我國植物蛋白資源高效利用途徑與技術創新

郭順堂，徐婧婷，劉欣然，吳元浩

(植物蛋白與谷物加工北京市重點實驗室/中國農業大學 食品科學與營養工程學院，北京 100083)

2018年，在“全球創新食品領域投資交易項目”中，資金額排在前10的均是植物基的食品項目，其中前8名均為植物基肉類和植物蛋白飲料類，這一年市場增長率達到了17%。以“素食漢堡”聞名于世的Beyond Meat成為植物基食品領域全球第1家上市公司，上市首日市值上漲了163%，立即點燃了資本和消費市場對“植物基食品”的激情，從此植物基食品的開發成為全球食品行業關注的焦點。在中國，以核桃乳聞名的“六個核桃”品牌于2019年11月推出常溫核桃發酵乳新產品，著手布局植物基酸奶市場；“魔爪”品牌推出首款燕麥能量飲料，實現了“咖啡+能量+植物基”的3管齊下；植物基零食“原豆復興”品牌深耕植物蛋白領域，推出慢磨豆干產品，打造非遺系列美食，不斷推陳出新；而以奶茶聞名的“喜茶”大力進軍植物蛋白領域，推出全新“豆豆來喜”系列，開發了豆豆茶、豆花包、豆豆千層、燕麥豆豆蛋糕等多種富含植物蛋白元素的甜品。從國內到國外，植物基食品正迎來一個嶄新的時代。

1 為什么植物基食品這么“熱”？

植物基食品火熱，其最主要原因是植物基成分本身給人們帶來的健康作用以及高效的蛋白生產能力和對環境可持續發展的貢獻。以大豆蛋白為例，其必需氨基酸組成符合人體推薦模式[1]，可以滿足人體各階段對蛋白質的需求[2]。越來越多的研究表明，如果在飲食中攝入更多的植物蛋白類食品，如大豆、豌豆等，與飲食相關的死亡率最高可降低5%～7%[3]。有關研究指出，植物基蛋白能顯著降低血脂和LDL(low density lipoprotein，低密度脂蛋白)水平；大豆蛋白水解物——肽可與鈣形成穩定復合物，具有促進鈣吸收和加速動物生長發育的功能[4]；大豆伴球蛋白水解物生成的糖肽對腸炎具有抑制作用[5]；而植物性食物中含有的異黃酮具有降血糖和保護心血管作用[6]，對癌癥(乳腺癌、結腸癌等)均具較好的抗癌作用[7];皂甙具有明顯的降壓[8-9]和抗癌作用[10-11]；亞精胺則能保護由年齡增長引起的記憶損害[12-13]，具有預防老年癡呆的重要作用。因此，可以說對健康的關注是人們青睞于植物基食品的重要因素。

近年來，保護環境和堅持可持續發展成為全球的共識。發展植物蛋白食品可以顯著減少資源的消耗與氣體的排放。以美國為例，2010年，生產與牛肉生產相關的食品，其CO2排放量約為2 000億t，占美國所有與食品相關的溫室氣體排放量的1/4。據估算，每生產1 kg牛肉會消耗4.0 m3水資源，占用10.2 m2土地資源，產生12.0 kg CO2，而生產1 kg大豆僅消耗0.8 m3水，占用0.1 m2土地，產生0.2 kg CO2。可見，植物基蛋白食品代替動物蛋白食品可以顯著降低溫室氣體排放量，節省資源，實現環境可持續發展。

2 國外植物蛋白資源的加工利用現狀分析

從利用方式上來看，國外植物蛋白資源與配料的主要利用方式包括飼料、鮮食和加工這3大類，其中加工類產品按產品類型又可細分為配料與添加劑、營養蛋白粉、植物乳飲料、植源肉4大類。如表1所示，植物乳飲料和植源肉食品作為新興的終端產品系列，廣受市場追捧和好評。

表1 國外植物蛋白資源主要利用方式Tab.1 Main sources and utilization methods of plant-based ingredients in foreign countries

