《Food and Bioprocess Technology》：Effect of Dairy-Plant Protein Combinations on Functional Properties, Microstructure, Nutritional, and Sensory Quality of Hybrid Dairy Products
如今，在消费者饮食偏好转变和环境关注的推动下，对高蛋白可持续性和功能性食品的需求日益增长。所有这些都加速了混合乳制品（hybrid dairy products）的发展。本综述对混合乳制品提供了独特的全面概述，这些产品是通过用来自豆类（legumes）、谷物（cereals）、种子（seeds）和微藻（microalgae）的植物蛋白部分替代乳成分而配制的。因此，研究人员同时评估了多种乳制品和植物蛋白来源，并对关键配方方法、主要挑战以及开发更可持续混合乳制品的未来机遇提供了更广泛和更深入的见解。重点放在对配方、理化性质、流变行为、质地、微观结构、发酵动态、微生物质量、营养属性、感官特性和可持续性的影响上。乳基质的功能和技术特性受到植物蛋白来源、替代水平和加工条件的影响，并强烈依赖于这些因素。杂交化增强了蛋白质含量、膳食纤维，并维持了微生物活力和益生菌潜力。然而，挑战仍然存在，涉及凝胶稳定性、异味产生、颜色变化、抗营养因子和监管问题。发酵和先进加工技术成为缓解其中一些局限性的关键工具。混合乳制品代表了一种有前景且灵活的策略，可在保留其营养和感官优势的同时减少乳制品的环境足迹，为更可持续的食品生产系统做出贡献。未来的研究应优先考虑优化的蛋白质组合、全面的生命周期评估（life cycle assessment, LCA）和以消费者为中心的研究，以支持成功的产品开发和商业化。
引言
传统乳制品因其感官特性和益生菌益处而备受重视，但也具有较高的环境足迹。同时，饮食偏好的变化和环境可持续性的关注促使研究人员和商业界对新型食品产生兴趣。此外，对高蛋白产品日益增长的需求与健康饮食趋势相结合，催生了创新乳制品即混合乳制品的发展。杂交化的基本原理是在不同食品体系之间寻找平衡，以实现可持续性和消费者接受度。传统乳蛋白具有优异的氨基酸组成、高消化率和良好的技术功能性，但与环境成本高、温室气体排放量大及土地和水资源占用相关。植物蛋白在可持续性和资源效率方面具有优势，但通常缺乏乳制品应用中所必需的某些功能、感官或营养特性。
混合乳制品强化了不同蛋白质来源互补属性的利用，同时减少了与纯动物基生产相关的环境足迹。与旨在完全替代乳制品的纯植物基替代品不同，混合产品被设计为用植物基成分部分替代乳成分，从而实现独特的功能、营养和环境效益。全球混合乳制品市场在2023年估计为128亿美元，预计到2030年将增长至214亿美元。混合产品在当今饮食和市场格局中具有高度相关性，特别是对于寻求适度减少而非完全消除动物性食品的弹性素食消费者。
尽管近年来已有一些关于混合乳制品趋势的综述，但多数集中在特定产品（如酸奶或奶酪）或单一植物蛋白来源上。当前文献缺乏同时评估多种乳制品和多种植物蛋白来源的综合综述。本综述旨在弥补这一空白，重点关注通过用植物蛋白分离物或浓缩物替代乳蛋白来开发混合乳制品，提供关于组成和营养特性、质地和微观结构、发酵和微生物动态、颜色和感官特性变化的全面分析。
配方与原料
混合乳制品主要通过将植物乳或蛋白与动物乳或蛋白混合制备，随后遵循相应乳制品的生产工艺。配方需要精确的组成策略，以实现乳和植物成分的双重目标。成功配方主要依赖于乳源和植物源成分的相容性、相对比例以及加工和发酵过程中发生的理化相互作用。乳部分提供优质完全蛋白，而植物部分可增强纤维含量、引入不饱和脂肪酸、添加植物化学物质并降低饱和脂肪水平。
