谷物醇溶蛋白與植物多酚的互作機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展

陳曉玲，管維良，施佩影，鄭平安，侯東園，孫志棟，張進(jìn)杰，蔡路昀,*

（1.浙江大學(xué)寧波研究院，浙江 寧波 315100；2.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 315800；3.寧波大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江 寧波 315300；4.大洋世家（浙江）股份公司，浙江 舟山 316022；5.海力生集團(tuán)有限公司，浙江 舟山 316021）

谷物醇溶蛋白是人體必需的營(yíng)養(yǎng)素，也是賦予相關(guān)產(chǎn)品獨(dú)特功能和品質(zhì)的關(guān)鍵食物成分，包括玉米醇溶蛋白、高粱醇溶蛋白、小麥醇溶蛋白和大麥醇溶蛋白等。谷物醇溶蛋白具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能特征，如固有的兩親性和可調(diào)的三維結(jié)構(gòu)、帶電荷的氨基殘基比例低、高脯氨酸含量、低水溶性、高醇溶性、優(yōu)異的氧氣阻隔性和高耐熱性、良好的生物相容性和生物降解性等，近年來(lái)已被廣泛用作生產(chǎn)納米纖維、納米顆粒、乳液、可生物降解的薄膜等。

植物多酚是植物自身產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物，是具有不同數(shù)量羥基芳香環(huán)化合物的統(tǒng)稱(chēng)，根據(jù)其碳架的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，植物多酚可分為類(lèi)黃酮類(lèi)、酚酸類(lèi)、單寧類(lèi)等。植物多酚由于具有良好的抗氧化、抗菌、抗炎、抗癌等特性而受到人們的廣泛關(guān)注。然而，這類(lèi)復(fù)雜的物質(zhì)從簡(jiǎn)單的酚類(lèi)分子到高度聚合的化合物都極易受到外界因素影響而發(fā)生變化，存在水溶性差、對(duì)光和熱敏感、胃腸道穩(wěn)定性差、生物利用度普遍較低的缺點(diǎn)。因此，很有必要通過(guò)一些手段保護(hù)植物多酚的生物活性和提高其生物利用度。

在食品工業(yè)中，蛋白質(zhì)和多酚極易在食品貯藏、運(yùn)輸和加工過(guò)程中發(fā)生相互作用，進(jìn)而影響兩者的結(jié)構(gòu)、功能及營(yíng)養(yǎng)特性。更好地了解蛋白質(zhì)和多酚的相互作用將有助于控制食品在加工、運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中蛋白質(zhì)-多酚復(fù)合物的功能和品質(zhì)變化。從機(jī)理上講，谷物醇溶蛋白質(zhì)可以通過(guò)非共價(jià)或共價(jià)相互作用與植物多酚形成復(fù)合物。非共價(jià)相互作用由可逆作用力介導(dǎo)，如氫鍵、疏水相互作用、離子鍵和范德華力；而共價(jià)相互作用是在堿性條件或酚氧化酶的催化下，兩個(gè)分子之間形成不可逆的穩(wěn)定共價(jià)鍵。盡管程度不同，但這兩種反應(yīng)機(jī)制都可能影響相互作用的蛋白質(zhì)和多酚的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致它們的營(yíng)養(yǎng)、功能和生物特性以及產(chǎn)品品質(zhì)變化。有研究表明蛋白質(zhì)-多酚的相互作用通常會(huì)降低酚類(lèi)物質(zhì)的生物利用度，也存在降低蛋白質(zhì)的溶解度和消化率的問(wèn)題。如Ozdal等發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)和多酚物質(zhì)的相互作用會(huì)掩蓋類(lèi)黃酮的抗氧化活性并降低其生物利用度。最近的研究表明蛋白質(zhì)和多酚物質(zhì)相互作用導(dǎo)致的有利或不利的影響主要取決于化合物本身以及外部環(huán)境和制備過(guò)程等。食品領(lǐng)域研究人員需要通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)-植物多酚進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)，調(diào)控其相互作用，以得到結(jié)構(gòu)或功能改善的蛋白質(zhì)-植物多酚。

全面了解谷物醇溶蛋白和植物多酚之間的相互作用及其功能屬性對(duì)于開(kāi)發(fā)和改進(jìn)具有生物活性的新型復(fù)合物以將其更好地應(yīng)用于食品和相關(guān)領(lǐng)域至關(guān)重要。因此，本文總結(jié)了谷物醇溶蛋白和植物多酚復(fù)合物的形成機(jī)制及其影響因素和復(fù)合物的功能屬性及其潛在應(yīng)用，以期為谷物醇溶蛋白和植物多酚的高值化利用、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及在食品和相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 谷物醇溶蛋白和植物多酚的互作機(jī)理

多酚與蛋白質(zhì)的相互作用常分為共價(jià)作用和非共價(jià)作用，其中，非共價(jià)作用為可逆作用力，主要包括氫鍵、疏水相互作用、靜電相互作用、二硫鍵、范德華力等，在很多情況下疏水相互作用和氫鍵是主要的非共價(jià)作用力；共價(jià)作用為不可逆作用力，可在酶或非酶條件下形成。自然界中存在的大多數(shù)蛋白質(zhì)-植物多酚是通過(guò)非共價(jià)結(jié)合形式存在的。Joye等發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇-小麥醇溶蛋白的結(jié)合主要通過(guò)疏水相互作用介導(dǎo)，與玉米醇溶蛋白的結(jié)合主要通過(guò)氫鍵介導(dǎo)。因此，盡管非共價(jià)蛋白質(zhì)-酚相互作用具有不穩(wěn)定的特征，但其在食品工業(yè)中起著至關(guān)重要的作用。

