食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物在食品應用中的研究進展

丁 儉，黃禎秀，楊夢竹，黃永超，馬樹林，方 勇

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，江蘇 南京 210023）

蛋白水解物/多肽和糖類物質是食品功能原料兩類重要的食源性生物大分子，具有來源豐富、營養價值高、開發潛力大的優勢。近年來，基于食源蛋白水解物/多肽和糖類物質之間通過共價或非共價作用形成的復合物，因其分子結構特殊、營養功能突出和生物相容性好等特點對食品的加工品質、功能特性和營養健康功效具有重要影響；同時Tamura等[1]的報道揭示了蛋白多肽-糖類復合物與營養健康之間具有關聯性，對改善機體功能具有重要作用，因此，相關研究在食品領域備受關注。

蛋白水解物的出現主要是由于大多數天然蛋白質在實際應用中不能表現出較好的理化和功能特性，需要通過可控酶解技術打斷蛋白質分子間部分肽鍵，得到含有一系列不同分子質量的蛋白水解物、多肽和游離氨基酸。蛋白經過可控酶解降低了分子質量，增加了表面電荷，使蛋白結構部分展開，暴露氨基酸疏水基團，改善了蛋白質結構、功能和生物活性[2]。研究表明，與蛋白質相比蛋白水解物/多肽一般由2～20 個氨基酸殘基組成，分子質量小于6000 Da，有良好的溶解性、乳化性、滲透壓、高消化率和抗氧化性等[3]。食源蛋白水解物/多肽雖然具有良好的功能特性，但仍存在乳化能力不強、形成乳液界面不穩定、功能營養應用受限等問題，研究發現通過與糖類物質相互作用可以對蛋白水解物進行改性[4]。目前制備蛋白-糖類共價復合物的方法主要通過酶法和化學法合成，在食品加工中美拉德反應實用、簡單、高效，是形成蛋白-糖類物質共價復合最常見的方法之一[5-7]。而且美拉德反應可以自然發生，不需要添加其他成分，在改善食品穩定性、風味和色澤的同時可提高蛋白水解物的乳化性、凝膠性和抗氧化活性等功能性質，且形成的共價鍵比靜電結合的非共價鍵更穩定。相比于蛋白-糖類物質形成的共價復合物，蛋白水解物/多肽與糖類物質形成的復合物分子質量更小、共價效率更高、功能營養特性更好，也具有穩定易被胃腸道消化分解的生物活性化合物等作用。此外，其抗氧化、抗炎、抗菌和免疫調節等生物活性更好，在包埋和遞送體系中具有很好的應用前景。雖然美拉德反應產物益處諸多，但也有不可忽視的負面效應，需要對該反應進行適當控制，避免晚期糖基化終產物對人體造成的危害。

本文系統綜述食源蛋白水解物/多肽與糖類物質通過美拉德反應得到的共價復合物在食品研究中的相關研究進展，聚焦食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物的物化特性、分子結構、功能活性和產業應用方面進行綜述（圖1），主要包括：1）食源蛋白水解物/多肽與糖類物質與蛋白-糖類物質發生美拉德反應機制的區別與制備方法；2）食源蛋白水解物/多肽-糖類共價復合物的結構特征和功能特性，如在溶解性、乳化性、起泡性和凍融穩定性方面的優勢；3）食源蛋白水解物/多肽-糖類共價復合物的生物活性，如抗氧化性、抗炎、抗菌、調節腸道菌群、抗骨質疏松、提高免疫力等；4）食源蛋白水解物/多肽-糖類共價復合物在食品、醫藥行業中的潛在應用，如風味物質的調控、遞送體系構建、提高生物利用度、可食用膜/涂層制備等。本文概述食源蛋白水解物/多肽與糖類美拉德反應產物在食品領域的研究及應用進展，并展望其未來發展方向，為食品工業中新型食品資源挖掘利用提供理論指導，對促進其在功能食品開發與產業應用方面具有一定的意義。

圖1 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物在食品研究中的功能特性和應用Fig.1 Functional properties and applications in food research of food-derived protein hydrolysates/peptides-saccharide Maillard reaction products

1 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質來源

1.1 美拉德反應中食源蛋白水解物/多肽的來源

美拉德反應中食源蛋白水解物/多肽和糖類物質的來源如圖2所示，其中蛋白水解物/多肽主要通過化學水解和生物酶解技術獲得，在食品工業中化學水解由于反應強烈，故較少采用。常用條件溫和的生物酶法獲取，常見的蛋白酶主要有絲氨酸蛋白酶（胰酶、堿性蛋白酶、復合蛋白酶）、半胱氨酸蛋白酶（木瓜蛋白酶[8]、菠蘿蛋白酶）、酸性蛋白酶（胃蛋白酶[9]、米曲霉蛋白酶）、金屬蛋白酶（中性蛋白酶、風味蛋白酶）等[10]。食源植物蛋白和動物蛋白經蛋白酶酶解后經過離心、超濾、分離獲取蛋白水解物多肽。植物蛋白水解物來源主要包括豆類、谷類，動物蛋白水解物主要包括乳類、肉類、蛋類和水產類等。當前小分子蛋白肽的制備一般先通過蛋白酶酶解后進行活性肽組分粗分離，再聯合柱層析等分離純化技術制得，但分離純化系統存在成本高、樣品處理量小等缺點[11]。因此，現代食品加工大多使用蛋白質可控酶解技術得到水解物，通過控制水解條件和水解度，利用超濾技術獲得生物活性強、目標分子比例高的蛋白水解物/多肽，這些蛋白水解物/多肽相比于未水解的蛋白其功能營養特性、生物活性更好，可以拓寬蛋白的應用范圍并提高商品價值[12-13]。

圖2 美拉德反應中食源蛋白水解物/多肽與糖類物質的主要來源Fig.2 Major sources of food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides used in Maillard reaction

