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單一發酵VS混合發酵,植物奶風味及營養價值改善方案

發布來源:食研君 作者:食研君 發布時間:2020-03-27 09:52:16

近幾年,植物奶的市場需求持續增長。2014年,僅在美國,植物奶的銷售額便達到18億美元。從全球角度看,預計復合年增長率(CAGR)超過10%,因此,至2023年,全球市場銷售額估計將超過260億美元(Bloomberg Surveillance 2015)。

 

數據來源:Bloomberg Surveillance (2015)

消費者對于植物奶的日益偏好是由不同的消費需求所驅動的:1、健康相關:比如乳糖不耐癥和牛奶過敏,消費者對于牛奶激素和膽固醇的關注;2、關于動物的倫理道德爭議;3、環境問題;4、生活方式向素食轉變。

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不同來源植物奶所面臨的難題

由于對乳品替代品的需求不斷增長,各種植物被用于生產植物奶。相關的植物來源可以分為5類:1)豆類、2)堅果類、3)種子類、4)谷類、5)偽谷類。不同原料的特征不盡相同。關于不同來源的植物奶的介紹請見 | 燕麥奶、豆奶、椰奶......5大植物奶加工限制因素與應對策略

 

原料不同,相應的飲料在營養成分、感官及加工技術上有很大的區別。

 

1.營養不均衡

植物具有特殊的營養價值,比如豆類和種子,其蛋白質含量可與牛奶的蛋白質含量相媲美(當然,氨基酸的質量不能和牛奶相提并論)。此外,植物原料含有豐富的微量元素(維生素、礦物質),并含有生物活性物質,如抗氧化劑、膳食纖維和植物雌激素。植物激素可以降低骨質疏松癥、心臟病、乳腺癌和更年期癥狀的風險,然而,其也可能造成不利的健康影響,這可能取決于人類的年齡、健康狀況、甚至是特定腸道菌群的存在或缺失,因此未來,在這一領域需要更多的研究。

盡管植物原料具有很多有益特性,但是,仔細觀察發現,商業化的植物奶在營養上并不均衡。特別是植物性飲料的蛋白質含量很低,大約50%的商業植物奶含有很少甚至不含蛋白質(<0.5%),只有精選的大豆奶可以達到較高的牛奶蛋白質水平(3.7%)。此外,植物蛋白缺乏某些特定的氨基酸,比如賴氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸和色氨酸。某些維生素,比如維生素D和維生素B12,含量低甚至缺乏。此外,植物性產品可能含有抗營養因子,例如,植酸鹽和皂苷與礦物質(Ca2+、Mg2+、Fe2+Zn2+)形成不溶性復合物,從而降低生物利用度。低聚糖,如棉子糖、水蘇糖,只能通過發酵被腸道微生物消化,所以容易導致腸胃脹氣、腹瀉和其他不適。胰蛋白酶和其他蛋白酶抑制劑會干擾腸道,它們會使相應的消化酶失活,從而干擾蛋白質的消化。

2.感官屬性不佳

消費者和市場研究表明,口味對食物的選擇有重要的影響。然而,植物奶天然風味的接受度不高。盡管某些成分,比如可溶性膳食纖維對質地和口感起到積極作用,植物奶仍然有令人不愉快的風味。比如以豆類為原料的產品帶有豆腥味和泥土味。植物酚類(包括抗營養物質,如單寧和皂苷)、萜烯、硫代葡萄糖苷和黃酮類化合物,會賦予產品苦澀味和辛辣感。此外,產品的顏色,綠色、灰色或褐色(與植物原料相對應);白堊質或砂質結構;由于不溶性顆粒存在而導致的口感變薄,都會對消費者的購買意愿產生負面影響。

3.理化性質不穩定

植物奶的生產一般采用連續單元操作。一般來說,植物奶是通過粉碎植物原料,將其可溶性部分提取到水中來制備的。最終產品的性能取決于原料,此外,還取決于均質、配方、乳化及儲存條件。例如,來自淀粉類原料(比如谷類或偽谷類)的植物奶在滅菌(高壓滅菌或巴氏滅菌)中很容易凝膠化,從而導致下游加工中的技術難題;種子和堅果中過多的脂肪含量可能導致不期望的相分離,降低產品的穩定性,因此,在加工過程中會去除這些物質。

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技術加工和營養強化--常規解決方案

為了解決以上難題,研究人員開發出了不同應對策略。比如,為了防止相分離和凝膠化,增加產品的穩定性,分離和(或)酶解多余的脂肪和淀粉;采用均質化破壞較大的顆粒,獲得均勻的顆粒大小,從而提高產品的穩定性。

為了克服已知的營養和感官限制,植物奶通常會添加甜味劑、人工香料、蛋白質、氨基酸、礦物質和維生素。此外,采用預熱處理(如焙烤、脫殼、漂白、烹煮和發芽),用于減少蛋白酶抑制劑等抗營養物質,減少和掩蓋異味,改善口感和顏色。但是,有些抗營養物質,比如植酸鹽,即使加熱到100℃,也不能完全被破壞。

