植物基食品是指完全以植物的有機質作為基礎，研發制作出的新型食品。植物基食品目前主要包括植物肉產品（包括海鮮）、植物基乳制品和植物基蛋產品。植物基乳制品目前還主要以植物基飲料和植物基酸奶產品為主，而且已然成為資本的新寵，“Oatly”、“小麥歐耶”等新銳品牌快速發展起來。傳統食品企業“盼盼”、“農夫山泉”、“伊利”等都紛紛看準了植物基乳制品這一廣闊市場而布局了相應的產品線。2020年我國植物蛋白飲料市場增速高達800%，市場成長貢獻占比超15%，成為驅動飲料市場增長的三駕馬車之一。
植物基乳制品同時還包括了另一大類產品——植物基奶酪。國外的植物基奶酪已經有少量產品面世。但目前中國的零售市場還沒有此類產品，相關配方和技術還處在研發階段。植物基奶酪作為一個全新的產品種類，目前的技術難點和研發關鍵點及未來前景究竟如何呢？
1 植物基奶酪的優勢
1.1 健康
在國家“健康中國2030”和疫情常態化背景下，食品行業是為數不多逆勢增長的行業，消費者對健康的追求也達到了一個前所未有的新高度。植物基食品的研發初衷是為乳糖不耐受人群和乳品過敏人群尋求奶酪替代品，加上植物原料本身具有低脂肪、低熱量、低膽固醇和更多的膳食纖維而且還包含一些有益于健康的植物化學物，具備天然的健康屬性。針對植物基食品和對應動物食品的營養評分研究表明：植物基奶酪的蛋白含量和鹽含量低于傳統奶酪，鐵、維E和維K的補充優于傳統奶酪，因而植物基奶酪整體營養評分高于傳統奶酪。國外一些關于植物基食品的研究也可以量化體現其健康屬性。一個納入肥胖和糖尿病病例使用植物基食品Vs能量值相當的傳統肉制品隨機對照實驗發現：植物基食品可以顯著提升機體腸道內的GLP-1和PYY水平并顯著增強飽腹感，提示植物基食品對包括肥胖在內的代謝性疾病的益處。對全植物基替代乳品的質疑主要集中在植物基替代乳品中缺乏維生素D和鈣質，可能不利于骨骼健康。但一項在青春發育期女性中進行的雙份飯實驗結果顯示：只要達到了每日營養推薦值，每日三次的植物基替代乳或傳統乳制品對生長發育和骨骼健康不會產生顯著差異。但一份最新的歐洲最新的植物基奶酪產品與傳統奶酪的研究卻表明盡管植物基奶酪不含過敏原，大部分的植物基奶酪產品卻僅僅在含鹽和含糖量兩個指標上優于傳統奶酪，在飽和脂肪酸含量、總脂質和碳水化合物等指標上反而高于傳統奶酪，這也提示植物基奶酪研發必須重點注意科學配方，這樣才能真正滿足消費者的健康需求。
1.2 環保
在《巴黎協議》的框架下，到本世紀中葉實現碳中和是全球應對氣候變化的最根本的舉措。與動物的養殖相比，植物種植所占有的土地、消耗的水資源和產生的溫室氣體都大幅度減少，因而植物蛋白替代肉類和奶制品是有效降低畜牧業碳排放的舉措之一。據估算，平均每生100 g蛋白質，相較于牛肉帶來的近50 kg溫室氣體排放，豌豆的這一數值僅為0.4kg。因而，以植物基原料替代畜產制品，包括植物肉和植物基乳制品都能為環保助力，實現食物尤其是蛋白質的可持續生產，能幫助實現“碳中和”目標。
1.3 經濟
天然奶酪是以乳中的酪蛋白發生凝乳作用后與液體乳清進行分離后再通過發酵而制得的，產品得率低而且生產周期較長，因而成本較高。再制奶酪也是以成熟期不同的天然奶酪為原料進行加工的，因而目前奶酪產品售價也都普遍較高。中國絕大多數地區不處于黃金奶源帶上，草地資源匱乏，不具有大規模發展乳業，中國的奶酪原料也因此受限。目前，世界各國面對減碳的經濟手段主要以碳交易機制和碳稅制度為主，因而，未來的牛肉及乳制品漲價也是必然趨勢，而以植物基原料制作口感和性能與傳統再制奶酪相當的植物基奶酪是一條更為經濟的路線。
1.4 潮流
素食、輕食主義已然成為一種年輕健康積極的飲食方式，植物基奶酪與這種趨勢是一致的。另外，還有許多消費者有嘗鮮和尋找替代飲食的需求，植物基奶酪的面世也能較好的契合這部分消費者的需求。
