蛋白質—多糖復合物的形成機理與功能特性

摘要" 蛋白質和多糖復合產物的形成機理及其功能特性已經成為農產品加工領域的研究重點之一。本文探討了蛋白質和多糖復合的機理、影響因素以及其復合物的功能特性。當蛋白質混入溶有多糖的溶液中時，兩種特征物質相遇，會產生靜電吸引或靜電排斥作用，進而形成復合型溶液或離散型溶液；兩者相互作用的影響因素包括化學組成、分子排布等自身的性質，pH、兩者濃度的比例等外界條件，以及加壓、減壓和攪拌速度等處理過程。蛋白質—多糖復合物具有流變學特征、脂肪替代物、氣—液或液—液兩相界面等特性，可部分或完全替代脂肪或制備可食用薄膜和涂層等。本文為蛋白質—多糖復合物的深度研究和開發提供參考。

關鍵詞" 大豆蛋白；殼聚糖；復合機理；影響因素；功能特性

中圖分類號" Q51"""""" 文獻標識碼" A"""""" 文章編號" 1007-7731（2025）06-0099-03

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.06.024

Formation mechanism and functional properties of protein-polysaccharide compounds

CHENG Xuejiao""" QU Lingling""" LI Min""" YUAN Weigang""" WANG Di""" WANG Xingyu

（Shandong Yuwang Ecogical Food Industry Co.， Ltd.， Yucheng 251200， China）

Abstract" The formation mechanism and functional characteristics of protein-polysaccharide complex products have become one of the research focuses in the field of agricultural product processing. The mechanism， influencing factors， and functional properties of protein-polysaccharide complexes were explored. When proteins are mixed into a solution containing polysaccharides， two characteristic substances meet and produce electrostatic attraction or electrostatic repulsion， thereby forming a complex or discrete solution; the influencing factors of the interaction between the two include their own properties such as chemical composition and molecular arrangement， pH， the ratio of the two concentrations and other external conditions， as well as the treatment processes such as pressure， pressure reduction， and stirring speed. Protein-polysaccharide complexes have rheological properties， fat substitutes， gas-liquid or liquid-liquid two-phase interfaces， can partially or completely replace fat or prepare edible films and coatings， etc. This article provides a reference for the in-depth research and development of protein-polysaccharide complexes.

Keywords" soybean protein; chitosan; recombination mechanism; influence factor; functional characteristics

食品是多相系統，其單一組分，或兩兩相互作用的組分，多個相互作用的組分均影響著食品的質地、穩定性等性質^[1-2]。蛋白質和多糖是食品中兩類重要的生物大分子，在化學結構、物理性質和功能上存在較大差異。蛋白質具有良好的乳化、膠凝、發泡和界面吸附等功能特性，可作為乳化劑、穩定劑使用；多糖具有優異的流變性、持水性和增稠性等特點，在食品中常作為質構改良劑使用^[3-4]。認識糖類和蛋白質類之間的作用，研究其復合機理過程和主要影響因素，通過控制外界條件（或環境影響因素）以獲得能滿足不同需要的食品，從而提高食物的營養價值、使用價值或利于長時間存儲等是目前農產品加工領域研究的重點之一。本文探討了蛋白質和糖類復合的機理、影響因素以及其復合物的功能特性，為蛋白質—多糖復合物的深入研究和開發提供參考。

1 蛋白質—多糖復合物的形成機理

1.1 蛋白質和多糖相互作用的類型

蛋白質和多糖本身具有其特征的分子組成、電荷和結構。當蛋白質混入溶有多糖的溶液中時，兩者的特征物質相遇，會產生作用力。該作用力有兩種，一種是靜電吸引，兩種物質具有不同的電性，從而發生復合反應，產生既不同于蛋白質，又不同于多糖的復合物；另一種是靜電排斥，兩種物質帶有相同的電性^[5-7]。此外，溶液pH和鹽類等環境因素可能通過改變蛋白質或糖類的電性，進而改變兩者間的作用力。

當兩種物質具有的電性不同時，其相互吸引形成復合物的過程稱為凝膠現象，形成的溶液為復合溶液。相互吸引的發生條件一般是溶液中組分的濃度低、離子強度低且生物大分子的電荷相反；復合溶液分為兩相，一相是復合物，另一相是溶劑。當蛋白質類和多糖類發生排斥反應時，其溶液為離散型溶液，發生條件一般為組分濃度高、離子強度大且生物大分子的電性相同^[8-9]；離散型溶液也分為兩相，一相含蛋白質類物質較多，另一相含多糖類物質較多。

1.2 蛋白質和多糖相互作用的影響因素

蛋白質類和多糖類的相互作用受3個方面因素影響。（1）蛋白質和多糖物質自身的特征、性質。如其化學組成、分子排布、分子的支鏈以及整體體現的電性等，當蛋白質和多糖的種類確定后，該部分的影響即可確定。（2）外界條件。如蛋白質和多糖溶液的pH，兩者濃度的比例，其他鹽類的種類和濃度等，該因素可以調節，通過試驗篩選滿足要求的條件，可達到控制復合溶液的目的。（3）處理過程。主要包括在蛋白質和多糖溶液復合時的一些輔助性措施，如加壓或減壓、改變攪拌速度、調節溫度和施加振動等^[10-11]。

