植物基食品研究進展

全振陽，張莉莉，李倫，丁香麗，*

（1.揚州大學旅游烹飪學院，江蘇 揚州 225127；2.無錫贊匠生物科技有限公司，江蘇 無錫 214122）

植物基食品（plant-based food）是以植物原料（包括藻類和真菌類）或其制品為蛋白質(zhì)、脂肪等來源，添加或不添加其他配料，經(jīng)一定工藝制成的，具有類似某種動物來源食品的質(zhì)構、風味、形態(tài)等特征的食品。植物基食品在國內(nèi)外已有較多研究，并推出了多種商業(yè)化產(chǎn)品。隨著食品加工技術的改進，非熱加工、原料預處理等新型加工方式使植物原料的開發(fā)深度不斷提升，植物基食品獲得了開發(fā)技術保障。目前較為流行的植物基食品主要包括植物肉、植物奶和植物蛋等。

近年來，植物基食品行業(yè)快速發(fā)展，預計到2030年全球植物基食品市場規(guī)模將達到1 620 億美元[1]。我國植物基食品市場現(xiàn)處于導入期階段，規(guī)模較小，但增速相對全球市場較快。2019 年7 月到2021 年10 月，我國植物基初創(chuàng)品牌累計獲得46 次融資，總金額超過12 億元[2]。植物基食品可以有效節(jié)約土地資源、減少CO2排放、水資源消耗量等[3-4]，同時避免乳糖不耐受[5]以及肉類飲食中高膽固醇和飽和脂肪酸含量所帶來的健康問題[6-7]?，F(xiàn)代人健康及環(huán)保意識的增強為植物基食品的快速發(fā)展奠定了基礎，素食飲食需求的增加為植物基食品的發(fā)展提供了動力。

以植物基食品中植物肉、植物奶和植物蛋三大類代表產(chǎn)品為研究對象，對國內(nèi)外植物基產(chǎn)品的研究現(xiàn)狀進行綜述，對植物基食品存在問題進行分析并對未來發(fā)展方向進行展望，以期為植物基食品的研發(fā)和推廣提供參考資料。

1 植物肉

根據(jù)T/CIFST 001—2020《植物基肉制品》，植物基肉制品是以植物原料（如豆類、谷物類等，也包括藻類及真菌類等）或其加工品作為蛋白質(zhì)、脂肪的來源，添加或不添加其他輔料、食品添加劑（含營養(yǎng)強化劑），經(jīng)加工制成的具有類似畜、禽、水產(chǎn)等動物肉制品質(zhì)構、風味、形態(tài)等特征的食品[8]。作為肉制品的替代品，近年來植物肉為食品行業(yè)中存在的健康、環(huán)境和倫理問題帶來了重大突破[9]。隨著原料與加工技術的發(fā)展，植物肉已被認為可能是比肉類更健康的蛋白質(zhì)來源[10]。

植物肉通常由植物來源的蛋白質(zhì)、油脂、淀粉、風味物質(zhì)、著色劑等共同組成，各組分功能見表1。

表1 植物肉組分構成及作用Table 1 Components of plant-based meat and their roles

目前國內(nèi)外市場上已有多家公司生產(chǎn)的植物肉產(chǎn)品。國外某企業(yè)采用大豆蛋白質(zhì)為主要原料，加入椰子油和葵花籽油，添加酵母提取物作為風味物質(zhì)以及甲基纖維素和植物淀粉作為黏合劑，獲得了植物豬肉產(chǎn)品；另有以豌豆、綠豆和大米蛋白結合作為原料，加入菜籽油和椰子油，使用土豆淀粉和甲基纖維素改善質(zhì)地、提升口感，使用甜菜汁和蘋果提取物作為著色劑，同時添加鈣、鐵、鹽和氯化鉀進行營養(yǎng)強化，獲得了顏色和味道與肉一樣的肉餅。多種蛋白結合可通過協(xié)同效應改善單一蛋白質(zhì)功能和營養(yǎng)的局限性[24]。國內(nèi)企業(yè)將多級擠壓蛋白重組技術、蛋白與多糖定向組裝技術、多級生物酶耦合技術等結合，獲得了有皮、肥瘦相間、多層次口感的新素食“豬五花肉”。