1.2 美拉德反應中糖類物質的來源

含有羰基的糖類物質都能與食源性蛋白質、蛋白水解物/多肽發生美拉德反應，如還原糖中的葡萄糖、果糖、半乳糖、乳糖和麥芽糖等，還有二糖、寡糖、多糖和多聚糖等。這些糖類物質的主要來源是谷類、薯類、根莖類、菌類、乳類等食物，如稻谷、小麥、馬鈴薯、木耳、水果、蔬菜、牛奶等。例如功能性好且應用廣泛的β-葡聚糖，其屬于纖維類多糖，存在于多種食物中，包括酵母、燕麥麩、大麥纖維、菌類、靈芝和藻類等，具有降血壓、降血糖、調節免疫力等作用[14-15]。此外，還有食用菌生物活性多糖、黃芩多糖、枸杞多糖等，具有抗衰老、抗腫瘤、抗病毒和增強免疫力等生物活性[16-18]，這些糖類物質與蛋白美拉德反應產物常應用于醫療保健和藥物開發。再如新興的益生菌胞外多糖主要來源于雙歧桿菌、植物乳桿菌等分泌到細胞外的次級代謝產物，其不同的單糖組成、支鏈結構使其具有不同功能，如抗氧化、抗炎、抗腫瘤、調節機體腸道菌群平衡等[19-21]，這些糖類物質在未來食品研究中具有極大潛力，其與蛋白、蛋白水解物/多肽產生的復合物在功能保健食品領域也具較大的發展空間。

2 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應的機制及影響因素

2.1 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應的機制

美拉德反應亦稱非酶褐變，反應的本質是糖類物質的羰基化合物和蛋白質氨基之間發生反應，該反應經歷縮合、聚合等復雜的化學過程最終生成棕色甚至黑色的大分子物質類黑精[22]。蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應的機制與蛋白和糖類物質反應機制基本相同，一般蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應也要經歷以下3 個階段（圖3）。

圖3 蛋白-糖類物質與蛋白水解物/多肽-糖類物質發生美拉德反應的途徑[23]Fig.3 Pathways of protein-saccharide and protein hydrolysates/peptides-saccharide Maillard reaction[23]

初級階段：風味前體物質形成。該階段主要包括羰氨縮合和分子重排反應。如蛋白水解度較低其反應機制與蛋白類似。若體系中有醛糖存在，則經Amadori重排生成中間體1-氨基-1-脫氧-2-酮糖；若有酮糖存在，則經Heyns重排形成中間體2-氨基-2-脫氧-1-醛糖。若在酸性條件下，重排產物會失去氨基酸或氨基形成3-脫氧糖酮的中間體；若在中性、弱堿性條件下形成1-脫氧糖酮中間體，在反應體系中中間體屬于不揮發性香味物質的前體成分，但不會對食品色澤和香味的變化產生影響。如蛋白水解物/多肽分子質量較小，會發生寡肽的斷裂、聚合再與糖類物質發生Amadori重排，但反應速率較快。

中間階段：風味物質的形成。此階段主要包括4 種反應：1）脫氧糖酮脫水形成呋喃型化合物。在pH≤7條件下，重排產物易發生1,2-烯醇化反應；在pH＞7且溫度較低條件下，重排產物易發生2,3-烯醇化反應。主要產物有糠醛、4-羥基-5-甲基-3(2H)-呋喃酮、4-羥基-2,5-二甲基-3-(2H)-呋喃酮和麥芽酚等。2）糖類物質裂解。美拉德反應混合物中糖類物質初級裂解主要是通過中間體脫氧糖酮的逆醛化反應，生成乙二醛、丙酮醛、丁二酮等風味產物。此外，可以通過糖類物質裂解產生α-二羰基化合物。3）氨基酸的Strecker降解。Strecker降解是羰基化合物在熱處理下和氨基酸發生轉氨基反應，氨基酸脫去羧基生成醛，同時產生CO2。4）氨基酸碎片和糖類物質碎片的縮合反應。糖類物質裂解和氨基酸的Strecker降解形成的不穩定碎片相互間反應形成更穩定的風味物質，如吡嗪、吡啶、噻唑、硫代烷、烷基硫醇等。

高級階段：以類黑素的形成為核心。中級階段生成的高活性化合物會進一步發生聚合反應生成含氮棕色聚合物，反應過程包括醇醛縮合、雜環化與醛胺聚合等，最終形成類黑素物質[24]。如小分子多肽可直接形成二酮哌嗪類、含硫化合物和有特殊風味的物質。

蛋白水解物與蛋白質均能與糖類物質經上述3 個階段發生美拉德反應，最大的區別是多肽相比大分子蛋白反應活性更高，而且蛋白水解物的營養消化特性更好，美拉德反應過程中能生成更多的類黑精物質，且在美拉德反應中多肽可以彌補蛋白-多糖美拉德反應產物的感官缺陷。孫常雁等[25]研究發現乳蛋白水解物多肽相比于乳蛋白，與葡萄糖發生美拉德反應后形成更多特殊的香味物質。Zhang Yuangang等[26]的研究也顯示，酪蛋白水解物與葡萄糖反應體系中，酪蛋白肽通過與葡萄糖的美拉德反應可直接形成揮發性風味化合物。越來越多的研究證明，由蛋白水解物/多肽與糖類物質制備的美拉德產物可顯著影響食品的風味特性[27]。雖然蛋白水解物/多肽與糖美拉德反應共價復合物可以對食品的風味和生物活性產生積極影響，但其負面影響仍然不容忽視。美拉德反應晚期終產物與糖尿病、慢性腎衰竭、心血管疾病以及神經疾病等病理過程密切相關。因此，應適當控制美拉德反應進程，減少有害物質的生產，降低美拉德反應晚期終產物帶來的健康風險。

