我国植物蛋白资源高效利用途径与技术创新

郭顺堂，徐婧婷，刘欣然，吴元浩

(植物蛋白与谷物加工北京市重点实验室/中国农业大学 食品科学与营养工程学院，北京 100083)

2018年，在“全球创新食品领域投资交易项目”中，资金额排在前10的均是植物基的食品项目，其中前8名均为植物基肉类和植物蛋白饮料类，这一年市场增长率达到了17%。以“素食汉堡”闻名于世的Beyond Meat成为植物基食品领域全球第1家上市公司，上市首日市值上涨了163%，立即点燃了资本和消费市场对“植物基食品”的激情，从此植物基食品的开发成为全球食品行业关注的焦点。在中国，以核桃乳闻名的“六个核桃”品牌于2019年11月推出常温核桃发酵乳新产品，着手布局植物基酸奶市场；“魔爪”品牌推出首款燕麦能量饮料，实现了“咖啡+能量+植物基”的3管齐下；植物基零食“原豆复兴”品牌深耕植物蛋白领域，推出慢磨豆干产品，打造非遗系列美食，不断推陈出新；而以奶茶闻名的“喜茶”大力进军植物蛋白领域，推出全新“豆豆来喜”系列，开发了豆豆茶、豆花包、豆豆千层、燕麦豆豆蛋糕等多种富含植物蛋白元素的甜品。从国内到国外，植物基食品正迎来一个崭新的时代。

1 为什么植物基食品这么“热”？

植物基食品火热，其最主要原因是植物基成分本身给人们带来的健康作用以及高效的蛋白生产能力和对环境可持续发展的贡献。以大豆蛋白为例，其必需氨基酸组成符合人体推荐模式[1]，可以满足人体各阶段对蛋白质的需求[2]。越来越多的研究表明，如果在饮食中摄入更多的植物蛋白类食品，如大豆、豌豆等，与饮食相关的死亡率最高可降低5%～7%[3]。有关研究指出，植物基蛋白能显著降低血脂和LDL(low density lipoprotein，低密度脂蛋白)水平；大豆蛋白水解物——肽可与钙形成稳定复合物，具有促进钙吸收和加速动物生长发育的功能[4]；大豆伴球蛋白水解物生成的糖肽对肠炎具有抑制作用[5]；而植物性食物中含有的异黄酮具有降血糖和保护心血管作用[6]，对癌症(乳腺癌、结肠癌等)均具较好的抗癌作用[7];皂甙具有明显的降压[8-9]和抗癌作用[10-11]；亚精胺则能保护由年龄增长引起的记忆损害[12-13]，具有预防老年痴呆的重要作用。因此，可以说对健康的关注是人们青睐于植物基食品的重要因素。

近年来，保护环境和坚持可持续发展成为全球的共识。发展植物蛋白食品可以显著减少资源的消耗与气体的排放。以美国为例，2010年，生产与牛肉生产相关的食品，其CO2排放量约为2 000亿t，占美国所有与食品相关的温室气体排放量的1/4。据估算，每生产1 kg牛肉会消耗4.0 m3水资源，占用10.2 m2土地资源，产生12.0 kg CO2，而生产1 kg大豆仅消耗0.8 m3水，占用0.1 m2土地，产生0.2 kg CO2。可见，植物基蛋白食品代替动物蛋白食品可以显著降低温室气体排放量，节省资源，实现环境可持续发展。

2 国外植物蛋白资源的加工利用现状分析

从利用方式上来看，国外植物蛋白资源与配料的主要利用方式包括饲料、鲜食和加工这3大类，其中加工类产品按产品类型又可细分为配料与添加剂、营养蛋白粉、植物乳饮料、植源肉4大类。如表1所示，植物乳饮料和植源肉食品作为新兴的终端产品系列，广受市场追捧和好评。

