《Food Science & Nutrition》：A Sustainable Approach for the Use of Plant Proteins as Functional Ingredients in Dairy Alternatives
植物基蛋白作为可持续且有益健康食品的关键组分，其在乳制品替代品开发中的地位日益凸显。本综述以批判性视角审视了豆类、谷物、假谷物、油籽及坚果等植物蛋白来源，并非仅聚焦于其组成，而是依据其针对特定乳制品应用场景的比较适用性进行评估，采用可消化必需氨基酸评分（DIAAS）、消化率及来源特异性抗营养因子（谷物中的植酸盐；豆类和油籽中的单宁、胰蛋白酶抑制剂和凝集素）相对于乳源参考蛋白进行考量。研究发现，决定功能表现的结构性决定因素——尤其是7S与11S球蛋白组分的相对比例——相较于蛋白来源或纯度，是乳化性、起泡性和凝胶性行为更强的预测指标；同时，提取方法被确认为一个反复出现的混杂变量，因为传统的碱法和酸法提取路线会显著损害决定功能表现的结构完整性。在此基础上，对传统与创新提取技术（超声波辅助、脉冲电场辅助、低共熔溶剂辅助及酶辅助提取）进行了比较，并权衡了其在得率、结构保留和工业可扩展性之间的取舍。此外，还探讨了欧盟及其他地区关于乳制品命名法规的限制，以及植物基乳制品制造商的竞争格局，包括向精密发酵和真菌蛋白基方法的转变。本综述进一步指出了影响基础证据体系的一个方法学局限性：研究中缺乏标准化的功能特性测定方法，这意味着相当一部分报道的“来源驱动”变异可能实际上反映了方案不一致性造成的差异，这一警示应作为比较该领域文献研究结果时的参考依据。综上所述，本综述提供了一个基于证据、面向应用的框架，用于选择和加工植物蛋白，以满足乳制品替代品配方中特定的营养、功能和法规需求。
**1 引言**
全球人口增长与环境问题加剧，使食品工业面临开发可持续、营养且符合伦理的蛋白质替代品的压力。植物蛋白因温室气体排放低、土地和水资源占用少等环境优势，以及多重营养和功能益处，成为此转型过程中的重要候选。然而，其营养品质常受氨基酸组成、消化率及抗营养因子存在的影响。植物蛋白在植物基乳制品替代品（如乳、酸奶和奶酪）配方中日益关键，其成功整合取决于营养价值与功能特性（溶解度、乳化性、凝胶性和起泡性），这些特性因蛋白来源和加工方法不同而差异显著。本综述的贡献在于提供一个应用特异性、比较性的框架，明确回答：哪种植物蛋白，通过何种方法加工，适用于哪种乳制品应用，以及原因何在。其创新性体现在三方面：将7S和11S球蛋白相对比例确定为功能差异的机制性解释；明确将提取方法识别为功能特性文献中的混杂变量；批判性评估了基础证据体系中缺乏标准化功能特性测定方案的结构性局限。该综述整合了基于DIAAS的蛋白质品质比较，构建了面向应用决策的统一框架。
**2 方法：文献检索策略**
本叙述性综述综合了2003年至2026年间发表的92篇同行评审文献，其中绝大多数（80%）为2021年后的研究，反映了植物蛋白提取及其在乳制品替代品中功能性应用研究的近期加速。检索词组合涵盖“植物蛋白”或“植物基蛋白”与“乳制品替代品”、“乳制品类似物”、“提取”、“功能特性”、“乳化性”、“起泡性”、“凝胶性”或“溶解度”等，限于英文出版物，数据库包括Scopus、Web of Science、PubMed和ScienceDirect。仅保留与植物蛋白来源、提取技术、功能特性或乳制品替代品应用直接相关的文献，排除仅在非乳制品情境下的研究。法规和市场信息补充自公司网站、EUR-Lex和行业来源。
