可食用藻类强化发酵乳制品的技术挑战与可持续机遇：一项系统综述

《Journal of Food Composition and Analysis》：Edible algae fortification of fermented dairy products: technological challenges and sustainable opportunities –A systematic review

　　

可食用藻类对发酵乳制品的强化：技术挑战与可持续机遇——一项系统综述 全球对酸奶、奶酪和乳饮料等发酵乳制品的需求凸显了其作为营养与功能创新关键载体的战略重要性。近期研究证实，将藻类纳入乳制品可同时增强营养特性，同时引入与质地、色泽和风味稳定性相关的技术挑战。消费者偏好由已知天然成分制成的产品，这推动了人工成分向无害健康替代品的转变。此外，生物活性化合物在食品强化中的重要性在于其提升食品价值、促进疾病预防、增强免疫功能、赋予智力健康益处以及向特定人群提供靶向营养素的能力。藻类包括不同的光合生物类群：原核蓝藻（cyanobacteria）、单细胞真核微藻（microalgae）以及多细胞大型藻类（macroalgae，海藻），后者近期被分类为褐藻（Phaeophyceae）、红藻（Rhodophyceae）和绿藻（Chlorophyceae）。蓝藻有时因其共有的光合能力而被归类为"微藻"。微藻和大型藻类快速积累生物量，且对耕地和淡水资源的依赖极小，因而成为具有吸引力的食品资源。已确认超过30,000种藻类中约有五十种适合人类食用。藻类凭借其卓越的生物量生产力、对土地和淡水的最低需求以及蛋白质、脂质和生物活性化合物的丰富组合，已成为有前景的解决方案。藻类富含高营养含量，具有延伸的蛋白质结构域、大量不饱和脂肪酸、酸性脂肪酸和各种生物活性成分，除提供良好的抗氧化水平外，还增强食品的视觉吸引力。可食用藻类已在多个亚洲国家成为有用的食品资源，并凭借其营养成分和预防代谢及慢性疾病的潜力扩展到西方地区。微藻已被用于增强不同食品的蛋白质含量，如饼干、面包、酸奶、零食和汤。大规模藻类养殖、负责任地利用现成的藻类生物量以及创造新的藻类衍生食品，可为发展中国家刺激经济增长和加强可持续食品生产基础设施提供宝贵机会。然而，由于浓度平衡、消费者接受度和货架期相关的问题，藻类纳入食品仍面临苛刻条件。高浓度虽可提高食品的营养含量，但因不可接受的色泽和味道而对消费者缺乏吸引力。此外，藻类的组合不同，可能影响其在食品中的行为。 本综述通过系统综合当前关于将蓝藻、大型藻类和微藻纳入发酵乳制品的证据来解决这一空白。分析结构首先描述方法学路径，然后评估成分、功能、结构、流变学和感官结果，随后对藻类强化相关的技术挑战和可持续机遇进行批判性评估。也考虑了发表趋势以情境化研究发展；然而，现有研究体系仍相对有限，因此观察到的轨迹应被视为指示性而非结论性的。

论文解读：可食用藻类强化发酵乳制品的技术挑战与可持续机遇——系统综述

一、研究背景与问题

全球对酸奶、奶酪和乳饮料等发酵乳制品的需求持续增长，这些产品已成为营养和功能创新的关键载体。消费者日益偏好由已知天然成分制成的产品，推动食品行业以不损害健康的替代品取代人工成分。生物活性化合物在食品强化中的价值在于提升食品价值、促进疾病预防、增强免疫功能并提供靶向营养。在此背景下，藻类因其卓越的生物量生产力、对耕地和淡水的最低需求以及丰富的蛋白质、脂质和生物活性化合物组合，成为极具前景的可持续食品资源。

然而，藻类纳入食品面临多重挑战。高浓度藻类虽可提高营养含量，但会导致不可接受的色泽和味道，降低消费者接受度。不同藻类组合的差异也影响其在食品基质中的行为。此外，现有研究在藻类形态、颗粒完整性、强化阶段和浓度选择等方面缺乏系统性比较，限制了研究成果向工业应用的转化。因此，研究人员开展这项系统综述，旨在综合评估蓝藻、微藻和大型藻类纳入发酵乳制品后的成分、功能、结构、流变学和感官结果，并批判性分析技术挑战与可持续机遇。

二、研究方法概述

该综述遵循PRISMA 2020指南和报告标准，系统检索了Scopus、Web of Science和PubMed数据库，覆盖2010至2026年期间文献。检索词组合包括"可食用藻类"、"微藻"、"大型藻类"、"蓝藻"、"海藻"、"乳制品"、"酸奶"、"奶酪"、"发酵乳"等。经筛选排除无关、重复和综述文章后，最终纳入30篇2016至2026年间发表的原始研究。数据通过标准化收集表和定制电子表格提取，涵盖文献信息、乳制品类型、藻类物种与强化参数、成分、流变学、功能特性、感官影响、生物活性成分和色素等信息，并记录工业可扩展性和可持续性相关数据。