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

以美国为例，从美国植物基食品协会(American Plant Based Food Association，PBFA)公布的系列资料来看，从2017年到2019年，美国植物性食品的总销售额从34亿美元增长到45亿美元，增长了45%；其中，植物乳饮料销售额占比最大，而植源肉食品增速最快。2019年，植物基乳饮料增速为6%，而动物乳饮料速率下降3%；植源肉食品类增速达10%，而动物肉的增速仅2%[14]。这表明，植物性食品在美国发展迅速，成为美国零售商销售额增长的主要动力。

2.1 植物基乳饮料加工利用现状

国外植物基乳饮料产品类型包括豆乳、燕麦乳等。植物基乳饮料品牌众多，且市场发展相对平衡，呈现稳定增长的局面。例如美国知名的豆奶品牌Silk诞生于1977年，其产品类型主要是以大豆豆奶为基料，辅以巴旦木、核桃、果莓、巧克力等形成众多风味；瑞典知名品牌Oatly以燕麦奶闻名全球，除了直接饮用外，Oatly燕麦奶更多情况下作为植物咖啡伴侣的首选而存在于各个咖啡厅、便利店中。

除以大豆、燕麦为主要原料的饮料外，植物基饮料的产品领域也在不断放大，新晋品牌和产品不断增加。例如2014年，由高盛集团参投的Ripple Foods成立，其产品类型以豌豆乳为主，首次实现了豌豆原料在饮料界中的尝试，而且产品一经问世便大受好评，现已进驻加拿大和美国的各大商超市场。与此同时，植物基发酵乳因其更丰富的营养价值和更独特的口感，也一直是植物基食品领域创新的热门[15-16]。除法国的Sojasun和英国的Alpro一直在豆奶和酸豆奶领域不断推陈出新外，2013年美国的Califia Farm品牌诞生并迅速发展，其代表产品是杏仁奶发酵植物酸奶产品，丰富了植物基酸奶产品市场。这些新品牌的诞生和新产品的推出也充分表明了植物基乳饮料在新技术领域上的不断创新和进步。

2.2 植物基肉的加工现状

利用植物蛋白生产植物基“肉”是实现植物蛋白高值化利用的另一有效途径。作为全球首家在植物蛋白领域上市的美国企业，Beyond Meat近年来获得市场的极大关注，更是引来比尔盖茨、美国最大的肉类生产商 Tyson Foods(也是肉类生产商投资人造肉企业的首例)以及谷物制造商通用磨坊的投资，其产品类型包括植物基汉堡肉、植物基香肠、牛肉碎、鸡肉条等。2016年，该公司推出植物基汉堡肉产品，仅上市一年，便实现达3 260万美元的收入。由此也引起全球各界对植物蛋白肉的关注，投资界名人纷纷加入植物基蛋白肉领域，一大批植物基食品加工企业也因此诞生，如Impossible Foods、Gardin、Field Roast、Memphis Meats等。植物基肉类新产品不断问世，产品风味和产品形态各异，特色鲜明。

值得一提的是，Impossible Foods 与全球第2大快餐汉堡提供商汉堡王达成了合作，共同推出了人造肉汉堡Impossible Whopper，这一合作极大地提升了Impossible Foods的知名度；另一方面，Beyond Meat选择与肯德基进行深度合作，并于2019年9月首次推出Beyond Meat素食炸鸡，上市仅5 h便售罄，足见植物基肉类食品的火爆程度。根据数据服务公司Euromonitor的报告，2018 年，全球肉类加工业的整体规模约为300亿美元，增速仅2%，而植物基肉的整体市场规模虽然只有约14亿美元，增速却达到了24%，不容小觑[17]。