**3 植物基蛋白在乳制品替代品中的兴起**
植物蛋白在乳制品中的应用自2010年代初开始普及，2015年后加速。环境问题认知起重要作用，乳制品生产与高碳排放、过度用水和温室气体排放相关。健康担忧如乳糖不耐受、过敏、胆固醇升高等促使消费者寻求更健康替代品。纯素主义和弹性素食趋势推动减少动物产品消费。改良的植物蛋白加工技术（大豆、燕麦、杏仁、豌豆）已能生产出与传统乳制品口感和质地相似的产品。千禧一代和Z世代消费者偏好天然、道德和可持续食品。2024年以来，市场进入“重置与再平衡阶段”，面临价格通胀、过度加工担忧以及与常规乳制品在口感和功能上的差距。全球市场增长不均：植物基奶酪销售额下降，而植物基乳继续增长，杏仁奶占据最大份额（49%）。亚太地区以47.6%的收入份额领先市场，中国为增长最快区域市场。
**4 植物基蛋白的天然来源与分类**
**4.1 基于溶解性和结构特性的分类**
依据Osborne经典分类系统，植物蛋白分为清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白四大组分。清蛋白是水溶性蛋白，主要存在于豆类、油籽中，经超速离心可分为2S、7S和11S三个组分，富含含硫氨基酸。球蛋白溶于盐溶液而不溶于水，在豆类中丰富，分为7S和11S组分，分子量和功能特性不同，包括大豆中的β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S）、羽扇豆中的β-伴羽扇豆球蛋白（7S）和α-羽扇豆球蛋白（11S）等。醇溶蛋白主要存在于谷物中（燕麦和稻米除外），可溶于乙醇水溶液，富含脯氨酸和谷氨酰胺，包括小麦中的麦醇溶蛋白、大麦中的大麦醇溶蛋白、高粱中的高粱醇溶蛋白等。谷蛋白不溶于水、盐溶液或醇，但可溶于稀酸或稀碱溶液。面筋是谷蛋白的典型例子，由麦醇溶蛋白和麦谷蛋白组成，具有粘弹性。
**4.2 基于来源的分类**
植物蛋白按植物学来源和组成分为：谷物（小麦、玉米、燕麦、稻米、大麦），蛋白质含量8%-15%，用于燕麦和米基饮料；豆类（大豆、豌豆、菜豆、鹰嘴豆、扁豆、羽扇豆、蚕豆），含量20%-40%，是结构化乳制品替代品的主要蛋白骨架；油籽（向日葵、油菜籽、亚麻籽、大麻籽、棉籽、芝麻、南瓜籽），含量18%-25%；坚果（杏仁、开心果、腰果、核桃、花生），含量15%-30%，杏仁基饮料为最大细分市场；食用种子和假谷物（藜麦、荞麦、奇亚籽、苋菜），含量12%-20%；块茎（马铃薯、甘薯、木薯等），含量1%-6%；加工/衍生形式（豆腐、天贝、面筋、分离蛋白），含量30%-80%。
**4.3 其他分类方式**
按营养角度，蛋白质可分为完全蛋白（含所有必需氨基酸，如藜麦和大豆）和不完全蛋白（缺乏一种或多种必需氨基酸，如小麦或扁豆）。按功能性分类：凝胶蛋白（如豌豆分离蛋白）、乳化蛋白（如豌豆、蚕豆、豇豆、菜豆的7S球蛋白组分）、起泡蛋白（如蚕豆/大麻蛋白混合物）和水结合蛋白（如燕麦蛋白）。按处理和改性程度分为天然蛋白、水解蛋白、分离蛋白、浓缩蛋白和发酵蛋白。按工业应用分为食品生产、制药和营养保健品、化妆品及动物饲料。
**4.4 植物蛋白的筛选标准及乳制品应用比较适用性**
大豆蛋白因其高溶解度、强凝胶和乳化能力及成本效益而应用最广，但残留豆腥味和主要过敏原地位限制其用于低过敏或风味敏感产品线。豌豆蛋白成为无乳酸奶和饮料中领先的大豆替代品，具有非致敏性和良好氨基酸平衡，但中性pH下溶解度较差和明显异味需要额外处理。燕麦蛋白提供天然温和风味基质，适合发酵乳制品替代品，但蛋白密度较低和凝胶网络较弱常需与亲水胶体或其他蛋白复配。米蛋白因低致敏性和中性口味受重视，但溶解度和赖氨酸含量有限。杏仁等坚果蛋白因脂质共提取和感官特性用于高端乳制品替代饮料，但蛋白得率较低和坚果过敏原限制其广泛适用性。选择合适植物蛋白需匹配来源特异性功能属性、pH范围内的溶解度、凝胶化、巴氏杀菌条件下的热稳定性、风味中性度、致敏性和提取可扩展性与目标基质的技术要求。
