综述：提升乳素食混合食品中钙的生物利用率：配方、物理及生物学方法

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Enhancement of Calcium Bioavailability in Dairy-Plant Hybrid Foods: Formulation, Physical, and Biological Approaches

　　摘要
背景：随着人们对健康饮食需求的增加，人们越来越关注将乳蛋白与植物蛋白结合使用，这种组合被称为乳植混合食品系统。这类混合系统有望提升钙的摄入量，而纯植物性饮食往往难以提供足够的钙。然而，由于蛋白质、矿物质及其他食物成分之间的相互作用，这类复杂基质中钙的生物可及性和生物利用率仍面临巨大挑战。尽管人们对混合食品的兴趣日益浓厚，但针对此类系统中钙的生物可及性的研究仍然有限。

范围与方法：本综述全面分析了乳植混合系统中钙的生物可及性与生物利用率，重点探讨影响其生物可及性和生物利用率的因素，以及能够提升钙生物利用率的配方设计、物理处理和生物处理策略。此外，还讨论了混合产品开发中的当前挑战与未来发展方向，包括在钙营养方面的改进。

主要发现与结论：植物蛋白中钙的生物可及性和生物利用率受到多种因素的限制，如分子相互作用、加工技术、钙的化学形态以及载体基质等。为提升钙的生物可及性和生物利用率，人们重点研究了各种配方策略（如钙强化、微粉化、固体分散体乳化以及添加水解蛋白/多肽）、物理处理方法（如研磨、烹饪、挤压、直接蒸汽注入、脉冲电场、高压均质化）以及生物处理方法（如发芽、发酵和酶处理）。要进一步发展具有更高钙生物可及性和生物利用率的乳植混合系统，还需解决一些关键问题，如酪蛋白网络的形成以及产品结构和理化稳定性的不足。

引言：钙是人体必需且含量丰富的矿物质，其中99%存在于骨骼和牙齿中，其余1%则分布在血液、神经元和其他体液中。钙对于肌肉和血管的收缩与舒张、血液凝固、激素和酶的释放以及神经系统功能都起着重要作用（Shkembi和Huppertz，2021）。充足的钙摄入有助于降低非骨骼疾病的风险，尤其是结直肠癌、高血压、肾结石和肥胖症（北美更年期学会，2006）；而钙摄入不足则可能导致儿童出现营养性佝偻病，成人出现骨软化症（Heaney，2000）。传统上，乳制品被认为是满足钙需求最有效的食物来源，因为其钙的生物利用率远高于植物性食物。全脂牛奶的钙含量平均为1200毫克/升，因此每天饮用240毫升牛奶（含约300毫克钙，其中约96.3毫克可被吸收，生物利用率为32.1%）即可满足每日推荐钙摄入量的25-30%（Palacios等人，2021；Fox和McSweeney，1998）。牛奶中的钙主要以胶体磷酸钙的形式存在，这种形式在消化过程中容易释放，因此其生物利用率较高（Palacios等人，2021）。在牛奶的1200毫克/升钙总量中，约有66%（800毫克/升）与酪蛋白微粒相关，要么以胶体磷酸钙的形式存在（约占总钙量的50%），要么以与磷酰残基结合的钙离子形式存在（约占总量的16%）（Holt，1997）。剩余的33%（370毫克/升）为可溶性或游离钙。牛奶中约有10%的钙以离子形式存在于可溶相中，而大部分剩余的可溶性钙则以柠檬酸钙的形式存在（Holt，1997）。图1展示了牛奶中钙在胶体相和血清相中的分布情况。

