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Introduction
全球对动物蛋白需求的持续增长会引发粮食安全问题，需生产更多的蛋白质以满足不断增长的人口。然而，传统动物蛋白生产是资源密集型，对环境有负面影响，其占据了77%的农业用地、30%的水资源，并产生了12%～20%的人为温室气体。因此，推广可持续蛋白食品以降低资源枯竭的后果至关重要，旨在促进更有效的粮食生产，为粮食安全和可持续发展做出贡献。
蛋白质是饮食中必不可少的大分子物质，在身体中扮演着各种角色，以维持生活方式健康和平衡。缺乏高质量和数量的蛋白质会对健康造成严重后果。因此，需要可替代蛋白质以满足日益增长的需求。替代蛋白质来源包括植物蛋白、昆虫、食用菌和藻类，由于它们具有满足未来蛋白质需求的巨大潜力，越来越受欢迎。本综述分析了肉类蛋白替代品来源，评价了植物蛋白(谷物、豆类和准谷物)、昆虫蛋白、食用菌蛋白和藻类蛋白。
植物蛋白
由于素食主义者群体的兴起，植物基蛋白质市场正在迅速发展。不断增长的人口和消费者意识正在推动蛋白质市场和对替代蛋白质成分的需求。另一方面，植物来源具有生产成本低、可及性高和生物活性化合物含量高的特点，基于植物的饮食已被证明可以降低胆固醇水平、血压和某些癌症风险。在植物来源中，谷物、豆类和假谷物被认为是重要的蛋白质来源，可直接食用，也可生产用于食品应用的浓缩物和分离物。
01
谷物
在全球范围内，47%的植物蛋白消费来自谷类，是发展中国家重要的蛋白质来源，小麦、水稻、玉米、高粱、黑麦和大麦是粮食安全的相关作物（表1）。
表1 谷物的蛋白质含量
谷物是一种丰富且经济的蛋白质来源。研究谷物蛋白以阐明和了解谷物蛋白的分子特性、优化提取方法、修改其分子结构以扩大其功能、建立其功能的分子基础是寻求改善营养并在食品工业中实现广泛应用的基本要素。
02
豆类
豆类是可持续发展的作物，其碳足迹低、食物浪费少、用水效率低、生产成本低。在饮食中，豆类可能对预防和治疗与代谢功能障碍相关的疾病具有有益生理作用。另一方面，豆类是经济上最重要的作物之一。大豆是世界上生产最广泛的豆类，也是替代动物蛋白的最常见替代蛋白质来源（表2）。然而，大豆蛋白与基因改造和过敏问题有关。
表2 豆类的蛋白质含量
03
假谷物
假谷物是双子叶植物物种，淀粉含量高，与类真正谷物相似，受欢迎的假谷物是藜麦、苋菜 、奇亚籽和荞麦。人们越来越关注假谷物，因为它们有营养价值，富含蛋白质（表3）、维生素、矿物质和抗氧化剂。假谷物衍生蛋白已被公认为基于植物蛋白的肉类替代品的合适候选者，其质量优于谷物蛋白。
表3 假谷物的蛋白质含量
围绕植物蛋白所做的研究大都集中于生产类似于肉类蛋白的蛋白质结构上。从植物蛋白制造肉类替代品的主要挑战是将植物蛋白的球状分子结构重建为肌肉蛋白的纤维结构。植物蛋白在食品应用中的一个挑战是其复杂性和水溶性较弱，并且由于温度、pH值和离子强度的变化而易被破坏或解离。此外，许多植物源性蛋白质含有抗营养物质，这些抗营养物质可以通过物理、生物、化学和其他方法来修饰蛋白质。
昆虫蛋白
全世界已知的可食用昆虫超过2 000 种。与肉类相比，食用昆虫提供了一种成本较低的蛋白质来源，并且比其他家养动物，昆虫所需自然资源更少以生产相同数量的蛋白质。昆虫可以在短周期、小空间内养殖，不需要严格的谷物饲料，并且可以在有机副产品中养殖，这减少了食物的碳足迹。由表4可知昆虫的蛋白质含量，然而，由于昆虫外骨骼中存在氮，一些测量值可能高于实际蛋白质含量，在用凯氏定氮法（如凯氏定氮法）进行蛋白质定量时不能区分蛋白质与其他含氮化合物。
表4 食用昆虫的蛋白质含量
从昆虫蛋白中提取基础蛋白的一个基本方面是，昆虫提取物的蛋白质质量和含量直接受加工步骤的影响。蛋白质提取和后续加工不仅会改变富含蛋白质的组分的组成，还会引起昆虫蛋白质的蛋白质特性和技术功能特性发生变化。昆虫蛋白的技术功能特性及其营养质量、感官特性和安全性对于目标产品的选择非常重要。开发昆虫食物被认为是提高食物链效率的未来趋势。
食用菌蛋白
近几十年来，由于种植农场的条件日益适宜及消费者对人类健康的兴趣日益浓厚，食用菌的种植逐渐增加。食用菌因其蛋白质含量高，脂肪含量低而成为受欢迎的选择（表5）。金属是危险的污染物，真菌易对其进行生物积累，摄入这些金属会对人体健康造成不利影响。人们越来越关注食用菌的消费，并强调通过监测重金属的存在来控制食用菌种植的重要性，以确保食品安全和消费者健康。
表5 食用菌的蛋白质含量
食用菌是肉类的理想替代品，因为它们的蛋白质和膳食纤维含量高，而且含量低。一些食用菌中含有高含量的含硫氨基酸，可以产生肉味。然而，食用菌加工成肉类替代品还需要更多的研究和技术改进，包括提高生产效率、改进加工技术、减少食用菌的特征气味、改变风味、改善营养平衡、提高蛋白质含量。相比于肉类和植物蛋白，食用菌的富含膳食纤维，其纤维结构也使得口感更接近真实肉类，从物理和微观结构特性的角度，指向复合肉类模拟物的物理和美学特性更接近真实肉类。食用菌在人造肉的制造、改良和创新中具有广泛的研究、开发和应用范围。
藻类蛋白
藻类生物质蛋白质含量高、质量高、耗水量低、无耕地竞争、碳中性排放，已成为全球粮食安全问题的替代方案。大型藻类和微藻物种的蛋白质含量与牛乳、鸡蛋和乳制品等蛋白质来源相当。
