综述：最近在蛋白质修饰策略方面的进展，旨在提高其凝胶形成能力和稳定性：原理、机制和技术

《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Recent advances in protein modification strategies to enhance their gel formation capability and stability: Principles, mechanisms, and techniques

蛋白质在可持续食品中的应用及改性技术研究，综述了蛋白质凝胶形成机制、影响因素及改性方法。通过物理（冷等离子体、超声处理）和化学（pH调整、离子强度调控）手段可改变蛋白质结构，提升凝胶稳定性与功能特性，但不同蛋白质的分子特性导致改性效果差异显著，未来需结合多学科方法优化协同改性策略。

　　

贝赫纳兹·哈希米（Behnaz Hashemi）|埃勒哈姆·阿萨德普尔（Elham Assadpour）|赛义德·马赫迪·贾法里（Seid Mahdi Jafari）

伊朗戈尔甘农业科学与自然资源大学食品材料与工艺设计工程系，戈尔甘

摘要

随着环境和人类健康问题的日益严重，以及对可持续食物来源需求的增加，蛋白质变得越来越受欢迎。蛋白质的多种功能特性中，包括乳化、凝胶化和发泡能力。根据蛋白质含量、pH值、离子类型和强度的不同，变性并聚集的蛋白质会形成致密的三维凝胶网络结构。可以通过多种改性策略（包括传统技术和新兴技术）来调整蛋白质形成凝胶的结构。此外，不同的处理条件可能会在不同程度上改变蛋白质的凝胶化特性。目前，由于蛋白质的结构特性和凝胶化机制差异很大，且不同改性技术下的作用机制尚未完全明了，因此难以实现蛋白质的广泛替代。本文综述了有关蛋白质凝胶的结构和形成的信息，还解释了某些加工技术如何改变蛋白质的结构以改善其凝胶形成和稳定性，以及背后的化学原理。未来的研究可以探讨高效的改性技术，以提高蛋白质的凝胶化能力。

引言

食品工业广泛使用蛋白质成分，因为它们具有营养价值，并能在食品配方中有效发挥作用[1]、[2]、[3]、[4]。由于蛋白质具有两亲性，它们可以用作食品基质中的多种结构元素。这是因为蛋白质作为动态的表面活性剂，能够促进蛋白质之间的相互作用，例如碳水化合物、脂质、空气和水之间的相互作用[5]。当蛋白质受热时，它们主要由于物理相互作用（如静电相互作用或疏水相互作用（HY-相互作用）和氢键（H-键）而聚集，并形成紧密堆积的球状超分子结构。这导致凝胶的强度相对较低[6]、[7]。此外，每种基于蛋白质的食品都需要独特的成分组合，以达到该产品的特定质量要求[8]。有多种蛋白质可供选择，每种蛋白质都具有不同的分子、物理化学和功能特性，因此为特定应用选择合适的蛋白质或蛋白质组合至关重要[9]。一些改性技术（包括传统和新兴方法）可以改善蛋白质的凝胶化性能[10]。然而，从正确的蛋白质来源通过正确的诱导程序获得理想的凝胶化特性具有挑战性，因为不同结构的蛋白质在凝胶形成能力和稳定性方面研究较少。

由生物聚合物制成的天然凝胶因具有高生物相容性、天然可降解性、成本效益和可再生资源而在商业食品领域引起了广泛关注[11]、[12]。由于蛋白质具有优异的营养价值、生物相容性和功能性，基于蛋白质的凝胶受到了特别关注[13]、[14]。目前，可以通过冷等离子体（CP）、超声波处理（ULS）、pH值调整和其他改性方法来改变蛋白质的构象，从而提高基于蛋白质的凝胶产品的质量[15]。工业生产中广泛使用新兴的改性技术，因为这些技术产生的副产品和副反应较少[16]。当蛋白质发生改性时，其复杂的结构变得易于研究。除了增加反应位点外，这种结构变化还改善了蛋白质与其他物质的相互作用。此外，经过适度改性的蛋白质具有更多的侧链，使它们更容易与其他物质结合，并与多糖和其他食品成分发生交联反应，从而提高凝胶食品的质量[17]。

要开发出具有优异凝胶性能和稳定性的产品，需要深入理解蛋白质的各种分子结构和凝胶化行为。选择适当的蛋白质和加工技术，将其转化为具有相似稳定性特性的产品，需要这些知识。研究蛋白质的凝胶化机制及其对不同改性技术的响应也是其中的一部分。为了帮助选择最适合特定应用设计的最佳蛋白质和改性方法，以实现预期的凝胶化和稳定性特性，本文简要概述了常见蛋白质的结构、组成和凝胶化改性技术的现状。

部分摘录

蛋白质聚集体的分类（PAGs）

蛋白质聚集研究发展迅速，人们正在努力了解PAG形成的机制和原因。在纯化和生物化学领域，二聚体、四聚体等可以通过尺寸排阻色谱法分离的聚集体通常被称为“聚集体”。PAG的大小可以从纳米到数百微米不等，从二聚体到含有超过100万个亚单位的淀粉样蛋白和其他复合物不等。

基于蛋白质的凝胶的形成机制

蛋白质常被用作多种食品中的凝胶剂。蛋白质凝胶有多种分类方法，例如根据蛋白质聚集类型（不透明凝胶和透明凝胶）、加工技术（热诱导凝胶和冷诱导凝胶）以及热稳定性（热可逆凝胶和热不可逆凝胶）[34]。许多参数（如蛋白质结构和凝胶化技术）会影响蛋白质凝胶的形成。这些因素各自表现出独特的凝胶特性。

含有特性明确的纯蛋白质的系统

为了提高蛋白质凝胶的稳定性，已经采用了一些改性方法，包括单次超声波处理（ULS）、酶处理和热处理。例如，张等人[50]使用离子强度变化（ISS）方法对豌豆蛋白分离物（PPI）进行分级，制备出热可逆凝胶。他们发现，通过改变蛋白质表面的电荷分布和粒子间的相互作用，离子强度可以导致蛋白质聚集、絮凝和相分离。

影响蛋白质凝胶形成能力的特性

凝胶化是指蛋白质从液态转变为半固态的过程，这一过程基于蛋白质之间形成的连续网络结合水分子的各种相互作用。由于蛋白质结构复杂，凝胶化过程涉及许多变量，给研究人员带来了挑战。

修改蛋白质凝胶化特性的不同技术

由于蛋白质是复杂的大分子，因此没有一种通用的改性方法。了解蛋白质的性质（无论是单独存在还是与其他聚合物结合）、其结构特征以及所需的功能改性过程至关重要。显然，需要适当的改性技术来提高蛋白质的凝胶化能力。相关研究正在不断发展中。

结论与展望

本文回顾了改性因素对蛋白质凝胶性质及其凝胶机制的影响。在施加适当的外部条件（如热处理）后，蛋白质会发生凝胶化。目前，关于改变蛋白质变性和聚集的研究较多，这有助于改善凝胶的特性。不同类型的蛋白质具有不同的结构，从而导致不同的凝胶化机制。可以通过适当的改性方法来改善蛋白质的结构。

作者贡献声明

贝赫纳兹·哈希米（Behnaz Hashemi）：数据整理、正式分析、研究、方法学、初稿撰写。埃勒哈姆·阿萨德普尔（Elham Assadpour）：方法学、验证、审稿与编辑。赛义德·马赫迪·贾法里（Seid Mahdi Jafari）：审稿与编辑、验证、监督、项目管理、概念构思。

利益冲突声明

所有作者声明不存在利益冲突。