新型植物基代乳:营养特性、加工现状与未来挑战

周素梅,唐 健,牛志涛,侯殿志

(北京工商大学 食品与健康学院/北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,北京 100048)

摘 要:在素食主义、膳食营养以及环境友好等因素共同推动下,替代动物源食品的植物基饮食近年来在全球得以快速发展,植物基代乳作为其中一个重要分支,受到科研、产业界及消费者的广泛关注。回顾了国内外植物基代乳产业发展和研究现状,针对关注度高的植物基代乳营养功能特性、加工技术及品质提升等的科研进展和产业发展状况进行了全面总结。对比分析了牛奶和常见植物基代乳的营养组成,介绍了植物基代乳在健康功效研究方面的初步成果;系统梳理了植物基代乳加工过程中涉及的原料预处理、研磨、酶解、均质、杀菌等的关键技术环节及其对产品品质的影响;探讨了目前此类产品在稳定性、风味口感、营养品质等方面存在的普遍性问题以及改进措施;从原料加工适宜性,绿色、先进加工技术选用以及植物基新资源挖掘等几方面,对产业的科技创新和未来发展重点提出部分建议,以期为促进植物基代乳这一新兴产业的可持续发展提供参考。

关键词:植物基代乳;营养特性;健康功效;关键加工技术;品质改良

随着全球社会和经济发展水平的快速变化与提升,人们的生活方式,特别是膳食模式随之发生显著改变,以动物源食品为代表的高热量食物摄入增加带来的慢性代谢性疾病高发等问题越来越受到重视[1]。此外,消费者对动物源食品持续增长的需求加剧了畜牧业对地球资源的消耗,带来了温室气体排放增加以及人们对地球可持续发展的担忧。在膳食营养健康、环境可持续发展、动物福利等多重需求的共同引导下,对人类和自然环境相对友好的植物基食品正受到越来越多消费者的关注,成为全球未来食品发展的重要板块和新的行业增长点[2]。具有替代动物源饮品作用的植物基代乳,作为植物基食品中的代表之一,近年来产品种类和数量增长迅猛,成为国内外饮品市场上的“新宠”[3]

与牛奶相比,植物基代乳不含乳糖、胆固醇,饱和脂肪酸含量较低,同时富含膳食纤维、植物化学物质等组分[4],更适合乳糖不耐症以及因高脂、高热量饮食带来的“三高”疾病困扰的人群消费。与传统乳品相比,目前市场上大部分植物基代乳产品,在蛋白质、维生素(A、D)及部分微量元素(钙)的营养价值上还应加以强化,以满足不同人群的营养需求[5]

植物基代乳在加工过程中通过适当的配料和均质化处理可制造出与牛奶相似感观的乳状饮品,形成由水、油脂及蛋白质、淀粉等大分子组成的水包油乳液体系[6]。然而,与牛奶这一天然乳液体系相比,绝大部分的植物基代乳从外观表现到内在热力学稳定性上仍有不小的差距[7]。在生产和贮藏过程中,植物基代乳比较容易出现脂肪上浮、颗粒沉淀等乳液稳定问题[8]。新型酶解、发酵、杀菌等技术的运用或许能在一定程度上缓解上述问题。

本文基于国内外植物基代乳的研究和发展现状,拟对植物基代乳的营养和功能特性、加工过程关键技术,以及产品品质影响因素与改进措施,全球植物基代乳产业所面临的普遍问题和挑战进行全面回顾和总结,以期为促进植物基代乳产业的健康发展提供理论参考和实践指导。

1 植物基代乳产业发展及研究现状

1.1 产业发展状况

伴随全球植物基食品产业的兴起,在所有植物基食品品类中,植物基代乳的发展尤为迅速。专业统计数据显示,2021年,全球植物基代乳市场规模为232亿美元,亚太地区占主导地位,占比超过40%,其次是北美和欧洲;预计到2030年,全球植物基代乳市场将以12.5%的复合年增长率增长,价值将达669亿美元,成为整个植物基食品类别中最大的细分市场[9]。相较于欧美国家,我国的植物基代乳市场起步较晚,但同样取得了较快的发展。2020年以来,中国已成为全球最大的植物基代乳市场,规模占比达34%;其次是美国,占比为17%[10]。从市场规模和消费升级替代等综合因素来看,未来我国植物基代乳产业发展潜力不容小觑。

全球植物基代乳行业的快速发展催生出一批新型植物基饮品品牌,国外的如豌豆乳品牌Ripple Foods、燕麦奶品牌Oatly、植物蛋白饮料品牌Califia Farms等,国内的如豆本豆、Oatoat、植物星球等。此外,蒙牛、雀巢等国内外知名食品饮料企业也开始布局植物基代乳赛道,寻求新的品类增长点。过去我国市场上最常见的植物基代乳种类主要包括大豆乳、杏仁乳、核桃乳、椰子乳等,近几年市场上涌现出不少新产品、新口味,如燕麦乳、藜麦乳、山核桃乳、榛子乳和亚麻籽乳等。尤其是近几年行业内爆红的燕麦乳产品,从咖啡这一品类切入,以其相对平和的风味成为最受关注和追捧的牛奶替代品[11]。此外,燕麦乳还作为主要配料被应用于奶茶、冰淇淋等的加工中[12]。“燕麦+”的这种产品发展思路为植物基代乳的整体发展提供了良好借鉴。