以美國為例，從美國植物基食品協會(American Plant Based Food Association，PBFA)公布的系列資料來看，從2017年到2019年，美國植物性食品的總銷售額從34億美元增長到45億美元，增長了45%；其中，植物乳飲料銷售額占比最大，而植源肉食品增速最快。2019年，植物基乳飲料增速為6%，而動物乳飲料速率下降3%；植源肉食品類增速達10%，而動物肉的增速僅2%[14]。這表明，植物性食品在美國發展迅速，成為美國零售商銷售額增長的主要動力。

2.1 植物基乳飲料加工利用現狀

國外植物基乳飲料產品類型包括豆乳、燕麥乳等。植物基乳飲料品牌眾多，且市場發展相對平衡，呈現穩定增長的局面。例如美國知名的豆奶品牌Silk誕生于1977年，其產品類型主要是以大豆豆奶為基料，輔以巴旦木、核桃、果莓、巧克力等形成眾多風味；瑞典知名品牌Oatly以燕麥奶聞名全球，除了直接飲用外，Oatly燕麥奶更多情況下作為植物咖啡伴侶的首選而存在于各個咖啡廳、便利店中。

除以大豆、燕麥為主要原料的飲料外，植物基飲料的產品領域也在不斷放大，新晉品牌和產品不斷增加。例如2014年，由高盛集團參投的Ripple Foods成立，其產品類型以豌豆乳為主，首次實現了豌豆原料在飲料界中的嘗試，而且產品一經問世便大受好評，現已進駐加拿大和美國的各大商超市場。與此同時，植物基發酵乳因其更豐富的營養價值和更獨特的口感，也一直是植物基食品領域創新的熱門[15-16]。除法國的Sojasun和英國的Alpro一直在豆奶和酸豆奶領域不斷推陳出新外，2013年美國的Califia Farm品牌誕生并迅速發展，其代表產品是杏仁奶發酵植物酸奶產品，豐富了植物基酸奶產品市場。這些新品牌的誕生和新產品的推出也充分表明了植物基乳飲料在新技術領域上的不斷創新和進步。

2.2 植物基肉的加工現狀

利用植物蛋白生產植物基“肉”是實現植物蛋白高值化利用的另一有效途徑。作為全球首家在植物蛋白領域上市的美國企業，Beyond Meat近年來獲得市場的極大關注，更是引來比爾蓋茨、美國最大的肉類生產商 Tyson Foods(也是肉類生產商投資人造肉企業的首例)以及谷物制造商通用磨坊的投資，其產品類型包括植物基漢堡肉、植物基香腸、牛肉碎、雞肉條等。2016年，該公司推出植物基漢堡肉產品，僅上市一年，便實現達3 260萬美元的收入。由此也引起全球各界對植物蛋白肉的關注，投資界名人紛紛加入植物基蛋白肉領域，一大批植物基食品加工企業也因此誕生，如Impossible Foods、Gardin、Field Roast、Memphis Meats等。植物基肉類新產品不斷問世，產品風味和產品形態各異，特色鮮明。

值得一提的是，Impossible Foods 與全球第2大快餐漢堡提供商漢堡王達成了合作，共同推出了人造肉漢堡Impossible Whopper，這一合作極大地提升了Impossible Foods的知名度；另一方面，Beyond Meat選擇與肯德基進行深度合作，并于2019年9月首次推出Beyond Meat素食炸雞，上市僅5 h便售罄，足見植物基肉類食品的火爆程度。根據數據服務公司Euromonitor的報告，2018 年，全球肉類加工業的整體規模約為300億美元，增速僅2%，而植物基肉的整體市場規模雖然只有約14億美元，增速卻達到了24%，不容小覷[17]。