3 我国植物蛋白资源的加工利用现状分析

我国是植物蛋白资源丰富的国家，其利用历史源远流长。植物蛋白主要利用方式可分为饲料、直接食用、食品与配料加工3大类。饲料类产品多是将油脂、淀粉加工后的副产物(蛋白质含量不高于50%)直接利用；直接食用多指坚果类产品，包括核桃、花生、杏仁等。在食品加工类产品类型上，我国植物蛋白基食品的利用方式可以细分为5大类：配料与添加剂、营养蛋白粉(肽粉)、植物乳饮料、植物基肉和传统豆制品。其中，配料与添加剂、营养蛋白粉(肽粉)、植物基肉这3大类产品是我国植物蛋白资源利用的新途径，尤其是大豆蛋白在我国功能食品、临床营养方面发挥着重要作用。另一方面，传统豆制品更是我国不可忽视的植物蛋白摄入的重要途径之一，提供着成人每天1/4的蛋白质需求份额，为华夏民族的繁衍提供了丰富的蛋白质和基础营养保障[18]。

3.1 我国植物基乳饮料加工利用现状

随着中国消费者健康意识的不断增强，传统认识上具有滋养功效的植物蛋白饮料也随之广受青睐[19-24]。前瞻产业研究院发布的《2017—2022年中国植物蛋白饮料行业市场需求与投资规划分析报告》显示，2016年，植物奶行业的收入为1 217.2亿元，复合增速达24.5%，在整个饮料行业的占比上升8.79%至18.69%，而且植物蛋白饮料行业未来几年的增速将有望保持在20%以上，预计到2020年植物蛋白饮料市场规模达2 583亿元，占饮料行业的比重继续上升至24.2%，发展速度迅猛。

在加工饮料类型和品牌上，现形成了以六个核桃、露露杏仁露、椰树牌椰汁等为代表的系列品牌，而且发展较为稳定均衡。虽然椰子、核桃、杏仁、燕麦和坚果的消费一直保持稳定增长，但大豆一直是中国生产植物性饮品的首选，豆浆、豆奶更是中国老百姓餐桌上不可或缺的重要饮品。2017年，达利集团重磅推出了具有中国特色的传统豆奶产品，打造了“豆本豆”品牌，成为国内豆奶行业的领军者，“豆本豆”豆奶更被我国食品行业选为改革开放第40周年的标志性产品，引领我国豆奶产业发展进入新的时代。由此也带动了一批具有我国特色风味的豆浆、豆奶产品品牌问世，如统一“诚实豆”，中沃集团“沃上皇”等。相关研究表明，中国新推出的大豆植物性饮品占所有新推出产品的53%，高于全球40%以上的市场规模。

近年研究发现，乳酸发酵作用有利于肽和氨基酸的吸收、促进有益菌群生长、提高免疫力、抗上火等功效[25-28]，得益于此，植物基发酵酸奶开发也方兴未艾。2018年，农夫山泉隆重推出我国首款植物基豆酸奶产品；2019年11月，三元与法国圣悠活合作上市法式植物基酸奶；同时，六个核桃也于2019年11月推出常温核桃发酵乳新产品，新产品不断推陈出新，植物蛋白饮料市场不断丰富。但目前上述植物基酸奶产品在市场很少见，但其风味、口感能否被消费者接受，是植物基酸奶成功与否的关键。

3.2 我国植物蛋白类制品加工利用现状

目前我国开发利用较多的植物蛋白类产品主要包括大豆蛋白、豌豆蛋白、花生蛋白、小麦面筋蛋白、大米蛋白等；其中小麦面筋蛋白多为配料产品；豌豆蛋白和大豆蛋白多因其功能特性和较高的营养价值用作营养蛋白粉和植物基肉产品的重要原料。

3.2.1小麦面筋蛋白的加工生产现状

小麦面筋蛋白又称谷朊粉，主要包括麦谷蛋白和麦醇溶蛋白，约占小麦蛋白质质量分数的75%～85%。小麦面筋蛋白因其较好的筋性和功能性，主要被用作食品黏合剂(肉制品、谷物制品)或用于调整面粉筋性(占总量70%)、水产养殖(饲料添加剂)等方面。目前全世界面筋蛋白年产量约60万t，而我国的年产量约30万t，占全球总量50%。加工企业主要包括河南天冠企业集团有限公司、河南莲花面粉有限公司、山东冠县瑞祥生物科技有限公司、鹤壁市巨龙生物技术开发有限公司、安徽瑞福祥食品有限公司、宿州市皖神面制品有限公司等。总体而言，小麦面筋蛋白的产品品类较为固定，市场相对稳定。