1.2 行业研究现状

消费端和市场需求的发展促使植物基代乳的科学研究也呈现出强劲增长态势(图1)。为了明确植物基代乳的研究现状,本研究通过web of science数据库搜索了近10年(2013—2022年)标题、摘要或关键词中包含“plant-based milk alternatives(植物基代乳)”一词的核心论文集。据此,共获得1 307条记录(文献类型为研究性论文或综述),文章数量从2013年的28篇上升到2022年的402篇[图1(a)],高达一半以上的研究是近4年(2019—2022年)发布的。将近10年的数据传输到VOSviewer软件中进行数据可视化[图1(b)]。从关键词共现网络可见,近年来行业研究特别关注的方向和领域主要包括植物基代乳的营养、功能以及风味、稳定性等。

图1 近10年植物基代乳相关的文献数量和热点研究方向
Fig.1 Number of scientific publications related to plant-based milk substitutes and hot research directions within the last ten years

2 植物基代乳的营养和功能特性

在世界范围内,植物基代乳至今未有明确定义,仍主要从原料来源和产品感官特性上予以鉴别,即植物基提取物,均质后呈现与牛奶类似的乳状外观[8]。制备植物基代乳的原料相当广泛(图2),目前可见的包括:谷物(燕麦、大米)、豆类(大豆、豌豆、鹰嘴豆)、坚果(杏仁、扁桃仁、核桃、腰果、榛子)、假谷物(藜麦)以及芝麻、葵花籽等油料作物[13]。一些新型的植物基代乳产品,如芸豆乳[14]、绿豆乳[15]等也在被持续开发。

图2 植物基代乳的营养特性和原料来源
Fig.2 Nutritional properties and raw material sources of plant-based milk substitutes

2.1 植物基代乳的营养特性

表1列出一些商品化的植物基代乳产品(或称植物蛋白饮品)与牛奶的营养组成比对结果。一般来说,制造商只在其产品标签中包含强制性营养素。目前,只有少数品牌会标识一些其他营养素,如矿物质和维生素等。基于此,我们主要对一些关键的营养成分进行对比分析。首先,从宏量营养素的角度来看,植物基代乳的蛋白质含量普遍低于牛奶,但在粗纤维和不饱和脂肪酸含量上,前者通常更加丰富。除了高水平的不饱和脂肪酸,植物基代乳不含胆固醇,且碳水化合物、总糖含量及能量相对较低,但针对某一具体营养素而言,可能会出现特例。具体来说,大豆乳和芝麻乳的蛋白质含量几乎可达到牛奶的程度,腰果乳、芝麻乳和巴西坚果乳的脂肪含量远高于牛奶,杏仁乳、燕麦乳、大米乳和巴西坚果乳的碳水化合物的含量高于牛奶,杏仁乳的总糖高于牛奶,大豆乳和杏仁乳的钙含量高于牛奶,榛子乳和藜麦乳的能量高于牛奶。尤其需要指出的是,除表1中收集的市售大米乳外,绝大多数的植物基代乳都含有一定水平的粗纤维,牛奶中这项指标是忽略不计的。

表1 牛奶和主要植物基代乳产品的营养成分对比
Tab.1 Nutrient composition comparison of cow’s milk and major plant-based milk substitutes mg/100 g

w(蛋白质)w(脂肪)w(碳水化合物)w(粗纤维)w(总糖)w(钙)E(能量)/(kJ·100g-1)牛奶3.333.335.4205.00129.00281.4杏仁乳0.421.047.920.407.50188.00176.4大豆乳3.331.883.750.802.50188.00193.2燕麦乳1.670.637.500.902.097.50175.1大米乳0.101.009.5003.30120.00197.4榛子乳0.401.603.100.303.10120.00508.2腰果乳1.904.654.440.801.278.00277.2巴西坚果乳1.757.2013.40——12.46—鹰嘴豆乳1.210.342.320.78———藜麦乳0.501.203.50—0.30—508.2葵花籽乳0.782.0001.20—0.1688.5芝麻乳2.976.434.04————

数据来源于文献[20-21],“—”表示未见报道。

除此之外,一些植物基代乳,如大豆、花生、杏仁等富含必需脂肪酸(亚油酸和油酸)[16],对人体健康具有潜在的贡献。在功能性活性成分上,植物基代乳也表现出了绝对的优势,尤其是一些经过发芽前处理的原料可大大提升植物基代乳中的生物活性成分。Aydar等[17]制备得到的新型芸豆乳产品含有高含量的酚类物质。Jiang等[18]的研究发现,与未发芽处理制备得到的豆乳相比,经发芽处理后制备得到的豆乳总酚含量可提升78%。但是对于不同的植物基代乳,由于原料和植物基代乳配方的差异,很难在代乳之间建立有效的营养比较。此外,生产工艺的不同也会导致植物性代乳之间的营养差异。消费者可根据个体的营养需求进行相关产品的选择。

