《Food Chemistry: X》：Lentil, chickpea, microalgae, and duckweed proteins in plant-based foods: a food chemistry perspective on composition, processing, functionality, and digestibility
编辑推荐：
消费者对新兴植物基食品类别的创新需求持续上升，亟需不仅具有稳定营养特性、同时具备可靠功能性的优质蛋白质配料。2024年全球植物基肉、海鲜、乳、酸奶、冰淇淋及奶酪的零售额达到286亿美元，仅美国植物基食品市场即达81亿美元（Good Food Institute
消费者对新兴植物基食品类别的创新需求持续上升，亟需不仅具有稳定营养特性、同时具备可靠功能性的优质蛋白质配料。2024年全球植物基肉、海鲜、乳、酸奶、冰淇淋及奶酪的零售额达到286亿美元，仅美国植物基食品市场即达81亿美元（Good Food Institute，2025）。持续存在的风味、质地及价格挑战表明，蛋白质配料的选择不能仅基于其蛋白含量或百分比。溶解性、持水与持油能力、乳化性、起泡性、凝胶性以及与其他基质组分的相互作用均会影响配方食品的结构与感官特性（Ma等，2022）。大豆与豌豆蛋白已被广泛应用，但其不良风味、致敏性及特定应用中的功能限制，持续推动对其他植物蛋白来源及蛋白组合的研究兴趣（Jang & Lee，2024；Lee等，2024）。扁豆（lentil）与鹰嘴豆（chickpea）因蛋白质可贡献溶解性、乳化性、起泡性及凝胶性而成为有前景的候选来源。然而，蛋白质配料的这些特性因配料形态、蛋白提取方法、pH与热处理历史、干燥条件及残留非蛋白组分不同而差异显著（Aghababaei等，2024；Grasso等，2022）。其应用亦可能受豆腥味或青草味、蛋白酶抑制剂与植酸等抗营养化合物、易感消费者的致敏性，以及加工导致的溶解性或胶体稳定性损失所限制（Abu Risha等，2024；Malterre等，2024；Saffarionpour，2024）。本文在此将种子豆类与微藻和浮萍进行比较，因为水生来源蛋白呈现出脉冲类配料中较不突出的分析与加工挑战。扁豆与鹰嘴豆配料最常以种子、面粉、浓缩蛋白或分离蛋白形式研究，而微藻与浮萍研究通常报告全生物质、破碎细胞、蛋白富集提取物、浓缩物或分离物的蛋白指标。因此本文纳入四类来源，以确定已发表文献中蛋白数量、消化率或功能性的差异究竟归因于来源特性，还是源于材料形态、细胞结构、非蛋白组成、生长环境、蛋白提取/回收方法及/或分析方法的不同。微藻食品应用潜力可能受细胞壁属性、生长系统、下游加工、色素/风味改变或去除及生产成本强烈影响（Ali等，2025；Mosibo等，2024）。浮萍亦面临类似障碍，因其蛋白组成与回收率可因物种、生长条件、培养期间水质及提取技术而异，而食品基质与消费者验证数据较已确立的豆类蛋白尚不完整（Muller等，2025；Sulaiman等，2025）。近期已有综述分别总结了这些蛋白来源的蛋白指标：扁豆蛋白（Aghababaei等，2024）、鹰嘴豆蛋白（Grasso等，2022）、微藻蛋白（Mosibo等，2024）及浮萍蛋白（Muller等，2025）。针对各蛋白来源的文献体量可观，但这些综述未建立共同基础以判断看似不同的蛋白数值是否源自材料形态、分析技术、配料加工历史、消化模型、功能测试及食品基质实质相似的原料。本文所解决的核心知识缺口并非某一特定蛋白来源的数据不足，而是缺乏一个共同的分析基础来审阅来自不同蛋白来源系统的证据。基于上述原则，本综述按照材料-方法-结构-功能-基质（material-method-structure-function-matrix）框架分析扁豆、鹰嘴豆、微藻及浮萍蛋白。