3 我國植物蛋白資源的加工利用現狀分析

我國是植物蛋白資源豐富的國家，其利用歷史源遠流長。植物蛋白主要利用方式可分為飼料、直接食用、食品與配料加工3大類。飼料類產品多是將油脂、淀粉加工后的副產物(蛋白質含量不高于50%)直接利用；直接食用多指堅果類產品，包括核桃、花生、杏仁等。在食品加工類產品類型上，我國植物蛋白基食品的利用方式可以細分為5大類：配料與添加劑、營養蛋白粉(肽粉)、植物乳飲料、植物基肉和傳統豆制品。其中，配料與添加劑、營養蛋白粉(肽粉)、植物基肉這3大類產品是我國植物蛋白資源利用的新途徑，尤其是大豆蛋白在我國功能食品、臨床營養方面發揮著重要作用。另一方面，傳統豆制品更是我國不可忽視的植物蛋白攝入的重要途徑之一，提供著成人每天1/4的蛋白質需求份額，為華夏民族的繁衍提供了豐富的蛋白質和基礎營養保障[18]。

3.1 我國植物基乳飲料加工利用現狀

隨著中國消費者健康意識的不斷增強，傳統認識上具有滋養功效的植物蛋白飲料也隨之廣受青睞[19-24]。前瞻產業研究院發布的《2017—2022年中國植物蛋白飲料行業市場需求與投資規劃分析報告》顯示，2016年，植物奶行業的收入為1 217.2億元，復合增速達24.5%，在整個飲料行業的占比上升8.79%至18.69%，而且植物蛋白飲料行業未來幾年的增速將有望保持在20%以上，預計到2020年植物蛋白飲料市場規模達2 583億元，占飲料行業的比重繼續上升至24.2%，發展速度迅猛。

在加工飲料類型和品牌上，現形成了以六個核桃、露露杏仁露、椰樹牌椰汁等為代表的系列品牌，而且發展較為穩定均衡。雖然椰子、核桃、杏仁、燕麥和堅果的消費一直保持穩定增長，但大豆一直是中國生產植物性飲品的首選，豆漿、豆奶更是中國老百姓餐桌上不可或缺的重要飲品。2017年，達利集團重磅推出了具有中國特色的傳統豆奶產品，打造了“豆本豆”品牌，成為國內豆奶行業的領軍者，“豆本豆”豆奶更被我國食品行業選為改革開放第40周年的標志性產品，引領我國豆奶產業發展進入新的時代。由此也帶動了一批具有我國特色風味的豆漿、豆奶產品品牌問世，如統一“誠實豆”，中沃集團“沃上皇”等。相關研究表明，中國新推出的大豆植物性飲品占所有新推出產品的53%，高于全球40%以上的市場規模。

近年研究發現，乳酸發酵作用有利于肽和氨基酸的吸收、促進有益菌群生長、提高免疫力、抗上火等功效[25-28]，得益于此，植物基發酵酸奶開發也方興未艾。2018年，農夫山泉隆重推出我國首款植物基豆酸奶產品；2019年11月，三元與法國圣悠活合作上市法式植物基酸奶；同時，六個核桃也于2019年11月推出常溫核桃發酵乳新產品，新產品不斷推陳出新，植物蛋白飲料市場不斷豐富。但目前上述植物基酸奶產品在市場很少見，但其風味、口感能否被消費者接受，是植物基酸奶成功與否的關鍵。

3.2 我國植物蛋白類制品加工利用現狀

目前我國開發利用較多的植物蛋白類產品主要包括大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麥面筋蛋白、大米蛋白等；其中小麥面筋蛋白多為配料產品；豌豆蛋白和大豆蛋白多因其功能特性和較高的營養價值用作營養蛋白粉和植物基肉產品的重要原料。

3.2.1小麥面筋蛋白的加工生產現狀

小麥面筋蛋白又稱谷朊粉，主要包括麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，約占小麥蛋白質質量分數的75%～85%。小麥面筋蛋白因其較好的筋性和功能性，主要被用作食品黏合劑(肉制品、谷物制品)或用于調整面粉筋性(占總量70%)、水產養殖(飼料添加劑)等方面。目前全世界面筋蛋白年產量約60萬t，而我國的年產量約30萬t，占全球總量50%。加工企業主要包括河南天冠企業集團有限公司、河南蓮花面粉有限公司、山東冠縣瑞祥生物科技有限公司、鶴壁市巨龍生物技術開發有限公司、安徽瑞福祥食品有限公司、宿州市皖神面制品有限公司等。總體而言，小麥面筋蛋白的產品品類較為固定，市場相對穩定。