微藻是有前途的资源，已用于食品配方。限制微藻作为蛋白替代品发展的主要因素是色素沉着、收获和生产困难。微藻的色素沉着和腥味使产品外观不佳，不易处理。这是使用微藻作为食品原料的最大障碍之一。此外，微藻蛋白的蛋氨酸、半胱氨酸、赖氨酸和色氨酸含量低于肉类蛋白，难以消化。然而，微藻蛋白仍然是一种有用的肉类替代品添加剂，并具有较大改进潜力。
蛋白质品质：必需氨基酸（EAA）
氨基酸是非常重要的营养物质，人体将它们用于蛋白质合成、细胞信号传导、低分子量含氮物质的合成，并作为某些新陈代谢的底物。EAA是指人体不能合成的蛋白质，苏氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸和赖氨酸均属于EAA。
均衡的氨基酸谱对于积极影响健康至关重要。表6显示了不同植物来源、可食用昆虫、可食用菌和藻类之间的氨基酸谱变化。
表6 植物、昆虫、食用菌、藻类氨基酸含量
g/100 g prot
Conclusion
现代食品工业将越来越注重创造更多的肉类替代蛋白质食品，因为它们对环境、健康和饮食有益。为减轻全球食品消费的生态负担，消费者将越来越倾向于食用肉类替代饮食。研究表明，替代蛋白质和未来食物的灵活饮食有助于食品系统的可持续性。替代食品将很快作为良好的营养来源发挥重要作用，表明它们具有重要的开发 价值。
Plant proteins, insects, edible mushrooms and algae: more sustainable alternatives to conventional animal protein
Álvaro Javier Pastrana-Pastranaa, Raúl Rodríguez-Herreraa, José Fernando Solanilla-Duqueb, Adriana Carolina Flores-Gallegosa*
aDepartamento de Investigación en Alimentos, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Coahuila, Saltillo 25280, México
bDepartamento de Agroindustria, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad del Cauca, Popayán 190002, Colombia
*Corresponding author.
Abstract
The world population is projected to be over 9 billion by the year 2050, which poses a major challenge in terms of food security. It is essential to develop and produce protein foods that are more efficient and sustainable than animal protein to ensure future food security. Several options have been studied, including promising protein alternatives such as plant sources, insects, edible mushrooms, and algae. Due to their resource efficiency and nutritional value, these alternatives could contribute to feeding the next generation. This paper reviews different approaches to alternative proteins, describes each alternative and analyzes the protein composition, and highlights the potential that each alternative protein source must address the challenge of food security.
Reference:
Pastrana-Pastrana A J, Rodríguez-Herrera R, Solanilla-Duque J F, et al. Plant proteins, insects, edible mushrooms and algae: more sustainable alternatives to conventional animal protein[J]. Journal of Future Foods, 2025, 5(3): 248-256. DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.07.04.
编辑：龚艺；责任编辑：孙勇
封面图片来源：摄图网
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