植物基食品资源在饮料中的应用与发展

任 艺，晏永球，涂宏建，王 俊，陆 伟，雷 蕾，吴小艳

（1.宁波御坊堂生物科技有限公司，浙江宁波 315012；2.御坊堂天然健康产品重点农业企业研究院，浙江宁波 315012）

近年来，随着全球饮食习惯的同化，对健康饮食的追求以及对环境问题的日益重视，“植物基”这一概念越来越受到食品行业以及消费者的青睐。随着消费者对肉制品安全问题的思考，进一步刺激市场倒向植物基产品。2020年，全球植物基市场规模已达211亿美元，预测在2029年将增长到955.2亿美元[1]。在植物基食品类目中，除了备受关注的植物肉以外，植物基饮料也越来越受消费者的喜爱。据统计，2021年饮料线上销售额及销量排名中，植物蛋白饮料、植物奶、植物酸奶排名第六[2]。我国食品市场早期已有豆奶、芝麻糊等植物性饮料类产品，随着“植物基”这一概念的兴起，市面上植物基饮料品类更加繁多，如燕麦拿铁等。很多植物基饮料更是添加维生素或各种功能性成分以满足消费者对营养与健康饮食的追求。国内食品企业也推陈出新，推出维他奶、核桃发酵乳等产品。

现代人普遍摄入的热量较高，饮食结构不平衡，加上久坐等不良生活习惯，导致高血脂、高血糖、肥胖等问题，给身体机能带来压力并导致一系列疾病和健康问题。以植物类食品为主的饮食有利于预防或减轻肥胖、II型糖尿病、高血压、冠心病等疾病[3]。蛋白质是人体不可或缺的营养素。很多植物蛋白，如大豆，是人体良好的蛋白来源，大豆蛋白含人体所需的必需氨基酸且其组成符合人体推荐模式[4]。此外，不断增长的人口数量以及人们对动物类食品以及奶制品的需求的增长对环境产生了一定的压力[5]。与动物源蛋白质相比，植物蛋白的生产效率更高，所需的水、土地、氮和化石能源更少，是一种可持续的蛋白质来源[6]。

相比于动物肉类原料，奶与奶制品在饮料中的应用更为广泛。随着生活水平的提高与饮食习惯的改变，我国乳品行业为满足日益增长的乳品需求，行业规模呈稳步增长的趋势，在2006年到2020年间，从1 684亿元增长到了6 385亿元，并预测未来将持续增长[7]。除了鲜奶、高温灭菌奶、奶粉等饮用奶之外，各种乳饮料、新茶饮、功能性蛋白粉等进一步增加了我国市场对奶制品原料的需求。然而，我国是世界上主要的乳制品进口国之一，2021年乳制品进口量为394.73万t，相比2017年增长率达20.30%，而且我国改良种用牛、冻精、饲料等也大量依靠进口[8]。这些因素都在促进我国大力发展植物基食品，包括饮料等。此外，我国受乳糖不耐受影响的人群约为85%[9]。大部分成年乳糖不耐受人群可以适量饮用约小于160 mL的牛奶[10]。乳糖不耐受、乳糖消化不良、牛奶过敏等因素限制了很多人对奶制品的摄入量，进一步刺激市场对植物基乳饮料等产品的需求。

1 植物基食品资源

植物基食品资源种类繁多，包括谷物、果蔬、豆类和坚果等。而加工方式包括研磨、均质、提取、包埋、发酵、酶解以及干燥等。果蔬类饮料在国内外的饮用历史悠久，接受度高。而以谷物、坚果、豆类等为原料的植物基饮料在人们的膳食结构中占的比例越来越大，并对动物肉类和奶类产品产生了一定程度上的替换。