2 植物基奶酪的市場需求
市場調研數據顯示，中國奶酪市場處于快速上升期，產量在2013-2019年整體呈現逐年增長的趨勢。2020年，妙可藍多實現營業收入284,680.72萬元，較上年同期增長超過63%，其中奶酪板塊較上年同期增長超過125%。2019年我國奶酪產品產量為13.8萬噸，較2018年增長接近30%。數據都顯示中國消費者對奶酪的接受度和需求量都在不斷增長。但是與國內持續增長的奶酪需求量相對，我國目前有奶酪生產許可證的企業僅45家，其中有實際產出的不到20家，多數奶酪需要依賴從新西蘭、澳大利亞、歐盟和美國等地區進口。由此可見奶酪市場的供應缺口還很大，且受到乳源和碳排放的雙重限制，因此尋找植物基的替代乳制品必然成為趨勢。
從消費者的角度來看，在世界范圍大健康環境之下，植物基替代品越來越受到消費者歡迎。數據分析機構Innova Market Insights將“植物基躍進（Plant Forward）”視為2021年的食品行業主要趨勢之一，涌現了植物基漢堡肉、植物基飲料、植物奶酪等迎合市場的一系列新產品。植物基奶酪適合乳糖不耐人群，也是素食人群的不二選擇。雖然素食主義者目前還只是一個小群體，市場規模受限制。但隨著人群健康意識的提升，越來越多的非素食主義者開始接觸、嘗試素食類產品，實行彈性素食主義，將素食作為一種健康、潮流生活的選擇，擴大了素食消費的體量，也將刺激植物基奶酪產業的增長。
植物基奶酪的研發將有助于彌補我國奶源不足引起的奶酪市場的缺口，協同傳統奶酪使奶酪市場達到平衡狀態。同時，植物基奶酪的產業發展可以帶動一系列相關的農產品的生產銷售。它形成完整產業鏈后將會帶動椰子、燕麥、大豆等植物產品的種植以及銷量，也與我國助農致富的發展大方向相吻合。
3 植物基奶酪生產技術要點和難點
傳統奶酪熱融行為和拉絲性能是不同奶酪產品的主要差異之一，也是使用場景選擇的重要判斷依據。奶酪中的脂肪會隨著溫度升高而液化，同時，酪蛋白之間的疏水作用也不斷增強，并且在60℃至70℃達到最大值，酪蛋白分子之間相互接觸的面積也減小，加上鹽鍵斥力增強，氫鍵減弱，酪蛋白內部的結合力減弱，發生相對位移，因而融化。而被加熱之后的酪蛋白分子之間的鍵還可以快速斷裂快速重建，這個特性讓它被拉開之后不容易斷，也就形成了絲。這就是傳統奶酪熱融性和拉絲性的來源。而植物來源的蛋白中是沒有酪蛋白的，因而就目前的技術而言，研發與傳統拉絲性能良好的馬蘇里拉植物基奶酪還有一定難度。目前，英國的109種無乳奶酪產品中四分之三使用了椰子油作為主要原料且沒有一種能完全模擬傳統奶酪，僅有一種在感官上被評為可以接受，而且所有產品在熱融性能測試中都有待提升。
目前植物基奶酪生產路徑可以分成兩種，即植物基原料組分路線和植物組織破碎路線。這兩條生產路線和傳統奶酪生產的生產路線差異如圖1所示。
組分添加路徑以植物原料分為植物組分模擬再制奶酪制成奶酪片或奶酪棒的可行性較高，具體流程如圖2所示，即：將植物基蛋白、植物淀粉、植物油脂以及植物膠體和不同種類的食品添加劑，如乳化劑、香精等一起按照相應配比進行混合，在加熱的條件下加速物料的混勻，必要的時候外加高速剪切力，或均質手段使物料的混勻且口感更加細膩，最后進行成型步驟。由此可見，將植物基奶酪的研發與再制奶酪的設備進行組合是一個非常經濟的途徑，能讓再制奶酪生產企業無需更換設備就可以生產植物基奶酪。但要使植物基奶酪性能上更接近傳統奶酪，特別是能拉絲的馬蘇里拉，則必須在植物蛋白原料上進行篩選，尋找高溫下產生疏水性和流動性的原料。國內外目前的研究還不多，指出玉米醇溶蛋白在許多性能上與酪蛋白有相似的行為，包括延展性、熱融性、流變性等，這也為未來研發具有拉絲性能的植物基奶酪提供了一定的思路。
圖1 植物基奶酪與傳統奶酪生產路線差異
