《Fermentation》：Nutritional and Techno-Functional Characterisation of Brewers’ Spent Grain and Legume Proteins for Blended Protein Systems in Plant-Based Yoghurt Alternatives
编辑推荐：
啤酒糟（BSG）是一种具有可持续蛋白源潜力的酿造副产物。然而，其有限的氨基酸谱和较弱的凝胶特性限制了其在植物基酸奶替代品（YAs）中的应用。本研究评估了啤酒糟蛋白分离物（BSGI）、豌豆蛋白分离物（PPI）、绿豆蛋白分离物（MBP）和鹰嘴豆蛋白浓缩物（CPC）
啤酒糟（BSG）是一种具有可持续蛋白源潜力的酿造副产物。然而，其有限的氨基酸谱和较弱的凝胶特性限制了其在植物基酸奶替代品（YAs）中的应用。本研究评估了啤酒糟蛋白分离物（BSGI）、豌豆蛋白分离物（PPI）、绿豆蛋白分离物（MBP）和鹰嘴豆蛋白浓缩物（CPC）的组成及技术功能特性，并考察了它们在发酵型酸奶替代品中的适用性。BSGI缺乏赖氨酸，而PPI和MBP则缺乏含硫氨基酸（SAA），这凸显了谷物-豆类蛋白复配在营养上的互补潜力。研究人员将BSGI与每种豆类原料以固定的50：50比例混合，并使用嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）发酵剂发酵至pH 4.5。所有酸奶替代品的蛋白质含量均超过3.0%，且必需氨基酸（IAAs）谱得到改善。BSGI + MBP复配物表现出最高的持水性、坚实度、稠度和流变强度，其次是BSGI + PPI，而BSGI + CPC的凝胶结构最弱。这些配方层面的差异不能仅归因于单一蛋白质原料的内在功能特性，因为各配方中的蛋白质含量和非蛋白质组分（尤其是膳食纤维）存在差异。总体而言，BSGI显示出应用于混合植物蛋白酸奶替代品中的潜力，并支持可持续谷物-豆类蛋白体系的进一步优化。
**论文解读：啤酒糟与豆类蛋白复配体系在植物基酸奶替代品中的应用研究**
**一、研究背景与目的**
随着2025年全球人口逼近82亿并预计在2080年代中期达到约103亿，全球食品生产面临严峻挑战。气候变化对高质量食品的充足供给构成威胁，而畜牧业和乳制品业通过温室气体排放及土地与水资源的密集利用，显著加剧了气候变化。为实现《巴黎协定》将全球变暖限制在1.5–2°C以内的气候目标，亟需转变食品体系，转向植物基饮食是关键路径之一。此外，将食品加工副产物和侧流升级循环利用作为循环经济的一部分，近年来受到广泛关注，旨在减少食物浪费并促进可持续性。
啤酒糟（BSG）是酿造行业占比高达85%的副产物，每生产1 hL啤酒约产生20 kg BSG，全球年产量约3640万吨。由于水分含量高且易受微生物污染，BSG保质期短，目前主要用作低价值动物饲料。然而，BSG干物质中蛋白质含量为19–30%，相当于该副产物流中蕴含690万至1090万吨粗蛋白，其中约30%为必需氨基酸（IAAs），因此BSG是升级为功能性食品原料的理想候选。尽管从BSG中提取蛋白质的技术（碱法、酸法、水热法、酶法及其组合）已有多种，但提取率、蛋白纯度及技术功能特性因提取方法、原料和酿造工艺的不同而存在显著差异。
植物基酸奶替代品（YAs）市场快速增长，但许多产品存在营养局限性：蛋白质含量低、消化率低、IAA谱不完整以及抗营养因子等问题。单一原料制成的YAs往往氨基酸谱不完整，因为豆类通常缺乏含硫氨基酸（SAA），而谷物蛋白的赖氨酸水平通常较低。Moore等人（2023）分析58种植物基乳替代品发现，没有一种能满足FAO成人氨基酸评分模式，仅大豆基产品蛋白质含量约3.5%，大多数其他产品蛋白质含量仅0.1–0.9%。因此，谷物与豆类蛋白复配为提升氨基酸谱和改善营养品质提供了契机。
在此背景下，本研究有两个目标：第一，考察谷物来源的啤酒糟蛋白分离物（BSGI）及三种豆类蛋白原料——豌豆蛋白分离物（PPI）、绿豆蛋白分离物（MBP）和鹰嘴豆蛋白浓缩物（CPC）的营养组成（包括氨基酸谱）和技术功能特性；第二，评估BSGI与每种豆类蛋白原料复配后在发酵植物基YAs中的表现。
