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该综述聚焦植物基动物产品替代品(PBAA)领域,探讨非大豆植物蛋白因功能不足需化学修饰的现状,详述脱酰胺、酰化等修饰技术及其在改善蛋白功能、开发 PBAA 中的应用,展望其市场机遇与可持续性价值。
植物基动物产品替代品(PBAA)发展背景与挑战
联合国预测,到 2086 年全球人口将达 104 亿,可持续提升营养与粮食安全需求迫切。当前动物养殖及食品生产资源能源消耗大,加剧气候变化等环境问题,且动物源食品存在健康风险,如红肉含血红素铁可能增加 2 型糖尿病风险,加工肉高钠及饱和脂肪酸(SFAs)与心血管疾病相关。在此背景下,PBAA 成为应对方案,包括植物基肉类似物(PBMA)和植物基饮料(PBB)。全球 PBMA 市场增长迅速,2019 年至 2026 年复合年增长率(CAGR)达 15%,但植物蛋白存在功能缺陷,如溶解度、持水凝胶能力、乳化性等不及动物蛋白,且氨基酸不全、消化率低、可能致敏,其蛋白质消化率校正氨基酸分数(PDCAAS)为 0.4-0.9,低于动物肉的 0.9。
化学修饰技术改善植物蛋白功能
为解决植物蛋白局限性,物理、化学、酶法等修饰技术被研究,其中化学修饰因高效适用于大规模工业生产而突出。化学修饰通过改变蛋白结构与官能团,如解离和缔合对应官能团的键,改善其功能与理化性质。
化学修饰方法
包括脱酰胺、酰化、糖基化、磷酸化、pH 调节、阳离子化等。脱酰胺通过去除酰胺基团改变电荷与亲水性;酰化引入酰基改善溶解性与乳化性;糖基化通过美拉德反应结合碳水化合物,提升稳定性与风味;磷酸化引入磷酸基团增强持水性与凝胶性;pH 调节通过改变酸碱度诱导结构变化;阳离子化引入正电荷改善溶解性与抗静电性。
结构变化与优势
植物蛋白具一至四级结构,化学修饰破坏氢键、离子键等,改变二级、三级结构,提升功能特性。相较于动物蛋白,天然植物蛋白对 pH、温度、盐度敏感,化学修饰可增强其稳定性与功能,使其适用于 PBMA 和 PBB 生产。
可持续性与市场前景
利用食品工业副产物如油粕、谷糠等提取蛋白,可提升可持续性,这些副产物富含蛋白与必需氨基酸。随着公众对肉类消费环境影响意识增强,PBAA 市场将扩大。尽管面临加工挑战与抗营养因子等问题,化学修饰技术为开发高性能植物蛋白基替代品提供可能,有望推动植物基食品市场创新,满足清洁标签产品需求,减少对动物源食品依赖,兼具环境与健康效益。