3.2.2豌豆蛋白的加工生产现状

我国豌豆蛋白产品市场较为稳定，年产量通常稳定在5万t以内。我国目前加工的豌豆蛋白纯度超过85%，品质较好，因此产品几乎全部出口。目前，豌豆蛋白被广泛应用于食品产业，特别是在蛋白粉营养品和素食产品中应用较多。规模以上企业主要分布在山东省，如烟台东方蛋白科技有限公司、山东健源食品有限公司、烟台双塔食品股份有限公司、山东金都塔林食品有限公司、招远市东海生物蛋白有限公司等。

3.2.3大豆蛋白的加工生产现状

按蛋白含量和产品形式不同，大豆蛋白可分大豆蛋白粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白和组织蛋白4种，见表2。

表2 不同大豆蛋白的产品种类、用途和产量Tab.2 Product types，usage and yields of different soybean proteins

目前我国大豆蛋白加工企业主要集中在山东省，东北和河南占有少量比例。2018年蛋白行业加工企业共有21家，其中经营比较好的有12家左右(山东7家，东北4家，河南1家)，如山东万得福集团、禹王集团、谷神集团、山松生物、秦皇岛金海、平顶山天晶等。其中分离蛋白出口约18万t，主要出口国家和地区为东南亚、日韩、中国台湾、美国、欧洲、非洲、澳大利亚等。在蛋白质产品中，大豆分离蛋白在肉制品中的应用量最大，占70%以上；保健品、乳品饮料约10%；素食应用领域(千页豆腐等)约10%；其他领域(组织蛋白加工、宠物饲料、烘焙等)约10%。而随着植物蛋白热的兴起，大豆分离蛋白在素食、饮料及保健品等应用领域呈上升趋势。

另一方面，大豆组织(拉丝蛋白)因其特殊的丝状结构和与肉相同的咀嚼感而成为素食产品的最优替代者，它也是植物蛋白“肉”系列食品的重要基料之一。目前组织蛋白(拉丝蛋白)主要应用在休闲素食上，对于植物蛋白肉汉堡等系列食品尚未有涉猎。目前我国生产组织蛋白和拉丝蛋白的厂家约50家。组织蛋白年产量约6万t，年产值4亿元；拉丝蛋白年产量5万t，年产值8亿元，具有量小值高的特征。其中百川生物科技有限公司拉丝蛋白年产量3.5万t，占全国总量70%。

3.2.4传统大豆食品加工利用现状

传统大豆食品包括非发酵豆制品和发酵豆制品，非发酵豆制品包括豆腐、腐竹、豆皮等，是我国豆制品餐桌消费的主要形式，消费量占行业60%以上；发酵豆制品包括豆豉、腐乳、豆酱等，多用来调味或佐餐，风味有特色且营养丰富。目前我国传统大豆食品产业稳步发展，2017年，规模以上豆制品企业总产值超过千亿元，用于食品加工的大豆投豆量约1 260万t，年均复合增长率为17.7%。但我国传统大豆制品多以生鲜豆制品加工为主，因此其附加值相对较低；而且在加工方式上出现现代化装备与手工作坊并存的局面，总体来说工业化水平较低，生产效率普遍不高。