然而，由共價(jià)鍵形成的復(fù)合物更適合于食品領(lǐng)域的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂懈鼜?qiáng)和更持久的高穩(wěn)定性相互作用。如Liu Fuguo等使用堿處理方法生成比非共價(jià)體系具有更強(qiáng)抗氧化活性的玉米醇溶蛋白-表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）共價(jià)復(fù)合物。Zhu Xiangwei等發(fā)現(xiàn)當(dāng)小麥醇溶蛋白和單寧酸之間發(fā)生共價(jià)相互作用時(shí)，可以達(dá)到最佳的乳化效果。

圖1為蛋白質(zhì)和多酚非共價(jià)結(jié)合的機(jī)制。氫鍵是與一個(gè)電負(fù)性原子（例如N、O或S）共價(jià)結(jié)合的氫原子同另一個(gè)電負(fù)性原子之間的相互作用。酚基是極好的氫供體，它與蛋白質(zhì)的羧基形成氫鍵。疏水相互作用是非極性基團(tuán)與非極性基團(tuán)產(chǎn)生的較強(qiáng)作用力。蛋白質(zhì)-多酚的非共價(jià)復(fù)合物由蛋白質(zhì)的疏水氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、酪氨酸、半胱氨酸和色氨酸）殘基與多酚的非極性芳香環(huán)相互作用形成。

圖1 蛋白質(zhì)-酚類(lèi)通過(guò)氫鍵（A）和疏水相互作用（B）非共價(jià)結(jié)合機(jī)制[12,18-19]Fig. 1 Mechanisms of non-covalent protein-phenolic binding by hydrogen bonding (A) or hydrophobic interaction (B)[12,18-19]

圖2和圖3分別為蛋白質(zhì)和多酚酶促共價(jià)結(jié)合和自由基接枝共價(jià)結(jié)合的機(jī)制。植物多酚具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性，極易被氧化成相應(yīng)的半醌和醌，蛋白質(zhì)-植物多酚常用的共價(jià)結(jié)合方法主要包括自由基接枝法、堿處理法、酶催化法等。堿性反應(yīng)是多酚類(lèi)物質(zhì)與蛋白質(zhì)結(jié)合常用的非酶方法之一。多酚在堿性條件下氧氣存在時(shí)容易氧化形成半醌自由基，隨后重新排列成醌。這些活性中間產(chǎn)物容易與蛋白質(zhì)側(cè)鏈中的親核殘基（甲硫氨酸、賴(lài)氨酸、色氨酸和半胱氨酸）反應(yīng)，因此，蛋白質(zhì)和多酚之間形成共價(jià)交聯(lián)從而生成穩(wěn)定的蛋白質(zhì)-多酚復(fù)合物。另外一種非酶法為自由基接枝法，抗壞血酸和過(guò)氧化氫常被用作氧化還原體系中的氧化劑，在氧化劑的作用下，多酚產(chǎn)生羥自由基，然后攻擊蛋白質(zhì)的某些基團(tuán)如氨基、巰基的氫原子，產(chǎn)生中間產(chǎn)物，再與多酚小分子共價(jià)結(jié)合。這種方法已被證明能夠簡(jiǎn)單、快速地結(jié)合蛋白質(zhì)和多酚。對(duì)于酶催化法，通常有多酚氧化酶、漆酶、酪氨酸酶等酶催化蛋白質(zhì)與多酚的共價(jià)結(jié)合，首先由單酚酶誘導(dǎo)單酚氧化成鄰二酚。隨后，在氧氣作用下，通過(guò)鄰苯二酚酶將鄰苯二酚轉(zhuǎn)化為鄰醌。另一方面，醌類(lèi)也可以由漆酶形成，醌能輕易地與蛋白質(zhì)鏈中的親核氨基酸殘基相互作用，形成交聯(lián)的蛋白質(zhì)或聚合物。也有研究表明在復(fù)合物系統(tǒng)中可能存在非共價(jià)作用和共價(jià)作用的協(xié)同或者拮抗作用。

圖2 通過(guò)堿性和酶促反應(yīng)的蛋白質(zhì)-酚類(lèi)共價(jià)結(jié)合機(jī)制[12,18-19]Fig. 2 Mechanism of covalent interactions between protein and phenolic compounds by alkaline or enzymatic method[12,18-19]

圖3 通過(guò)自由基接枝方法的蛋白質(zhì)-酚類(lèi)共價(jià)結(jié)合機(jī)制[12,18-19]Fig. 3 Mechanism of covalent interactions between proteins and phenolic compounds by free radical grafting method[12,18-19]

2 影響谷物醇溶蛋白和多酚相互作用的因素

許多因素會(huì)影響谷物醇溶蛋白-多酚的相互作用及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，比如谷物醇溶蛋白、多酚的類(lèi)型以及制備復(fù)合物時(shí)所處的外部環(huán)境條件（蛋白質(zhì)和多酚的濃度、反應(yīng)溫度、pH值和離子強(qiáng)度等）。

