《International Journal of Biological Macromolecules》：Development of spirulina-enriched vegan cheese by utilizing soy protein-based emulsion gel as a fat substitute: Effects of spirulina and emulsion gel on texture/rheology, antioxidant and sensory properties
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利用螺旋藻强化的大豆蛋白乳液凝胶作为脂肪替代品开发植物基软奶酪，研究证实螺旋藻浓度0.56%时感官最佳，乳液凝胶显著改善流变学特性且提升抗氧化能力至3661 μmol Trolox/g奶酪，为可持续植物基奶酪开发提供新方案。
Mahboobeh Kashiri|Berkay Berk|Ahmet Yemenicio?lu
伊朗戈尔甘农业科学与自然资源大学食品科学与技术系
摘要
本研究旨在利用基于大豆蛋白的乳液凝胶作为植物基涂抹奶酪（PBC）中的脂肪替代品。为此，使用大豆蛋白作为乳化剂制备的螺旋藻富集植物油-水乳液，通过添加海藻酸盐进行离子凝胶化处理转化为乳液凝胶。这种螺旋藻富集的乳液凝胶表现出良好的稳定性，并对其流变学和质地特性进行了表征，随后被用作PBC中的脂肪替代品。螺旋藻本身并未影响最终奶酪的粘弹性，但乳液凝胶在塑造奶酪的粘弹性方面起到了关键作用。正如预期的那样，螺旋藻使奶酪呈现绿色，但其高浓度会导致叶绿素不稳定，从而降低奶酪的色泽。当螺旋藻添加量为0.86%时，显著提高了PBC的抗氧化能力（抗氧化活性增加了24%，达到3661 μmol Trolox/g奶酪），但大部分抗氧化活性来自作为主要成分的大豆蛋白分离物。感官分析表明，含有0.56%螺旋藻的PBC最受测试者的喜爱。本研究证明，添加了功能性成分（如螺旋藻）的乳液凝胶可以作为脂肪替代品，用于制作健康的纯素奶酪。
引言
由于全球气候危机和食品安全问题的加剧，食品行业正朝着更可持续的方向发展，主要通过用植物基产品替代动物基产品。纯素主义的兴起以及消费者对更健康、更可持续的植物基饮食的认识不断提高，推动了这一转变趋势[1]、[2]。
乳制品类似物在可持续植物基食品的研发中起着核心作用，因为它们需要在对质地、流变学、形态和感官特性进行大量调整后，才能模仿传统乳制品[3]。植物基奶酪在模仿传统乳制品方面面临巨大挑战，因为传统乳制品具有非常复杂的质地和感官特性[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。然而，相比需要经过发酵或酶反应形成的复杂风味的硬质奶酪，制作具有奶油质地和特定风味的纯素涂抹奶酪要容易得多。市场上大多数植物基涂抹奶酪采用植物蛋白（如大豆蛋白或豌豆蛋白、玉米蛋白）、坚果酱（主要是腰果酱）、淀粉、油脂等成分制成。然而，高饱和脂肪含量的油脂（如椰子油或棕榈油）对于满足奶酪的流变学和质地要求至关重要。虽然高脂肪含量能增加涂抹型植物基乳制品的粘度、润滑性和奶油感，但过度使用高脂肪配方引发了人们对纯素产品可能与超重、肥胖、冠心病及某些类型癌症等健康问题相关联的担忧[9]。因此，使用油凝胶、乳液凝胶或皮克林乳液来改善植物基食品中的多不饱和脂肪酸比例并替代饱和脂肪是一个备受关注的研究领域[10]、[11]、[12]。
螺旋藻属于蓝藻门，因其含有丰富的营养成分和生物活性物质（如蛋白质55–70%、碳水化合物15–25%、膳食纤维8–10%、矿物质7–13%、脂质6–8%、维生素（如核黄素、烟酸、伪维生素B12、维生素A前体、维生素C、D和E）、色素（如藻蓝蛋白、叶绿素和类胡萝卜素）以及酚类化合物[13]、[14]、[15]，而被誉为超级食品。其中的抗氧化酚类物质（如乙酰辛和皮诺森布林）、天然色素（如藻蓝蛋白和类胡萝卜素）以及纯素饮食中缺乏的必需营养素（如维生素B12和Omega-3脂肪酸）使其在功能性食品和补充剂中得到广泛应用[16]、[17]、[18]。此外，螺旋藻还是必需和非必需氨基酸的适中来源，其蛋白质含量高于大豆[16]。螺旋藻蛋白还具有技术功能性，例如在60°C以上温度下能形成弹性且不可逆的热诱导凝胶[19]。因此，这种宝贵的成分不仅可用于食品的功能化和着色，还根据添加浓度影响食品的流变学和质地特性。尽管螺旋藻的感官特性对某些消费者来说不够吸引人，但它已被广泛用于改良乳制品，如菲达奶酪[10]、软质涂抹奶酪[20]、赫勒乌米奶酪[21]、酸奶[22]、冰淇淋[20]和益生菌饮料开菲尔[24]。最近，螺旋藻也被应用于植物基奶酪的制作中。例如，Fabiszewska等人（2024年）在多种植物基奶酪配方中使用了螺旋藻，以开发替代传统霉菌成熟奶酪的产品[25]。不过，还需要进一步研究以促进螺旋藻在纯素奶酪中的更广泛应用。