蛋白質和多糖的復合機理可通過復合后溶液的濁度、光學特性、復合物粒徑的大小、電位和黏度等反映。戴卿印等^[12]將大豆蛋白和殼聚糖進行復合處理，從復合物粒徑的大小變化分析其復合機理，由于殼聚糖分子的支鏈可以結合不同數量的蛋白質，當大豆蛋白溶液和殼聚糖溶液的配比濃度發生改變時，形成的復合物有所不同，粒徑大小也不同；此外，pH可改變大豆蛋白和殼聚糖的帶電狀況，當兩者結合時，產生不同的靜電作用，改變了復合物粒徑的大小。

當大豆蛋白量大于殼聚糖的量時，隨著大豆蛋白與殼聚糖比例的減小，復合溶液中復合物的粒徑大小基本不變，在這種情況下，大豆蛋白的含量對粒徑影響不大；在pH 7時，隨著殼聚糖比例的增加，復合溶液中復合物粒徑逐漸增大，說明大豆蛋白和殼聚糖復合形成了復合物，其中殼聚糖含量決定了復合物粒徑的大小，殼聚糖含量越高，復合物粒徑越大^[12]。復合機理可能是殼聚糖帶正電，大豆蛋白帶負電，殼聚糖以靜電吸引的作用聚集在大豆蛋白周圍，因此殼聚糖含量越高，聚集的量越多，復合物的粒徑就越大。

2 在農產品加工中的功能特性

通過控制復合過程，可獲得良好的功能特性，主要研究的功能特性有復合物的流變學特征、脂肪替代物、復合溶液氣—液或液—液兩相界面特性等。

2.1 流變學特性

復合物的流變特性與多因素有關，主要分為三類。（1）分子自身的特性。如蛋白質分子和多糖分子本身的分子量、分子形狀和具有的支鏈等。（2）分子間的相互作用。包括蛋白質分子之間的作用、多糖分子之間的作用、復合物之間的作用、三者間的交互作用以及三者和水分子之間的作用等。（3）環境影響。如溶液的pH、其他離子的濃度等。蛋白質溶液的黏度較低，濃度增加對黏度的影響不大；多糖溶液具有較高的黏度，隨著濃度增加，其黏度明顯增加；蛋白質和多糖復合產物體現的黏度與相同濃度的蛋白質和多糖溶液均不同，因此復合物具有與構成物質不同的流變特性^[13]。該特性賦予了食品獨特的風味，改善了食品的質構。

2.2 脂肪替代物

蛋白質—多糖復合物具有高乳化能力、合適的表面活性和黏度，可部分或完全替代產品中的脂肪^[14]。將復合物作為脂肪替代物應用到農產品中，一方面可改善口感，另一方面可降低其中脂肪類物質的含量，增加蛋白質含量。近年來，隨著低脂類型產品的研究越加深入，蛋白質—多糖復合物受到廣泛關注^[15]。姜迎迎等^[16]對酪蛋白、刺槐豆膠和羧甲基纖維素制備的復合物進行研究，發現其作為一種新型脂肪替代品，在不損失最終產品感官品質的情況下，可以將脂肪含量降低至20%以下。Liu等^[17]研究發現，大豆蛋白水解物及其與黃原膠的復合物可用于生產低脂冰淇淋。

2.3 界面吸附特性

復合物可以改變界面的穩定性，通過研究復合物在氣—液兩相界面、液—液兩相界面的相互作用，可以改變產品的形貌^[18]。蛋白質—多糖復合膜比單獨使用蛋白質的膜具有較好的水蒸氣透過性、吸水性、表面疏水性和機械性能，且可進行生物降解。目前，利用生物聚合物如多糖、蛋白質或復合物來制備可食用薄膜和涂層的研究較多。Cheng等^[19]對玉米醇溶蛋白和殼聚糖為原料制備得到的可食性復合膜進行研究，發現其除具有較好的水蒸氣阻隔性和力學性能外，還具有良好的抗氧化活性。Mohamed等^[20]對天然聚合物制備可食用復合涂層或可降解薄膜進行研究，發現其不僅可作為產品的一部分安全食用，而且延長了新鮮農產品的保質期。

3 結語

蛋白質和多糖復合及復合產物的功能特性相關研究已成為農產品加工領域的一個重要分支。本文探討了蛋白質和多糖復合過程機理、影響因素；此外，從復合物流變學特性、脂肪替代物和復合溶液氣—液或液—液兩相界面特性等方面討論了復合物在農產品加工中的功能特性。通過調節蛋白質和多糖之間的共價和非共價相互作用制備功能優異的多尺度結構復合物，在農產品、食品與醫藥等領域有著廣闊的應用前景。蛋白質和多糖相互作用，形成的復合體系復雜多樣，今后的研究需借鑒高分子化學和膠體科學等相關技術和方法，探索多尺度結構誘導轉化的最適成分、過程和條件，設計開發具有優異功能特性的蛋白質—多糖復合物體系產品。

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（責任編輯：李媛）

基金項目 國家現代農業產業技術體系建設專項（CARS-04-CES31）。

作者簡介 程雪嬌（1991—），女，山東濰坊人，工程師，從事大豆蛋白研發工作。

通信作者 王興煜（1993—），男，山東德州人，工程師，從事大豆蛋白研發工作。

收稿日期 2024-10-29