1.1 植物纤维

植物是碳水化合物的一大来源，除了淀粉、蔗糖、果糖等供能的碳水化合物外，植物还提供了丰富的膳食纤维。植物纤维主要包括纤维素、半纤维素、木质素和蜡，作为结构元素广泛存在于高等植物中。植物纤维有良好的可再生性和生物可降解性，是一种可持续的原材料，被广泛应用于各工业领域中。食物纤维是良好的膳食纤维的来源。膳食纤维的提出可以追溯到1953年[11-13]。1985年，TROWELL等将膳食纤维定义为“不能被人体消化酶水解消化的植物细胞残渣”[12]。食品法典委员会于2009年进一步规范了膳食纤维的定义为不能被人体小肠内源酶水解的，由10个或以上单体单元的碳水化合物聚合物，并规定了膳食纤维的种类与来源[14]。植物纤维/膳食纤维的摄入与人体健康息息相关。膳食纤维进一步分为可溶性纤维和不溶性纤维。膳食纤维可减少能量摄入、增加饱腹感、促进消化液分泌以及肠胃蠕动。部分植物纤维（益生元）可被结肠和大肠中的有益菌分解利用，有利于有益菌群的增长并分泌短链脂肪酸[15-16]。研究表明，摄入膳食纤维可以预防和减轻肥胖、高血脂、糖尿病、癌症以及肠道疾病等慢性病[15,17]。很多大分子多糖类的膳食纤维，如果胶、魔芋粉、圆苞车前子壳粉等，同时也作为稳定剂、增稠剂添加到饮料当中，以调节产品结构与质地。

1.2 植物油脂

动物油脂包括奶油主要为饱和脂肪，全脂牛奶中脂肪含量为3.25%，而大部分是饱和脂肪酸和一部分单不饱和脂肪酸。适量摄入牛奶及奶制品可以均衡补充营养且对健康有益。然而，近年来人均每日油脂摄入量不断增加，尤其是摄入过多的饱和脂肪酸以及胆固醇，这样的饮食结构导致的心脑血管疾病成为威胁人类健康的一大因素[18]。为了控制脂肪以及热量的摄入从而控制体重，西方国家很多人群选择脱脂或低脂乳。植物油中含有丰富的油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，而摄入不饱和脂肪酸有利于血清中总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇水平的下降。α-亚麻酸和亚油酸是人体必需脂肪酸，亚麻籽和紫苏油中含有50%以上的α-亚麻酸。α-亚麻酸被证明有减低血脂的作用[19]。核桃油、葵花籽油、葡萄籽油等植物油脂中亚油酸含量达69%以上。亚油酸被证明有预防和抑制肿瘤的作用[20]。

此外，植物油脂中含有脂肪醇、植物甾醇、三萜醇、黄酮类、多酚类和角鲨烯等多种活性成分[21-22]。植物甾醇能够抑制人体对胆固醇的吸收，促进胆固醇降解代谢[21]；豆甾醇有抗炎作用[23]；而甾醇、多酚等有抗氧化作用[24-25]；三萜醇也是广泛存在于多种植物中的物质，包括米糠、小麦胚芽以及中草药中。植物油的冷榨工艺能很大程度上防止高温对这些活性物质的破坏[26]。对植物基原料以及产品的加工处理，尤其是含有油脂成分的产品，应注意加工过程中温度对营养成分的影响。

1.3 植物蛋白

蛋白类原料是各种乳饮料、固体饮料中不可或缺的原料之一。植物基蛋白普遍有低致敏性，种植生产过程具有安全、可控性强和可持续等优点。最常见的植物基蛋白是大豆蛋白，包括大豆蛋白粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白等。相比于牛奶，豆奶蛋白质含量与其相当甚至更高，而其热量比牛奶低[27]。牛奶的消化必需氨基酸得分和蛋白质消化率校正后的氨基酸评分分别为141和142，而大豆的消化必需氨基酸得分和蛋白质消化率校正后的氨基酸评分分别是98和102[28]，趋近于牛奶，且其蛋白质消化率校正后的氨基酸评分高于100，说明其可以满足人体每日对各种必需氨基酸的需求。大豆蛋白水解得到的部分肽段被证实可以与钙结合，并促进钙吸收，进而促进钙在骨骼中的沉积[29-30]。这一点与酪蛋白磷酸肽类似。豌豆蛋白、大米蛋白等原料也被广泛应用到饮料的研发与生产中。植物蛋白多是由榨油后的饼粕中提取分离得到的，使榨油副产品得到更有效的利用，有利于副产物的升值与再利用。