比较结构从材料与分类学身份延伸至蛋白测定、氮蛋白转换、氨基酸分析、消化率、加工诱导的结构变化、技术功能响应、食品基质水平表现、安全性及监管状态。上述主题相关但不等同：更高的蛋白浓度不一定意味着更高的消化率或功能性，体外消化不一定反映吸收或生物利用度，分离测量的功能性若无基质水平证据亦不一定能预测配方食品表现。鉴于在匹配分析与加工条件下对四种来源进行头对头比较的研究数量有限，研究间差异不被用于推断某一蛋白来源优于另一来源。只有当材料基础、分析方法、加工条件及测量终点明确定义时，定量数据才能在来源间进行比较。因此，本综述的目标并非对蛋白来源排序，而是指出跨来源比较在何处有效、结论在何处依赖于条件，或分析与应用研究的哪些缺口目前限制了食品蛋白设计。
植物基蛋白来源比较研究的背景与意义
随着全球植物基食品市场持续扩张，消费者对兼具稳定营养特性与可靠功能性的蛋白配料需求日益迫切。2024年全球植物基肉、海鲜、乳制品等零售额已达286亿美元，美国市场独占81亿美元。然而，风味、质地与价格等持续性挑战表明，蛋白配料的选择不能仅依据蛋白含量，溶解性、持水持油能力、乳化性、起泡性、凝胶性及与基质组分的相互作用均深刻影响配方食品的结构与感官品质。大豆与豌豆蛋白虽已广泛应用，但其不良风味、致敏性及功能局限推动了对其他植物蛋白来源的探索。扁豆与鹰嘴豆因蛋白质可贡献多种功能特性而成为有前景的候选，微藻与浮萍作为水生来源蛋白则呈现出脉冲类配料中较不突出的分析与加工挑战。现有文献虽分别对四种来源进行了综述，但缺乏共同的分析基础来判断不同研究中的蛋白数值差异究竟源于来源特性还是材料形态、分析方法、加工历史等混杂因素。这一知识缺口正是本综述开展的核心动因——并非某一来源数据不足，而是缺乏统一的比较框架。
研究内容与核心结论
研究人员按照材料-方法-结构-功能-基质框架，对扁豆、鹰嘴豆、微藻及浮萍四类蛋白来源进行了结构化叙述性综述与比较分析。文献检索时间跨度为2015年1月至2026年8月12日，并在2026年10月10日针对熟扁豆与鹰嘴豆的回肠氨基酸消化率及可消化 indispensable amino acid score（DIAAS，可消化必需氨基酸评分）证据进行了补充定向检索。综述得出以下核心结论：第一，氮蛋白转换因子在微藻中范围为2.53至5.77，物种与生长条件依赖性极强，不能使用通用因子；第二，蛋白质量评分强烈依赖于消化率测定方法与食品形态，粪便蛋白基DIAAS型评分与真回肠DIAAS在方法学上截然不同；第三，扁豆均质化通过减小颗粒尺寸改善了溶解性，但响应呈非单调性；第四，浮萍水解提高了溶解性但降低了持油能力，呈现明确的功能权衡；第五，安全性与监管取决于物种及最终产品形态。研究的重要意义在于：确立了跨来源比较有效的条件边界，指出结论依赖条件的情形，并识别了目前限制食品蛋白设计的分析与应用研究缺口。综述明确不旨在对蛋白来源排序，而是强调高蛋白浓度不等于高消化率或功能性，体外消化不等于体内吸收，分离测量的功能性不等于配方食品中的实际表现。
关键技术方法
本综述采用结构化叙述性综述方法，而非系统综述或荟萃分析。文献检索覆盖Scopus、Web of Science、PubMed、ScienceDirect及Google Scholar数据库，检索词将四种蛋白来源术语与蛋白组成/提取、功能性、消化率、食品应用、安全及监管等相关术语配对组合。文献筛选采用分阶段程序：先审查标题与摘要相关性，再评估全文的蛋白来源/物种、配料形态、材料基础、蛋白测定方法、氮蛋白转换因子、氨基酸分析方法、消化率或蛋白质量指标、加工或提取条件、结构-功能指标、技术功能终点、食品基质应用、感官或安全问题及监管状态。保留文献被分类为原始实验证据、综述级背景、方法学证据或官方监管/安全证据。定量讨论主要基于原始实验研究，综述文章仅用于背景化研究方向和知识缺口。动物饲料、废水处理、生物能源等非人类食品用途的研究证据不被用作食品蛋白质量、消化率或应用性能的支持证据。
