蛋白質(zhì)—多糖復(fù)合物的形成機(jī)理與功能特性

摘要" 蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合產(chǎn)物的形成機(jī)理及其功能特性已經(jīng)成為農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。本文探討了蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合的機(jī)理、影響因素以及其復(fù)合物的功能特性。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)混入溶有多糖的溶液中時(shí)，兩種特征物質(zhì)相遇，會(huì)產(chǎn)生靜電吸引或靜電排斥作用，進(jìn)而形成復(fù)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(xué)組成、分子排布等自身的性質(zhì)，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(zhì)—多糖復(fù)合物具有流變學(xué)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(zhì)—多糖復(fù)合物的深度研究和開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞" 大豆蛋白；殼聚糖；復(fù)合機(jī)理；影響因素；功能特性

中圖分類號(hào)" Q51"""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼" A"""""" 文章編號(hào)" 1007-7731（2025）06-0099-03

DOI號(hào)" 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(tǒng)，其單一組分，或兩兩相互作用的組分，多個(gè)相互作用的組分均影響著食品的質(zhì)地、穩(wěn)定性等性質(zhì)^[1-2]。蛋白質(zhì)和多糖是食品中兩類重要的生物大分子，在化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和功能上存在較大差異。蛋白質(zhì)具有良好的乳化、膠凝、發(fā)泡和界面吸附等功能特性，可作為乳化劑、穩(wěn)定劑使用；多糖具有優(yōu)異的流變性、持水性和增稠性等特點(diǎn)，在食品中常作為質(zhì)構(gòu)改良劑使用^[3-4]。認(rèn)識(shí)糖類和蛋白質(zhì)類之間的作用，研究其復(fù)合機(jī)理過程和主要影響因素，通過控制外界條件（或環(huán)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值、使用價(jià)值或利于長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)等是目前農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一。本文探討了蛋白質(zhì)和糖類復(fù)合的機(jī)理、影響因素以及其復(fù)合物的功能特性，為蛋白質(zhì)—多糖復(fù)合物的深入研究和開發(fā)提供參考。

1 蛋白質(zhì)—多糖復(fù)合物的形成機(jī)理

1.1 蛋白質(zhì)和多糖相互作用的類型

蛋白質(zhì)和多糖本身具有其特征的分子組成、電荷和結(jié)構(gòu)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)混入溶有多糖的溶液中時(shí)，兩者的特征物質(zhì)相遇，會(huì)產(chǎn)生作用力。該作用力有兩種，一種是靜電吸引，兩種物質(zhì)具有不同的電性，從而發(fā)生復(fù)合反應(yīng)，產(chǎn)生既不同于蛋白質(zhì)，又不同于多糖的復(fù)合物；另一種是靜電排斥，兩種物質(zhì)帶有相同的電性^[5-7]。此外，溶液pH和鹽類等環(huán)境因素可能通過改變蛋白質(zhì)或糖類的電性，進(jìn)而改變兩者間的作用力。

當(dāng)兩種物質(zhì)具有的電性不同時(shí)，其相互吸引形成復(fù)合物的過程稱為凝膠現(xiàn)象，形成的溶液為復(fù)合溶液。相互吸引的發(fā)生條件一般是溶液中組分的濃度低、離子強(qiáng)度低且生物大分子的電荷相反；復(fù)合溶液分為兩相，一相是復(fù)合物，另一相是溶劑。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)類和多糖類發(fā)生排斥反應(yīng)時(shí)，其溶液為離散型溶液，發(fā)生條件一般為組分濃度高、離子強(qiáng)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(zhì)類物質(zhì)較多，另一相含多糖類物質(zhì)較多。

1.2 蛋白質(zhì)和多糖相互作用的影響因素

蛋白質(zhì)類和多糖類的相互作用受3個(gè)方面因素影響。（1）蛋白質(zhì)和多糖物質(zhì)自身的特征、性質(zhì)。如其化學(xué)組成、分子排布、分子的支鏈以及整體體現(xiàn)的電性等，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)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(zhì)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(diào)節(jié)，通過試驗(yàn)篩選滿足要求的條件，可達(dá)到控制復(fù)合溶液的目的。（3）處理過程。主要包括在蛋白質(zhì)和多糖溶液復(fù)合時(shí)的一些輔助性措施，如加壓或減壓、改變攪拌速度、調(diào)節(jié)溫度和施加振動(dòng)等^[10-11]。

蛋白質(zhì)和多糖的復(fù)合機(jī)理可通過復(fù)合后溶液的濁度、光學(xué)特性、復(fù)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(jìn)行復(fù)合處理，從復(fù)合物粒徑的大小變化分析其復(fù)合機(jī)理，由于殼聚糖分子的支鏈可以結(jié)合不同數(shù)量的蛋白質(zhì)，當(dāng)大豆蛋白溶液和殼聚糖溶液的配比濃度發(fā)生改變時(shí)，形成的復(fù)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(dāng)兩者結(jié)合時(shí)，產(chǎn)生不同的靜電作用，改變了復(fù)合物粒徑的大小。