植物肉通常通過加工將原料形成類肌肉纖維和脂肪組織來模擬肉類。常采用擠壓加工方式實現(xiàn)對肉制品形態(tài)、風味和質(zhì)構的模擬[25]。擠壓參數(shù)決定產(chǎn)品咬合感、彈性、硬度和感官屬性，通過調(diào)整不同成分和蛋白質(zhì)來源的擠壓溫度、進料速度和水分比，以形成理想的纖維和質(zhì)地屬性。根據(jù)進料水分，擠壓加工被分為低水分擠壓（＜30%），中水分擠壓（＞30%，＜50%）和高水分擠壓（＞50%）[19]。Lin 等[26]發(fā)現(xiàn)擠壓過程中擠壓水分含量不僅對小麥蛋白基植物肉的體積密度、硬度、彈性和組織化程度等特性有顯著影響，而且對體外消化率也有顯著影響。Nisov 等[27]發(fā)現(xiàn)pH7 時高水分擠壓小麥、大米以及豌豆蛋白均可得到增強的蛋白質(zhì)排列和纖維結構。近年來，更多的新興技術被應用于植物肉的加工。Yuliarti 等[28]發(fā)現(xiàn)冷凍結構化技術能夠形成基于植物的蛋白塊的纖維狀和分層結構，在植物肉生產(chǎn)中有巨大潛力。Krintiras 等[29]研發(fā)的大型剪切電池設備可在溫和條件下對植物蛋白剪切加熱，形成纖維結構，為植物肉結構化生產(chǎn)提供可能性。植物蛋白水膠體技術通過將蛋白質(zhì)與多價陽離子沉淀的水膠體混合用于植物肉生產(chǎn)[30]。從微觀層面生產(chǎn)植物肉纖維的濕法紡絲和靜電紡絲技術模擬程度更高，在植物肉結構模擬中應用的可行性一直受到關注，但是受成本、技術限制，難以商業(yè)化應用[31]。

2 植物奶

植物奶是植物原料在水中分解并進一步均質(zhì)化獲得的液體，其顆粒大小分布在5～20 μm 的范圍內(nèi)，有與牛奶相似的外觀和質(zhì)地[32]。植物奶可直接飲用，或替代牛乳應用于奶茶、咖啡、冰淇淋等產(chǎn)品的生產(chǎn)。

植物奶原料來源廣泛，包括豆類、谷物、堅果、種子等。常見植物奶原料種類及代表產(chǎn)品見表2。

表2 市售植物奶原料種類及代表產(chǎn)品Table 2 Type of raw materials commercially used for plantbased milk and representative goods

以大豆為原料生產(chǎn)的豆奶，因原料充足且蛋白質(zhì)含量高，占據(jù)較高市場份額，是傳統(tǒng)植物奶的代表。但豆奶存在的豆腥味、蛋氨酸限制等問題尚未被有效解決。同時，大豆較高的異黃酮含量被認為可能與癌癥相關，也使消費者對豆奶的信心急劇下降[33]。在營養(yǎng)和感官品質(zhì)方面的優(yōu)勢使鷹嘴豆奶顯示出作為豆奶替代品的潛力[34]。谷物中的燕麥含有豐富的膳食纖維，其主要成分為β-葡聚糖，有降低膽固醇、降血脂、調(diào)節(jié)血糖和提高免疫力作用[35]。近年來，燕麥奶受到了極大關注，占據(jù)了植物奶市場第二大份額。但是谷物原料的高淀粉含量使其乳化困難，且普遍存在賴氨酸限制。核桃、杏仁等堅果因含有豐富的不飽和脂肪酸且油脂風味獨特而越來越受到歡迎[33]，但堅果類原料存在致敏性風險，且多不飽和脂肪酸含量高，易發(fā)生酸敗。也有研究表明，水果和蔬菜有潛力作為植物酸奶基質(zhì)[36]。市場上對于椰奶健康作用的宣傳較廣泛，使椰奶產(chǎn)品種類增多，但椰奶的飽和脂肪酸含量較高。為實現(xiàn)植物奶對動物奶的有效替代，營養(yǎng)強化劑（蛋白質(zhì)、必需維生素和礦物質(zhì)等） 目前也被用于進一步提高植物奶的營養(yǎng)價值。對來自美國、英國、法國、西班牙和澳大利亞的148 款植物奶的營養(yǎng)成分分析結果表明，所有植物奶的鈉含量和熱量均適中，飽和脂肪酸含量較低；約80%的植物奶進行了鈣強化，其中約55%的植物奶中鈣含量高于牛乳；但是主要存在于動物產(chǎn)品中的維生素B12強化水平較低，僅41%的植物奶中檢測到維生素B12強化，這可能導致植物奶營養(yǎng)價值不足[33，37]。