Fig 1 The processing difference between cheese and plant-based cheese
圖2 組分添加路線植物基奶酪生產工藝流程圖
Fig 2 The flowchart of plant-based cheese from component processing
4 植物基奶酪研發展望
4.1 原料及工藝的深度研究
植物基奶酪主要需要將不同的植物來源蛋白質、淀粉和油脂進行組合。植物來源除了傳統的大豆、豌豆、蠶豆等豆類和玉米、土豆、薯類以及大米、燕麥為代表的谷物還有新興的以杏仁、核桃為代表的堅果以及微藻、螺旋藻為代表的的水生植物。對傳統奶酪口感和性能起決定作用的是其中的酪蛋白，因此對于植物基奶酪開發而言，篩選植物來源的蛋白質就是關鍵要素之一。表1概括了乳中蛋白及主要植物來源蛋白的分子量、等電點和Tm值，為后續蛋白的篩選提供依據。另外，許多植物原料如大豆分離蛋白本身帶有顆粒感和豆腥味，如何模擬奶酪的柔滑口感和味道要求我們必須要在原料篩選、加工工藝如高速剪切、酶解、高溫等方面進行研究。另外傳統奶酪的熱融性及馬蘇里拉奶酪的拉絲性能也因為植物蛋白中沒有酪蛋白而較難以模擬。未來需要更多的在植物來源的蛋白及他們的提取分離技術上進行研究，同時還能在結構對乳蛋白進行模擬使得其疏水性和流變性能都能更接近傳統奶酪中的蛋白。另外，研究表明采用水煮再焙干的黃豆及蠶豆粉以1∶4的比例與水混合再輔以1%κ-角叉菜膠做穩定劑能獲得較接近Gouda奶酪的硬度，比其他原料制作的植物基奶酪硬度顯著降低，且含有較高的蛋白質和膳食纖維含量，是理想的植物基奶酪研發原料。在植物來源蛋白種類受限的情況下使用豆類蛋白是較為經濟的選擇，但豆腥味的去除和良好質構的獲得要求有工藝上的改進，例如：利用614 MPa超高靜壓、85.5℃及8.53 mmol/L的Ca加入處理或者在20–42 kV/cm、2μs脈沖電場中處理1036μs或者20 kHz、15–20 min、600 W的超聲等處理都能獲得較理想的改善。
4.2 植物基發酵菌種的挖掘
植物來源成分都具有各自特殊的氣味，豆類還可能帶來苦澀味的肽類。去除植物成分不良風味和產生奶酪般的質地必須依靠發酵來獲得解決。在加工中僅僅依靠原料進行組合調配外加香精香料比較難以掩蔽原料原有的氣味。因此真正從源頭解決植物基奶酪的風味應該從發酵角度來進行深入研究，找到適合于植物基底發酵的菌種是關鍵。某研究系統的在不同的植物蛋白及椰子油中進行了151種不同的乳酸菌株的發酵實驗，并且測定了發酵后的p H和產生的對奶酪風味影響較大的多種酶類的量，包括PepN、PepXP、EstA、BcAT、CBL和ArAT，并且還用GC-MS法測定了各種發酵組合的香味組成。結果表明篩選發酵底物和菌株的標準應取決于發酵產生的酶能產生更多量的二乙酰化合物、羥基丁酮、2-或3-甲基丁酮、乙酰基丙酮和減少不良風味物主要是多種醛類化合物。也等就研究了適用糧谷類植物基飲品發酵的菌種，包括植物乳桿菌CGMCC8198、鼠李糖乳桿菌等。另一項研究顯示將黃豆經小蘇打浸泡后打漿然后用乳桿菌(LAB)、0.3%的CaCl2以及白地霉（Geotrichum candidum）的混合物進行發酵，發現在10℃-15℃三周時間達到發酵峰值，再經過一個月10攝氏度的后熟過程能獲得良好的產品硬度和咀嚼度且白地霉顯著提升了蛋白和油脂的降解。利用轉基因技術或基因編輯技術開發適用于植物原料發酵的菌種，使發酵后的植物原料發酵產生更好的風味、質地、結構和口感。
4.3 植物來源功能性成分的應用