研究结果分述
化学组成、蛋白分级与营养质量。 通过比较全籽粒、面粉、浓缩蛋白、分离蛋白及分级蛋白等不同配料形态，研究发现扁豆与鹰嘴豆的蛋白浓度、氨基酸组成、消化率及蛋白质量值不能在不明确配料形态、水分基准、蛋白测定方法、氮蛋白转换因子、加工历史及消化模型的情况下直接比较。微藻方面，对12种海洋微藻物种的研究得出氮蛋白转换因子范围为2.53至5.77，总体均值为4.78±0.62，表明物种与条件依赖性氮分配阻止了通用转换因子的使用。对Chlorella vulgaris的研究进一步显示，氨基酸残基蛋白在不同培养阶段从34.59%干重变化至8.45%干重，相应kP值为3.84至3.93。浮萍方面，六种Lemnaceae物种的Kjeldahl氮×6.25粗蛋白约为20-35%干重，而Lemna minor在不同培养介质中粗蛋白为15±0%至31±1%干重，且Dumas总氮高于Kjeldahl氮。蛋白质量证据方面，扁豆的粪便蛋白基DIAAS型评分为挤压、蒸煮、烘焙红扁豆58、53、50，绿扁豆53、49、44；鹰嘴豆相应为82、78、84，PDCAAS（protein digestibility-corrected amino acid score，蛋白消化率校正氨基酸评分）为83.8、75.2、80.0。定向检索确认了熟鹰嘴豆的真回肠DIAAS证据（Han等，2020，6个月-3岁儿童67，较大儿童及成人76），但未发现熟扁豆作为人类食品的直接真回肠DIAAS研究。Cargo-Froom等（2023）报告加拿大扁豆DIAAS为57.83，但该扁豆以40%比例掺入80°C蒸汽制粒实验日粮，仅作为间接回肠消化率证据。
加工诱导的结构修饰与结构-功能关系。 扁豆蛋白方面，Malterre等（2024）的高剪切混合研究显示，颗粒直径从5.13±0.58μm降至1.72±0.01μm，溶解性从46.87±1.55%升至68.42±8.04%，分离速率从71.23±18.15降至24.16±2.58% h-1。Malterre等（2025）的高压均质研究显示，180MPa处理使颗粒直径从10.7±1.1μm降至0.33±0.06μm，表面疏水性从614±66升至1312±82，溶解性从62.5±2.63%升至95.3±0.68%，但溶解性在150MPa时最高（96.4±0.55%），呈非单调响应。鹰嘴豆方面，Gao等（2025）的Osborne分级研究显示，白蛋白在pH 7时起泡能力70±3%、起泡稳定性41±1%，粗蛋白、谷蛋白、白蛋白、球蛋白的乳化能力分别为18.27±0.57、15.12±0.51、12.62±0.62、9.95±0.49，但分级同时改变了组成与多种结构特征，无法归因于单一结构变量。De Angelis等（2024）对商业干法分级与湿法提取配料的比较显示，最终储能模量G′分别为2183±986与768±1340Pa，但个体值重叠显著（干法974-4390Pa，湿法0.11-3563Pa），且两组在植物来源、供应商、蛋白含量及残留基质组成上不等同，不能将差异归因于分级路线。微藻方面，Benelhadj等（2016）对Arthrospira platensis分离蛋白的研究显示，氮溶解性从pH 3的6.2%升至pH 10的59.6±0.7%，持水能力428.8±15.4g/100g，持油能力252.7g/100g，最低凝胶浓度12%。Suarez Garcia等（2018）对Tetraselmis suecica可溶蛋白提取物的研究显示，在约25°C、pH 6.5条件下受控珠磨实现22.5%蛋白提取率，比能耗约0.6kWh/kg干生物质，提取物含50.4%蛋白，但共提取的碳水化合物等组分使功能性不能完全归因于蛋白。