2.1 蛋白質(zhì)和多酚的類(lèi)型

不同蛋白質(zhì)與多酚結(jié)合的能力不同。Bourvellec等闡述了蛋白質(zhì)和多酚的結(jié)構(gòu)對(duì)蛋白-植物多酚結(jié)合能力的影響，提出多酚與蛋白的結(jié)合能力取決于它們的分子質(zhì)量、構(gòu)象遷移率、柔性和水溶性，而蛋白質(zhì)結(jié)合多酚的能力與蛋白質(zhì)分子質(zhì)量大小、二級(jí)或三級(jí)結(jié)構(gòu)和氨基酸組成有關(guān)。王晨等利用熒光光譜法和傅里葉變換紅外光譜法研究了中性條件下黑豆皮中的花青素與小麥蛋白麥醇溶蛋白及麥谷蛋白的相互作用，結(jié)果表明，花青素與麥醇溶蛋白主要通過(guò)疏水相互作用結(jié)合，而花青素與麥谷蛋白主要通過(guò)范德華力和氫鍵作用結(jié)合。高瑾等發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白與單寧酸及EGCG之間通過(guò)氫鍵作用結(jié)合，玉米醇溶蛋白與沒(méi)食子酸以疏水相互作用結(jié)合形成復(fù)合物。

醇溶蛋白之間的氨基酸組成差異可能會(huì)對(duì)其與多酚的結(jié)合方式產(chǎn)生影響。例如，Joye等研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇與小麥醇溶蛋白的結(jié)合主要通過(guò)疏水相互作用介導(dǎo)，而與玉米醇溶蛋白的結(jié)合主要通過(guò)氫鍵介導(dǎo)。這是由于玉米醇溶蛋白具有比小麥醇溶蛋白更高的非極性氨基酸比例。因此，玉米醇溶蛋白和白藜蘆醇之間的相互作用比小麥醇溶蛋白和白藜蘆醇之間的相互作用更有利。化學(xué)改性會(huì)降低醇溶蛋白的疏水性，也會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)-多酚的相互作用方式發(fā)生改變。小麥醇溶蛋白和糖基化小麥醇溶蛋白均與白藜蘆醇具有很強(qiáng)的親和力。結(jié)合過(guò)程中的熱力學(xué)參數(shù)表明白藜蘆醇與小麥醇溶蛋白的結(jié)合作用主要由疏水相互作用驅(qū)動(dòng)，而與糖基化小麥醇溶蛋白的結(jié)合作用是由氫鍵作用驅(qū)動(dòng)。不同的加工條件也會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)-多酚之間的結(jié)合力不同。Byaruhanga等發(fā)現(xiàn)不同處理導(dǎo)致高粱醇溶蛋白薄膜拉伸強(qiáng)度增加的原因不同，熱誘導(dǎo)促使高粱醇溶蛋白形成二硫鍵，而單寧-高粱醇溶蛋白則通過(guò)氫鍵絡(luò)合。

2.2 蛋白質(zhì)和多酚的濃度

Prigent等認(rèn)為蛋白質(zhì)和植物多酚發(fā)生哪種類(lèi)型的相互作用主要取決于兩者的濃度比。蛋白質(zhì)-多酚相互作用過(guò)程中，蛋白質(zhì)上的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)（脯氨酸殘基）與多酚中的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)（酚羥基）是一定的，只有當(dāng)兩者的濃度比適合，即兩種結(jié)合位點(diǎn)的總數(shù)大體相等時(shí)，形成的絡(luò)合數(shù)量才是最多的。共價(jià)和非共價(jià)兩種相互作用方式均可通過(guò)多位點(diǎn)相互作用（一個(gè)蛋白質(zhì)分子與多個(gè)酚類(lèi)化合物結(jié)合）或多齒相互作用（多個(gè)蛋白質(zhì)位點(diǎn)或蛋白質(zhì)分子與一個(gè)酚類(lèi)化合物結(jié)合）導(dǎo)致復(fù)合物的形成。

唐艷等采用溶液共混的方法制備可食性丁香酚/高粱醇溶蛋白復(fù)合膜，分析不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)丁香酚對(duì)可食性高粱醇溶蛋白膜物理性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響并探討其變化機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著丁香酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，高粱醇溶蛋白分子間的疏水相互作用減弱，多酚類(lèi)物質(zhì)中的羥基與醇溶蛋白分子中的氨基結(jié)合形成的氫鍵占據(jù)主導(dǎo)。但當(dāng)丁香酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)4%后，蛋白分子周?chē)奂罅糠宇?lèi)物質(zhì)的羥基，打亂了原有醇溶蛋白分子間的有序排列，多肽鏈間的流動(dòng)性增大，膜內(nèi)部分子之間的交聯(lián)減弱。