2.2 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物的制備方法

蛋白質與糖類物質美拉德反應條件同樣適合制備蛋白水解物/多肽與糖類物質的美拉德反應產物，目前其主要通過濕熱法和干熱法兩種方法制備，這兩種方法對于反應物種類和反應溫度的要求不同（表1）。濕熱法是將反應物溶于去離子水或緩沖溶液中，混勻置于密閉裝置進行加熱反應，多用于小分子糖與蛋白的共價。濕熱法應用更廣，但受反應溫度、時間及體系pH值等因素影響較大。干熱法是將反應物分別溶解在水或緩沖溶液中，二者混合均勻后冷凍干燥，將粉末置于密閉容器中通過加熱進行反應。干熱法可使蛋白質或蛋白水解物的氨基保持非聚集狀態，且反應溫度低于蛋白質的變性溫度。干熱法反應后產物的褐變程度較低，并且反應產物便于儲藏。但干熱反應所需時間較長，通常需要2～3 周，反應條件嚴格且效率較低[28]。與干熱法相比濕熱法所需時間短、速度快，但反應所需的溫度較高，在高溫條件下蛋白或蛋白水解物容易發生聚集和變性使某些生物活性喪失；而且反應產物的褐變程度較高，雖然應用廣泛但在工業生產中仍存在一定缺陷[29]，目前有關干熱法制備蛋白水解物與糖類物質共價復合物的報道較少。

表1 食源蛋白水解物/多肽-糖類物質美拉德反應產物制備方法的比較Table 1 Comparison of the preparation methods of Maillard reaction products from food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides

美拉德反應共價復合物制備的研究較為成熟，隨著研究手段的不斷改進，一些新技術手段也被用于輔助美拉德反應的進行，如微波[44]、超聲[45]等技術。微波加熱作為一種新型的快速加熱技術在國內逐漸流行，并應用于食品熱加工，微波加熱可以在反應過程中有效降低營養物質的損失，減少焦糖化[46]。Zhao Chengbin等[47]利用超聲預處理促進蛋白質與糖類物質的美拉德反應，結果表明超聲預處理增加了氨基酸的利用率，豐富了反應過程中揮發性化合物的種類，使美拉德產物具有更高的接枝度和更多的膨脹結構，從而增強了其溶解性和乳化能力等。雖然這些技術會在一定程度上提高美拉德產物的功能特性，提高了反應速率，但其作用機理和反應動力學更為復雜，成本較高，在工業化、規?；纳a中仍需進一步降低能耗和成本。

2.3 影響食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應的因素

影響食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應因素如圖4所示，主要包括蛋白水解物/多肽種類、糖類物質分子結構、反應溫度、pH值、反應物比例和反應時間等[48]。反應物類型對美拉德反應速率影響占主導作用，一般認為，美拉德反應的速率與蛋白質/多肽的分子質量成反比，蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應的速率更高，主要是由于蛋白水解物/多肽經酶水解后分子質量降低，同時暴露的氨基酸基團數目增加。Dong Shiyuan等[49]研究發現酪蛋白肽-葡萄糖美拉德反應產物作為乳化劑在pH 3.0抗氧化活性高于pH 7.0時抗氧化活性，這可能是由于美拉德反應產物在pH 3.0時帶正電荷可有效排斥金屬陽離子起到抗氧化效果。Cerme?o等[50]分析了不同水解度的乳清蛋白與角叉菜膠發生美拉德反應對產物的影響，結果顯示，不同水解度的乳清蛋白水解物與角叉菜膠的比例會影響美拉德反應共價物的分子質量，但反應時間對共價程度影響不顯著。Chiang等[51]研究發現牛骨蛋白水解物與核糖美拉德反應過程中褐變程度和風味物質形成受蛋白水解度的影響，隨水解度的增加褐變程度增大，風味成分中起主要貢獻的吡嗪類、2-呋喃和苯甲醛等含量增加，這可能是因為更高的水解程度使小分子氨基酸含量增加，提供了更大比例的低分子質量多肽與核糖反應，促進了美拉德反應過程中類黑素和揮發性化合物的生成。所以如何調控美拉德反應的影響因素，最大化發揮其優勢，有效控制反應進程一直是該領域需要攻克的難題。

圖4 蛋白、蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應的影響因素Fig.4 Factors influencing Maillard reaction between proteins,protein hydrolysates/peptides and saccharides

2.4 食源蛋白水解物與糖類物質美拉德反應產物的結構表征

蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應形成的共價復合物需要對復合物分子質量和分子結構進行表征，證明兩者共價結合及結構的改變，最常見的表征方法主要包括：十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropheresis，SDS-PAGE）、體積排阻色譜（size exclusion column，SEC）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）、高效液相色譜串聯質譜（high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry，HPLC-MS/MS）、圓二色光譜和熒光光譜等。

共價復合物的形成首先對分子質量大小進行測定，SDS-PAGE和SEC是測定美拉德反應產物分子質量最常見的方法。He Wanying等[52]通過SDS-PAGE測定了玉米醇溶蛋白水解物與葡聚糖美拉德反應產物的分子質量，結果表明相比于未共價的玉米醇溶蛋白水解物分子質量，美拉德產物的低分子質量條帶數量減少，高分子質量條帶數量增加且條帶強度隨美拉德反應時間的延長而增加。Zha Fengchao等[53]也通過SDS-PAGE和SEC證實了美拉德反應中阿拉伯樹膠使豌豆蛋白水解物分子質量增加。Chiang等[51]同樣利用SECHPLC測定牛骨蛋白水解物與核糖美拉德反應產物的分子質量，結果表明在1000～5000 Da的低分子質量肽參與了美拉德反應，且反應后分子質量增加。