**5 植物基蛋白的生化组成与营养价值**
植物蛋白来源不仅巨量营养素组成差异大，更关键的是蛋白质品质差异。蛋白质品质最好采用DIAAS评估，这是FAO推荐优于旧版PDCAAS的指标，因其考虑单个氨基酸的真实回肠消化率。DIAAS分类标准：>100为优质来源，75-100为良好来源，<75不足以支持独立的蛋白质品质声明。在评估的来源中，仅脱脂奶粉超过“优质”阈值，大豆分离蛋白是唯一达到“良好”状态的植物蛋白；豌豆、燕麦、小麦和稻米衍生蛋白均低于75分阈值，主要受赖氨酸或含硫氨基酸含量限制。这对乳制品替代品配方有直接实际意义：需通过互补蛋白复配（将赖氨酸有限的谷物蛋白与赖氨酸相对丰富的豆类蛋白配对）来接近被替代乳蛋白的氨基酸完整性。
**6 动物性与植物性蛋白在人体内消化吸收的比较**
蛋白质消化经历口腔、胃、胰腺和小肠吸收的连续阶段。植物蛋白与动物蛋白消化效率差异主要不是氨基酸化学问题，而是物理和化学可及性问题。植物蛋白嵌入纤维细胞壁基质（纤维素、半纤维素和果胶），需先破坏才能被蛋白酶作用，因此整体消化率（50%-90%）持续低于动物蛋白（约90%-99%）。抗营养因子系统性驱动这种变异性：谷物以植酸盐和多酚为主，豆类和油籽则携带单宁、胰蛋白酶抑制剂和凝集素。发芽处理可显著降低植酸含量和胰蛋白酶抑制剂活性。加工技术可缩小消化率差距，但需匹配处理方式与主要抗营养因子类型。过量氨基酸不能储存，在肝脏脱氨基，产生的氨经尿素循环转化为尿素经肾脏排泄。植物蛋白消费与较低的氮储存相关，可能影响肌肉蛋白合成和代谢效率。
**7 全球植物基乳制品替代品市场的主要参与者**
坚果和豆类基系统（如Miyoko's Creamery、New Roots、Silverback Protein）主要依赖富含球蛋白的蛋白组分的凝胶和乳化能力，通过发酵和受控凝固模拟乳酪质地和融化性。椰子基和燕麦基系统（Rebel Kitchen、Califia Farms、Oatly）更多依赖多糖和脂质稳定化，这解释了其在饮料和奶精格式而非结构化奶酪类似物中的普遍性。更显著的技术转变是部分公司完全脱离常规植物提取：Perfect Day Inc.采用精密发酵，利用基因工程微生物生产与乳制品相同的乳清蛋白和酪蛋白，无需任何植物或动物输入；Promyc利用发酵真菌蛋白，提供不同于豆类和谷物蛋白的纤维状高蛋白基质。这些发展表明行业正从第一代植物基乳制品向优先追求与乳蛋白功能等效性的第二代方法转变。
**8 欧盟及其他地区乳制品命名法规框架**
欧洲立法严格规范乳制品命名。根据欧盟法院2017年6月14日裁决（Case C-422/16, TofuTown），(EU) No 1308/2013法规第78条和附件七第三部分将“乳”、“奶酪”、“酸奶”、“黄油”和“奶油”等术语专用于乳腺分泌物来源的产品，仅允许少数长期既定例外。植物基产品若不含乳成分，必须以“植物基饮料”或“植物基制剂”等替代术语销售。此限制涉及产品命名和标签而非成分。全球比较中，美国采取更灵活方式，加拿大和澳大利亚法规与欧盟类似。当前监管问题集中于消费者保护、清晰产品标签和乳制品真实性。
**9 植物蛋白提取方法**
**9.1 传统提取方法及其局限性**
传统方法如湿法提取（碱法、酸法、盐法）和干法分离应用最广。湿法提取以水性或化学溶剂提取蛋白后沉淀或回收；干法分离基于蛋白、淀粉及其他细胞组分的机械分离。传统方法存在有毒溶剂残留、高能耗、环境污染、低得率和蛋白性质改变等缺点。碱法提取可降低消化率、导致氨基酸修饰（如赖氨酰丙氨酸形成）和异味产生；酸法提取改变溶解性和凝胶性能。湿法提取通常产生含80%-94%蛋白的分离蛋白，干法分离产生40%-65%范围的浓缩蛋白。商业豆类蛋白配料相应分为面粉（20%-25%蛋白）、浓缩蛋白（50%-75%）或分离蛋白（>80%）。