2.3 反應(yīng)溫度

溫度可能會(huì)引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、配體溶解度和某些非共價(jià)鍵強(qiáng)度的變化，從而影響蛋白和多酚的相互作用。加熱會(huì)引起蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化，使蛋白質(zhì)分子內(nèi)的疏水基團(tuán)充分暴露，從而促進(jìn)其與疏水化合物的結(jié)合。在多酚類(lèi)化合物存在的條件下，蛋白質(zhì)暴露出的疏水基團(tuán)可與多酚類(lèi)化合物上的非極性基團(tuán)發(fā)生疏水相互作用。李春翼等研究發(fā)現(xiàn)加熱處理能對(duì)小麥醇溶蛋白以及蛋白與蘆丁的復(fù)合物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，80 ℃處理的復(fù)合物Zeta電位最高，液滴形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。這是因?yàn)樵诩訜徇^(guò)程中，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)-螺旋和-折疊中的氫鍵斷裂，形成無(wú)規(guī)卷曲，這就為多酚相互作用提供了新的絡(luò)合位點(diǎn)。據(jù)報(bào)道，熱加工也能誘導(dǎo)蛋白質(zhì)和多酚之間的共價(jià)相互作用。加熱時(shí)多酚發(fā)生氧化導(dǎo)致醌衍生物的形成。然而，這種方法可能導(dǎo)致多酚分解，失去其生物活性。Joye等研究發(fā)現(xiàn)在較低的處理溫度下，白藜蘆醇-玉米醇溶蛋白結(jié)合常數(shù)高于白藜蘆醇-小麥醇溶蛋白結(jié)合常數(shù)。白藜蘆醇-玉米醇溶蛋白結(jié)合常數(shù)隨著溫度的升高而降低，而白藜蘆醇-小麥醇溶蛋白結(jié)合常數(shù)隨著溫度的升高而升高。這是由于白藜蘆醇主要通過(guò)氫鍵與玉米醇溶蛋白結(jié)合，而通過(guò)疏水相互作用與小麥醇溶蛋白結(jié)合。綜上，了解某些蛋白質(zhì)-酚類(lèi)配偶的溫度依賴(lài)性相互作用將有助于開(kāi)發(fā)具有所需功能的相關(guān)食品。

2.4 pH值

在不同的pH值下，蛋白質(zhì)和多酚類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)特征都可能受到顯著影響。如由于玉米醇溶蛋白中谷氨酰胺脫酰胺為谷氨酸，通過(guò)傅里葉變換紅外光譜法測(cè)定發(fā)現(xiàn)在酸性和堿性條件下玉米醇溶蛋白樣品中-螺旋、-折疊和-轉(zhuǎn)角含量比在近中性條件下降低。蛋白質(zhì)-植物多酚相互作用產(chǎn)生的復(fù)合物沉淀對(duì)pH值敏感。在堿性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子發(fā)生變性和解離作用，與多酚結(jié)合的疏水性殘基暴露，蛋白質(zhì)與多酚的相互作用增強(qiáng)。蛋白質(zhì)-植物多酚在較低的pH值下結(jié)合能力更強(qiáng)，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在較低的pH值下解離后暴露出更多的結(jié)合位點(diǎn)。

此外，蛋白質(zhì)和多酚的表面電荷會(huì)隨pH值的變化而變化，從而影響谷物醇溶蛋白和多酚的相互作用類(lèi)型和復(fù)合物的特性。王啟明等采用熒光光譜探究不同pH值條件下槲皮素與小麥醇溶蛋白的相互作用，并對(duì)負(fù)載前后不同pH值條件下蛋白制備的Pickering乳液進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)pH 3.0條件下兩者的相互作用力主要是疏水相互作用，而在pH 5.0和pH 7.0條件下的作用力為氫鍵和范德華力。此外，Wang Qiming等研究了槲皮素與小麥醇溶蛋白在不同pH值（2.0～9.0）下的結(jié)合特性，發(fā)現(xiàn)在pH 2.0～4.0時(shí)，疏水相互作用是主要作用力，而在pH 5.0～9.0下，氫鍵和范德華力是主要作用力，pH 9.0時(shí)也存在共價(jià)相互作用。并推測(cè)pH 5.0可能是小麥醇溶蛋白和槲皮素結(jié)合的最適pH值。He Aijing等使用液-液分散法成功制備了負(fù)載EGCG的大麥醇溶蛋白納米顆粒。通過(guò)研究不同工藝條件對(duì)負(fù)載EGCG的大麥醇溶蛋白納米顆粒貯藏穩(wěn)定性和相互作用機(jī)理的影響，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)之間的疏水相互作用在等電點(diǎn)附近（pH 6.0～7.0）增強(qiáng)，導(dǎo)致蛋白顆粒發(fā)生聚集、粒徑顯著增加，且EGCG的穩(wěn)定性隨pH值的升高而降低；因此認(rèn)為酸性條件更適合將EGCG包裹在大麥醇溶蛋白納米顆粒中。

2.5 離子強(qiáng)度

蛋白質(zhì)溶液中的離子-偶極和離子-離子相互作用可根據(jù)離子強(qiáng)度而改變；較低的離子強(qiáng)度可能會(huì)保護(hù)靜電相互作用，而較高的離子強(qiáng)度可能會(huì)屏蔽聚合物電荷。Wang Qiming等研究表明鹽濃度對(duì)蛋白質(zhì)-多酚相互作用有顯著影響，添加NaCl可以通過(guò)靜電相互作用直接結(jié)合并屏蔽蛋白質(zhì)中的疏水位點(diǎn)，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)構(gòu)象變化。添加NaCl會(huì)破壞鏈間二硫鍵，減弱蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。Liu Fuguo等通過(guò)向系統(tǒng)中添加不同濃度的NaCl（0～500 mol/L）評(píng)估離子強(qiáng)度對(duì)納米顆粒穩(wěn)定性的影響，得出靜電排斥力是表面載有活性劑（鼠李糖脂）的玉米醇溶蛋白-EGCG納米顆粒的主要穩(wěn)定力。在低鹽濃度下，納米顆粒之間的靜電排斥力足以克服顆粒之間的范德華力吸引并防止聚集。但是，隨著鹽濃度的增加，靜電排斥力的強(qiáng)度逐漸降低。在臨界鹽濃度以上時(shí)，排斥相互作用不再足以克服引力的相互作用，從而導(dǎo)致聚集。