三、研究结果

3.1 研究特征与配方概述

共识别412项研究，其中30项满足纳入标准。螺旋藻（Spirulina/Arthrospira platensis）是最常研究的属（约占60%），酸奶是最广泛研究的乳制品。产品涵盖酸奶、浓缩酸奶、酸奶饮料、酸奶涂抹酱（labneh）、培养酪乳、软质和半硬质奶酪、奶油奶酪和奶酪涂抹酱等。大多数研究为实验室规模，仅少数研究验证了工业规模可行性，如AlgaeGreenCheese项目验证了小球藻（Chlorella vulgaris）强化奶酪的工业创新路径，另一项研究使用常规奶酪制造设备证明了共强化奶酪的商业可行性。2016至2026年间，2020年后发表量显著增加，反映消费者对可持续蛋白质和色素来源日益增长的需求。

3.2 藻类强化策略

约63%的研究采用干燥藻类粉末或生物量形式，因其成本低且易于纳入配方，但伴随青草味、海洋味和金属味等感官挑战。第二层级为纯化提取物，如藻蓝蛋白（phycocyanin）、藻红蛋白（phycoerythrin）和岩藻多糖（fucoidan），提供更好的色素稳定性和尺寸控制。第三层级为微纳米封装系统，如海藻酸盐-乳清蛋白双层微胶囊和纳米植物囊泡（nanophytosome），旨在改善风味并保护不稳定的C-藻蓝蛋白。颗粒尺寸从纳米级（44–262 nm）到微米级（约52 μm）再到亚毫米级（250–820 μm）不等，粗颗粒对酪蛋白凝胶网络的物理干扰大于细粉或纳米封装形式。强化浓度因藻类形态而异：未加工生物量需高浓度（如新鲜碾碎的蕨藻（Caulerpa racemosa）约30%），纯化提取物仅需低浓度（如藻蓝蛋白0.5–1.5%，岩藻多糖50–250 mg/100 mL）。藻类成分对发酵剂具有益生元样效应，如螺旋藻中的游离氨基酸、腺嘌呤和亚油酸显著促进保加利亚乳杆菌（L. bulgaricus）和嗜热链球菌（S. thermophilus）计数，岩藻多糖选择性刺激乳双歧杆菌（B. lactis）和嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）生长。强化阶段的选择涉及权衡：发酵前加入可实现最大分散但导致热敏色素降解，发酵后加入可保留生物活性色素但影响结构完整性。

3.3 近似成分及其对发酵乳制品的影响

蓝藻和绿微藻的蛋白质含量最高，Arthrospira platensis生物量粗蛋白含量为59.27–65.38%（干重），纯化的C-藻蓝蛋白组分可提高至81.83%以上。小球藻（Chlorella vulgaris）蛋白质含量为32.5–40%（干重），等鞭金藻（Isochrysis galbana）为38.7%蛋白质和24.5%脂质。大型藻类蛋白质含量较低（如掌状红皮藻（Palmaria palmata）10.34%，长囊海带（Saccharina longicruris）9.49%），但通过高多糖组分和矿物质补偿，如翅藻（Alaria esculenta）和糖海带（Saccharina latissima）灰分含量分别达61.58%和59.17%（干重），膳食纤维含量为36.02–43.45%（干重）。强化后产品蛋白质增加范围从添加0.25%螺旋藻酸奶的3.63–3.87%到添加2.5% Arthrospira platensis酸奶的19.4%至24.8%（干重），以及强化切达奶酪的14.29%至39.21%。最佳添加量因产品而异：酸奶中Arthrospira platensis ≤0.5%（封装或发酵粉末形式）最受支持，Sargassum christaefolium岩藻多糖200 mg/100 mL产生最优结构、益生元和感官平衡，奶酪中小球藻2–4%在高脂格式中显示最佳蛋白质和矿物质富集。全生物量添加超过酸奶0.75–1.0%和奶酪3–5%时，无论物种如何，均不可避免地导致结构弱化、色泽主导和风味拒绝。

四、讨论与结论

藻类强化发酵乳制品的研究呈现三个技术层级：干燥粉末、纯化提取物和封装系统，各层级在成本、功能性和感官接受度间存在权衡。蓝藻、微藻和大型藻类贡献不同且不重叠的生物活性物质，具有互补强化潜力。封装和递送系统以及发酵处理可有效缓解异味和结构弱点。乳清基藻类培养支持循环可持续强化路径。然而，现有研究存在方法学空白，如颗粒尺寸表征不足、缺乏不同藻类在同一发酵剂和乳基质中的直接比较，以及大多数研究停留在实验室规模。未来研究应聚焦于标准化藻类成分表征、优化强化阶段以平衡生物活性保留与结构完整性，以及通过工业规模验证推动商业化应用。该综述为藻类强化发酵乳制品的配方设计提供了系统框架，同时指出了从实验室研究向可持续工业应用转化的关键路径。