2 国内外植物基饮料的开发利用

2.1 植物基饮料

西方国家传统饮食以肉类、奶制品为主。植物基饮料，尤其是植物基乳饮料，在国外主要作为牛奶的替代品，供对牛奶过敏或有其他饮食限制的人群，以及素食主义者食用[31]。近年来，越来越多的人意识到现代西方饮食习惯对健康和环境带来的影响，开始选择植物基的食品，随之而来的是西方植物基市场的快速增长。因此，西方国家对植物基食品更强调“替代”和“模拟”的概念，追求对肉制品和奶制品的替换并且强调相似度，如植物肉和植物奶酪。对于植物基乳饮料，以美国为例，消费者除了直接饮用外，也会将其作为家庭制作奶昔的原料，或添加到咖啡或茶中，或作为家庭烘焙的原料以代替牛奶[32]。根据美国植物基食品协会数据，有65%的人对饮食没有特别要求，有29%的人倾向于选择植物基食品，而剩余6%为素食主义者。美国植物性食品的零售额在2021年达74亿美元，比2020年增长6.2%，位于历史最高水平。植物基乳饮料在2021年的销售额为26亿美元，位居植物基食品榜首。国外植物基乳饮料主要选用杏仁、燕麦等，而越来越多的公司也开始研发芝麻、亚麻籽、大麻籽、大麦、豌豆蛋白以及各种坚果等作为原料。

我国传统饮食结构包含了丰富的植物性食物，传统植物基饮料包括豆浆、绿豆汤、椰奶和芝麻糊等。主要传统饮料产品包括六个核桃、露露杏仁露、维他奶等，且也早已被大家所接受。基于我国植物性食物丰富的饮食结构，植物基类产品更注重在口味方面的推陈出新、配方优化以及营养附加值。豆奶是我国普及度最高、接受度最高的一种植物基乳饮料。自1983年豆奶发展被列入饮料行业工作计划以来，虽然发展较缓慢，但经过我国对早期豆奶发展的不断推进，豆奶逐渐完成产业化。随着传统企业推陈出新、国外企业对中国市场投入的增加，新兴企业的加入以及新茶饮的迅速发展，近年来植物基乳饮料品类繁多，为消费者提供了更多的选择。目前，以大豆为主要原料的产品依然是市场份额最大，最受大家接受的植物基乳饮料。例如，达利集团推出的豆本豆品牌，伊利推出的植选等。除大豆外，燕麦也是植物基乳饮料的首选原料。例如，植本乐公司推出的oatoat品牌主要以生产燕麦奶为主，瑞典的Oatly品牌推出的燕麦乳有浓厚的质地与一定的起泡性，可代替牛乳在咖啡中使用。菲诺推出的厚椰乳同样代替牛奶作为咖啡伴侣使用。我国在植物基乳饮料的研发思路上一方面引入国外较常见的原料以及概念，同时结合传统饮食习惯以及健康理念，选用或配合黑芝麻、黑豆、绿豆、红枣、核桃和杏仁等原料，选择更为丰富。

植物基乳饮料的生产工艺主要包括浸泡、研磨、分离、水解、漂白、均质、配制、灭菌和灌装[28,33]。生产植物基乳饮料的主要挑战是形成稳定的油脂球并使其均匀分散在饮料体系中以提供乳白色、黏稠度、油脂特有风味和口感。目前主要方法为人工合成脂肪球和从植物中提取油脂体[28]。人工合成脂肪球主要是形成水包油乳液的过程。在乳化剂的选择上主要包括蛋白质、多糖、磷脂和生物表面活性剂[34]，同时需要考虑表面活性剂的用量、乳化均质设备与条件以达到较小的油滴大小和较均匀的油滴大小分布。而pH、盐度、温度等因素都会对乳液稳定性造成影响。因此，许多研究集中于研发复配乳化剂、通过美拉德反应形成的复合物乳化剂以及非共价结合的复合乳化剂等[34]。此外，在很多情况下需要在使用乳化剂的基础上加入多糖胶体增稠，进一步减缓脂肪球的聚集与上浮，从而增加体系稳定性。