另还需引起注意的是,一些植物基代乳可能含有植酸、草酸和皂苷等抗营养因子[19],可能与一些人体必需的微量元素(钙、铁、镁、锌、铜等)结合形成不溶性复合物,造成此部分营养的流失。

2.2 植物基代乳的功能特性

尽管消费者对植物基代乳的健康功效在一定程度上已达成共识,但国内外目前对此方面的研究相对较少,大部分停留在体外消化和抗氧化活性的评价上,缺乏更接近实际消费和特定健康调节功能的文献报道。

近期,有研究[22]通过对比植物基代乳和牛奶的饱腹感和抗氧化活性发现,榛子乳、虎坚果乳和斯佩尔特小麦乳的饱腹感无显著差异,且仅次于牛奶;其次是藜麦乳、燕麦乳、椰子乳和大豆乳,饱腹感最差的是大米乳。抗氧化活性研究结果显示,体外消化后豆乳的抗氧化活性值最高,其次是燕麦乳、藜麦乳、大米乳和虎坚果乳,椰子乳和斯佩尔特小麦乳的抗氧化活性相对较弱。相似的结果在Silva等[23]的研究中亦被证实。另外,植物基代乳和牛奶的体外血糖生成指数评定结果显示,植物基代乳产品的eGI水平普遍高于牛奶,属于中等GI食物,但是大米乳和椰子乳产品的eGI值高达97以上,属高GI食物[24]。一项有关消化速率的动物实验研究表明,相比于牛奶,杏仁乳和燕麦乳在大鼠胃中的排空速度更快,且杏仁乳比燕麦乳具有更快的蛋白质胃排空速度,但在脂肪胃排空率上没有差异[25]。随着植物基代乳的快速发展和产品种类不断升级,人们对其功效的关注也必将带动相关科学评价研究。

3 植物基代乳的生产工艺与关键技术

以植物性原料为基础的代乳饮品加工是在所用植物基质理化特性的基础上,通过选取适宜的加工技术工艺和装备,以保证可溶物萃取转化的最大得率,以及风味、稳定性等食味品质的提高。通常情况下,植物基代乳的主要生产工艺包括原料预处理、研磨、酶解、过滤、均质、灌装、杀菌(图3),不同原料来源的植物基代乳生产工艺可能存在些许差异[26]。总体上影响植物基代乳产品稳定性、风味等感官、食用品质的关键技术不外乎以下几方面。

图3 植物基代乳基本工艺流程
Fig.3 Basic process flow of plant-based milk substitutes

3.1 原料预处理

对于植物基代乳的生产,一般需要对原料进行预处理,以改善提取效率、提高营养质量、提升感官特性、消除异味等,但具体预处理的方法也会因原料特性而异。通常情况下,预处理方法包括去皮和浸泡。另外,热烫(杏仁去皮,燕麦、芝麻及花生消除异味)、脱脂或发酵(大豆、杏仁、大米、其他豆类)也属于原料预处理加工[20]。研究表明,与传统的纯水浸泡相比,经酸化盐水(0.03 mol/L NaCl酸化至pH值为5.0)浸泡预处理的藜麦种子制备得到的藜麦乳,其蛋白质含量提高了近3倍[27]。Okyere等[28]的研究发现,浸泡前对虎坚果进行辐照(5、10 kGy)处理,代乳产品的提取率将从18%显著提升至60%。胰蛋白酶抑制剂、脂肪水解酶、脂肪氧合酶的存在会导致豆乳、花生乳和燕麦乳等产生因脂肪水解、氧化而带来的异味(豆腥味、草腥味等)。热烫预处理可显著改善产品的风味品质[29-30]。适当的烘烤处理也可在实现灭酶的同时,增强产品的风味品质。有研究证实,芝麻经145 ℃的高温烘焙处理,制成的芝麻乳香气和风味均得到显著提升,但同时会导致芝麻乳中7S球蛋白的含量降低、11S球蛋白含量增加,稳定性因此下降[30]

3.2 研磨

研磨处理可减小原料的粒径,增加植物基质与水的接触面,有利于后续营养物质的溶出和萃取。尽管研磨处理方法相对来说已经比较成熟,但研磨方法(干或湿磨)的选择对于产品营养品质和出品率的影响是显著的。个别植物基代乳(大豆)的加工,选取了干磨工艺。虽然湿磨的缺点是明显的,会带来浸泡废水的问题,但从产品风味和总体品质上,湿磨仍是最普遍和理想的选择。在研磨过程中水的加入降低了物料硬度,更有利于物料的研磨和细化,有助于提高后续热烫步骤的热量传递效率。同时,湿法磨浆与热烫步骤的协同处理亦可减少产品微生物和原料内源品质劣化酶的负荷,对于后期产品质量和安全的提升也是有益的[31]