具体而言，混合乳配方始于选择合适的乳基，通常是牛乳或羊乳。牛乳具有较高的酪蛋白含量和明确的加工特性；羊乳提供更小的脂肪球和更柔软的凝乳结构，可能改善消化率并降低致敏性。植物部分可来自不同植物原料，甚至微藻，特别是螺旋藻（Arthrospira platensis, Spirulina）和普通小球藻（Chlorella vulgaris）。微藻的蛋白质含量可达干生物量的23%–63%甚至高达70%，富含必需氨基酸（占总量的30%–50%），尤其是谷氨酸、赖氨酸和亮氨酸，且消化率较高。微藻蛋白还表现出良好的乳化活性、起泡能力和泡沫稳定性，并能形成热或pH诱导的凝胶。然而，提取成本高昂限制了其大规模应用。
从蛋白质角度看，混合系统常利用高生物价值的乳蛋白（如酪蛋白和乳清蛋白分离物）与来自豆类、谷物、种子或微藻的植物蛋白组合。植物蛋白成分可根据纯度分类为分离物（蛋白质含量>80%–90%）、浓缩物（>50%–60%）和面粉（最低蛋白质含量）。分离物表现出改善的乳化性、凝胶性和蛋白质溶解性，而浓缩物和面粉因碳水化合物和纤维含量较高，蛋白质溶解性较低，预期会影响最终产品的持水力（water holding capacity, WHC）和质地。脂肪是另一个关键设计参数，乳脂提供特征性奶油感，而植物油（葵花籽油、椰子油、菜籽油）贡献理想的不饱和脂肪酸，但可能需要卵磷脂等乳化剂防止相分离。碳水化合物和微量营养素强化同样重要，植物成分可提供可溶性和不溶性膳食纤维、生物活性植物化学物质和抗氧化剂，乳基质则提供天然生物可利用的钙、磷、维生素B
12和核黄素。然而，过量纤维可能干扰蛋白质网络形成并削弱凝胶结构。
发酵可进一步改善蛋白质消化率和风味发展，并减少某些植物蛋白的不良味道。此外，高压均质、超滤和酶解等先进加工技术被越来越多地用于改善混合基质中的蛋白质溶解性、乳液稳定性和感官表现。这些技术可展开蛋白质的三级/四级结构，暴露隐藏的疏水基团，促进与酪蛋白胶束的共聚集，并提高蛋白质溶解度。
功能与技术方面
混合乳系统代表一项科学挑战，需要在动物和植物成分的功能和技术特性之间取得平衡。通常，乳中的酪蛋白胶束和植物蛋白在酸诱导凝胶网络中共存。蛋白质相容性取决于溶解性、表面疏水性和等电点。配方中可能发生的不匹配可导致弱凝胶形成或沉淀。脂肪相相互作用涉及乳脂和植物油的乳化，通常由蛋白质层稳定，均质压力控制液滴尺寸和稳定性。发酵剂培养物不仅酸化基质，还产生胞外多糖，改善粘度和感官属性。
对理化性质的影响
植物蛋白掺入酸奶配方显著影响其理化特性，如酸度、脱水收缩和持水力（WHC）。通常，用植物蛋白替代乳蛋白导致混合酸奶酸度增加，例如含25%植物蛋白替代（杏仁与南瓜籽蛋白比例25:75）的优化配方。酸度增加归因于发酵剂培养物的蛋白水解活性和乳酸产生导致的较低缓冲能力。然而，不同植物蛋白对酸化的影响存在差异，这与植物蛋白的缓冲能力、等电点和结构组织有关。例如，豌豆蛋白因其缓冲特性可能不改变酸度，而微藻成分因提供支持乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）生长的氨基酸、维生素和矿物质，可加速酸化并降低pH值。