**9.2 创新植物蛋白提取方法**
**9.2.1 超声波辅助提取（UAE）** 基于20-100 kHz高频超声波诱导空化效应，微泡形成和破裂释放机械和热能，破裂植物细胞基质，促进溶剂渗透和蛋白释放。特点为低能耗、高处理速度和较低处理温度，但不当条件可导致蛋白氧化或变性。
**9.2.2 脉冲电场辅助提取（PEF）** 植物基质暴露于短时强电脉冲，引起细胞膜电穿孔，增加通透性，促进胞内大分子（包括蛋白）释放。此法为非热方法，有望用于植物副产物增值，但提取参数需优化，在植物蛋白领域应用尚未广泛。
**9.2.3 低共熔溶剂（DES）** DESs通常由氢键供体（HBD）和氢键受体（HBA）组成，具有无毒、可生物降解、化学稳定和低成本特点，可替代常规有机溶剂提取多种生物活性化合物。效率取决于HBD/HBA比、温度、时间和pH，但其可回收性、环境影响和食品工业相容性仍需进一步研究。
**9.2.4 酶辅助提取（EAE）** 利用特异性酶（纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等）水解细胞壁多糖，促进蛋白释放到溶剂中。特别适用于热敏化合物，提高提取蛋白的得率和功能品质，可单独使用或与其他技术协同。但酶成本和稳定性仍是大规模应用的障碍。
综合分析，没有单一提取方法普遍优越，最佳选择取决于特定应用优先考虑哪种权衡。传统湿法提取因设备成本低和可扩展性仍占工业主导，但依赖极端pH正是损害功能特性的原因。干法分离完全避免溶剂相关变性，但牺牲得率。UAE和PEF通过膜破裂而非化学变性作用，更好地保留天然蛋白结构，但资本成本较高。DES和EAE相对温和环保，但提取效率高度配方或酶特异性。
**10 植物基蛋白的功能特性**
**10.1 乳化特性**
植物基蛋白通过在油水界面吸附、降低界面张力并形成保护层来稳定油水混合物。不同豆类分离蛋白在蛋白含量、乳化活性和乳化稳定性方面表现各异。大豆、豌豆和鹰嘴豆蛋白被证明是特别有效的乳化剂。大豆蛋白的优势最好由其较高比例的7S（β-伴大豆球蛋白）球蛋白组分解释，该组分在油水界面上比主导某些豌豆品种的更致密11S（大豆球蛋白）组分更易展开。广泛的报道范围进一步指向提取方法作为主要混杂变量。
**10.2 起泡特性**
起泡涉及蛋白在空气-水界面吸附并形成界面膜。蛋白结构起决定性作用：疏水氨基酸和表面疏水性能促进界面吸附，而刚性结构（如含二硫键）阻碍灵活性并减少泡沫形成。pH值也起作用，等电点附近较低静电排斥允许更致密蛋白堆积，增加泡沫稳定性。大豆始终表现出优越的泡沫稳定性，保留高达98%的泡沫；蚕豆蛋白具有特殊起泡性能，膨胀值高达2278%；豌豆蛋白在均质化或复配时改善性能，但对残余脂质敏感。
**10.3 水油吸收能力**
植物基蛋白具有不同的持水性（WHC）和持油性（OHC），影响食品质地、多汁性和整体口感。大豆分离蛋白可吸收高达每克蛋白6.3克水。WHC和OHC通常随蛋白纯度和浓度增加而增加。由于WHC/OHC测定未标准化（离心速度在文献中高达40倍差异），部分表观“来源驱动”变异性可能反映方案驱动变异性。
**10.4 凝胶特性**
凝胶特性对开发半固体植物基食品至关重要。最低凝胶浓度（LGC）常被用作凝胶能力的指标，LGC值越低对应凝胶能力越强。白羽扇豆和豇豆蛋白LGC值约7%-7.5%，凝胶行为优异；窄叶羽扇豆和蚕豆蛋白LGC值较高（20%-23%），凝胶较弱。凝胶能力更多受7S和11S球蛋白亚基的特定平衡及其热稳定性支配，而非分类学来源。富含更热不稳定的11S组分的蛋白在较低浓度下变性和交联，产生较低LGC值。