3.3 酶解

目前,新型植物基代乳产品中以谷物、豆类和假谷物为原料的居多。这些原料均含有高含量的淀粉[32-33],在热水磨浆或后期的热处理过程中易糊化形成高黏性凝胶,影响饮品的口感和质地。适当的酶解处理在降低浆液黏度的同时可改善产品的口感。淀粉酶(或称液化酶,可水解淀粉为糊精类大分子物质)、糖化酶(降低颗粒分子,得到小分子糖)和蛋白酶(将蛋白质水解为小分子肽)等常被用于植物基代乳的生产。需要注意的是,根据原料的不同,葡聚糖酶、纤维素酶和果胶酶等也可被选用,例如,α-淀粉酶已被用于燕麦[34-35]和藜麦[36]代乳的生产中以改善产品的得率和感官品质,包括总固形物含量和流变学性质等。Deswal等[35]采用响应面法作为优化工具,得到制备燕麦乳的较佳淀粉酶用量为2.1%。另有研究显示,1.0%的液化酶和糖化酶的加入可使燕麦乳饮料淀粉含量下降69.23%,还原糖含量增加10.88倍[37];而纤维素酶、酸性与中性蛋白酶、中温α-淀粉酶4种酶的联合使用则可使体系中可溶性β-葡聚糖、游离酚含量分别提高50.00%和14.43%[38]。蛋白质和多糖的部分酶解也是提高植物基代乳提取率的一种有效方法,例如,中性蛋白酶使大豆乳中的蛋白质和固体含量分别提高了40%和24%[39]。木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、β-葡聚糖酶、果胶酶和纤维素酶也已被证明可显著提高花生和大豆等代乳的产量[40]

3.4 均质

不同于牛奶,植物基代乳多含有不溶性颗粒,如蛋白质、淀粉、纤维素等大分子以及不溶性成分。这些颗粒比水密度大,会因沉淀而导致产品的不稳定。通过减小不溶性颗粒的尺寸,提高其溶解度或分散性,并结合水溶胶、乳化剂的使用来提高其悬浮稳定性。均质通过破坏聚集体和脂滴来提高植物基代乳的稳定性,从而减小其粒径并增加其均匀分布。随着均质压力的增加,植物基代乳的稳定性、透明度和白度指数增加。Vogelsang-O'Dwyer等[41]的研究显示,均质压力的升高可显著降低白羽扇豆植物基代乳的粒径,使得产品的乳液分离率更低,稳定性更高,且分离率与牛奶相似;同样地,高的均质压力也可产生高度稳定的纳米扁豆乳液,其外观和黏度与牛奶相似[42]。值得一提的是,虽然通过两次或多次均质化处理可以提高产率,但先前的研究显示,在均质化过程中,产品的温度会增加5~10 ℃[43];因此,过高的压力和均质次数还需注意温度可能带来的蛋白质变性、活性物质受损等不利影响。

3.5 杀菌

植物基代乳营养丰富,是微生物生长的理想培养基,存在着微生物污染的较大风险。长期以来,热处理一直被作为常用的杀菌工艺,通过消除或减少腐败和致病微生物来延长食品的保质期。然而,过度加热会对植物基代乳的营养素(蛋白质、维生素等)和风味产生不利影响。目前,不同的热处理方法[31],如巴氏灭菌(加热至100 ℃以下,以消灭致病微生物)、高压灭菌(121 ℃,15~20 min,以达到商业无菌)、超高温处理(在135~150 ℃高温下,数秒)已经用于延长植物基代乳产品的保质期。但是考虑到热处理对植物基代乳营养和风味的影响,目前一些新兴的非热处理技术[8],如高强度超声、高压、微波、脉冲电场、欧姆加热、超临界二氧化碳和紫外线辐射等,也已经用于延长植物基代乳保质期的研究。Maghsoudlou等[44]发现,在功率为100 W、20 kHz,随着超声处理时间的增加,杏仁植物基代乳产品的可溶性固形物含量、亮度和物理稳定性得到了显著改善,且保质期得到了延长。Eazhumalai等[45]采用一种新型的针板式常压冷等离子体对燕麦乳进行处理发现,在230 V、15 min的高强度处理下,细菌、酵母和霉菌的总数量均显著降低,且不会显著改变燕麦乳的流动性和其他重要的物理化学特性。尽管非热处理在一定程度上可保持植物基代乳的营养和风味,但是考虑到成本和产业化生产的问题,目前商业化植物基代乳的灭菌方式还是以巴氏杀菌或高温瞬时杀菌为主。未来随着设备升级和生产成本的降低,新型非热处理技术的应用有望进一步提升植物基代乳产品的品质。

4 植物基代乳存在的问题与面临的挑战

尽管目前市场上已经有许多商业化的植物基代乳产品,但是,从产品的生产角度和消费者接受度上,也暴露出一些问题,产品研发方面也面临不少挑战。总的来说,植物基代乳产品稳定性差、口感和风味不佳、营养素不均衡等行业痛点逐渐显现。

4.1 稳定性问题

植物基代乳的稳定性取决于分散相颗粒的大小。植物基代乳是由脂肪球、原料固体颗粒、蛋白质、淀粉颗粒等大尺寸分散颗粒形成的胶体体系,由于固体颗粒的沉淀或沉降,很难获得长时间贮藏下体系稳定性良好的产品。植物基代乳由于大颗粒的存在而不稳定,导致口感呈现颗粒感、沙质、砂砾状,体系出现油脂上浮,分层、絮凝结团等现象,同时,由于其低脂肪含量而缺乏乳脂的滑润感。