随着消费者对更健康、替代性饮食的兴趣增加，人们对植物性食品的需求也在上升，而这些食品往往含有能够与钙结合并降低其生物利用率的成分（Aydar等人，2020）。2020年全球植物基乳制品的市值为226亿美元，预计到2026年这一数字将上升至406亿美元。过去十年间，植物基乳制品的销量不断增长，目前占整个牛奶市场的7.4%（Plamada等人，2023）。植物蛋白来源于多种食材，包括谷物、豆类、伪谷物、坚果和种子（见图2）。虽然许多可食用植物含有较高的总钙含量，但其中大部分并不容易被吸收。大量植物中的钙被紧紧束缚在细胞壁结构中，果胶在果胶甲酯酶的作用下脱酯后会暴露出羧基，这些羧基能够与钙离子结合，从而增强植物细胞壁的强度，但同时也限制了钙的生物利用率（Hepler，2005）。此外，植物中的钙还会与草酸根和碳酸根等有机和无机阴离子结合形成难溶盐，进一步降低其吸收率（White和Broadley，2005）。因此，目前的植物基乳制品尚未达到理想的钙生物利用率水平；为了确保人们能够获得充足的钙摄入以维持健康，植物性饮食必须做到均衡多样（Haider等人，2018）。

正因如此，乳植混合食品应运而生，这类食品将植物蛋白与乳蛋白相结合，为消费者提供了一种有前景的营养解决方案（Guyomarc’h等人，2021）。乳植混合食品属于乳制品范畴，但其蛋白质部分已被一种或多种植物蛋白替代，这一过程需要经过特定的加工处理（Hu等人，2022）。这类混合配方为优化产品成分提供了可能，例如减少饱和脂肪含量、多样化蛋白质来源，或增加膳食纤维和具有生物活性的植物成分。此外，这类混合系统还具有成本效益高、适合在发展中国家推广的优势（有时也被称为“经济型营养品”）。因此，乳植混合食品的价值并不在于完全取代某一种食品类别，而在于作为一种过渡性选择，帮助人们实现更广泛的饮食转变。这一新兴策略有助于保持这类产品的营养价值（即钙的生物利用率）、感官品质和理化稳定性（Guyomarc’h等人，2021；Banovic等人，2022；Alves和Tavares，2019），同时还能减少对环境的影响。在评估乳制品（图3a）和植物基乳制品（图3b）各自的优缺点、机遇与威胁时，混合乳植食品通过整合两种食品的优势，为解决营养、可持续性、感官体验及功能性方面的问题提供了一种有效途径。已有不少综述文章探讨了这类整合系统的功能、感官特性和营养价值，以及技术应用对其性能的提升作用（Méndez-Galarraga等人，2025；Curutchet和Rodríguez，2024；Alves和Tavares，2019；Hu等人，2022；Nascimento等人，2023；Zhang等人，2024b）；然而，关于这类混合系统以及相关技术手段对钙生物利用率的影响，目前的研究还不够充分。尽管这类系统具有很大潜力，但原料的选择及其相互作用仍可能显著影响消化过程中钙的释放和吸收。这可能是由于植物原料中含有吸收抑制剂、长链饱和脂肪以及膳食纤维，它们可能会形成难溶性的钙复合物。因此，要提升乳植混合食品中的钙生物利用率，就需要采取多学科综合策略，结合配方设计、物理处理和生物处理方法，这样才能设计出具有最佳营养价值的混合食品。

此前已有研究表明，Alves和Tavares（2019）、Banovic等人（2022）、Guyomarc’h等人（2021）以及Lima Nascimento等人（2023）分别从功能特性、环境可持续性、健康影响及消费者接受度等方面对乳植混合系统进行了研究。与此同时，也有大量研究聚焦于乳制品体系中的钙生物利用率（Crowley等人，2014；Erfanian等人，2014；Gerstner，2004；Lorieau等人，2018），以及植物基乳制品中的钙生物利用率（Dayod等人，2010；Muleya等人，2024；López-Gámez等人，2021；Lv等人，2024）。尽管在这些领域取得了诸多进展，但目前尚无全面综述系统地分析乳植混合系统的营养价值，尤其是其与钙生物利用率之间的关系，也没有研究探讨加工策略如何影响这些复杂基质中钙的相互作用及其生物可及性。本综述正是为填补这一研究空白而撰写的，它全面分析了影响钙生物利用率的各种因素，以及用于提升钙生物利用率的配方设计、物理处理和生物处理技术。通过这些分析，本综述为解决当前乳植混合食品开发中提升钙生物利用率所面临的难题提供了新的思路。