**二、主要关键技术方法**
本研究以美国EverGrain公司（Anheuser-Busch InBev旗下）提供的商用BSGI（EverPro? Dark Fraction）、荷兰Naturz Organics的PPI和MBP、美国Nutriati的CPC为原料（原料来源于商业化生产），采用以下关键技术方法开展研究：（1）成分分析：膳食纤维和淀粉分别采用Megazyme酶法试剂盒测定，其他成分由Mérieux NutriSciences旗下Chelab S.r.l.认证实验室完成（氮含量采用Dumas法，脂肪采用Soxhlet法）；（2）氨基酸定量：采用HPLC系统（Dionex? UltiMate 3000）配合AccQ-Tag?柱前衍生化，分别针对总氨基酸（6 N HCl水解）、色氨酸（4 M NaOH碱水解）和含硫氨基酸（过甲酸氧化）进行定量；（3）技术功能特性评估：包括持水性（WHC）、持油性（OHC）、蛋白溶解度和乳化特性（LUMiSizer离心分析仪）等；（4）扫描电子显微镜（SEM）微观形态观察；（5）酸凝胶制备及表征：以固定50：50比例的BSGI-豆类蛋白复配制备乳液，使用含嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）的商业发酵剂Vega? Mild发酵至pH 4.5，并采用流变仪（MCR301）、质构仪（TA-XT2i）分别进行流变学（频率扫描、触变测试、结构形成监测）和质构特性（穿透法和反挤压法）测定；（6）统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验。
**三、研究结果**
**3.1 原料特性表征**
**3.1.1 原料组成**
三种蛋白分离物（BSGI、PPI、MBP）的蛋白质含量相当（85.88 ± 3.32至87.30 ± 3.40 g/100 g干物质），而蛋白浓缩物CPC含量较低（58.10 ± 2.34 g/100 g干物质），但需注意使用6.25的氮-蛋白转换系数可能造成表观蛋白含量高估。BSGI总脂肪含量最低（0.15 ± 0.02 g/100 g DM），有利于降低氧化风险。CPC总膳食纤维含量最高（39.71 ± 1.91 g/100 g DM），主要来自干法分馏工艺残留的不溶性纤维；BSGI膳食纤维最低（5.42 ± 0.37 g/100 g DM）。氨基酸分析显示，BSGI赖氨酸含量显著低于豆类蛋白，而PPI和MBP的SAA（蛋氨酸+半胱氨酸）含量较低。BSGI仅赖氨酸（58%）未达到FAO成人IAA评分模式；豆类蛋白赖氨酸达159–171%，但PPI和MBP的SAA仅为评分模式的85%和56%。值得注意的是，本研究的CPC在SAA方面评分为110%，未表现出缺乏，可能与品种遗传变异和加工工艺保留了清蛋白组分有关。
**3.1.2 技术功能特性**
BSGI在pH 7的蛋白溶解度最高（97.45 ± 0.87%），归因于加工过程中的蛋白降解产生的小肽和氨基酸；MBP溶解度最低（5.85 ± 0.13%）。CPC的WHC最低（98.45 ± 5.29%），而PPI（300.04 ± 2.66%）和MBP（289.59 ± 9.47%）较高；BSGI因高溶解度无法用离心法测定WHC，但OHC最高（155.75 ± 4.99%）。乳化分离速率方面BSGI最快（1.35 ± 0.00%/min），表明其乳化能力最弱。BSGI发泡能力最高（141.33 ± 1.15%），豆类蛋白为40.00–52.08%；但泡沫稳定性趋势相反。BSGI颜色最暗（WI = 51.95 ± 1.45），可能与麦芽和酿造过程中的美拉德反应有关；CPC颜色最浅（WI = 87.28 ± 0.03）。SEM观察发现CPC颗粒呈不规则角状碎片结构，与研磨工艺相关；PPI表面较皱缩，可能与干燥条件差异有关。