关于脱水收缩和WHC，植物蛋白的影响因来源、替代水平和发酵剂而异。较高水平的烤鹰嘴豆粉可改善WHC，归因于纤维、蛋白质和淀粉的存在。相比之下，高度纯化的豌豆和米蛋白在较高替代水平下倾向于降低WHC，因其碳水化合物含量低且干扰酪蛋白凝胶网络的连续性。杏仁和南瓜籽蛋白浓缩物通常降低WHC，但储存后较高杏仁比例可改善WHC。发酵剂的选择也影响WHC，粪肠球菌（Enterococcus faecalis）发酵的混合酸奶WHC最低，而与植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）组合可提高WHC。在混合奶酪中，植物蛋白导致水分含量降低，绿豆蛋白分离物（mung bean protein isolate, MBPI）的水分含量最低。植物蛋白分离物还影响加工奶酪的WHC，表现为豌豆>大豆>绿豆>对照。混合冰淇淋中，植物蛋白的掺入以浓度依赖性方式增加pH并降低酸度，归因于植物蛋白分离物和浓缩物的高pH值。充气率（overrun）值随植物蛋白添加而显著降低，与小添加量下因植物蛋白的起泡能力而增加的充气率形成对比。混合冰淇淋的融化阻力也受到植物蛋白的影响，归因于更高粘度、更强的凝胶网络和更小更密集的冰晶。
对流变和质地特性的影响
植物蛋白和面粉对混合酸奶的流变和质地参数的影响因蛋白类型和替代水平而异。较高替代水平通常导致粘度、硬度和凝胶网络稳定性降低。含羽扇豆粉和烤鹰嘴豆粉的酸奶表现出高粘度，高水平螺旋藻也因强水结合能力而显著增加粘度。相比之下，25%和50%豌豆蛋白替代降低粘度和稠度，杏仁和南瓜籽蛋白酸奶也显示粘度降低。烤鹰嘴豆粉以比例依赖方式增加硬度，50:50豌豆蛋白配方也增加硬度，但较高替代水平对硬度和稠度产生负面影响。储存倾向于增加硬度和粘附性，同时降低内聚性。
在混合奶酪中，植物蛋白替代通常导致硬度降低，归因于增强的水分保留和酪蛋白胶束的破坏导致弱凝胶。豌豆和大豆蛋白削弱凝胶强度，绿豆蛋白降低奶酪硬度。加工奶酪中，100%酪蛋白、绿豆蛋白分离物和工业大麻蛋白分离物（hemp protein isolate, HPI）的硬度最高，混合加工奶酪硬度较低。植物蛋白添加降低了弹性和内聚性。然而，有限的替代可增加加工奶酪的硬度和咀嚼性，表明受控的植物蛋白水平可能增强结构稳定性。流变学研究表明，植物蛋白分离物的部分替代可显著影响奶酪的粘弹性，绿豆蛋白和豆蛋白分离物在增强凝胶强度和弹性方面更有效，而豌豆蛋白引入结构弱点。绿豆蛋白与酪蛋白凝胶形成中疏水相互作用是主导分子力，特别是8S豌豆球蛋白参与。
植物蛋白显著影响冰淇淋的质地特性。所有情况下粘度显著增加，归因于植物蛋白的高水分保留和水结合能力。豌豆和大豆蛋白的添加增加硬度，而小量豆分离蛋白降低硬度。粘附性、弹性、内聚性和胶粘性等质地特性也得到改善。
对发酵动态和微生物质量的影响
植物蛋白通过影响缓冲能力、营养可利用性和基质内蛋白相互作用，改变发酵期间的酸化动力学、凝固行为和微生物活性。较高植物蛋白替代水平导致更长发酵时间。豌豆蛋白替代不影响乳糖代谢，而大豆饮料的添加增强酸化动力学。在混合切达型凝乳凝胶中，植物蛋白加速凝胶化过程，归因于较低的缓冲能力。然而，在混合费塔型奶酪中，凝固时间随植物蛋白含量增加而延长，归因于水分含量增加。发酵实际被植物蛋白增强，导致较低pH和较高酸度，这与豆类蛋白支持乳酸菌广泛生长的能力相关。
混合酸奶可被视为微生物学稳定和安全的产品，能在保质期内提供益生菌益处。标准酸奶和混合酸奶在30天冷藏储存中均维持高水平的乳酸菌（>10
7 CFU/g），确保益生菌功能性。螺旋藻和小球藻粉的掺入有助于维持发酵剂培养物的活力。益生菌嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）La5在豆基成分的益生元低聚糖支持下保持活力。所有混合酸奶配方保持在安全微生物限度内且无病原体。
对颜色特性的影响
