随着全球对可持续食品需求的不断增长，用植物蛋白替代动物蛋白已成为食品工业的重要趋势。其中，植物基奶酪市场潜力巨大，预计到2031年将达到1130亿美元。然而，用植物蛋白（如扁豆、面筋等）替代传统奶酪中的酪蛋白，常常面临着质地（如过硬或易碎）、熔融性（加热时难以均匀软化流动）和感官品质上的挑战。许多市售植物基奶酪还存在营养不均衡的问题，例如蛋白质含量较低而饱和脂肪含量较高。因此，深入理解不同植物原料之间的相互作用，开发出既能模拟传统奶酪质地口感、又营养均衡的无乳奶酪配方，是当前食品科学领域一个紧迫且重要的课题。
为了攻克这些难题，来自爱尔兰Teagasc食品研究中心的Elham Alehosseini、Paul L.H. McSweeney、Paul D. Cotter和Song Miao研究团队，开展了一项开创性的研究。他们首次将豆科来源的扁豆蛋白和谷物来源的面筋蛋白进行组合，构建了一个互补的蛋白体系，并系统研究了该体系在无乳奶酪中的应用潜力。研究论文《Physicochemical and Textural Optimization of Plant-Based Cheese Using Lentil–Gluten Protein Systems》已发表在食品科学领域的知名期刊《LWT》（Food Science and Technology）上。
研究者们为了达成目标，运用了几个关键的技术方法。首先，他们对核心原料（扁豆蛋白、面筋、改性木薯淀粉）进行了功能性表征，包括测定其溶胀能力、水分保持能力（WRC）、水溶性指数（WSI）和油脂结合能力（OHC）。其次，他们采用了基于中心复合设计的响应面方法学（RSM），设计了包含50种不同配方的实验，以系统建模和优化五种关键成分（蛋白质粉、油脂、壳聚糖、改性木薯淀粉、麦芽糊精）的用量对最终产品各项指标的影响。最后，他们对所有制备的奶酪样品进行了全面的仪器分析，包括测定其基本成分（水分、灰分、脂肪、蛋白质）、颜色参数、熔融性以及质地剖面分析（TPA），以客观评估产品的品质。
研究结果与结论
3.1. 植物蛋白和淀粉的功能分析
研究人员首先评估了各原料的功能特性。研究发现，改性木薯淀粉具有最高的溶胀能力（9.21 mL/g）和水分保持能力（WRC）（10.03 g/g），这表明它在形成奶酪基质的连续水合相、控制析水和增强凝胶硬度方面将发挥重要作用。相比之下，扁豆蛋白表现出最高的水溶性指数（WSI）（9.47%）和油脂结合能力（OHC）（0.61 g/g），意味着它能更均匀地分散并有助于稳定脂肪滴。面筋的WSI较低（2.32%），但其能形成弹性的网络结构。这些互补的特性为将它们组合使用提供了科学依据：扁豆蛋白贡献水分散的微粒结构和高持水性，而面筋提供网络弹性和连续性。
3.2. 水分、灰分、脂肪和蛋白质含量
通过对50种配方的分析，建立了成分含量的预测模型。水分含量与蛋白质、油脂、改性淀粉和麦芽糊精的含量呈显著的负线性关系，表明这些固体成分的增加会竞争性结合或排挤自由水。脂肪和蛋白质含量则分别与油脂和蛋白质粉的添加量直接正相关。线性模型能准确描述这些趋势（决定系数R2 = 0.95–0.99）。
3.3. 无乳奶酪替代品的颜色特征
产品的颜色（亮度L、红绿值a 、黄蓝值b）受到配方变量的显著影响。更高的蛋白质水平会降低L 值（使产品变暗），但增加a和b 值（增加红色和黄色色调），这反映了扁豆蛋白中的天然色素以及热加工过程中可能发生的美拉德反应。改性淀粉和麦芽糊精作为白色成分，可以提高L值，而油脂则会降低L 和a*值。
3.4. 熔融性
熔融性是奶酪的关键功能属性。本研究中产品的熔融性范围为1.20%至24%，与一些商业植物基奶酪相当，但远低于传统乳制奶酪。统计分析表明，蛋白质、油脂、壳聚糖和改性淀粉对熔融性有显著影响，且油脂与蛋白质、油脂与壳聚糖之间存在显著的交互作用。增加油脂含量能显著增强熔融性，而提高蛋白质和壳聚糖含量则会降低熔融性，因为它们增强了网络结构，限制了热诱导下的流动。
3.5. 质地剖面分析（TPA）
质地分析显示，蛋白质、壳聚糖和淀粉能显著增加产品的硬度、凝聚性和弹性。其中，蛋白质的影响最为显著。油脂对硬度有负面影响，但能提高熔融性。这些结果表明，通过调整配方，可以在一定程度上独立控制产品的质地（如硬度）和功能特性（如熔融性）。
配方优化与验证
基于响应面模型，研究团队设定优化目标：在固定纯蛋白质含量约25%的前提下，最大化脂肪含量和硬度，并将其它响应值约束在可接受范围内。最终得到的优化配方为：蛋白质粉28.31%（其中扁豆蛋白占66.7%，面筋占33.3%）、油脂20%、壳聚糖1.5%、改性木薯淀粉9.99%、麦芽糊精2.03%。对该优化配方进行实验验证，其各项指标的实际测量值与模型预测值高度吻合，证实了模型的有效性和可靠性。
归纳与讨论
本研究首次对扁豆-面筋蛋白体系在无乳奶酪中的应用进行了整合性定量评估。其核心结论在于，通过将具有互补凝胶化途径、水合动力学及功能特性的扁豆蛋白与面筋蛋白相结合，并利用响应面法进行数据驱动的配方优化，可以成功制备出高蛋白、质地稳定、且熔融性得到改善的植物基奶酪。研究不仅提供了具体的优化配方，更重要的是阐明了各成分（蛋白质、油脂、多糖）之间复杂的相互作用如何共同调控最终产品的结构、质地和功能。例如，扁豆蛋白的高持水性和溶解性有助于形成均匀的微粒凝胶，而面筋蛋白则贡献了宏观的网络弹性和内聚力；油脂作为润滑剂和网络破坏者，在增强熔融性的同时，也可能削弱质地强度；壳聚糖和淀粉则通过增强网络交联和持水来调节质地。
这项工作的意义在于，它建立了一个可预测的、基于机理的配方设计框架，超越了传统的试错法。该框架能够指导开发营养均衡（如高蛋白）、结构稳定且感官吸引力强的无乳奶酪替代品。尽管本研究是在实验室规模进行的，且未评估产品的储存稳定性，但其提供的深入机理见解和数据模型，为后续的中试放大、工艺优化乃至商业化生产奠定了坚实的科学基础，对于推动植物基乳制品行业的创新发展具有重要的参考价值。
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