加工工藝對植物奶的感官和貯藏品質(zhì)同樣起決定性作用[38]。熱處理是植物奶的傳統(tǒng)加工工藝，能降低豆類植物奶中內(nèi)源性脂肪氧合酶活性，從而降低豆腥味。但加工溫度高于90 ℃時，非豆腥風味成分損失較多[39-40]，且谷物、偽谷物等高淀粉含量原料制成的植物奶在加熱后，體系內(nèi)淀粉凝膠化，液態(tài)奶趨于膠狀，穩(wěn)定性差、可接受性低。近年來，發(fā)酵和酶解等非熱處理方法逐漸成為植物奶技術改進的研究熱點。通過發(fā)酵，蛋白質(zhì)、膳食纖維等發(fā)生分解，產(chǎn)生抗氧化劑、礦物質(zhì)和維生素等有益成分，提升植物奶營養(yǎng)價值和功能性[41]。Manus 等[42]發(fā)現(xiàn)以豌豆和大米蛋白為原料的發(fā)酵植物奶蛋白質(zhì)質(zhì)量與酪蛋白相當。夏君霞等[43]發(fā)現(xiàn)發(fā)酵使核桃奶乳糖含量降低，必需氨基酸含量提高，并產(chǎn)生了共軛亞油酸。通過發(fā)酵酶解后的燕麥漿料，不僅能夠提高產(chǎn)品營養(yǎng)價值，還提高了燕麥乳與咖啡、茶等的融合性[44]。植物奶中益生菌活力的保持能力一定程度限制了植物酸奶的開發(fā)。馬文藝[45]發(fā)現(xiàn)豌豆酸奶中蛋白質(zhì)濃度與體系緩沖能力和成品酸度在一定范圍內(nèi)呈正相關。任海東[46]發(fā)現(xiàn)植物中有限的碳源和氮源是發(fā)酵植物奶最終益生菌含量較低的主要原因。酶解能夠?qū)⒅参锬讨械牡鞍踪|(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)，從而有利于人體吸收，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，改善口感，減少添加劑的使用，實現(xiàn)清潔標簽。王文杰[47]發(fā)現(xiàn)酶解能夠?qū)⒑颂绎嬃现械牡鞍踪|(zhì)分解成小分子多肽，提高人體吸收率。Deswal 等[48]發(fā)現(xiàn)酶處理條件能夠顯著影響燕麥奶的產(chǎn)量、總固體含量和流變參數(shù)。Bei 等[49]發(fā)現(xiàn)通過纖維素酶解技術可生產(chǎn)富含酚類物質(zhì)且具有高生物活性的植物奶。新型非熱加工技術如超聲、超高壓、微流化和脈沖電場等已被研究用于植物奶加工。研究發(fā)現(xiàn)，超聲技術能夠改變植物奶脂肪粒徑、ζ-電位、沉降指數(shù)等，提高植物奶物理穩(wěn)定性和功能性[50]。高強度超聲處理可以滅活杏仁奶中內(nèi)源性酶和不良微生物，增加可溶性固形物含量、提高物理穩(wěn)定性、降低營養(yǎng)損失[51]。與傳統(tǒng)的熱均質(zhì)-巴氏殺菌處理相比，超高壓均質(zhì)處理能夠有效提升油沙草奶的膠體穩(wěn)定性[52]，降低豆奶的微生物含量，提高豆奶物理穩(wěn)定性[53]。微流化工藝能夠有效提高花生酸奶的流變特性，同時降低生產(chǎn)成本[54]。相比熱處理，高強度脈沖處理保留了大豆奶中更多的VC活性，同時有效降低了微生物含量[55]。