許多植物中都含有有益于健康的植物化學物，如大豆中的大豆異黃酮，燕麥中的β-葡聚糖、魔芋中的葡甘露聚糖等。許多選擇植物基產品的消費者非常注重健康，因此，將植物基奶酪的研發與功能性相結合，配方做到更科學更營養更有利于健康，走出同質化也將是植物基奶酪研發的一大趨勢。一項研究利用10%蛋白含量的功能性豌豆粉配以不同比例的橄欖油進行乳化后再發酵產生的混合凝膠都展示出良好的穩定性，橄欖油添加改善了飽和脂肪酸量高的弊端，但高的橄欖油添加會降低凝膠的穩定性和彈性，持水量將隨著含油量的升高而升高，綜合結果顯示10%豌豆蛋白結合10%的橄欖油是一種在植物基奶酪中理想的配比。目前，這類研究開展還不足，未來需要更多的聚焦研究，才能更大限度的發揮植物基奶酪的原料健康優勢。
4.4 植物基奶酪配方營養和安全性
動物蛋白長期以來為人類提供了全面的氨基酸供應和維生素等其他營養素。大多數動物來源的蛋白質的蛋白消化率的氨基酸得分（PDCAAS）接近1.0，被認為是完全的蛋白質來源，而許多植物蛋白中往往缺乏一種或多種必需氨基酸，PDCAAS得分普遍較動物蛋白低，且多數植物基奶酪的蛋白含量含量低于傳統奶酪。傳統乳制品相比植物基替代食品而言含有更高的能量、飽和脂肪酸、碳水化合物、蛋白質、VB12和碘，但游離糖和膳食纖維含量卻較低。因此，從營養角度出發，植物基食品還不是牛奶的完全替代物。另一項在美國進行的植物基奶酪營養成分斷面分析表明245個產品中有106個產品是基于椰子油的，61個基于腰果，16個基于燕麥，7個基于杏仁，6個基于大豆，5個基于棕櫚油還有9個基于其他的混合物，這些產品中與傳統奶酪相比僅有3%含有更高的蛋白，19%更高的鈣含量，14%含有更高的VB 12，僅有15%含有更低的鈉。因此，僅有少量產品能稱為好的蛋白和鈣質來源。另一項在西班牙市場上進行的40種植物基奶酪產品營養分析也得出了類似結論僅有4種腰果為原料的和兩種以豆類為原料的產品可以被認為是健康產品，其他以椰子油和淀粉為原料的產品都含有過高的飽和脂肪酸和鹽分。因此，對植物基替代蛋白及其產品的營養學評價也不容忽視。但合理的進行不同種類的植物蛋白配比是一條可行的途徑，如半胱氨酸、甲硫氨酸和賴氨酸的含量較低的豌豆就可以與賴氨酸含量較低、半胱氨酸和甲硫氨酸含量均較高的稻谷進行組合。另外，花生、堅果、麥麩等原料致敏性問題也是關系到植物基奶酪產品安全性的重要因素，需要在植物基奶酪的研發過程中引起注意。因此，植物基奶酪的研發需要考慮多種類原料的搭配，并且有意識的進行必需營養物質的添加，消除過敏原的影響，讓植物基奶酪安全又營養。
4.5 需要適應于植物基奶酪的感官評價系統
由于植物替代物難以在感官和質構上去模擬動物蛋白，還會本身帶有一些特殊風味與口感，如豆子味和顆粒感。目前僅有不到三分之一的消費者表示植物基奶酪與傳統奶酪一致的美味。一份納入12項植物基乳制品的系統評價綜述表明未來的植物基奶酪研發需要納入更多的品嘗評價，然后建立一個產品儀器測試數據與人真實味覺及口感評價聯系起來的方法。另有研究以豌豆蛋白、橄欖油、黃原膠和水為原料制成的具有延展性的清潔標簽植物基奶酪添加了迷迭香和牛至兩種香料掩蓋原有的豆味，并測定了新產品的揮發性氣味組分，發現能獲得良好的口感、營養價值和氣味，這也給植物基奶酪的研發提供了新的思路，即不以傳統奶酪的氣味為標準開發新味覺系統的植物基奶酪。
5 結語
未來食品加工工藝關系到全產業鏈的發展，其與下游的消費者和上游的農作物育種和種植、土地資源利用、農產品采后流通等都密切相關。植物基奶酪的研發也是對未來食品的探索和食品行業的革命，對于帶動農業種質資源的開發、增加農產品附加值、提高土地資源利用效率、推動綠色農業發展具有重要的意義。在對營養健康和綠色可持續環保理念的共同考量下，植物基食品因為其節約資源、對人類健康的益處和輕食潮流的屬性將會迎來蓬勃發展。植物基奶酪還有緩解中國乳源不足和由植物化學物帶來的功能性優勢，未來研發注重原料的篩選，工藝的優化，植物發酵菌種的篩選和營養方面的研究，讓產品能更好的替代各式各樣的奶酪產品。