3.2.2豌豆蛋白的加工生產現狀

我國豌豆蛋白產品市場較為穩定，年產量通常穩定在5萬t以內。我國目前加工的豌豆蛋白純度超過85%，品質較好，因此產品幾乎全部出口。目前，豌豆蛋白被廣泛應用于食品產業，特別是在蛋白粉營養品和素食產品中應用較多。規模以上企業主要分布在山東省，如煙臺東方蛋白科技有限公司、山東健源食品有限公司、煙臺雙塔食品股份有限公司、山東金都塔林食品有限公司、招遠市東海生物蛋白有限公司等。

3.2.3大豆蛋白的加工生產現狀

按蛋白含量和產品形式不同，大豆蛋白可分大豆蛋白粉、大豆濃縮蛋白、大豆分離蛋白和組織蛋白4種，見表2。

表2 不同大豆蛋白的產品種類、用途和產量Tab.2 Product types，usage and yields of different soybean proteins

目前我國大豆蛋白加工企業主要集中在山東省，東北和河南占有少量比例。2018年蛋白行業加工企業共有21家，其中經營比較好的有12家左右(山東7家，東北4家，河南1家)，如山東萬得福集團、禹王集團、谷神集團、山松生物、秦皇島金海、平頂山天晶等。其中分離蛋白出口約18萬t，主要出口國家和地區為東南亞、日韓、中國臺灣、美國、歐洲、非洲、澳大利亞等。在蛋白質產品中，大豆分離蛋白在肉制品中的應用量最大，占70%以上；保健品、乳品飲料約10%；素食應用領域(千頁豆腐等)約10%；其他領域(組織蛋白加工、寵物飼料、烘焙等)約10%。而隨著植物蛋白熱的興起，大豆分離蛋白在素食、飲料及保健品等應用領域呈上升趨勢。

另一方面，大豆組織(拉絲蛋白)因其特殊的絲狀結構和與肉相同的咀嚼感而成為素食產品的最優替代者，它也是植物蛋白“肉”系列食品的重要基料之一。目前組織蛋白(拉絲蛋白)主要應用在休閑素食上，對于植物蛋白肉漢堡等系列食品尚未有涉獵。目前我國生產組織蛋白和拉絲蛋白的廠家約50家。組織蛋白年產量約6萬t，年產值4億元；拉絲蛋白年產量5萬t，年產值8億元，具有量小值高的特征。其中百川生物科技有限公司拉絲蛋白年產量3.5萬t，占全國總量70%。

3.2.4傳統大豆食品加工利用現狀

傳統大豆食品包括非發酵豆制品和發酵豆制品，非發酵豆制品包括豆腐、腐竹、豆皮等，是我國豆制品餐桌消費的主要形式，消費量占行業60%以上；發酵豆制品包括豆豉、腐乳、豆醬等，多用來調味或佐餐，風味有特色且營養豐富。目前我國傳統大豆食品產業穩步發展，2017年，規模以上豆制品企業總產值超過千億元，用于食品加工的大豆投豆量約1 260萬t，年均復合增長率為17.7%。但我國傳統大豆制品多以生鮮豆制品加工為主，因此其附加值相對較低；而且在加工方式上出現現代化裝備與手工作坊并存的局面，總體來說工業化水平較低，生產效率普遍不高。