3.3 我国植物蛋白资源加工利用水平和路径分析

对我国目前植物资源加工利用现状分析可以获得如下结论：1)传统大豆食品：市场稳定，基数大，但附加值低、生产效率低。2)植物乳饮料：市场发展迅速，特别是豆乳、植物基发酵豆奶的问世，不断丰富了市场，但植物基发酵豆奶能否真被消费者接受，能否真正进入市场，其口感、风味、品质决定成败的关键。3)蛋白配料产品类市场：蛋白配料产品市场作为添加剂与配料，总体发展较为稳定，但作为营养蛋白粉类，多是通过蛋白原料出口后变成营养蛋白粉进口；组织(拉丝)蛋白用作休闲素食的主要原料之一，市场发展良好。4)植物基肉市场：随着全球植物基食品热潮的兴起，我国的植物基“肉”的开发也方兴未艾，但目前在我国仅属于刚起步阶段，市场和技术体系尚未建立。

因此，我国的植物蛋白资源食品发展任重而道远，而要实现我国的植物蛋白资源的高效利用，则必须从利用途径多样化和技术创新上狠下功夫。

4 植物蛋白资源高效利用途径与技术创新

要实现一个产业优质和良好发展，必须以市场需求作为发展导向。随着消费观念、消费意识和需求的不断变化，现阶段的消费者对新产品的认可通常包括了以下几方面：美味好吃、安全卫生、方便快捷和健康营养。而对于生产企业而言，如果一个产品兼具了产品市场好、产品售价高、加工技术优、生产成本低这4个特点，那么企业肯定会首选这一产品来实现其市场化。因此，综合消费者和生产企业的愿景，对于植物蛋白资源的高效利用途径可以用“三高”来进行概括：高附加值、高营养、高效率。而在产品上如何满足美味与健康协同需求，如何满足方便快捷需求以提升附加值，则是需要科研工作者和生产企业共同努力奋斗的方向。

从我国的植物蛋白资源利用现状来看，目前我国植物蛋白资源的高值化利用应从以下3方面入手：1)开发方便快捷的传统豆制品，扩大消费边界，提升传统豆制品的附加值。2)创新植物基酸豆奶加工技术，开发真正美味可口的植物基酸豆奶产品。3)基于植物基“肉”全球的大好形势，应积极和充分利用这一契机，开发新植物蛋白品类，不断推陈出新，实现资源高效利用。

4.1 传统豆制品的技术创新与高效利用

目前我国传统豆制品多为生鲜制品，如鲜豆腐、豆花等。但这类产品往往只用作食材使用，需要进行二次加工，食用不方便，消费场景受限。而且食材类的产品往往附加值较低，利润率不高。因此对于传统豆制品的技术创新与高效利用需要在食用方便化和高附加值化下功夫。冻干豆腐是方便面、速食汤中常见的原料之一，复水后即可食用，充分体现了方便性，目前日本早已经实现了速食冻干豆腐的工业化生产和利用，但我国尚未有同类产品的出现。仅有的冻豆腐产品经过冷冻干燥后，产品孔径增大，口感粗糙，质地变差，品质发生严重劣化。因此开发一款具有良好复水型的冻干豆腐产品，实现豆腐产品的食用方便化、高附加值化是实现传统豆制品高效利用的途径之一。笔者团队通过2年的攻关，开发了方便冻干豆腐产品，与普通冻豆腐相比，复水性好，而且复水后硬度小，口感细嫩，切面细腻，气孔小，品质得到了极大提升[29]。

豆花是我国的传统豆制品之一，不同地方吃法各异、南北有别，深受消费者喜欢。它既可以甜豆花的形式用作小吃、甜点食用(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(如炒豆腐脑，伴卤水等调料入味)。然而目前我国的豆花产品大多仅在早餐小摊售卖，采用小规模的手工作坊式生产模式，尚未形成完整的工业化生产销售体系，故市场化率不高。而且传统豆花的水分含量高，脆性大，导致产品水分析出严重(保水性差)，产品易碎(韧性差)，难以单杯成型，无法远距离运输，增大了市场推广的难度。笔者团队在前期的豆乳凝胶形成过程和控制理论的基础上，建立了工业化生产休闲豆花加工关键技术，开发的豆花产品有“入口即化”的口感。与传统豆花产品相比，韧性提高了70%以上，保水性提高了1倍，彻底解决了传统豆花易断裂、韧性差，难以运输的工业化生产难题，突破了豆花的消费边界，丰富了豆花的消费场景，实现了休闲化、方便化和高附加值化[30]。