Le等（2025）通过丙酮脱脂、碱提取及酸沉淀将Nannochloropsis oceanica蛋白浓缩至约86%粗蛋白干重，同时降低脂质与叶绿素相关色素。浮萍方面，Nitiwuttithorn等（2024）对Wolffia arrhiza的超声辅助碱提取研究显示，蛋白回收率34.17±0.32%，提取物持水能力3.49±0.34g/g，持油能力3.26±0.40g/g，乳化能力100.00±0.00%，乳化稳定性91.53±0.87%。Siriwat等（2023）对Wolffia globosa蛋白的酶解研究显示，Alcalase处理在DH 9%时溶解性从57.07±6.01%升至80.48±6.24%，起泡能力在DH 3%时从42.21±1.12%升至55.00±0.00%，但持油能力从4.65±0.05降至1.83±0.01g/g，乳化稳定性亦随DH增加而降低，呈现明确的功能权衡。
食品基质表现与应用导向的蛋白设计。 Caldeira等（2024）将湿法加工的扁豆浓缩蛋白（85%蛋白干重，14%质量产率）应用于鱼状植物基炸丸子，感官接受度与商业清洁风味浓缩蛋白相当，直接证明了回收浓缩蛋白与结构化食品基质的相容性。Arshad P.等（2025）将鹰嘴豆分离蛋白（84.69%蛋白）以5%、10%、15%掺入燕麦饮基冷冻甜点，粘度从2317增至2709cP，融化时间从47.78增至51.05分钟，10%掺入时总体接受度最高。Nunes等（2020）将Tetraselmis chuii生物质以0-4%掺入无麸质面包，面包体积从701cm3降至612cm3（2%掺入时），crumb b*从19.2变化至27.1，显示生物质掺入同时产生结构与颜色变化。Qazi等（2021）将细胞壁破碎的Microchloropsis gaditana、Tetraselmis chuii及Chlorella vulgaris生物质以12%小麦粉替代掺入面包，DSEC IVPD从对照68.5%降至50.5-63.4%，计算DIAAS型值57-66 vs 对照46。Seephua等（2025）将Wolffia globosa以1-5%掺入米粉，蛋白从4.29±0.30%升至8.39±0.54%干重，操作IVPD从66.68±0.36%升至81.51±0.68%，但效果不能具体归因于分离浮萍蛋白。
讨论与结论
讨论部分强调，应用性能不由来源身份决定，而取决于特定蛋白配料满足目标基质技术需求的程度。干法分级用水少、蛋白状态改变较小，但残留更多淀粉、纤维、脂质、色素等非蛋白固形物；湿法提取可实现更高富集与更标准化配方，但需更多水、pH调节、洗涤、分离与干燥，剧烈条件可能促进变性或聚集。干湿混合工艺可限制湿法处理材料量，但需按应用优化。后提取修饰策略包括酶解、发酵、热处理、挤压等，可改变分子尺寸、构象/聚集及分子间相互作用，增强某些特性同时削弱其他特性。综述指出，微藻与浮萍蛋白的后提取修饰证据基础明显不均：扁豆与鹰嘴豆经历了更多样的机械、酶解、热、发酵及挤压修饰策略，而微藻主要研究聚焦细胞破碎、分级、脱脂、蛋白回收与富集，浮萍仅提供有限的酶解修饰证据。糖基化、磷酸化、共价缀合及其他定义明确的后提取物理修饰策略在四类来源的食品蛋白研究中均未被代表，这应被视为文献中的重大缺口而非此类方法无效的证据。研究结论部分强调：蛋白质量评分强烈依赖于消化率方法与食品形态；扁豆均质化改善溶解性而浮萍水解降低持油能力；安全性与监管取决于物种与最终产品形态。本综述不旨在排名蛋白来源，而是指出跨来源比较在何处有效、结论在何处依赖条件、以及哪些分析或应用研究缺口目前限制食品蛋白设计。未来研究应使用匹配的未处理对照、定量结构测量及标准化功能测定，评估特征明确的浓缩物/分离物，以理解后提取修饰是否及如何在水生系统中产生可重复的结构-功能改善。