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單一發酵VS混合發酵--新型解決方案

發酵,可以幫助改善植物奶的感官特性、營養價值、質地和微生物的安全性,從而避免添加通常被認為是人工的添加劑成分。

迄今為止,以植物為基礎的牛奶發酵主要使用單一培養的微生物,如乳酸菌、桿菌和酵母等。最近,兩種或兩種以上微生物混合發酵的新概念被提出。企圖利用混合發酵中的協同增效作用,最大程度的改善營養價值、質地、感官等屬性。

1.營養價值

發酵可以增加蛋白質的含量,微生物的發酵可以提高植物蛋白的溶解度和氨基酸組成。

單一發酵:以雙歧桿菌為例,雙歧桿菌顯著提高了豆制品飲料的粗蛋白含量。此外,用植物乳桿菌發酵豆粕可以有益的增加賴氨酸等必需氨基酸。值得注意的是,特定微生物在發酵過程中合成維生素,包括維生素KB族維生素。與人工強化相比,天然維生素的強化被廣泛認為更安全、更自然、更環保。

混合發酵:混合發酵與單一發酵相比,植物奶的蛋白質含量和必需氨基酸組成或有很大的差異。與相應的單一培養相比,對花生進行嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌的聯合發酵,顯著提高了總蛋白和賴氨酸、蛋氨酸以及色氨酸的含量。來自豇豆和鷹嘴豆的菌株的自發聯合發酵,使蛋氨酸水平提高了約6倍。此外,混合發酵會影響維生素的形成,植物乳桿菌SM39和費氏丙酸桿菌DF13共同發酵,會提高葉酸和維生素B12的含量。

2.抗營養物質和礦物質的有效性

單一發酵:單一發酵與其他處理方式(如烹煮、發芽、浸泡)相結合,可顯著降低植物性食品中鞣質、植酸鹽和氰化物等抗營養物質的水平。例如,小米發酵可顯著降低各種不需要的抗營養物質(植酸鹽、單寧、胰蛋白抑制劑),同時提高了礦物質的可提取性和消化率。

混合發酵:混合發酵有助于減少抗營養物質,并增加礦物質的有效性。在去除豇豆中植酸和胰蛋白酶抑制劑方面,嗜酸乳桿菌和植物乳桿菌的混合培養比單個菌株的發酵更有效。同樣,混合培養的嗜熱鏈球菌CCRC14085和嬰兒雙歧桿菌CCRC14603顯著降低了大豆中的植酸(80%)和皂苷(30%)水平。進一步研究發現,與單一培養相比,鮑氏乳桿菌和植物乳桿菌B4495混合發酵可使鈣的生物利用度提高約6倍。

3.生物活性成分

單一發酵:發酵能夠增加生物活性物質的濃度或生物利用度。使用具有β-葡萄糖苷酶功能的微生物發酵大豆可以使葡萄糖苷異黃酮轉化為具有更高生物活性和生物利用度的苷元異黃酮。植物乳桿菌能夠將芝麻乳中芝麻素酚三糖苷轉化為具有增強自由基清除活性的芝麻素酚苷元。

混合發酵:對大豆進行發酵時,布拉氏鏈球菌與5種乳桿菌的混合培養將超過95%的葡萄糖苷異黃酮轉化為苷元異黃酮。但是,與單一培養的菌株相比,其他混合菌株的生物轉化效率較低,例如,當嗜熱鏈球菌與嬰兒雙歧桿菌,長雙歧桿菌和瑞士乳桿菌混合時,檢測到較弱的生物轉化。這一觀察結果再次強調了菌種選擇在調節不同混合培養之間協同效應的重要性。

4.感官特性

單一發酵:發酵可以改善植物奶的感官特性。例如,微生物發酵降低了植物原料的豆腥味,原因可能是由于發酵使正己醛和正己醇缺失。此外,發酵可以產生理想的揮發性香味,例如二乙酰(2,3-丁二酮),它可以提供一種類似黃油的香氣,是在基于谷物發酵的過程中散發出來的。乙醛,具有蘋果氣味,并帶有甜味,在花生、谷物和大豆發酵期間,濃度增加。此外,植物奶的風味也受氨基酸水平變化的影響。

混合發酵:雖然單一發酵在降低異味分子己醛和己醇含量方面似乎與混合發酵效果相當,但是混合發酵在產生更優的增味劑方面似乎更有效果。例如,乙醛是酸奶風味形成的關鍵 ,兩種或更多的混合培養,有利于其大量的形成。德式乳桿菌保加利亞亞種和唾液鏈球菌嗜熱亞種的混合配合,不僅降低了花生奶的豆香,還顯著提高了花生奶的白度、粘度和平滑度。

05

小結

植物奶的市場正在迅速增長。然而,這些產品的營養不均衡和不良感官特性仍然限制了它們的消費。發酵,特別是混合培養發酵的使用,在改善植物原料的營養質量和感官特性方面具有巨大的潛力。

以往的研究表明,混合發酵的效果強烈的依賴于物種和菌株。目前仍采用試錯法(trial and error approaches)進行應變組合。由于我們對所涉及的微生物相互作用的了解還很不充分,預測混合發酵的效果是很困難的。所以,如何更合理地選擇和組合具有可預測協同相互作用的菌株,對于開發更智能的發酵過程和生產更好的產品是非常有價值的。


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