4.2 豆乳发酵产品技术创新

酸豆乳是以乳酸菌发酵豆乳而获得的一种新型大豆产品。在乳酸菌发酵作用下，豆乳营养价值进一步得到提升。但酸豆乳产品在全球范围内所占市场份额仍较低(仅为1.9%)[31]。我国虽然有2款植物基酸豆奶产品上市，但要真正实现占领市场，道路仍然很远。主要原因归结于酸豆乳的风味、口感等品质并不令人满意。如发酵后香气单薄且有不良风味，滋味有涩感，凝乳质地紧实且有颗粒感等。而目前的处理方式多是通过添加动物蛋白、果料、香精等风味掩蔽的方法来进行改善，并未从根本上解决问题。笔者团队针对上述问题的研究取得了进展，因此，我们期望能够开发一款品质优良的酸豆乳产品，实现豆乳发酵产品的技术创新。

4.3 植源肉产品的发展与加工技术创新

作为一种新型的植物蛋白食材，组织蛋白(拉丝蛋白)现已广泛用于肉制品、冷冻食品、方便食品、休闲食品领域，包括火腿肠、冷冻饺子、方便面调料、鱼丸、素鸡、素肉等。但对于餐饮领域来说，如何充分结合我国国民的消费饮食习惯，对植源“肉”原料加工技术进行深入开发，实现在餐饮行业对“真肉”的替代，这将是植源“肉”产品发展与利用技术创新的重要途径。

要实现植源“肉”产品的长足发展，必须掌握植物基原料性质对品质的影响规律，以及植物基原料的商品性能。以花生组织蛋白为例，研究发现原料的组成成分直接影响到花生组织蛋白的品质。在低水分挤压过程中，原料中脂肪含量增加，蛋白组织化程度降低。而增加原料中的淀粉含量，则会提高组织蛋白的水溶性，其中支链淀粉、预糊化淀粉增加了产品的蛋白溶出率[32]。再以拉丝蛋白的研究为例，目前生产加工出的拉丝蛋白成品水分含量较低，呈膨化的海绵状结构，脆性较大。在运输和贮藏过程中容易发生断裂，造成产品的商品性能降低。另一方面，成品水分含量较高时，微生物生长繁殖的风险也随之增大，进而严重影响产品的食用安全性。为此，如何在保证产品食用安全性的基础上，提升拉丝蛋白的柔软性，也是拉丝蛋白企业亟待解决的问题。

5 思考与展望

总之，我国正处于植物源食品发展的新纪元，面临新机遇和新挑战。对于传统的植物蛋白产品，我们应充分利用已有的技术基础，以市场需求为导向，提高传统产品利用水平，实现植物蛋白营养的摄取方便化和美味化；从产业发展需求的角度出发，要加强技术装备智能化和传统植物蛋白食品“智”造，实现从手工作坊到现代化生产的跨越。

而对于植源奶、植源肉来说，我们应充分重视中国社会发展需求的多样性和民族饮食文化的特色需求，东西兼蓄、包容发展。开发既可满足素食消费者，也可满足其他消费者的产品；开发符合西方人群食用习惯的肉饼、肉丸等产品，也要开发符合我国国人食用消费习惯的植物源中式菜肴；不要局限于模仿肉类口味的产品的开发，还要开发属于植物蛋白本身特色风味的品类。加强食品、烹饪、机械等各方的协作与合作，解决该类食品产业发展中面临的技术、市场、标准法规等问题，不失时机，抓住机遇，为中国食品科学和产业的发展构建新的学术和技术体系，为促进中国食品产业的转型升级做出贡献。