FTIR也被廣泛應用于分析蛋白質分子的共價鍵。利用紅外光譜分析共價復合物分子在振動-轉動過程中偶極矩的變化、吸收峰對應的波數和強度，反映化合物分子的結構變化。FTIR可以鑒定美拉德反應產物中蛋白質氨基和還原糖羰基之間形成的糖肽鍵，Zhao Tiantian等[54]通過FTIR表征鳀魚蛋白水解物與D-核糖發生美拉德反應后蛋白結構的變化，結果表明，鳀魚蛋白水解物的酰胺I區（1600～1700 cm－1，C＝O拉伸）最大吸收峰在1649 cm－1處，而反應后復合物的最大吸收峰在1652 cm－1處，酰胺I區最大吸收峰的位移說明蛋白質/肽的酰胺鍵C＝O和N－H發生美拉德反應，產物中具有新基團（Amadori化合物的C＝O、Schiff堿的C＝N等）。此外，1180～953 cm－1處特征吸收峰（對應C－C和C－O的伸縮振動和C－H鍵的彎曲振動）的位移都是由于核糖共價。由此可知，通過FTIR的酰胺I區肽鏈的C＝O伸縮振動、酰胺II區特征吸收的變化也可以表征美拉德反應產物蛋白二級結構的變化。Zhang Cheng等[55]利用FTIR表征殼聚糖添加所引起菜籽蛋白水解物二級結構的改變，其中α-螺旋含量增加，β-轉角和無規卷曲含量降低。另外，圓二色光譜也是用于表征美拉德反應產物結構的常用手段，Pan Yi等[56]研究乳清蛋白水解物與糊精的美拉德反應，圓二色光譜結果表明乳清蛋白水解物反應后β-折疊含量增加，α-螺旋和無規卷曲含量減少，主要是美拉德反應過程中涉及羰基和ε-氨基之間的縮合，導致α-螺旋結構含量降低。熒光光譜主要通過熒光強度和最大波長位移的變化說明氨基酸微環境的改變，進而表征蛋白水解物三級結構的變化，乳清蛋白水解物與半乳糖反應后最大發射波長由356.6 nm增加至362.6 nm，熒光強度增加，證明美拉德反應影響了大米蛋白水解物的三級結構[57]。

此外，還可以采用HPLC-MS/MS、核磁共振對復合物進行結構分析。Fu Yu等[58]研究氨基葡萄糖糖化對豬血漿蛋白水解物的結構修飾，采用HPLC-MS/MS分析表明在糖化蛋白水解產物中修飾位點主要位于賴氨酸和精氨酸殘基上。高效液相色譜法和離子色譜法等方法對于復雜樣品的分析效果不理想，且無法分離結構相似的Amadori與Heyns化合物，而HPLC-MS/MS極大提高了Amadori化合物定性及定量的準確度，因此得到廣泛應用[58]。雖然電噴霧電離質譜和基質輔助激光解吸電離質譜可以準確測定蛋白分子質量，但迄今為止，在鑒定糖化蛋白水解產物和分析美拉德反應的交聯程度信息很少，因此有待進一步研究。

3 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物的功能性質

3.1 溶解性

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物的功能性質如圖5所示，其中溶解性會直接影響食品的黏度、凝膠性、起泡性、乳化性等功能特性，而美拉德反應可提高蛋白水解物的溶解性，進而改善其功能特性，被認為是一種極具潛力的食源蛋白功能改性方法。蛋白水解物的溶解性也會受到糖類物質的影響，Li Yue等[59]利用葡萄聚糖與大米蛋白水解物進行美拉德反應，相對于未發生美拉德反應的蛋白水解物溶解度提高3.5 倍，同時乳化活性和乳化穩定性提升5～7 倍。Anzani等[60]評價了葡聚糖通過美拉德反應改善牛皮膠原基多肽的溶解性，結果表明共價復合物的溶解性與蛋白水解物分子質量的大小有關，小分子質量的蛋白水解物美拉德反應產物溶解性更好。溶解性的改善主要是美拉德反應使糖類物質修飾蛋白水解物，增加多肽分子上的親水羥基比例，從而使其溶解度得到顯著提升。通過美拉德反應提高蛋白水解物溶解性是其功能改性的有效途徑，探索精準控制食源蛋白水解物與糖類物質美拉德反應進程的方法，對提高其溶解性具有重要意義。

圖5 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物的功能性質和營養生物活性Fig.5 Functional properties and nutritional bioactivities of Maillard reaction products from food-derived protein hydrolysates/peptides and saccharides

3.2 乳化活性與乳化穩定性

部分食源蛋白經水解或過度水解后，蛋白水解的乳化穩定性降低，為改善蛋白水解物的乳化能力，利用糖類對蛋白水解物進行糖基化修飾，使得多糖更多親水基團接入蛋白水解物，改善蛋白水解物的乳化能力。糖類的共價可以促進疏水氨基酸的暴露和美拉德產物在油-水界面的吸附，提高乳化活性，因此美拉德反應產物可以作為一種新型的乳化劑[61-63]。齊明[64]對比研究了苦蕎蛋白水解物分別與葡萄糖、麥芽糊精和葡聚糖發生美拉德反應產物的區別，結果表明產物的乳化性與多糖分子質量有關，分子鏈較長的葡聚糖形成共價復合物乳化性最好，具有促進網狀結構形成提高液滴穩定性的作用。Zha Fengchao等[53]利用阿拉伯膠與豌豆蛋白水解物制備美拉德反應產物，有效提高了復合的表面疏水性和空間排斥力改善乳液穩定性。美拉德反應產物的乳化性也與蛋白水解物的水解程度有關。在對酪蛋白疏水肽-阿拉伯膠共價復合物的研究中發現，酪蛋白水解度越大形成復合物的乳化穩定性越低，因此要通過適當的酶解釋放蛋白水解物的柔韌性和表面活性[65]。此外，多糖與蛋白水解物的共價結合有助于水解物在油-水界面空間位阻的增強降低界面張力，提供高靜電斥力及空間位阻，同時大分子多糖的加入會提升乳化體系的黏度，從而降低液滴的遷移速率，減少油滴之間的碰撞、絮凝，從而提高乳液的乳化穩定性。He Wanying等[52]利用不同分子質量的葡聚糖增強玉米醇溶蛋白水解物的溶解性和界面吸附特性，結果顯示與2.5 kDa葡聚糖共價反應后乳化效果更好，葡聚糖的加入降低了玉米醇溶蛋白水解物在連續相中的聚集能力，復合物能在油滴周圍形成致密的剛性界面層結構增強穩定性。