尽管以往植物饮料多通过添加稳定剂来解决稳定性的问题,但是对于植物基代乳,由于其主打“零添加、清洁标签”等概念,因此并不适用。目前,一些研究显示,植物基代乳的稳定性可通过原料品种的筛选、酶解技术以及其他新兴处理技术等的运用得到显著改善。最近,Zhou等[46]通过比较一个澳大利亚品种和3个我国燕麦品种发现,Bayou 01燕麦品种生产得到的燕麦乳稳定性显著优于其他3个品种。有研究显示,2.1%的α-淀粉酶添加量可降低燕麦乳固形物含量,对于其稳定性的提高具有潜在作用[35]。在鹰嘴豆乳的制备过程中,木瓜蛋白酶的处理也显著改善了乳液的弹性模量和流变性能,由这些指标可反映出乳液的稳定性。此外,Manzoor等[47]的研究表明,经脉冲电场处理后,杏仁乳的颗粒尺寸减小,沉降指数降低,胶体稳定性显著提高。未来在保持“零添加、清洁标签”的理念下,可从优选原料出发,通过新兴加工技术的应用来生产稳定性良好的植物基代乳产品。

4.2 风味和口感问题

感官品质中的风味和口感是消费者对于食品嗜好性选择的重要标准。目前对于植物基代乳感官品质的研究主要存在两个问题:一是不同于牛奶,植物基代乳中较低的脂肪含量使其缺乏乳脂感;二是通常生产植物基代乳的原料,尤其是豆类和谷物,含有不饱和脂肪酸和脂肪氧合酶,脂肪氧化酶催化不饱和脂肪酸生成非挥发性氢过氧化物,这些氢过氧化物会进一步分解成中链醛和醇,如正己醛和正己醇,与豆味或异味有关[48]。为解决第一个问题,目前主要通过添加极少量的植物油进行改进,植物油的添加一方面提升了植物基代乳的醇香味,另一方面通过均质的乳化作用也提升了其稳定性。Kim等[49]还曾尝试将萝卜籽油(质量分数为0.5%)添加到杏仁乳、燕麦乳和大豆乳中,经评定,它们的感官品质显著优于未添加的对照组。针对第二个问题,可采用一定的预处理技术如热烫、微波或炒制等使酶失活,以此得到的植物基代乳(谷物和豆类为主)不仅减少了异味,同时还赋予其特殊焙烤香气,增添了其感官品质。大量的研究显示,在大豆乳制备过程中,不同热处理均可在一定程度上降低产品的豆腥味[50]。虽然热处理在处理脂肪氧合酶失活方面可能会获得一定益处,但其同时可能会对产品的营养品质产生影响,未来有必要开发和应用一些新兴加工技术,如非热加工,以解决此类问题。

除此之外,很多的植物基代乳产品感官品质相对单一,尚无法满足消费者的需求。在这种情况下,多种植物基原料复配得到的复合乳也许是一个突破口。通过复配,不仅能在营养上相互弥补,而且能够掩盖异味,增加产品感官品质和产品类型的丰富度。

4.3 营养品质问题

尽管植物基代乳含有一些植物源的功能活性成分(多酚、黄酮、生物碱等)以及膳食纤维等,可满足一些特定人群对健康的需求。但是,对长期素食主义者、牛奶过敏的人以及儿童和老年人来说,在蛋白质的补充上,植物基代乳与牛奶仍有较大差距(表1)。因此,植物基代乳在蛋白质数量的提供上还需加强。动物蛋白通常具有较好的必需氨基酸组成比例、较高的氨基酸利用率和消化率。为了克服植物蛋白在必需氨基酸组成上的缺陷,可利用不同的植物基类型(谷物+豆类)的有效组合来生产蛋白质营养品质更完善的植物基代乳。此外,一些动物源食品所富含的维生素(维生素A、D)及矿物质(钙)是许多植物基代乳所欠缺的,亦有必要在产品开发中进行强化[51]

5 总结与展望

植物基代乳作为植物基食品类别的一个重要分支,发展前景巨大。虽然市场上已有不少商品化的植物基代乳产品,但仍难以满足营养全面、健康调控、清洁标签等诸多的消费者需求和可持续发展的目标,这些也为植物基代乳的未来发展提出了更高要求。总体来看,原料品质差异大、制备技术不完善、产品稳定性差、创新性产品不足仍然是未来植物基代乳发展面临的主要问题。安全、营养、健康、美味、感官上亦可接受的植物基代乳将是未来产品追求的理想目标。

基于目前国内外植物基代乳的产业发展与研究现状,对未来我国该类产品的发展提出以下建议:1)原料品种的差异对于植物基代乳产品的影响已经逐渐凸显,优质加工专用原料的研究和开发是必要的。另外,如果在此基础上能够突出“道地食材”的理念,打造有原料地域特色的植物基代乳,则有望显著提升原料和产品价值。2)在“零添加、清洁标签”的概念下,研究新型加工技术(非热杀菌、生物酶处理),提升产品稳定性,可通过先进技术的应用满足不同产品的保质要求。3)联合酶解、发芽与发酵等多个绿色、生物加工技术,通过复合技术显著改善产品的风味。4)挖掘新型植物基原料资料库,充分发挥不同原辅料之间的优势互补和协同作用,植物基代乳在风味和营养品质上才有可能超越牛奶,同时也有助实现产品门类的创新。

参考文献:

[1] 孙宝国.双轮驱动创新 提升未来食品安全与健康内涵 [J].食品科学技术学报,2022,40(4):1-4.