3 谷物醇溶蛋白-植物多酚復(fù)合物的功能屬性

蛋白質(zhì)與多酚類(lèi)化合物發(fā)生共價(jià)和/或非共價(jià)相互作用可以改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和疏水特性進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，如溶解性、乳化性、膠凝性、熱穩(wěn)定性等，也會(huì)影響植物多酚的生物活性和生物利用度等。本節(jié)將重點(diǎn)介紹谷物醇溶蛋白-植物多酚的乳化性、抗氧化活性和熱穩(wěn)定性。

3.1 乳化性

谷物醇溶蛋白由于本身的乳化特性常被作為食品工業(yè)的界面穩(wěn)定劑，其蛋白質(zhì)顆粒在水相和油相界面上的吸附可以形成一層牢固的膜，使表面張力降低，從而提高乳液的穩(wěn)定性。與生物聚合物和小分子表面活性劑相比，納米顆粒通過(guò)降低界面張力或形成黏性界面膜，使之具有更強(qiáng)的抗聚結(jié)穩(wěn)定性和對(duì)油-水界面的不可逆吸附性，這有助于提高復(fù)合乳液的物理穩(wěn)定性。因此，在分散相和連續(xù)相中具有適當(dāng)潤(rùn)濕性的納米顆粒可以通過(guò)在液滴界面提供物理屏障來(lái)充當(dāng)Pickering穩(wěn)定劑。三相接觸角和潤(rùn)濕性是影響乳液乳化過(guò)程中納米顆粒在油-水界面位置的關(guān)鍵因素。Tong Qiulan等以茶多酚納米顆粒為穩(wěn)定劑，亞麻籽油為油相，通過(guò)Pickering乳化制備包含活性物質(zhì)EGCG的茶多酚納米顆粒穩(wěn)定的新型抗氧化食品級(jí)高內(nèi)相Pickering乳液，通過(guò)一系列穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Pickering乳液表現(xiàn)出中等潤(rùn)濕性（三相接觸角約為90°，即此顆粒可以吸附在油-水表面并抑制油滴聚集）和高的物理穩(wěn)定性（乳化指數(shù)高達(dá)100%）。Zhou Bin等制備了一種由玉米醇溶蛋白-單寧酸納米顆粒穩(wěn)定的抗氧化Pickering乳液，發(fā)現(xiàn)乳液的聚結(jié)和乳液穩(wěn)定性依賴(lài)于顆粒濃度和玉米醇溶蛋白與單寧酸的比例，當(dāng)玉米醇溶蛋白體積分?jǐn)?shù)為0.3%且玉米醇溶蛋白和單寧酸的質(zhì)量比為1∶1時(shí)Pickering乳液表現(xiàn)出最佳的穩(wěn)定性。

有研究表明，共價(jià)聚合反應(yīng)可以提高乳液的乳化性，其應(yīng)用方式可通過(guò)增強(qiáng)生物聚合物吸附到油-水界面的趨勢(shì)，或提高生物聚合物包埋液滴的穩(wěn)定性來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如Zhu Xiangwei等通過(guò)反溶劑沉淀法制備小麥醇溶蛋白-單寧酸納米顆粒，證明單寧酸可以改善小麥醇溶蛋白納米顆粒的乳化性能，且當(dāng)小麥醇溶蛋白和單寧酸之間發(fā)生共價(jià)相互作用時(shí)，可以達(dá)到最佳的乳化效果。

3.2 抗氧化活性

多酚類(lèi)化合物具有很強(qiáng)的抗氧化活性，表現(xiàn)為能夠保護(hù)生物分子不被氧化、清除自由基和阻止活性氧生成。因此，抗氧化活性是多酚與蛋白質(zhì)結(jié)合后需要評(píng)估的最重要的特性之一。通常，多酚與蛋白質(zhì)結(jié)合后會(huì)保護(hù)甚至增強(qiáng)多酚類(lèi)物質(zhì)的抗氧化活性。如白藜蘆醇經(jīng)高粱醇溶蛋白-酪蛋白包封后的顆粒抗氧化活性高于未包封的白藜蘆醇，這是由于包封后白藜蘆醇的分散性提高以及高粱醇溶蛋白-酪蛋白納米顆粒提供的表面積增加促進(jìn)了多酚對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基的還原。Aytac等采用靜電紡絲法制備了槲皮素/-環(huán)糊精包合物包封的玉米醇溶蛋白納米纖維，通過(guò)DPPH自由基清除能力評(píng)價(jià)其抗氧化活性，證明其是一種快速高效的抗氧化納米纖維材料，且其抗氧化活性隨著槲皮素濃度增加而增加。Chang Chao等所制備包埋姜黃素的交聯(lián)羧甲基纖維素鈉-酪蛋白-玉米醇溶蛋白復(fù)合納米粒子也被證明具有很高的抗氧化活性。共價(jià)體系中的谷物醇溶蛋白-植物多酚具有比非共價(jià)體系復(fù)合物更高的抗氧化活性，Liu Fuguo等使用堿處理方法制備得到的玉米醇溶蛋白-EGCG共價(jià)體系比在中性條件下簡(jiǎn)單混合制備的非共價(jià)體系具有更強(qiáng)抗氧化活性。不同的植物多酚組合或許對(duì)其醇溶蛋白-植物多酚復(fù)合物具有協(xié)同的抗氧化活性作用。例如Liu Fuguo等使用2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)（2,2-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）陽(yáng)離子自由基清除活性測(cè)定法確定了不同納米顆粒的抗氧化活性，結(jié)果表明負(fù)載質(zhì)量比為1∶1的白藜蘆醇和姜黃素納米顆粒表現(xiàn)出最高的抗氧化活性（ABTS陽(yáng)離子自由基清除率為87.7%），高于僅負(fù)載一種營(yíng)養(yǎng)素的納米顆粒的平均抗氧化活性（ABTS陽(yáng)離子自由基清除率為79.3%），證明在組合納米顆粒中姜黃素和白藜蘆醇具有協(xié)同的抗氧化作用。