植物蛋白掺入显著影响混合产品的颜色。酸奶中，随着螺旋藻比例增加，颜色变为绿褐色，归因于其色素。添加0.25%螺旋藻导致L*、a*和b*值降低，表明黄色向绿色转变，可能与叶绿素存在有关。烤鹰嘴豆粉的掺入降低亮度、增加红度和黄度。混合奶酪的植物蛋白添加主要以降低亮度、改变红度和黄度为特征。绿豆蛋白分离物在仪器和感官颜色属性上与乳酪最相似，而豌豆蛋白引起更明显的偏差。混合切达型凝乳凝胶中，豆蛋白的亮度与对照牛乳凝胶相似，高于豌豆和蚕豆蛋白凝胶。植物蛋白添加降低绿色度（a*）、增加黄色度（b*）。混合冰淇淋中，植物蛋白导致亮度降低、产品变暗，归因于美拉德反应，豌豆和豆类蛋白降低绿色度、增加黄色度。
对抗氧化活性的影响
混合产品中抗氧化活性的测定主要在添加微藻的研究中进行。最高螺旋藻添加量产生最高抗氧化活性和强生物活性潜力，即使0.25%的小添加量也增加了酸奶基质的抗氧化活性。混合奶酪的抗氧化活性随添加浓度增加而增加，储存21天后效果更强，可能归因于酚类物质和色素转移到最终产品中。
对微观结构的影响
植物蛋白掺入乳制品系统不仅改变最终凝乳凝胶的结构和功能性，还显著改变凝乳凝胶形成的中期机制。在奶酪中，从酶凝固和蛋白质聚集到网络发展和脂肪截留，植物蛋白的存在干扰了天然酪蛋白驱动途径。热处理诱导乳-植物蛋白系统的显著二级结构重排。加热降低大豆和豌豆凝胶的α-螺旋含量，同时显著增加所有混合凝胶的β-折叠含量，归因于蛋白质展开和分子间氢键。β-折叠富集与异质蛋白质聚集体形成相关，可能降低网络连通性。α-螺旋的损失暴露疏水和反应性残基，促进聚集但形成具有更大孔隙的较弱凝胶网络。
通过共聚焦激光扫描显微镜（confocal laser scanning microscopy, CLSM）观察，牛乳蛋白被植物蛋白替代导致较不紧凑的蛋白质网络和更大孔隙，其中蚕豆蛋白凝胶网络最弱且孔隙广泛。植物蛋白聚集体大小不一，热处理下更明显。脂肪球融合和聚结的证据在混合凝胶中更为明显，表明植物蛋白稳定油-水界面的能力较低。添加有限水平植物蛋白可形成更致密的网络，植物蛋白积极参与酪蛋白框架。豆蛋白促进最紧凑的双蛋白网络，豌豆蛋白导致更弱、松散连接的网络，绿豆蛋白产生中等密度结构。拉曼光谱分析显示，绿豆蛋白分离物引起酪蛋白相对温和但稳定的结构变化，而工业大麻蛋白诱导深刻的构象改变和结构去稳定化。
营养方面
在营养价值方面，混合产品与传统乳制品和植物基替代品相比具有若干优势。酸奶的蛋白质含量通过植物蛋白强化显著改变，豌豆蛋白分离物比米蛋白产生更高的蛋白质浓度。羽扇豆粉的添加显著提高蛋白质含量，对儿童营养充足性特别有效。混合冰淇淋中，豌豆蛋白分离物替代乳粉在25%替代水平下使蛋白质含量增加高达26%，豆分离蛋白30%替代使蛋白质增加17.8%，豆类蛋白浓缩物10%添加使蛋白质增加116%–140%。微藻的添加也呈浓度依赖性提高蛋白质含量。
混合酸奶的矿物质组成受植物蛋白部分替代乳蛋白的强烈影响。混合配方在营养含量方面提供优势，部分豆类替代可提高特定矿物质水平。羽扇豆强化酸奶显示出比商业产品更有利的微量元素谱，并增加膳食纤维含量。植物部分可引入多酚和类胡萝卜素等生物活性化合物，改善抗氧化能力。然而，植物部分可能引入植酸盐、生物碱、致敏原和α-半乳糖苷低聚糖等抗营养因子。植酸盐和草酸盐与钙和铁的结合可能改变营养含量，生物碱和α-半乳糖苷低聚糖可能引起摄入问题。研究表明，抗营养化合物的存在使矿物质生物可及性水平降低至50%以下。发酵可减少低聚糖、改善蛋白质消化率，微生物植酸酶可减少抗营养因子。
感官品质
尽管配方存在差异，文献中大多数混合酸奶的得分在可接受范围内，表明当植物成分经过仔细优化时，它们可作为传统乳酸奶的可行替代品。通常，乳蛋白替代水平高于25%会引入不良感官属性，如苦味、颗粒感或豆腥味。羽扇豆粉和鹰嘴豆粉强化的产品在适度添加水平下普遍被接受，但较高浓度下出现苦味、颗粒感和余味。含1%螺旋藻的酸奶表现出更高的味道和总体可接受性。燕麦和大豆混合酸奶在25%大豆或30%燕麦替代水平下具有最高总体接受度。风味添加（如青苹果）增强了消费者接受度和购买意愿。