當(dāng)大豆蛋白量大于殼聚糖的量時(shí)，隨著大豆蛋白與殼聚糖比例的減小，復(fù)合溶液中復(fù)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(duì)粒徑影響不大；在pH 7時(shí)，隨著殼聚糖比例的增加，復(fù)合溶液中復(fù)合物粒徑逐漸增大，說明大豆蛋白和殼聚糖復(fù)合形成了復(fù)合物，其中殼聚糖含量決定了復(fù)合物粒徑的大小，殼聚糖含量越高，復(fù)合物粒徑越大^[12]。復(fù)合機(jī)理可能是殼聚糖帶正電，大豆蛋白帶負(fù)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(fù)合物的粒徑就越大。

2 在農(nóng)產(chǎn)品加工中的功能特性

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

2.1 流變學(xué)特性

復(fù)合物的流變特性與多因素有關(guān)，主要分為三類。（1）分子自身的特性。如蛋白質(zhì)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(zhì)分子之間的作用、多糖分子之間的作用、復(fù)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(huán)境影響。如溶液的pH、其他離子的濃度等。蛋白質(zhì)溶液的黏度較低，濃度增加對(duì)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(zhì)和多糖復(fù)合產(chǎn)物體現(xiàn)的黏度與相同濃度的蛋白質(zhì)和多糖溶液均不同，因此復(fù)合物具有與構(gòu)成物質(zhì)不同的流變特性^[13]。該特性賦予了食品獨(dú)特的風(fēng)味，改善了食品的質(zhì)構(gòu)。

2.2 脂肪替代物

蛋白質(zhì)—多糖復(fù)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(chǎn)品中的脂肪^[14]。將復(fù)合物作為脂肪替代物應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品中，一方面可改善口感，另一方面可降低其中脂肪類物質(zhì)的含量，增加蛋白質(zhì)含量。近年來，隨著低脂類型產(chǎn)品的研究越加深入，蛋白質(zhì)—多糖復(fù)合物受到廣泛關(guān)注^[15]。姜迎迎等^[16]對(duì)酪蛋白、刺槐豆膠和羧甲基纖維素制備的復(fù)合物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其作為一種新型脂肪替代品，在不損失最終產(chǎn)品感官品質(zhì)的情況下，可以將脂肪含量降低至20%以下。Liu等^[17]研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白水解物及其與黃原膠的復(fù)合物可用于生產(chǎn)低脂冰淇淋。

2.3 界面吸附特性

復(fù)合物可以改變界面的穩(wěn)定性，通過研究復(fù)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(chǎn)品的形貌^[18]。蛋白質(zhì)—多糖復(fù)合膜比單獨(dú)使用蛋白質(zhì)的膜具有較好的水蒸氣透過性、吸水性、表面疏水性和機(jī)械性能，且可進(jìn)行生物降解。目前，利用生物聚合物如多糖、蛋白質(zhì)或復(fù)合物來制備可食用薄膜和涂層的研究較多。Cheng等^[19]對(duì)玉米醇溶蛋白和殼聚糖為原料制備得到的可食性復(fù)合膜進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其除具有較好的水蒸氣阻隔性和力學(xué)性能外，還具有良好的抗氧化活性。Mohamed等^[20]對(duì)天然聚合物制備可食用復(fù)合涂層或可降解薄膜進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其不僅可作為產(chǎn)品的一部分安全食用，而且延長(zhǎng)了新鮮農(nóng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。

3 結(jié)語(yǔ)

蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合及復(fù)合產(chǎn)物的功能特性相關(guān)研究已成為農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。本文探討了蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合過程機(jī)理、影響因素；此外，從復(fù)合物流變學(xué)特性、脂肪替代物和復(fù)合溶液氣—液或液—液兩相界面特性等方面討論了復(fù)合物在農(nóng)產(chǎn)品加工中的功能特性。通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)和多糖之間的共價(jià)和非共價(jià)相互作用制備功能優(yōu)異的多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)合物，在農(nóng)產(chǎn)品、食品與醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。蛋白質(zhì)和多糖相互作用，形成的復(fù)合體系復(fù)雜多樣，今后的研究需借鑒高分子化學(xué)和膠體科學(xué)等相關(guān)技術(shù)和方法，探索多尺度結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化的最適成分、過程和條件，設(shè)計(jì)開發(fā)具有優(yōu)異功能特性的蛋白質(zhì)—多糖復(fù)合物體系產(chǎn)品。

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（責(zé)任編輯：李媛）

基金項(xiàng)目 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-04-CES31）。

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

收稿日期 2024-10-29