。

2.2 植物基固體飲料

植物基固體飲料包括速溶谷物粉、豆粉、家庭裝蛋白粉以及輔助運動的蛋白粉等。速溶谷物粉和豆粉等在國內(nèi)市場起步遠早于“植物基”概念的興起，典型產(chǎn)品包括芝麻糊、豆奶粉、玉米糊等，更多是作為一種方便、速溶的日常谷物食品而被廣大消費者所接受。而蛋白粉類產(chǎn)品出現(xiàn)時間較晚，更強調(diào)其對健康或功能的正向影響。許多保健品也是以蛋白粉的形式呈現(xiàn)的，如紐崔萊益源蛋白粉（增強免疫力）。大部分單一來源的植物蛋白質(zhì)氨基酸組成與營養(yǎng)價值低于牛奶蛋白質(zhì)。但通過多種植物蛋白的正確組合可以滿足人體對所有必需氨基酸的需求[39]。大豆蛋白、豌豆蛋白、大米蛋白等都是蛋白粉的常見原料。其中，大米蛋白中賴氨酸含量高，當(dāng)與其他谷物混合時可以彌補賴氨酸不足的問題。賴氨酸作為必需氨基酸，參與骨骼肌等蛋白質(zhì)的合成。動物實驗證明攝入的賴氨酸可以通過自噬體-溶酶體系統(tǒng)抑制肌纖維蛋白的降解[40]。此外，賴氨酸分解代謝過程與其他氨基酸不同，其不參與轉(zhuǎn)氨基作用，且脫氨基過程不可逆，在肝臟中與酮戊二酸縮合生成酵母氨基酸并進一步轉(zhuǎn)變?yōu)長-α-氨基己二酸半醛，最終轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶A參與供能[41]。由于賴氨酸對肌纖維蛋白降解的抑制作用和特殊的代謝途徑，富含賴氨酸的大米蛋白常被添加到運動營養(yǎng)類蛋白粉中。

3 飲料中植物基食品資源的應(yīng)用前景

隨著全球消費者對健康飲食的重視，以及對緩解自然環(huán)境壓力和保護生態(tài)的重視與參與積極性的增長，植物基市場穩(wěn)步擴張，越來越多的人選擇植物基產(chǎn)品，越來越多的研究人員和食品企業(yè)也加入到植物基產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)。我國受傳統(tǒng)飲食結(jié)構(gòu)影響，對植物基的包容度更高，原料選擇上更豐富。隨著西方飲食理念與新穎產(chǎn)品在國內(nèi)市場的推廣，極大程度上豐富了國內(nèi)植物基產(chǎn)品品類并擴大了消費人群。植物基乳飲料和蛋白粉是兩種較為常見的植物基飲料產(chǎn)品，且其對“替代”和“模擬”的需求依賴性較弱，發(fā)揮空間更大。然而，植物基飲料的研發(fā)與生產(chǎn)依然存在諸多問題與挑戰(zhàn)，如植物基乳飲料的穩(wěn)定性問題等。植物基飲料的生產(chǎn)工藝也有進步的空間，如更有效的均質(zhì)設(shè)備，避免生產(chǎn)過程中高溫對營養(yǎng)素的破壞等都是較為棘手的問題。植物酸奶起步較晚，原料選擇更多，因此對菌種的選擇和營養(yǎng)成分的研究較為不足。與此同時，對植物基資源中的營養(yǎng)物質(zhì)和功能性成分，包括膳食纖維、多酚等，以及這些營養(yǎng)物質(zhì)在產(chǎn)品中的應(yīng)用也需要進行進一步研究以實現(xiàn)其在促進全民健康方面的積極作用。相關(guān)企業(yè)也應(yīng)積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)對各種副產(chǎn)品的深入利用，并滿足市場對植物基原料的需求。