SUN B G.Dual wheel driven innovation to elevate safety and healthy connotation of future food[J].Journal of Food Science and Technology,2022,40(4):1-4.

[2] 廖小军,赵婧,饶雷,等.未来食品:热点领域分析与展望 [J].食品科学技术学报,2022,40(2):1-14.

LIAO X J,ZHAO J,RAO L,et al.Prospective analysis of hot topics in future foods[J].Journal of Food Science and Technology,2022,40(2):1-14.

[3] MOSS R,BARKER S,FALKEISEN A,et al.An investigation into consumer perception and attitudes towards plant-based alternatives to milk [J].Food Research International,2022,159:111648.

[4] SILVA B Q,SMETANA S.Review on milk substitutes from an environmental and nutritional point of view [J].Applied Food Research,2022,2(1):100105.

[5] CRAIG W J,FRESN U.International analysis of the nutritional content and a review of health benefits of non-dairy plant-based beverages [J].Nutrients,2021,13(3):842.

[6] TONG S C,SIOW L F,TANG T K,et al.Plant-based milk:unravel the changes of the antioxidant index during processing and storage:a review [J/OL].Critical Reviews in Food Science and Nutrition.(2022-11-15)[2023-03-26].https:∥doi.org/10.1080/10408398.2022.2143477.

[7] CARDELLO A V,LLOBELL F,GIACALONE D,et al.Plant-based alternatives vs dairy milk:consumer segments and their sensory,emotional,cognitive and situational use responses to tasted products [J].Food Quality Prefer,2022,100:104599.

[8] BOCKER R,SILVA E K.Innovative technologies for manufacturing plant-based non-dairy alternative milk and their impact on nutritional,sensory and safety aspects [J].Future Foods,2022,5:100098.

[9] SIZE D.Dairy alternatives market size,share &trends analysis report[R/OL].(2022-12-26)[2023-03-26].https:∥www.grandviewresearch.com/industry-analysis/dairy-alternatives-market.

[10] 艾媒咨询.2022-2023年全球植物基市场及中国燕麦奶消费趋势分析报告[R/OL].(2022-05-12)[2023-03-25].https:∥www.iimedia.cn/c400/85511.html.

Ai Media Consulting.Analysis report on the global plant-based market and china’s oat milk consumption trends from 2022 to 2023 [R/OL].(2022-05-12)[2023-03-25].https:∥www.iimedia.cn/c400/85511.html.

[11] CHUNG Y L,KUO W Y,LIOU B K,et al.Identifying sensory drivers of liking for plant-based milk coffees:implications for product development and application [J].Journal of Food Science,2022,87(12):5418-5429.

[12] GORMAN M,KNOWLES S,FALKEISEN A,et al.Consumer perception of milk and plant-based alternatives added to coffee [J].Beverages,2021,7(4):80.

[13] QAMAR S,MANRIQUE Y J,PAREKH H,et al.Nuts,cereals,seeds and legumes proteins derived emulsifiers as a source of plant protein beverages:a review [J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2020,60(16):2742-2762.

[14] MBASSI J E G,ALBAN N,BERTRAND Z Z,et al.Nutritional,organoleptic,and physical properties of biscuits made with cassava flour:effects of eggs substitution with kidney bean milk (Phaseolus vulgaris L.) [J].International Journal of Food Properties,2022,25(1):695-707.

[15] JOSHI S,BATHLA S,SINGH A,et al.Development of mung bean (Vigna radiate L.)-based next-generation vegan milk:processing,nutritional composition and quality attributes [J].International Journal of Food Science &Technology,2023,58(2):785-794.

[16] MARTNEZ-PADILLA E,LI K,BLOK FRANDSEN H,et al.In vitro protein digestibility and fatty acid profile of commercial plant-based milk alternatives [J].Foods,2020,9(12):1784.

[17] AYDAR E F,MERTDINÇ Z,DEMIRCAN E,et al.Kidney bean (Phaseolus vulgaris L.) milk substitute as a novel plant-based drink:fatty acid profile,antioxidant activity,in vitro phenolic bio-accessibility and sensory characteristics [J].Innovative Food Science &Emerging Technologies,2023,83:103254.

[18] JIANG S,CAI W,XU B.Food quality improvement of soy milk made from short-time germinated soybeans [J].Foods,2013,2(2):198-212.

[19] CHALUPA-KREBZDAK S,LONG C J,BOHRER B M.Nutrient density and nutritional value of milk and plant-based milk alternatives [J].International Dairy Journal,2018,87:84-92.

[20] SILVA A R A,SILVA M M N,RIBEIRO B D.Health issues and technological aspects of plant-based alternative milk [J].Food Research International,2020,131:108972.