3.3 起泡性

蛋白質/蛋白水解物的起泡性是指溶液中的蛋白質分子在空氣-水界面處的吸附能力及在界面處發生構象的重排，通過分子間相互作用形成黏彈性膜的能力。美拉德反應可以改善蛋白水解物的起泡性，Chen Kangni等[66]研究發現鱈魚皮膠原蛋白肽-木糖共價復合物起泡性和泡沫穩定性明顯增強，美拉德反應調節了多肽的親水親脂平衡，在氣泡周圍形成致密且較厚的薄膜，能夠捕獲空氣并能長時間保留在泡沫結構中。Seid等[65]研究也能得出類似結論，酪蛋白水解物-阿拉伯樹膠共價復合物表現出較高的發泡能力和穩定性，主要是由于阿拉伯樹膠能抑制酪蛋白水解物的聚集，促進結構展開易于形成水-空氣界面，增強起泡性和泡沫穩定性。多糖的結合不僅可以降低氣泡的大小，還可以增加體系中連續相的黏度和氣-水界面的黏彈性。此外，糖類物質的含量、分子質量、分子結構對復合物泡沫穩定性的提高也至關重要。目前，大部分研究仍集中在幾種常見糖類物質，新型功能性多糖應用較少，需要拓寬功能多糖原料的來源以豐富產品種類。

3.4 凝膠性和持水性

蛋白水解物相比于完整的蛋白質分子形成有規律的三維網狀結構凝膠性較弱，而蛋白水解物與糖類物質美拉德反應產物的凝膠性、持水性會有所提升。Zhang Xiuxiu等[57]研究表明乳清分離蛋白水解物與半乳糖發生美拉德反應共價復合物的持水能力要高于乳清分離蛋白與半乳糖形成的復合物，主要是由于部分水解的乳清分離蛋白增加了低分子質量的多肽片段，形成了均勻的蛋白質空間結構，提高了溶解性，同時肽鏈中親水性氨基酸殘基也有助于持水能力的提升。Fan Junfeng等[67]通過美拉德反應制備的大豆蛋白水解物與可得然膠共價復合物表現出較高的持水性和凝膠強度，主要是由于可得然膠降低了大豆蛋白水解物之間的排斥力，增加了復合物的溶解性進而改善凝膠強度。多糖等糖類物質的加入可以調節連續相的流變性及網狀結構，與蛋白水解物協同可影響凝膠特性，從而賦予新的食品質構。

3.5 凍融穩定性

冷凍是保持食品營養、感官特性、抑制微生物生長和延長食品貨架期的有效方式，美拉德反應產物是穩定乳液常見的乳化劑。研究表明，對蛋白質進行有限的水解和多糖接枝改性可以顯著提高其穩定乳液的凍融穩定性[68]。Wang Lixin等[69]研究發現，利用酪蛋白水解物-羧甲基殼聚糖形成的美拉德反應產物穩定納米乳液，經多次凍融循環粒徑分布仍保持均勻，主要由于蛋白質水解及多糖共價后球狀結構展開柔性增加，促進了黏彈性界面膜的形成，顯著增強納米乳液的凍融穩定性。Yu Jie等[68]制備大豆分離蛋白水解物-葡聚糖美拉德反應的共價復合物，發現大豆蛋白水解后構象變化使ε-氨基暴露，可有效促進水解物與葡聚糖之間的共價接枝，大大提高乳液界面層厚度進而增強乳液凍融穩定性。Zhang Anqi等[70]也驗證了葡聚糖含量對乳液凍融穩定性提高的作用，多糖在乳液界面可抑制冰晶生長，防止液滴聚集和相分離。因此，蛋白水解物與多糖的美拉德反應是一種提高乳狀液凍融穩定性的有效方式。目前大部分研究均以葡聚糖、羧甲基殼聚糖等常見多糖為主，對成膜性、生物相容性良好的糖類物質仍需進一步探索應用，從而達到理想要求以滿足食品加工需要。

4 食源蛋白水解物與糖類美拉德反應產物的營養生物活性

4.1 抗氧化

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應的產物類黑精，通常來源于烘焙食品、咖啡和奶酪等。有研究表明，其美拉德反應產物具有良好的抗氧化活性，在食品體系中主要體現在抑制脂質的氧化分解，機體內抗氧化活性體現在清除自由基、抑制活性氧產生和增強抗氧化酶活性等方面[71]。美拉德反應產物在油-水乳液體系中被報道具有較高的抗氧化活性，Megías等[72]發現葵花籽蛋白水解物與木糖美拉德反應產物可以改善乳液的氧化穩定性，具有螯合金屬離子作用，主要歸因于復合物富含羥基、吡咯或酮基，同時也具有較高的還原能力和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力。Saidi等[73]利用金槍魚骨蛋白水解物與乙酮糖進行美拉德反應，發現反應產物對DPPH自由基清除能力顯著提高。Li Yue等[59]研究發現酪蛋白肽-葡萄糖制備美拉德產物在乳化體系中可以防止自由基的形成，分解乳液界面活性氫過氧化物，且反應時間越長，對DPPH自由基清除活性越強，但螯合金屬離子能力下降，總體上也會促進脂質的氧化。因此，美拉德反應產物在食品乳化體系中是否會促進脂質氧化仍有待明確。