植物中的油脂主要以脂肪体的形式存在于植物细胞，尤其是种子细胞中。这些脂肪体表面有一层天然形成的乳化层，主要由磷脂和某些蛋白构成[35]。这些天然形成的脂肪体可以被提取并直接分散到水基液体中以实现乳液的口感与外观。

植物酸奶是随“植物基”概念而兴起的一类较新的产品。植物酸奶在保留植物基饮料的优点外还含有益生菌，有利于调节肠道菌群。食物酸奶的发酵工艺与传统酸奶类似[36]。而对菌种的选择对产品的风味物质、感官品质、营养功能等影响较大。WANG等[37]发酵鹰嘴豆饮料制备发酵饮品，鹰嘴豆含淀粉，尤其是直链淀粉含量高，老化可形成凝胶。FERREIRA等[38]发现葵花籽、燕麦、杏仁可作为发酵植物酸奶的基质并且利用汉斯德巴氏酵母菌和植物乳杆菌共同培养发酵的潜力较大。

2.2 植物基固体饮料

植物基固体饮料包括速溶谷物粉、豆粉、家庭装蛋白粉以及辅助运动的蛋白粉等。速溶谷物粉和豆粉等在国内市场起步远早于“植物基”概念的兴起，典型产品包括芝麻糊、豆奶粉、玉米糊等，更多是作为一种方便、速溶的日常谷物食品而被广大消费者所接受。而蛋白粉类产品出现时间较晚，更强调其对健康或功能的正向影响。许多保健品也是以蛋白粉的形式呈现的，如纽崔莱益源蛋白粉（增强免疫力）。大部分单一来源的植物蛋白质氨基酸组成与营养价值低于牛奶蛋白质。但通过多种植物蛋白的正确组合可以满足人体对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见原料。其中，大米蛋白中赖氨酸含量高，当与其他谷物混合时可以弥补赖氨酸不足的问题。赖氨酸作为必需氨基酸，参与骨骼肌等蛋白质的合成。动物实验证明摄入的赖氨酸可以通过自噬体-溶酶体系统抑制肌纤维蛋白的降解[40]。此外，赖氨酸分解代谢过程与其他氨基酸不同，其不参与转氨基作用，且脱氨基过程不可逆，在肝脏中与酮戊二酸缩合生成酵母氨基酸并进一步转变为L-α-氨基己二酸半醛，最终转化成乙酰辅酶A参与供能[41]。由于赖氨酸对肌纤维蛋白降解的抑制作用和特殊的代谢途径，富含赖氨酸的大米蛋白常被添加到运动营养类蛋白粉中。

3 饮料中植物基食品资源的应用前景

随着全球消费者对健康饮食的重视，以及对缓解自然环境压力和保护生态的重视与参与积极性的增长，植物基市场稳步扩张，越来越多的人选择植物基产品，越来越多的研究人员和食品企业也加入到植物基产品的研发与生产。我国受传统饮食结构影响，对植物基的包容度更高，原料选择上更丰富。随着西方饮食理念与新颖产品在国内市场的推广，极大程度上丰富了国内植物基产品品类并扩大了消费人群。植物基乳饮料和蛋白粉是两种较为常见的植物基饮料产品，且其对“替代”和“模拟”的需求依赖性较弱，发挥空间更大。然而，植物基饮料的研发与生产依然存在诸多问题与挑战，如植物基乳饮料的稳定性问题等。植物基饮料的生产工艺也有进步的空间，如更有效的均质设备，避免生产过程中高温对营养素的破坏等都是较为棘手的问题。植物酸奶起步较晚，原料选择更多，因此对菌种的选择和营养成分的研究较为不足。与此同时，对植物基资源中的营养物质和功能性成分，包括膳食纤维、多酚等，以及这些营养物质在产品中的应用也需要进行进一步研究以实现其在促进全民健康方面的积极作用。相关企业也应积极调整产业链，实现对各种副产品的深入利用，并满足市场对植物基原料的需求。