3 植物蛋

植物蛋是指以植物為原料制作，模仿動物蛋類的口感和味道的植物制品[56]。因不含膽固醇和低飽和脂肪酸的特點，植物蛋更符合營養(yǎng)需求。植物蛋的常見原料包括大豆、豌豆、綠豆等。以綠豆為原料，經(jīng)過提取及離心技術得到綠豆分離蛋白，并通過進一步處理使分離蛋白能維持原有性質(zhì)和功能，然后加入油、鹽調(diào)味及姜黃粉調(diào)色可用于生產(chǎn)植物蛋；通過使用豌豆蛋白、豌豆淀粉和亞麻籽來生產(chǎn)植物蛋；通過使用植物的纖維素和木質(zhì)素為原料生產(chǎn)植物蛋。植物蛋的原料選擇表現(xiàn)出多樣性，目前對于植物蛋加工工藝的研究較少。

4 存在問題

隨著植物基風潮興起，對植物基食品健康性和消費者接受度的討論也日漸增多。首先植物基食品是否真正健康尚待商榷。為了盡可能模擬動物產(chǎn)品，目前植物基食品中通常需要添加各種食品配料和添加劑以改善產(chǎn)品普遍存在的口感差、風味差等問題。如在大豆基植物肉制作過程中加入大量調(diào)味料以掩蓋豆腥味；部分植物奶使用卡拉膠作為增稠和膠凝劑[57]。生產(chǎn)工藝中普遍使用的高溫處理會導致耐熱化合物的降解和一些有害反應的發(fā)生，如蛋白質(zhì)消化率和氨基酸可用性的降低[58]。此外，由于原料差異，植物基產(chǎn)品普遍存在蛋白質(zhì)含量較低、消化率低、致敏性高、缺乏部分必需氨基酸以及存在抗營養(yǎng)因子等問題[59]。其次，目前消費者對植物基食品接受度不高。消費者選擇食品的3 個核心驅(qū)動因素是味道、價格和便利性。存在原料本身殘留異味或加工中產(chǎn)生的其他不良味道是植物基食品消費者接受度低的主要原因。此外，不成熟的工藝導致大部分植物基食品價格高于甚至遠高于所替代的動物源性食物，極大影響消費者購買意向。雖然消費者健康意識正逐步提高，植物性產(chǎn)品偏好明顯增加[60]，但是大多數(shù)消費者缺乏對動物類食品消費與環(huán)境保護之間的關聯(lián)認識，且對傳統(tǒng)動物制品的熟悉度遠高于植物基食品，導致該類消費者飲食方式改變的意愿性較低[61]。

5 展望

在“碳達峰、碳中和”背景下，植物基食品的興起是食品行業(yè)對氣候變化帶來的機遇和挑戰(zhàn)的快速反應。消費者健康意識、環(huán)境保護意識的增強不斷為植物基食品發(fā)展注入動力。國際市場上新興植物基食品公司上市、進駐中國，國內(nèi)原有品牌陸續(xù)推出植物基新品，均表明植物基食品正受到市場追捧。現(xiàn)有科技已能夠生產(chǎn)出具有動物風味且有一定營養(yǎng)價值的植物基食品，但目前植物基食品在原料開發(fā)、加工技術和產(chǎn)品品質(zhì)等方面仍存在不足。國內(nèi)消費者對于植物基食品的選擇尚處于發(fā)展初期，需要進一步改進工藝，以改善植物基食品品質(zhì)，提高消費者接受度和市場占有率，實現(xiàn)營養(yǎng)價值、口感風味、市場價格等方面對動物基食品的有效替代：（1）多種植物原料組合可在一定程度上均衡營養(yǎng)，豐富產(chǎn)品風味和口感。（2）新型非熱加工技術如超臨界、紫外線輻射等技術的應用，可延長保質(zhì)期、提高穩(wěn)定性、保存營養(yǎng)成分和最終產(chǎn)品的感官接受度等。（3）產(chǎn)品應用形式多樣化，以不斷刺激市場。開發(fā)如植物香腸，植物培根，植物奶油、植物冰淇淋等產(chǎn)品。（4）通過營養(yǎng)標簽、健康聲明等與消費者建立信任，加強植物基食品監(jiān)管。（5）創(chuàng)新推廣模式，結合產(chǎn)品特色開發(fā)新型植物基食品菜譜，同時與快餐、預制菜等快速銷售形式結合推廣新產(chǎn)品。通過新型原料的開發(fā)、加工技術的改進以及必要的政策干預等各項措施的助力，未來植物基食品將擁有良好的市場前景。