利用食品組分新型糖類物質與蛋白水解物功能特性結合可實現產品營養功能特性的創新，也是近幾年的研究熱點。研究表明，多種慢性疾病如動脈硬化、心血管疾病、糖尿病和癌癥等都與機體內氧化應激反應密切相關。蛋白水解物活性肽、功能性多糖及兩者形成的復合物具有清除自由基、抑制脂質過氧化、維持機體穩態的作用[74]。Zhang Xinliu等[75]研究發現乳清蛋白水解物與D-半乳糖發生美拉德反應，其產物相比于乳清蛋白與D-半乳糖產物具有更高的抗氧化活性，且在Caco-2細胞模型中有更高的滲透性，有助于細胞生長。Jiang Zhanmei等[76]研究發現酪蛋白肽與水溶性還原糖（核糖、半乳糖和乳糖）發生美拉德反應產物對DPPH自由基的清除能力和亞鐵還原能力較高，但半乳糖糖基化的酪蛋白肽對Caco-2細胞的生長有輕微的抑制作用，而核糖、乳糖基化的酪蛋白肽對Caco-2細胞無毒性。魚蛋白水解物與核糖美拉德反應產物可以通過增強谷胱甘肽的合成保護HepG2肝細胞抵御叔丁基過氧化氫誘導的氧化應激反應，其美拉德反應產物通過調控核因子E2相關因子2核轉位和細胞外信號調節蛋白激酶磷酸化，誘導II相酶血紅素氧合酶-1和γ-谷氨酰半胱氨酸連接酶的表達上調，顯著增加細胞氧化應激活力[77]。鯛魚鱗肽與木糖形成的美拉德產物也能夠顯著降低血清天冬氨酸轉氨酶和丙氨轉氨酶活性，降低小鼠肝臟內丙二醛和甘油三酯水平，抑制肝臟中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性的降低[78]。此外，一些天然存在的糖基化多肽也有清除DPPH自由基、降低低密度脂蛋白含量、抑制脂質過氧化、預防羥自由基誘導DNA損傷、延緩細胞衰老的作用[79-80]。以上研究表明，食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物可作為一種潛在的功能食品成分被推廣應用。

4.2 增強免疫、抗炎

近年來，研究者對食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物的生物活性進行開發，并不斷嘗試在醫藥領域應用。Saigusa等[81]研究發現鮭魚肌原纖維蛋白與海藻酸低聚糖形成的美拉德產物，經胃蛋白酶和胰蛋白酶逐步消化產生的糖肽對脂多糖誘導的RAW264.7巨噬細胞炎癥模型分泌的促炎因子一氧化氮、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α和白細胞介素（interleukin，IL）-6有顯著的抑制作用，并對TNF-α、IL-6、一氧化氮合酶和環氧化酶-2的mRNA表達產生抑制作用，表明鮭魚肌原纖維蛋白與海藻酸低聚糖美拉德產物的消化物具有成為一種抗炎食品功能因子的潛力。Xiang Jia等[82]也證實酪蛋白與乳糖、殼寡糖經美拉德反應得到的糖基化產物經胰蛋白酶水解后，酶解產物糖肽具有顯著的免疫調節活性。Karnjanapratum等[83]通過半乳糖和明膠蛋白水解物制備美拉德反應產物，當質量濃度為750～1500 μg/mL時對H2O2誘導的U937細胞DNA損傷有保護作用，DNA損傷降低約50%，而且有效抑制HepG2細胞抗氧化酶、超氧化物歧化酶和過氧化氫酶活性，減少RAW264.7細胞中促炎細胞因子（IL-1β和IL-6）和一氧化氮的產生，因此對氧化應激和炎癥反應表現出較高的生物活性潛能。此外，天然存在的糖肽如乳源酪蛋白巨肽、唾液酸糖肽等也能抑制免疫應激小鼠脾細胞的增殖、炎癥和過敏反應，調節免疫系統，也可調控蘇氨酸激酶和絲裂原活化蛋白激酶信號通路抑制RAW264.7巨噬細胞中核轉錄因子（nuclear transcription factor，NF）-κB的活性，起到抗炎作用[84]。

4.3 有益腸道菌群

食源蛋白水解物與糖類發生美拉德反應后會對蛋白水解物和多肽的消化性產生影響，可能改變其結腸發酵特性及菌群結構，進而影響腸道健康[4]。Zhang Zuoyong等[85]利用大豆多肽與D-木糖制備美拉德反應產物，結果顯示反應產物可以提高腸道菌群的豐富度和多樣性，改善微生物群落結構，對乳酸菌、雙歧桿菌等有益菌均有促進作用并有效抑制致病菌生長，同時可改善氧化應激、認知障礙和全身炎癥的作用。美拉德反應產物也會影響結腸發酵，Jin Weiya等[86]探討了低聚半乳糖與魚肽的美拉德反應產物對大鼠結腸中總短鏈脂肪酸含量、丁酸和丙酸水平的影響，結果顯示反應產物顯著增加了總短鏈脂肪酸含量以及丁酸和丙酸水平，降低了糞便中氨的產量，改變了結腸菌群，使厭氧菌弧菌和普雷沃氏菌屬的相對豐度升高，Alloprevotella和霍爾德曼氏菌的相對豐度降低，提高了盲腸乳酸桿菌數量和發酵強度，證明糖化作用改善了魚肽的可發酵特性，對大鼠的腸道菌群具有正向調節作用。類似地，鳀魚蛋白水解物與葡萄糖美拉德反應產物增加了雄性小鼠擬桿菌的相對豐度，降低了厚壁菌相對豐度，顯著提升雌性和雄性小鼠糞便中丙酸和丁酸水平，促進腸道菌群的有益調節[87]。以上結果揭示了美拉德反應產物及消化物在結腸內發酵的持久性較好，與結腸微生物菌群之間有密切的相互作用并有助于提高產物的益生作用，這些結果為寡糖聯合多肽調節腸道環境促進人體健康提供了新策略。