3.3 我國植物蛋白資源加工利用水平和路徑分析

對我國目前植物資源加工利用現狀分析可以獲得如下結論：1)傳統大豆食品：市場穩定，基數大，但附加值低、生產效率低。2)植物乳飲料：市場發展迅速，特別是豆乳、植物基發酵豆奶的問世，不斷豐富了市場，但植物基發酵豆奶能否真被消費者接受，能否真正進入市場，其口感、風味、品質決定成敗的關鍵。3)蛋白配料產品類市場：蛋白配料產品市場作為添加劑與配料，總體發展較為穩定，但作為營養蛋白粉類，多是通過蛋白原料出口后變成營養蛋白粉進口；組織(拉絲)蛋白用作休閑素食的主要原料之一，市場發展良好。4)植物基肉市場：隨著全球植物基食品熱潮的興起，我國的植物基“肉”的開發也方興未艾，但目前在我國僅屬于剛起步階段，市場和技術體系尚未建立。

因此，我國的植物蛋白資源食品發展任重而道遠，而要實現我國的植物蛋白資源的高效利用，則必須從利用途徑多樣化和技術創新上狠下功夫。

4 植物蛋白資源高效利用途徑與技術創新

要實現一個產業優質和良好發展，必須以市場需求作為發展導向。隨著消費觀念、消費意識和需求的不斷變化，現階段的消費者對新產品的認可通常包括了以下幾方面：美味好吃、安全衛生、方便快捷和健康營養。而對于生產企業而言，如果一個產品兼具了產品市場好、產品售價高、加工技術優、生產成本低這4個特點，那么企業肯定會首選這一產品來實現其市場化。因此，綜合消費者和生產企業的愿景，對于植物蛋白資源的高效利用途徑可以用“三高”來進行概括：高附加值、高營養、高效率。而在產品上如何滿足美味與健康協同需求，如何滿足方便快捷需求以提升附加值，則是需要科研工作者和生產企業共同努力奮斗的方向。

從我國的植物蛋白資源利用現狀來看，目前我國植物蛋白資源的高值化利用應從以下3方面入手：1)開發方便快捷的傳統豆制品，擴大消費邊界，提升傳統豆制品的附加值。2)創新植物基酸豆奶加工技術，開發真正美味可口的植物基酸豆奶產品。3)基于植物基“肉”全球的大好形勢，應積極和充分利用這一契機，開發新植物蛋白品類，不斷推陳出新，實現資源高效利用。

4.1 傳統豆制品的技術創新與高效利用

目前我國傳統豆制品多為生鮮制品，如鮮豆腐、豆花等。但這類產品往往只用作食材使用，需要進行二次加工，食用不方便，消費場景受限。而且食材類的產品往往附加值較低，利潤率不高。因此對于傳統豆制品的技術創新與高效利用需要在食用方便化和高附加值化下功夫。凍干豆腐是方便面、速食湯中常見的原料之一，復水后即可食用，充分體現了方便性，目前日本早已經實現了速食凍干豆腐的工業化生產和利用，但我國尚未有同類產品的出現。僅有的凍豆腐產品經過冷凍干燥后，產品孔徑增大，口感粗糙，質地變差，品質發生嚴重劣化。因此開發一款具有良好復水型的凍干豆腐產品，實現豆腐產品的食用方便化、高附加值化是實現傳統豆制品高效利用的途徑之一。筆者團隊通過2年的攻關，開發了方便凍干豆腐產品，與普通凍豆腐相比，復水性好，而且復水后硬度小，口感細嫩，切面細膩，氣孔小，品質得到了極大提升[29]。

豆花是我國的傳統豆制品之一，不同地方吃法各異、南北有別，深受消費者喜歡。它既可以甜豆花的形式用作小吃、甜點食用(如潮汕豆花、豆花冰激凌)，也可以咸豆花的形式在早餐、家常菜中食用(如炒豆腐腦，伴鹵水等調料入味)。然而目前我國的豆花產品大多僅在早餐小攤售賣，采用小規模的手工作坊式生產模式，尚未形成完整的工業化生產銷售體系，故市場化率不高。而且傳統豆花的水分含量高，脆性大，導致產品水分析出嚴重(保水性差)，產品易碎(韌性差)，難以單杯成型，無法遠距離運輸，增大了市場推廣的難度。筆者團隊在前期的豆乳凝膠形成過程和控制理論的基礎上，建立了工業化生產休閑豆花加工關鍵技術，開發的豆花產品有“入口即化”的口感。與傳統豆花產品相比，韌性提高了70%以上，保水性提高了1倍，徹底解決了傳統豆花易斷裂、韌性差，難以運輸的工業化生產難題，突破了豆花的消費邊界，豐富了豆花的消費場景，實現了休閑化、方便化和高附加值化[30]。