本研究的目的是探讨通过海藻酸盐离子凝胶化形成的螺旋藻富集大豆蛋白乳液凝胶作为植物基奶酪中脂肪替代品的潜力。研究假设，海藻酸盐交联的大豆蛋白乳液凝胶能够有效模拟奶酪基质中的饱和脂肪的流变特性，而以可接受感官水平添加的螺旋藻则可作为功能性成分，用于生产适合纯素消费者的特色产品。为此，使用螺旋藻乳液凝胶作为脂肪替代品制备的低脂涂抹奶酪在质地、流变学特性、抗氧化能力和感官特性方面进行了表征，并监测了其在冷藏过程中的稳定性。所开发的乳液凝胶不仅用于通过替代脂肪来弥补饱和脂肪的不足，还用于提升植物基奶酪的功能性。这项研究的创新之处在于展示了利用超级食品乳液凝胶作为脂肪替代品来制作健康植物基奶酪的可能性，为无需高脂肪成分的可持续植物基奶酪提供了新的解决方案。
富含螺旋藻的植物基奶酪可以为纯素饮食者提供抗氧化剂、维生素B12和Omega-3脂肪酸，这些成分主要存在于动物源性食品中。
材料
商业大豆蛋白分离物（SPI，Dunasoy 90，非转基因，总蛋白含量：最低0.90 g/g）由Eroduna Rohstoffe GmbH（德国）提供。Na-海藻酸盐（Algogel 3001，分子量：350–500 kDa，M/G比：0.5–0.7）购自Cargill（法国Baupte）。有机螺旋藻粉（蛋白质含量66%）购自Naturiga Natural Foods（土耳其伊斯坦布尔）。其他所有化学品均为食品级或试剂级。
基于大豆蛋白的乳液凝胶作为脂肪替代品的制备
为此，准备了不同成分的乳液凝胶溶液。
乳液的流变学特性
通过将葵花籽油、海藻酸盐溶液与不同浓度的螺旋藻（0.8%、1.6%或2.5%）以及大豆蛋白分离物溶液（20%，w/w比例2:3:1）混合并均质化，制备了用于替代脂肪的Ca2+交联乳液凝胶。各成分的比例对于获得均匀、稳定的奶油状乳液凝胶至关重要。
结论
通过海藻酸盐离子交联制备的大豆蛋白乳液凝胶具有很高的稳定性，可用作涂抹型纯素奶酪中的脂肪替代品。为了将这种植物基奶酪打造成特色食品，其中添加了不同量的螺旋藻，螺旋藻的生物活性和营养价值使其在纯素人群中广受欢迎。
CRediT作者贡献声明
Mahboobeh Kashiri：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、方法论设计、研究实施、概念构建。Berkay Berk：研究实施。Ahmet Yemenicio?lu：撰写 – 审稿与编辑、资源获取、项目管理、方法论设计、资金筹措。
参与同意
所有参与者在参与感官测试前均签署了书面同意书。
伦理审批
本研究的感官测试获得了伊兹密尔理工大学科学研究与出版伦理委员会的批准（批准日期：2024年8月7日，批准编号：7/1）。资助
本研究部分由?YTE的TWAS-UNESCO奖学金项目资助，项目名称为“改良植物基蛋白以开发营养丰富的纯素奶酪（参考编号：3240328385）”。利益冲突声明
作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系/个人关系：Mahboobeh Kashiri表示其研究得到了TWAS-UNESCO的财务支持和旅行资助。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文研究的财务关系或个人利益。致谢
我们感谢伊兹密尔理工大学生物技术与生物工程研究中心提供的先进设备（傅里叶变换红外光谱仪）。感谢Metin Tano?lu教授在其实验室中提供流变仪的使用。Mahboobeh Kashiri负责研究计划、文章撰写、奶酪开发研究及除动态流变测量以外的所有分析工作。博士生Berkay Berk负责动态流变测量的实施。