4.4 改善心血管疾病和糖尿病

研究表明，通過美拉德反應對多肽或蛋白水解物分子修飾，可以讓分子重排產生新的小分子物質，這樣可以有效提高蛋白水解物/多肽的生物活性、穩定性及調節胰島素水平和血管緊張素轉化酶活性的作用。Hong Xu等[88]研究發現酪蛋白水解物與木糖美拉德反應產物有效提高了酪蛋白多肽對血管緊張素轉化酶的抑制活性，可以預防高血壓和心血管疾病。嬰兒配方奶粉在超高壓處理過程中β-乳球蛋白與乳糖發生美拉德反應，其消化產物糖肽對二肽基肽酶IV具有抑制作用，具有抗糖尿病潛力[89]。乳清濃縮蛋白、酪蛋白酸鈉與乳糖美拉德反應產物經格氏乳桿菌發酵后產生的小分子糖肽可以顯著提高抗血栓活性并起到抑制3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶作用，具有降低心血管疾病的風險[90]。L-Xucong等[91]從靈芝中分離得到的靈芝多糖肽對高脂和高膽固醇血癥大鼠的脂血紊亂和腸道菌群失調具有調節作用，可顯著緩解大鼠血脂異常，降低血清甘油三酯、膽固醇、游離脂肪酸和低密度脂蛋白膽固醇水平，并顯著抑制肝臟脂質積累和脂肪變性，促進膽汁酸的排泄，該研究揭示了靈芝多糖肽調節肝臟脂質和膽固醇代謝紊亂的機制。總體而言，蛋白水解物/多肽與糖類物質的共價復合物或美拉德反應消化產物都具有潛在抗心血管疾病、抗糖尿病和降低血壓的功效，在一定程度上對改善糖尿病等慢性疾病有著積極作用，但相關調控機制有待進一步明確。

4.5 抗骨質疏松

骨質疏松癥是一種多因素所致的慢性疾病，其癥狀主要體現在骨密度降低、骨組織微觀結構破壞。蛋白質和氨基酸是骨內有機質合成必不可少的原料，蛋白質長期缺乏可導致骨基質合成的降低，最終引發骨質疏松癥。食源性蛋白中酪蛋白水解物對骨健康有益作用顯著，其中酪蛋白磷酸肽因其可結合鈣離子，促進體內鈣離子吸收，已被多項研究證實其具有促骨健康的作用。Reynolds等[92]發現酪蛋白磷酸肽不僅可以促進鈣的吸收還可以調節成骨細胞的分化。天然存在的糖肽如從鯽魚卵中分離的唾液糖蛋白，能夠顯著降低酒石酸酸性磷酸酶陽性多核破骨細胞的形成、骨吸收陷窩和破骨基因的表達，表明可通過抑制破骨細胞NF-κB和MAPK通路活性來改善骨質疏松癥[93]。目前，食源蛋白水解物與糖類物質美拉德反應產物在抗骨質疏松方面的研究相對較少，相關的機制探討和理論研究還不很成熟，但隨著當今社會老齡化的加劇，未來這些新食品原料的開發可實現精準營養的個性化調控滿足相關需求。

4.6 抗菌和抗病毒能力

不同的食源蛋白水解物與糖類物質的美拉德反應產物具有不同的抗真菌、抗細菌和抗病毒的特性。例如，Han Jiarun等[94]對比研究了扇貝雌性性腺水解物與核糖美拉德反應產物對大腸桿菌（Escherichiacoli）的抑菌作用，結果顯示，沒有添加核糖的扇貝雌性性腺水解物對E.coli的抑制效果不好，而經過與核糖發生美拉德反應的產物對E.coli具有很好的抑菌作用，經后續細胞毒性試驗驗證表明了該共價復合物可用于抑菌的食品添加劑。Song Ru等[95]通過超高效液相色譜-飛行時間質譜聯用鑒定發現黃鯽蛋白水解物中陽離子多肽（WLPVVR）與葡萄糖美拉德反應產物對大腸桿菌具有顯著抑制作用。此外，研究發現蟹殼生物活性肽、雞肝蛋白水解物與果糖、木糖制備的美拉德反應產物都可有效抑制腐生菌和大腸桿菌的生長，這些研究促進了水產廢棄物、雞肝蛋白等低值肉類副產品的綜合利用[96-97]。

5 食品加工中的應用

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物在食品工業中的應用如圖6所示，主要包括：1）促進食品色澤、風味物質的形成；2）保護生物活性物質的遞送；3）制備可食性膜等。

圖6 食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應產物在食品工業中的應用Fig.6 Application of Maillard reaction products from food-derived proteins/peptides and saccharides in food industry

5.1 食品色澤、風味物質的形成

美拉德反應是食品加工顏色和風味物質形成的重要環節，食源蛋白水解物/多肽自身就是非常重要的風味活性化合物，具有增強柔和性、連續口感、鮮味等作用，與糖類物質發生美拉德反應后會生成更多風味物質，因此，美拉德反應產物也被認為是食品加工中重要風味物質的增強因子和前體[98]。Liu Ping等[99]研究發現分子質量在1000～5000 Da的大豆蛋白多肽與木糖在120 ℃下加熱2.0 h制備的美拉德反應產物在色澤和風味方面表現出明顯增強的效果，具有較好的焦糖色、醬油氣味、鮮味和口感，降低了苦味。Hu Longteng等[100]以芝麻蛋白水解物、半胱氨酸美拉德產物、蛋氨酸美拉德產物和硫胺素美拉德產物為原料，開發了低鈉調味鹽，這些蛋白多肽生成的美拉德反應產物作為調味鹽具有較好的風味特性和理化性質，可以替代部分NaCl促進了在食品調味中的應用。美拉德反應產物不僅可以改善色澤，在食品呈香方面也有重要作用。Arsa等[101]利用米糠蛋白水解物與蔗糖制備美拉德反應產物，所獲產物具有不同褐變程度的焦糖色和更強的甜味，并具有類似可可和奶粉的香氣。Lzzo等[102]也揭示了不同蛋白多肽的氨基酸序列和不同來源多肽（如乳、肉、蛋、魚、豆和谷物等）會影響美拉德反應所產生的香氣特征，并且可形成獨特的肽特異性揮發物，這主要由于在美拉德反應中Strecker降解會產生Strecker醛、吡咯和吡嗪等揮發性化合物，但由于多肽缺乏α-碳上的游離羧基不能全部遵循典型的Strecker降解過程，因此會形成一些特殊的風味物質。Liu Jianbin等[103]研究發現，高溫熱處理使雞肉蛋白多肽與木糖發生美拉德反應產生肉味香氣增強，溫度較低且較長時間加熱會產生肉湯的鮮味和厚味，這是由于多肽中胺基反應活性較高，可參與形成重要的活性化合物。研究發現多肽產生的吡嗪對香味貢獻更高[104]，所以在食物風味物質形成中需要更多關注蛋白水解物/多肽與糖類物質形成美拉德反應產物的規律及性質，為更好地指導食品加工過程中風味物質形成和食品品質的調控提供理論支撐。