3.3 熱穩(wěn)定性

有研究表明，蛋白與多酚類(lèi)化合物的相互作用可改善蛋白質(zhì)在多種系統(tǒng)中的熱穩(wěn)定性。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)引入分子間和分子內(nèi)作用力，與酚類(lèi)物質(zhì)的非共價(jià)或共價(jià)結(jié)合提高了蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。Chuacharoen等研究不同加工溫度對(duì)姜黃素-玉米醇溶蛋白納米顆粒物理和化學(xué)穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)負(fù)載姜黃素的玉米醇溶蛋白納米顆粒在熱處理過(guò)程中表現(xiàn)出很強(qiáng)的穩(wěn)定性。Li Sen等制備了大麥醇溶蛋白-槲皮素-殼聚糖混合納米纖維薄膜，通過(guò)理化分析發(fā)現(xiàn)熱處理可以通過(guò)降低結(jié)晶度、減少表面吸附的羥基數(shù)量并增強(qiáng)混合納米纖維薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性來(lái)提高納米材料薄膜的耐水性；因此他們認(rèn)為熱處理可能是提高蛋白質(zhì)基納米纖維耐水性的有效方法。Zhang Shuangling等通過(guò)低溫長(zhǎng)時(shí)間滅菌（63 ℃、30 min）和高溫短時(shí)間滅菌（95 ℃、10 min）評(píng)估了熱處理對(duì)負(fù)載EGCG的雙Pickering乳液液滴尺寸和乳液微觀結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)高溫短時(shí)間滅菌處理比低溫長(zhǎng)時(shí)間滅菌處理影響更小。

谷物醇溶蛋白熱穩(wěn)定性的提高也可以通過(guò)與植物多酚共價(jià)結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常共價(jià)復(fù)合物比非共價(jià)復(fù)合物具有更高的熱穩(wěn)定性。Liu Fuguo等使用差示掃描量熱法比較了由玉米醇溶蛋白和多酚簡(jiǎn)單混合形成的非共價(jià)配合物與通過(guò)堿性處理制備的玉米醇溶蛋白和多酚共價(jià)結(jié)合物的熱力學(xué)行為，結(jié)果表明玉米醇溶蛋白-EGCG共價(jià)復(fù)合物的熱變性溫度明顯高于玉米醇溶蛋白-EGCG非共價(jià)復(fù)合物，說(shuō)明該多酚與玉米醇溶蛋白的聚合增加了其熱穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究證明與多酚的結(jié)合可以提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，且玉米醇溶蛋白-植物多酚共價(jià)復(fù)合物比玉米醇溶蛋白-植物多酚非共價(jià)復(fù)合物具有更高的熱穩(wěn)定性和抗氧化活性。

4 蛋白-多酚復(fù)合物在食品相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用

4.1 乳液

乳液系統(tǒng)可以分為常規(guī)乳液、多重乳液、納米乳液、Pickering乳液。小分子質(zhì)量表面活性劑或水-油兩親聚合物通過(guò)降低界面張力或形成黏彈性界面膜來(lái)穩(wěn)定乳液液滴，在工業(yè)上已被長(zhǎng)期使用。醇溶蛋白能夠通過(guò)反溶劑法形成球形顆粒，并且形成的顆粒具有不同的表面電荷和表面疏水性；然而用醇溶蛋白顆粒制備的乳液在接近其等電點(diǎn)的酸堿度下會(huì)發(fā)生乳析和聚結(jié)，最終導(dǎo)致乳液不穩(wěn)定。酚類(lèi)物質(zhì)被廣泛用于抑制乳液的脂質(zhì)氧化。谷物醇溶蛋白和植物多酚的天然絡(luò)合作用可以調(diào)節(jié)醇溶蛋白顆粒的自組裝行為，提高醇溶蛋白納米顆粒的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高乳液的抗氧化性能。

添加谷物醇溶蛋白和植物多酚制備乳液的特性可賦予各種食品和生物活性傳遞系統(tǒng)良好的性能。Xiao Jie等制備的由高粱醇溶蛋白納米粒子穩(wěn)定的水包油乳液具有相對(duì)較高的穩(wěn)定性，可用于姜黃素的控制釋放，表明基于谷物蛋白的Pickering乳液具有一定穩(wěn)定水包油乳液產(chǎn)品的潛力。Zhao Zijun等制備了沒(méi)食子酸-玉米醇溶蛋白納米粒子，并將其用作Pickering乳液液滴的界面穩(wěn)定劑。谷物醇溶蛋白和植物多酚制備的乳液中顆粒層通過(guò)物理屏障效應(yīng)防止相鄰乳液液滴聚結(jié)，并通過(guò)脂質(zhì)氧化抑制劑擴(kuò)散來(lái)延緩脂質(zhì)氧化，因此，能確保其長(zhǎng)期的化學(xué)穩(wěn)定性。