[21] PAUL A A,KUMAR S,KUMAR V,et al.Milk analog:plant based alternatives to conventional milk,production,potential and health concerns [J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2020,60(18):3005-3023.

[22] ALY E,SNCHEZ-MOYA T,DARWISH A A,et al.In vitro digestion effect on CCK and GLP-1 release and antioxidant capacity of some plant-based milk substitutes [J].Journal of Food Science,2022,87(5):1999-2008.

[23] SILVA J G S,REBELLATO A P,CARAMS E T D S,et al.In vitro digestion effect on mineral bioaccessibility and antioxidant bioactive compounds of plant-based beve-rages [J].Food Research International,2023,39(4):2320-2351.

[24] JESKE S,ZANNINI E,ARENDT E K.Evaluation of physicochemical and glycaemic properties of commercial plant-based milk substitutes [J].Plant Foods for Human Nutrition,2017,72(1):26-33.

[25] WANG X,WOLBER F M,YE A,et al.Gastric digestion of cow milk,almond milk and oat milk in rats [J].Food &Function,2022,13(21):10981-10993.

[26] REYES-JURADO F,SOTO-REYES N,DVILA-RODRGUEZ M,et al.Plant-based milk alternatives:types,processes,benefits,and characteristics [J].Food Reviews International,2023,39(4):2320-2351.

[27] PINELI L D L D O,BOTELHO R B A,ZANDONADI R P,et al.Low glycemic index and increased protein content in a novel quinoa milk [J].LWT-Food Science and Technology,2015,63(2):1261-1267.

[28] OKYERE A A,ODAMTTEN G T.Physicochemical,functional and sensory attributes of milk prepared from irradiated tiger nut (Cyperus esculentus L.) [J].Journal of Radiation Research and Applied Sciences,2014,7(4):583-588.

[29] YUAN S,CHANG S K C,LIU Z,et al.Elimination of trypsin inhibitor activity and beany flavor in soy milk by consecutive blanching and ultrahigh-temperature (UHT) processing [J].Journal of Agricultural and Food Chemi-stry,2008,56(17):7957-7963.

[30] AHMADIAN-KOUCHAKSARAEI Z,VARIDI M,VARIDI M J,et al.Influence of processing conditions on the physicochemical and sensory properties of sesame milk:a novel nutritional beverage [J].LWT-Food Science and Technology,2014,57(1):299-305.

[31] AYDAR E F,TUTUNCU S,OZCELIK B.Plant-based milk substitutes:bioactive compounds,conventional and novel processes,bioavailability studies,and health effects [J].Journal of Functional Foods,2020,70:103975.

[32] ASHOGBON A O,AKINTAYO E T,OLADEBEYE A O,et al.Developments in the isolation,composition,and physicochemical properties of legume starches [J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2021,61(17):2938-2959.

[33] KRINGEL D H,EL HALAL S L M,ZAVAREZE E D R,et al.Methods for the extraction of roots,tubers,pulses,pseudocereals,and other unconventional starches sources:a review [J].Starch-Stärke,2020,72(11/12):1900234.

[34] BABOLANIMOGADAM N,GANDOMI H,BASTI A,et al.Nutritional,functional,and sensorial properties of oat milk produced by single and combined acid,alkaline,α-amylase,and sprouting treatments [J].Food Science &Nutrition,2023,11:2288-2297.

[35] DESWAL A,DEORA N S,MISHRA H N.Optimization of enzymatic production process of oat milk using response surface methodology [J].Food and Bioprocess Technology,2014,7(2):610-618.

[36] JESKE S,ZANNINI E,CRONIN M F,et al.Impact of protease and amylase treatment on proteins and the pro-duct quality of a quinoa-based milk substitute [J].Food &Function,2018,9(6):3500-3508.

[37] 孟凡欢.燕麦品种及成分对燕麦乳稳定性的影响 [D].天津:天津科技大学,2017.

MENG F H.Effect of oat varieties and composition on the stability of oat milk [D].Tianjin:Tianjin Univer-sity of Science and Technology,2017.

[38] 刘先隆,刘磊,赖婷,等.高营养全谷物燕麦浓浆的复合酶解工艺优化 [J].现代食品科技,2018,34(7):196-204.

LIU X L,LIU L,LAI T,et al.Optimization of complex enzymatic process for high nutritional whole grain oat concentrated pulp [J].Modern Food Science and Technology,2018,34(7):196-204.

[39] ERIKSEN S.Application of enzymes in soy milk production to improve yield [J].Journal of Food Science,1983,48(2):445-447.

[40] MKINEN O E,WANHALINNA V,ZANNINI E,et al.Foods for special dietary needs:non-dairy plant-based milk substitutes and fermented dairy-type products [J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2016,56(3):339-349.

[41] VOGELSANG-O'DWYER M,SAHIN A W,ZANNINI E,et al.Physicochemical and nutritional properties of high protein emulsion-type lupin-based model milk alternatives:effect of protein source and homogenization pressure [J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2022,102(12):5086-5097.

[42] JESKE S,BEZ J,ARENDT E K,et al.Formation,stability,and sensory characteristics of a lentil-based milk substitute as affected by homogenisation and pasteurisation [J].European Food Research and Techno-logy,2019,245(7):1519-1531.