5.2 生物活性物質遞送

生物活性物質在食品加工、儲藏、運輸和胃腸道消化過程中極易分解，需要良好的運載體系遞送和保護。食源蛋白水解物與糖類物質共價修飾后分子結構發生變化，形成不同結構的復合物，如雙重網絡、交聯結構和鑲嵌結構等，拓寬了在食品領域中的應用?；隗w系的應用與功能，研究者開展了大量研究。1）乳液體系：Pan Yi等[105]研究了線性糊精糖基化乳清蛋白水解物穩定姜黃素乳液，結果表明較高的糖基化程度使乳液的穩定性顯著提升，防止了姜黃素降解、沉淀和擴散到水相，同時提高了姜黃素的生物利用度，使乳液體系在制備功能性飲料方面具有應用潛力。2）納米粒子：Han Yue等[106]構建了玉米蛋白水解物-羧甲基殼聚糖美拉德反應共價復合物負載蘆丁納米顆粒，結果顯示該復合物對蘆丁的包封效率為97.8%～98.8%，納米顆粒表面的毛狀糖類化合物產生較強的空間位阻效應，阻礙了鹽橋形成和顆粒聚集，可作為食品工業中疏水性生物活性物質的載體。3）微膠囊：Annamalai等[107]以鱸魚蛋白水解物與酪蛋白酸鈉、麥芽糖糊精和阿拉伯樹膠為壁材，采用噴霧干燥法制備微膠囊魚油，結果顯示復合物具有較高的包封效率、釋油特性和氧化穩定性。Peled等[108]研究表明，將乳鐵蛋白水解物分別與低聚藻糖、低聚果糖和低聚木糖形成美拉德反應共價復合物，以其作為靶向遞送益生菌（干酪乳桿菌）的載體，能夠顯著提高乳桿菌在腸道上皮細胞的生長速度和腸道益生菌的耐力并具有選擇靶向作用，并能增強干酪乳桿菌對非有益/有害腸道細菌的競爭優勢。以上研究表明，食源蛋白水解物與糖類物質的美拉德反應產物可提高生物活性物質的利用度和益生菌等穩定性，此外在藥物治療和口服遞送體系中的應用也是近幾年研究熱點。

5.3 可食性膜

近年來，可食用膜作為一種綠色包裝材料，因其生物相容性和生物可降解性好而廣受關注。目前，可食性膜的配方正在不斷創新，蛋白水解物和生物活性肽已被廣泛應用于可食用膜制備。Zareie等[109]利用2.5%殼聚糖與大豆蛋白水解物發生美拉德反應制備可食用膜，所得膜具有較高的拉伸強度和斷裂伸長率，表面光滑、致密、均勻，同時表現出較好的抗氧化和抗菌活性。Jiang Wei等[110]采用明膠和水溶性殼聚糖組成新型生物膜，并在膜液中注入0.5 mg/mL魷魚美拉德反應多肽，用作藍鰭金槍魚的保鮮劑，結果表明在（4f 1）℃條件下保存10 d，相比于未包裹、聚乙烯包裝和不含魷魚美拉德多肽的明膠-水溶殼聚糖膜包裝的金槍魚片，含有美拉德多肽的新型生物膜包裝樣品中組胺、酪胺和尸胺濃度增加緩慢，紅度、肌紅蛋白含量和感官評價最好，并能夠有效抑制微生物生長和脂質氧化。而在制備可食性膜的過程中抗氧化等功能成分的添加也有助提高膜的相關性質，抑制關鍵組分變化和揮發的可能性。Liu Xinye等[111]通過酪蛋白水解多肽與羧甲基殼聚糖進行美拉德反應制備共軛物，并添加穩定茶花精油的納米乳液制備薄膜，結果表明可食性薄膜表現出較好的水蒸氣阻隔性、阻氧性、抗拉強度和彈性，并對藍莓的硬度、品質保持具有重要作用。目前，這些研究更多采用簡單的混合模式制備可食性膜，而要精確共價復合物在更加復雜的食品體系中發揮的作用，仍需更多基礎研究支撐。

6 結語

食源蛋白水解物/多肽與糖類物質美拉德反應的共價結合物具有多種功能特性和有益健康的生物活性，在未來食品、醫學領域具有廣闊的應用前景。相比提取天然存在于食品中的糖肽，通過美拉德反應制備的多肽-糖類共價復合物獲取更加便捷，復合物的營養功能、活性物質遞送、功能靶向性等方面優勢更顯著。然而，針對食源蛋白水解物/多肽與糖類物質發生美拉德反應機制還需深入研究，目前仍缺乏對共價復合物形成量、反應次序、分子結構與功能特性的研究，未來應從有效控制晚期糖基化終產物的生成著手，實現較為合理的美拉德產物設計。此外，共價復合物的功能特性提升和作為口服遞送劑的毒性、安全性分析都需要體內、體外消化實驗、細胞實驗、動物實驗等的驗證，這些均是未來重要的研究方向，有助于深入挖掘其應用潛力，促進健康功能食品研發。