4.2 薄膜

醇溶蛋白基可食用薄膜一直受到研究者的關(guān)注。有研究報(bào)道玉米醇溶蛋白膜具有優(yōu)異的成膜性和阻氣性。當(dāng)玉米醇溶蛋白在酸性條件下干燥時(shí)會(huì)形成帶孔的薄膜，該膜由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組成，疏水相互作用使玉米醇溶蛋白薄膜保持完整性，但這些相互作用也導(dǎo)致玉米醇溶蛋白薄膜具有脆性且缺乏柔韌性。由于多酚類(lèi)化合物的親水基團(tuán)能減弱玉米醇溶蛋白分子之間的疏水相互作用，這有助于提高其遷移率，因此可以通過(guò)添加多酚類(lèi)化合物使玉米醇溶蛋白基薄膜具有更大的柔韌性，從而解決薄膜的脆性和缺乏柔韌性問(wèn)題。

Emmambux等在高粱醇溶蛋白的薄膜中摻入單寧酸后，發(fā)現(xiàn)薄膜的拉伸強(qiáng)度增加，表明蛋白質(zhì)-多酚薄膜具有抗塑化作用。這是由于單寧酸中的大量羥基與蛋白質(zhì)結(jié)合非常緊密，從而降低了它們?cè)谀せ|(zhì)中的移動(dòng)性。還有研究發(fā)現(xiàn)，添加4%丁香酚可優(yōu)化可食性高粱醇溶蛋白-丁香酚復(fù)合膜的機(jī)械性能，提升膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，增強(qiáng)膜的光阻隔性能。槲皮素通過(guò)與高粱醇溶蛋白間的相互作用顯著改善了高粱醇溶蛋白-槲皮素薄膜的機(jī)械性能，降低了膜的水蒸氣透過(guò)率、水溶性和透明度，從而形成了更致密的薄膜結(jié)構(gòu)。高粱醇溶蛋白-槲皮素薄膜可通過(guò)抑制微生物的生長(zhǎng)、減少揮發(fā)性鹽基氮含量和降低油脂過(guò)氧化值來(lái)有效抑制鱈魚(yú)肉變質(zhì)、延長(zhǎng)鱈魚(yú)片的保質(zhì)期。同樣，Zhan Fuchao等發(fā)現(xiàn)，不同濃度的銀納米粒子/單寧酸/玉米醇溶蛋白靜電紡絲膜具有一定的抗菌、抗氧化和催化能力，這為開(kāi)發(fā)延長(zhǎng)易腐食品貨架期的活性包裝提供了參考。

4.3 遞送系統(tǒng)

谷物醇溶蛋白因其良好的生物相容性和生物降解性以及對(duì)生物活性物質(zhì)（如白藜蘆醇和姜黃素）的強(qiáng)親和力而被廣泛用于構(gòu)建遞送系統(tǒng)。目前已有各種疏水性生物活性物質(zhì)被封裝成醇溶蛋白顆粒的研究。由于強(qiáng)烈的疏水相互作用和氫鍵，生物活性物質(zhì)可迅速遷移到醇溶蛋白顆粒中。與單個(gè)醇溶蛋白相比，基于醇溶蛋白的二元/三元復(fù)合物在物理化學(xué)性質(zhì)上更穩(wěn)定，對(duì)白藜蘆醇、姜黃素、槲皮素等植物多酚化合物具有保護(hù)作用。在遞送過(guò)程中，基于醇溶蛋白的復(fù)合物不僅可增加疏水性物質(zhì)的溶解性，還可提高植物多酚的穩(wěn)定性。將化合物封裝在合適的遞送系統(tǒng)中，可以在食品加工過(guò)程中更好地保護(hù)生物活性成分以避免其發(fā)生酶解及化學(xué)或物理分解。例如，負(fù)載白藜蘆醇的玉米醇溶蛋白-殼聚糖復(fù)合物與單獨(dú)的白藜蘆醇相比，其抗氧化活性顯著提高，這是由于白藜蘆醇與玉米醇溶蛋白中具有抗氧化活性的氨基酸（即亮氨酸、組氨酸和脯氨酸）發(fā)生協(xié)同作用，因此玉米醇溶蛋白納米顆粒的抗氧化能力是白藜蘆醇和玉米醇溶蛋白結(jié)構(gòu)中具有抗氧化活性的氨基酸共同作用賦予的。Chen Shuai等研究發(fā)現(xiàn)透明質(zhì)酸的摻入使得玉米醇溶蛋白-透明質(zhì)酸-槲皮素復(fù)合物中槲皮素的釋放速率比玉米醇溶蛋白-槲皮素復(fù)合物中的槲皮素釋放速率慢得多，并且槲皮素的累計(jì)釋放率從57.90%（玉米醇溶蛋白-槲皮素）增加到59.74%（玉米醇溶蛋白-透明質(zhì)酸-槲皮素）。這是由于透明質(zhì)酸與玉米醇溶蛋白納米顆粒的緊密結(jié)合可以增強(qiáng)對(duì)槲皮素的保護(hù)作用，且透明質(zhì)酸和玉米醇溶蛋白在控制槲皮素的釋放上具有協(xié)同作用。