**3.2 酸奶替代品表征**
**3.2.1 发酵特性**
三种非发酵乳液初始pH为7.31–7.75。BSGI + CPC复配最快达到pH 4.5（7 h），其次是BSGI + MBP（9 h）和BSGI + PPI（10 h）。所有YAs的TTA从初始0.42–0.68 mL 0.1 M NaOH/g增至3.61–4.21 mL 0.1 M NaOH/g。乳酸是主要代谢产物，BSGI + MBP的乳酸含量最高（2.28 ± 0.07 g/100 g DM）。BSGI + CPC发酵后活菌数显著最高（14.22 ± 5.33 × 10? CFU/g），可能与其较高膳食纤维含量支持乳酸菌生长有关。
**3.2.2 氨基酸谱与蛋白质品质**
最终YAs蛋白质含量为3.27–4.30 g/100 g样品，均超过3.0%。所有YAs每种IAA均达到FAO成人评分模式的至少75%。BSGI的赖氨酸从58%提升至复配YA中的76%（BSGI + MBP）、82%（BSGI + CPC）和108%（BSGI + PPI）；PPI和MBP的SAA分别从85%和56%提升至各自YA中的96%和78%。与D’Andrea等人（2023）分析的160种市售植物基YAs相比，本研究开发的YAs蛋白质含量更高且IAA覆盖更全面。
**3.2.3 颜色**
发酵后YAs的WI从非发酵乳液的53.88–56.85略升至57.98–61.73，接近市售植物基YAs平均值（62.0 ± 1.7），但明显低于乳制品酸奶（82.4 ± 8.1），颜色偏深主要归因于BSGI的深色。
**3.2.4 持水性与质构特性**
BSGI + MBP和BSGI + PPI的WR（97.02 ± 0.45%和97.37 ± 1.84%）显著高于BSGI + CPC（71.68 ± 6.33%）。质构分析显示BSGI + MBP的坚实度（0.88 ± 0.03 N）、稠度（13.65 ± 1.64 Ns）、内聚性和粘度指数均最高，其次是BSGI + PPI，BSGI + CPC最弱。这些差异是配方水平效应：BSGI + MBP较高的最终蛋白含量增强了凝胶网络，而BSGI + CPC较低的蛋白含量和高膳食纤维可能阻碍了连续蛋白网络的形成。
**3.2.5 流变学行为**
结构形成监测显示，BSGI + MBP在约135 min开始出现凝胶行为，早于BSGI + PPI和BSGI + CPC（约170 min）。频率扫描中所有YAs的G′均大于G″，呈弹性主导特征，但G′/G″比值低于典型凝胶的10：1至100：1参考范围，表明凝胶结构较弱。BSGI + CPC的G′/G″比值随频率增加而下降，显示出更强的频率依赖性和相对粘性贡献增加。触变测试中三种YAs的ΔG′无显著差异（55.58 ± 3.31%至59.94 ± 1.48%），但BSGI + CPC的较低ΔG′值应归因于其初始凝胶网络较弱。
**四、结论与意义**
本研究系统表征了BSGI与三种豆类蛋白原料的组成和技术功能特性，并成功将其应用于发酵植物基YAs的配方开发。通过固定50：50的谷物-豆类蛋白复配，利用氨基酸互补效应显著改善了最终产品的IAA谱：赖氨酸含量从BSGI单独时的58%提升至76–108%，SAA在PPI和MBP不足的基础上分别提升至96%和78%。BSGI + MBP配方表现出最优的持水性、质构特性和流变强度。然而，由于采用固定原料比而非蛋白归一化设计，各配方间最终蛋白含量和膳食纤维等非蛋白组分存在差异，因此观察到的差异属于配方水平效应，不能单独归因于各蛋白原料的固有功能特性。本研究未设置单一蛋白原料的对照组，限制了对各蛋白独立功能贡献的判定。未来研究应聚焦于蛋白归一化配方、感官评价、亲水胶体添加或比例优化，以及DIAAS和PDCAAS等消化的综合蛋白质品质评估。总体而言，BSGI可作为混合蛋白体系的一部分用于YAs配方开发，本研究为可持续谷物-豆类蛋白体系在植物基发酵食品中的应用提供了重要的理论和实践基础。该论文发表于《Fermentation》。