**10.5 蛋白溶解度**
溶解度在等电点（pH 4-6）附近最低，远离等电点的pH值下溶解度增加；例如，大豆、鹰嘴豆、豌豆和扁豆蛋白在pH 8时溶解度超过80%。溶解度也取决于蛋白组成、表面亲水/疏水残基分布和加工方法。膜过滤可富集清蛋白含量并改善溶解度，而工业规模干燥可降低溶解度。新型改性技术已显著改善溶解度，但过度处理可导致蛋白再聚集和溶解度降低。多种非标准化定量方法（凯氏定氮、Bradford、Lowry）意味着部分归属于“蛋白来源”的残余变异性可能实为方法学伪影。
**10.6 将蛋白来源和提取方法与乳制品替代品应用匹配**
表6整合了9和10节证据，形成直接面向应用的框架。大豆（高7S含量；一致的乳化性和起泡性；推荐EAE或PEF；适用于奶精、饮料、搅打甜点；关键限制为过敏原）；豌豆（高度可变的乳化活性，提取依赖；推荐PEF或提取后均质化；适用于强化饮料；需受控/验证的提取历史，脂质敏感泡沫）；蚕豆（高泡沫膨胀；推荐UAE或EAE；适用于充气甜点、搅打顶料、无豆格式；中等溶解度限制饮料澄清度使用）；鹰嘴豆（中等至良好乳化性；推荐EAE；适用于酸奶基底和饮料；宽活性范围增加质控负担）；白羽扇豆/豇豆（低LGC 7%-7.5%；推荐温和方法DES、EAE；适用于奶酪和酸奶类似物结构设定；热敏感性存在脱水收缩风险）；窄叶羽扇豆/蚕豆（高LGC 20%-23%；推荐任何方法；适用于饮料/蛋白强化而非结构化产品；需更高蛋白投入达到等效凝胶硬度）。
**10.7 感官特性**
大多数豆类和豆类蛋白呈现特征性的“豆腥味”、“青草味”和苦味异味，主要通过脂氧合酶氢过氧化物裂解途径产生。感官品质在机制上与提取方法、热处理和蛋白来源等变量相关。在燕麦基乳制品替代品中，豌豆分离蛋白强化产生明显苦味和金属味、涩味余味及增加整体香气强度；马铃薯蛋白强化引起较少风味变化但增加粉末口感、口腔涂覆感和可检测的颜色变化。发酵提供部分缓解途径：乳酸菌发酵显著降低己醛和其他豌豆异味挥发物，同时产生理想的发酵食品香气化合物。发酵乳制品类似物格式可能比未发酵格式具有结构性感官优势。
**11 结论**
本综述证明，没有单一植物蛋白来源或提取方法对乳制品替代品配方普遍最优；相反，蛋白选择必须与目标应用的特定功能需求相匹配。结构性区分——特别是7S与11S球蛋白组分的相对比例——一致地解释了大豆和豌豆蛋白在可比蛋白纯度下乳化性和凝胶性能的分歧，而提取方法成为功能特性文献中反复出现的混杂变量。基于DIAAS的蛋白品质比较确认，植物来源中仅大豆分离蛋白接近“良好”状态，豌豆、燕麦、小麦和稻米蛋白分别主要受赖氨酸或含硫氨基酸含量限制，强化了复配而非单一来源配方通常为接近乳蛋白氨基酸完整性的要求。同时，跨研究比较揭示了基础证据体系本身的持续局限：功能特性研究中缺乏标准化测定方案意味着部分报道的“来源驱动”变异性可能反映方法学不一致性。
**12 未来研究方向**
基于本综述识别的比较性差距，四个研究优先事项最为突出。第一，缺乏标准化功能特性测定方案构成根本性障碍，需进行实验室间验证研究建立参考方案。第二，鉴于功能分歧的结构基础（7S:11S球蛋白比），针对性结构-功能研究应有意变化该比率，检验功能表现是否可预测性工程化。第三，需进行中试规模研究，验证特定复配比（如谷物-豆类配对）在真实乳制品类似物基质中的氨基酸互补性。第四，新兴提取技术的工业规模技术经济和生命周期评估仍稀缺，需确定其展示的结构优势在生产规模下是否持续并保持成本竞争力。这些进展将依赖食品化学家、过程工程师和监管机构持续跨学科合作，以及指导感官和标签适应的消费者研究。