此外，使用特殊的顆粒材料可以在食品加工過(guò)程中或在胃腸道中以受控的甚至靶向的方式釋放被包埋的組分。Khan等成功制備了負(fù)載白藜蘆醇的空心玉米醇溶蛋白-殼聚糖顆粒，其貯藏穩(wěn)定性和消化穩(wěn)定性得到顯著提高，白藜蘆醇的包封率和裝載量也有所提高，并增加了其DPPH自由基清除能力。此外，負(fù)載后的白藜蘆醇可在體外持續(xù)釋放，證明了空心玉米醇溶蛋白復(fù)合顆粒可作為白藜蘆醇在功能性食品開(kāi)發(fā)中的有效遞送系統(tǒng)。Liu Fuguo等使用反溶劑沉淀法制備了載有姜黃素和白藜蘆醇的鼠李糖脂涂層玉米醇溶蛋白-EGCG納米顆粒，通過(guò)環(huán)境穩(wěn)定性測(cè)試實(shí)驗(yàn)證明，由于靜電排斥力的存在，納米顆粒改善了姜黃素在較強(qiáng)酸堿環(huán)境下和白藜蘆醇在紫外線照射條件下的化學(xué)穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究證明了將白藜蘆醇和姜黃素共同包封在混合膠體遞送系統(tǒng)中可以改善其穩(wěn)定性和生物利用度。Qiu Chaoying等發(fā)現(xiàn)醇溶蛋白和糖基化醇溶蛋白均可與白藜蘆醇形成納米復(fù)合物，且經(jīng)胃腸道消化后白藜蘆醇具有較高的保留率，表明納米復(fù)合物可有效提高胃腸消化過(guò)程中白藜蘆醇的穩(wěn)定性。通過(guò)測(cè)定脂肪氧化產(chǎn)物過(guò)氧化氫和己醛在乳液中的含量來(lái)評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)-白藜蘆醇復(fù)合物在乳液體系中的抗氧化能力，結(jié)果證明基于醇溶蛋白的遞送系統(tǒng)可以將生物活性化合物應(yīng)用于食品乳液體系中，能有效地減輕乳液中脂肪的氧化。通過(guò)自組裝制備的可降解天然高分子納米載體在藥物及營(yíng)養(yǎng)素遞送方面受到越來(lái)越多的關(guān)注。如梁宏閃構(gòu)建了一種能提高納米粒子穩(wěn)定性和功能性并實(shí)現(xiàn)高效靶向遞送的多功能玉米醇溶蛋白基遞送系統(tǒng)。此外，Liang Hongshan等通過(guò)堿處理制備了基于多酚氧化偶聯(lián)組裝的新型多功能涂層玉米醇溶蛋白納米粒子，該遞送系統(tǒng)的釋放行為是由低pH值和細(xì)胞內(nèi)高谷胱甘肽雙重刺激觸發(fā)的，涂層由有機(jī)配體（多酚）在堿性條件下氧化自聚合形成，可在酸性pH值下生物降解；高水平的細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽也可以誘導(dǎo)多酚涂層的生物降解，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的抗癌藥物釋放，并且該玉米醇溶蛋白納米粒子顯示出緩釋行為。因此包封這種多酚類(lèi)化合物的玉米醇溶蛋白納米粒子可作為生物醫(yī)藥領(lǐng)域中有效的控釋和遞送載體。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文綜述了谷物醇溶蛋白質(zhì)與植物多酚相互作用的機(jī)理和影響因素，以及谷物醇溶蛋白質(zhì)-植物多酚復(fù)合物的功能屬性，特別是乳化性、熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。還討論和評(píng)價(jià)了谷物醇溶蛋白質(zhì)-植物多酚復(fù)合物在乳液、薄膜和遞送系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用。蛋白質(zhì)和多酚的相互作用主要由自非共價(jià)作用或共價(jià)作用介導(dǎo)。此外，蛋白質(zhì)-多酚的相互作用很大程度上取決于蛋白質(zhì)和多酚的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型以及外部環(huán)境條件（蛋白質(zhì)和多酚的濃度、反應(yīng)溫度、pH值和離子強(qiáng)度等）。總地來(lái)說(shuō)，谷物醇溶蛋白質(zhì)-植物多酚復(fù)合物具有更好的乳化性能、更高的抗氧化活性和熱穩(wěn)定性，可用作新型食品添加劑以改善食品的功能性和品質(zhì)。谷物蛋白質(zhì)和植物多酚作為食品基質(zhì)中共存的兩種重要成分，二者的相互作用機(jī)理還需繼續(xù)深入研究，同時(shí)挖掘其特征和功能，并使用新穎的表征方法闡明復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，這可能有助于優(yōu)化同時(shí)含有谷物蛋白質(zhì)和植物多酚化合物食品的加工條件，并有助于開(kāi)發(fā)新的具有更高營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和有益人類(lèi)健康的食品。此外，還可以對(duì)谷物醇溶蛋白-植物多酚復(fù)合物在模擬胃腸道內(nèi)的降解和生物利用度進(jìn)行分析研究，對(duì)不同類(lèi)型的復(fù)合物在封裝、保護(hù)和釋放植物多酚方面的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行探討，進(jìn)而合理地選擇食品級(jí)膠體遞送系統(tǒng)，以提高疏水性保健食品的生物利用度。谷物蛋白質(zhì)-植物多酚類(lèi)復(fù)合物中，共價(jià)結(jié)合的復(fù)合物比非共價(jià)復(fù)合物具有更高的穩(wěn)定性，作為食品添加劑或遞送系統(tǒng)會(huì)更具有應(yīng)用前景，未來(lái)可以廣泛研究共價(jià)復(fù)合物的結(jié)合機(jī)制和潛在應(yīng)用。同時(shí)，還可以研究谷物蛋白質(zhì)-植物多酚類(lèi)復(fù)合物的品質(zhì)以及加工、貯存期間穩(wěn)定性的變化等方面，制備具有良好品質(zhì)特征和感官屬性并具有特定功能的谷物蛋白質(zhì)-植物多酚類(lèi)復(fù)合物，以提高商品的商業(yè)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。