在混合奶酪中，主要问题在于豆腥异味。加工奶酪中豌豆、大豆和绿豆蛋白分离物的掺入在外观、颜色和质地方面与乳制加工奶酪无显著差异，但风味和味道存在问题，如2-戊基呋喃（豆腥味）、壬醛、7-十六碳烯醛和1-辛烯-3-醇等特定风味化合物。醛类通常被认为是植物基产品中异味化合物的主要类别，因气味阈值低。己醛具有绿色、青草和豆腥味，是主要贡献者。温度辅助超声处理绿豆蛋白可降低异味强度。
混合冰淇淋的感官评价与植物蛋白替代水平呈负相关。低水平植物蛋白掺入不产生显著感官差异，磷脂改性可改善感官特性。
可持续性与市场潜力
组合产品特性和消费者接受度以及生命周期评估（life cycle assessment, LCA）研究对于食品产品的可持续性和市场策略是必要的。传统乳制品对环境影响的文献丰富，但植物基乳制品特别是混合产品的文献有限。乳制品的环境影响特别是温室气体排放高于植物基乳制品替代品，即使部分用植物成分替代乳成分也可带来环境效益。混合产品通常表现出中间环境特征，显示环境影响与动物基含量比例之间呈近似线性关系。例如，豌豆基混合卡门贝尔奶酪配方中，全球变暖潜势、土地利用和用水随豌豆替代增加而显著降低。
混合乳制品有可能为多个联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDG）做出贡献。经济竞争力是评估市场潜力的重要因素。以100%等效蛋白质单位比较，未调味散装植物蛋白分离物（特别是大豆和豌豆蛋白）是乳清蛋白分离物的高成本竞争力替代品。然而，在零售层面存在技术经济和烹饪障碍。混合乳制品的这些问题可能较温和，因为乳基质已存在，只需用植物蛋白改良。供应链的持续扩展和先进分离方法的发展已优化能源效率18%–22%，稳步降低生产成本。全球混合乳制品市场以复合年增长率（Compound Annual Growth Rate, CAGR）约7.4%增长。市场趋势与消费者接受度直接相关，将环境效益转化为实际需求。
挑战与未来工作
混合乳制品的开发和商业化面临多重挑战。首先，混合具有内在理化差异的乳蛋白和非乳蛋白可能导致显著技术挑战，如相分离、质地不一致或异味。其次，从监管角度看，混合乳制品处于传统乳制品和植物基食品类别之间的“灰色地带”，在标签和法律分类方面存在挑战。欧盟乳制品术语如“乳”和“酸奶”仅限于动物源产品，而美国允许不具误导性的植物基命名。新型成分如微藻蛋白可能需要额外监管评估和产品批准。第三，营养方面虽然杂交提供多种营养特征，但抗营养因子可能损害矿物质吸收，需要战略混合或强化以维持营养平衡。第四，文化观念可能成为市场接受的障碍，传统乳制品文化中混合可能被视为掺假，而植物基消费者可能因伦理或饮食偏好拒绝。
未来研究应关注三个相互关联的层面：基础机制、工业过程实施和监管与市场发展。基础层面需理解乳和植物成分相互作用的机制，选择适当蛋白质来源和替代比例，评估不同植物蛋白组合的潜在协同效应。工业层面应将实验室规模发现转化为可扩展制造策略，评估先进加工技术，研究风味掩蔽和强化方法，进行全面的生命周期评估。监管和市场层面应建立适当标签框架、安全评估和监管路径，调查不同人口、文化和饮食群体的消费者接受度，识别有效沟通策略。
结论
对新颖、富含蛋白质和清洁标签产品的需求驱使研究人员和制造商探索乳制品混合配方。对植物消费益处的认识提高鼓励了用营养丰富的植物成分部分替代乳成分。混合乳制品可以弥合传统乳制品和可持续创新之间的差距，面向具有健康意识和环境关注的消费者。除了市场机会外，必须克服技术挑战（如确保质地、营养质量和感官可接受性）以及监管问题和文化阻力。混合乳制品与传统乳制品和植物基替代乳制品的共存取决于正在进行的研究和从技术、营养和感官角度的成功配方。