4.2 豆乳發酵產品技術創新

酸豆乳是以乳酸菌發酵豆乳而獲得的一種新型大豆產品。在乳酸菌發酵作用下，豆乳營養價值進一步得到提升。但酸豆乳產品在全球范圍內所占市場份額仍較低(僅為1.9%)[31]。我國雖然有2款植物基酸豆奶產品上市，但要真正實現占領市場，道路仍然很遠。主要原因歸結于酸豆乳的風味、口感等品質并不令人滿意。如發酵后香氣單薄且有不良風味，滋味有澀感，凝乳質地緊實且有顆粒感等。而目前的處理方式多是通過添加動物蛋白、果料、香精等風味掩蔽的方法來進行改善，并未從根本上解決問題。筆者團隊針對上述問題的研究取得了進展，因此，我們期望能夠開發一款品質優良的酸豆乳產品，實現豆乳發酵產品的技術創新。

4.3 植源肉產品的發展與加工技術創新

作為一種新型的植物蛋白食材，組織蛋白(拉絲蛋白)現已廣泛用于肉制品、冷凍食品、方便食品、休閑食品領域，包括火腿腸、冷凍餃子、方便面調料、魚丸、素雞、素肉等。但對于餐飲領域來說，如何充分結合我國國民的消費飲食習慣，對植源“肉”原料加工技術進行深入開發，實現在餐飲行業對“真肉”的替代，這將是植源“肉”產品發展與利用技術創新的重要途徑。

要實現植源“肉”產品的長足發展，必須掌握植物基原料性質對品質的影響規律，以及植物基原料的商品性能。以花生組織蛋白為例，研究發現原料的組成成分直接影響到花生組織蛋白的品質。在低水分擠壓過程中，原料中脂肪含量增加，蛋白組織化程度降低。而增加原料中的淀粉含量，則會提高組織蛋白的水溶性，其中支鏈淀粉、預糊化淀粉增加了產品的蛋白溶出率[32]。再以拉絲蛋白的研究為例，目前生產加工出的拉絲蛋白成品水分含量較低，呈膨化的海綿狀結構，脆性較大。在運輸和貯藏過程中容易發生斷裂，造成產品的商品性能降低。另一方面，成品水分含量較高時，微生物生長繁殖的風險也隨之增大，進而嚴重影響產品的食用安全性。為此，如何在保證產品食用安全性的基礎上，提升拉絲蛋白的柔軟性，也是拉絲蛋白企業亟待解決的問題。

5 思考與展望

總之，我國正處于植物源食品發展的新紀元，面臨新機遇和新挑戰。對于傳統的植物蛋白產品，我們應充分利用已有的技術基礎，以市場需求為導向，提高傳統產品利用水平，實現植物蛋白營養的攝取方便化和美味化；從產業發展需求的角度出發，要加強技術裝備智能化和傳統植物蛋白食品“智”造，實現從手工作坊到現代化生產的跨越。

而對于植源奶、植源肉來說，我們應充分重視中國社會發展需求的多樣性和民族飲食文化的特色需求，東西兼蓄、包容發展。開發既可滿足素食消費者，也可滿足其他消費者的產品；開發符合西方人群食用習慣的肉餅、肉丸等產品，也要開發符合我國國人食用消費習慣的植物源中式菜肴；不要局限于模仿肉類口味的產品的開發，還要開發屬于植物蛋白本身特色風味的品類。加強食品、烹飪、機械等各方的協作與合作，解決該類食品產業發展中面臨的技術、市場、標準法規等問題，不失時機，抓住機遇，為中國食品科學和產業的發展構建新的學術和技術體系，為促進中國食品產業的轉型升級做出貢獻。