[43] GUL O,ATALAR I,SARICAOGLU F T,et al.Effect of multi-pass high pressure homogenization on physicochemical properties of hazelnut milk from hazelnut cake:an investigation by response surface methodology [J].Journal of Food Processing and Preservation,2018,42(5):e13615.

[44] MAGHSOUDLOU Y,ALAMI M,MASHKOUR M,et al.Optimization of ultrasound-assisted stabilization and formulation of almond milk [J].Journal of Food Processing and Preservation,2016,40(5):828-839.

[45] EAZHUMALAI G,RANJITHA GRACY T K,MISHRA A,et al.Atmospheric pressure nonthermal pin to plate plasma system for the microbial decontamination of oat milk [J].Journal of Food Processing and Preservation,2022,46(10):e16181.

[46] ZHOU S,JIA Q,CUI L,et al.Physical-chemical and sensory quality of oat milk produced using different cultivars [J].Foods,2023,12(6):1165.

[47] MANZOOR M F,ZENG X-A,AHMAD N,et al.Effect of pulsed electric field and thermal treatments on the bioactive compounds,enzymes,microbial,and physical stability of almond milk during storage [J].Journal of Food Processing and Preservation,2020,44(7):e14541.

[48] KRYACHKO Y,TANAKA T,NICKERSON M T,et al.Novel biotechnological approaches to improving aromas and flavors of legume-derived food products [J].Cereal Chemistry,2023,100:556-566.

[49] KIM T J,SEO K H,CHON J W,et al.Sensory evaluation assessment of almond milk,oat milk,soy milk (nondairy products) and kefir,yogurt,cow milk (dairy products) containing radish oil:a preliminary study [J].Journal of Dairy Science and Biotechnology,2022,40:122-133.

[50] 何剑,徐军,孙超,等.豆浆制备过程中大豆脂肪氧化酶的抑制与豆腥味量的关系 [J].饮料工业,2022,25(1):18-25.

HE J,XU J,SUN C,et al.Relationship between inhibition of soybean fat oxidase and soybean odor content in soybean milk preparation [J].Beverage Industry,2022,25(1):18-25.

[51] SRIDHAR K,BOUHALLAB S,CROGUENNEC T,et al.Recent trends in design of healthier plant-based alternatives:nutritional profile,gastrointestinal digestion,and consumer perception [J/OL].Critical Reviews in Food Science and Nutrition.(2022-06-01)[2023-03-28].https:∥doi.org/10.1080/10408398.2022.2081666.

New Plant-Based Milk Substitutes:Nutritional Properties,Current Processing Status and Future Challenges

ZHOU Sumei,TANG Jian,NIU Zhitao, HOU Dianzhi

(School of Food and Health/Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

AbstractDriven by vegetarianism,dietary nutrition,environmental friendliness and other factors,plant-based diet,which is an alternative to animal derived foods,has developed rapidly worldwide in recent years.As an important branch,plant-based milk substitutes have received huge attention from scientific research,industry,and consumers.First,the development and research status of the plant-based milk substitutes industry both domestically and internationally was reviewed.Then,a comprehensive summary of the scientific research progress and industrial development status of plant-based milk substitutes with regard to their nutritional and functional properties,processing technology,and quality improvement was provided.The nutritional composition of cow’s milk and common plant-based milk substitutes were compared and analyzed.The preliminary performance of plant-based milk substitutes in health efficacy research was presented.The key technical aspects of raw material pretreatment,grinding,enzymatic digestion,homogenization,and sterilization involved in the processing of plant-based milk substitutes and their effects on product quality were systematically summarized.The common problems,quality challenges,and improvement measures in the stability,flavor and taste,and nutritional quality of these products were discussed.Finally,some suggestions were presented for the scientific and technological innovation and future development of the industry in terms of raw material processing suitability,green and advanced processing technologies selection,and new plant-based resources mining,with a view to providing references for the sustainable development of the new industry of plant-based milk substitutes.

Keywordsplant-based milk substitutes;nutritional properties;health benefits;key processing technologies;quality improvement

中图分类号TS252.55

文献标志码:A

doi:10.12301/spxb202300181

文章编号:2095-6002(2023)03-0009-10

引用格式:周素梅,唐健,牛志涛,等.新型植物基代乳:营养特性、加工现状与未来挑战[J].食品科学技术学报,2023,41(3):9-18.

ZHOU Sumei,TANG Jian,NIU Zhitao,et al.New plant-based milk substitutes:nutritional properties,current processing status and future challenges [J].Journal of Food Science and Technology,2023,41(3):9-18.

收稿日期:2023-03-28

基金项目:国家自然科学基金面上项目(32272258);北京市教委-市自然基金联合资助项目(KZ202210011017);“十四五”国家重点研发计划项目(2021YFD1600604)。

Foundation:National Natural Science Foundation of China(32272258);R&D Program of Beijing Municipal Education Commission (KZ202210011017);National Key Research and Development Program of China (2021YFD1600604).

第一作者:周素梅,教授,博士,主要从事新型谷物基营养健康食品研究。

(责任编辑:叶红波)