编辑推荐：
OBPs在食品工业中的应用及挑战研究综述了OBPs的功能、体外制备方法、生物传感器开发及智能风味载体设计，指出规模化生产、结构-功能关系明确性及传感器适配性是主要挑战，未来需结合AI设计、结构生物学和材料科学突破瓶颈。
王伟哲|孙宝国|艾娜西
老年营养与健康重点实验室（北京科技商学院），教育部，北京100048，中国
摘要
背景
气味结合蛋白（OBPs）是一类稳定的、具有广泛气味结合能力的蛋白质，存在于从昆虫到脊椎动物的数千种物种中，包括人类。除了在嗅觉系统中捕获、溶解和运输疏水性气味分子的基本功能外，它们广泛的结合亲和力和结构稳定性使其成为食品工业中具有前景的智能生物材料，特别是在风味调节和安全监测方面。然而，目前对OBPs应用的探索仍然有限。
范围和方法
本综述全面总结了目前关于OBPs的知识，包括它们在嗅觉过程中的作用、体外制备（异源表达、纯化、表征）以及研究OBPs-气味分子结合的技术。它重点关注OBPs在食品挥发性有机化合物（VOCs）生物传感中的新兴应用，并探讨了它们作为智能风味载体的潜力。同时，也讨论了OBPs应用面临的关键挑战和未来前景。
主要发现和结论
OBPs已成功在体外制备，并被广泛用于筛选气味分子的结合特性。OBPs有助于开发高度敏感的生物传感器，用于监测食品中的VOCs，并促进新型风味稳定和控制释放策略的发展。然而，由于对结构-功能关系的理解不完全、可扩展生产的限制以及传感器与复杂食品基质的兼容性不足，OBPs的工业化受到了阻碍。未来的进展需要依赖结构生物学、人工智能驱动的设计和材料科学领域的突破，以充分发挥OBPs在食品风味控制和质量监测中的潜力。
引言
食品感官质量的持续提升和精确调控是食品科学进步的核心驱动力之一。这一进展从根本上依赖于我们对风味感知机制的理解。嗅觉系统在检测和传递不同气味分子方面起着关键作用（Gon?alves等人，2021年）。气味结合蛋白（OBPs）是一类小型、水溶性的分泌蛋白，具有保守的疏水性结合腔，能够在水生生物屏障中将疏水性气味分子传递到嗅觉受体（ORs）。自四十年前被发现以来，OBPs已在从昆虫到脊椎动物的数千种物种中被识别出来，包括人类。
除了其在嗅觉中的天然功能外，OBPs还表现出广泛的气味结合能力和显著的结构稳定性（例如耐高温变性），这使它们成为生物技术应用的有希望的候选者（Pelosi & Knoll，2022年）。基于这些优势，研究人员已成功利用体外表达系统制备了多种OBPs，这些蛋白成为筛选和表征气味分子结合的重要分子探针。此外，OBPs还被整合到电化学、质量敏感性和光学传感器中，用于检测挥发性有机化合物（VOCs）（Ramadan等人，2025年）。此外，OBPs还具有调节气味的潜力，因为它们可以作为食品基质中的“智能风味载体”。图1A展示了OBPs的研究和应用进展。尽管取得了这些进展，但历史上的研究主要集中在农业用途的昆虫OBPs上（Pelosi & Knoll，2022年）。针对食品工业应用的OBPs的具体探索仍不充分，这限制了它们的商业潜力。
本综述全面总结了OBPs研究的现状，涵盖了它们在嗅觉系统中的作用、体外制备方法和气味结合表征技术。它重点关注OBPs在食品VOCs检测（包括电化学、质量敏感性和光学传感器）和风味改善方面的最新应用。此外，还讨论了现有挑战和未来前景，强调了先进技术（人工智能驱动的设计、结构生物学、先进材料）在克服OBPs应用限制中的作用。本综述旨在突出OBPs在食品质量控制、风味调节和安全监测方面的潜力，为未来的食品风味改进提供新的视角。
章节片段
OBPs概述
OBPs的发现源于对生物嗅觉系统中气味感知机制的深入理解。1981年，Vogt和Riddiford首次在蛾类触角中发现了一种具有信息素结合能力的蛋白质。大约在同一时间，Pelosi等人（1982年）也在牛鼻黏液中鉴定出一种能够结合2-异丁基-3-甲氧基吡嗪的蛋白质（最初是为了识别嗅觉受体）。随后，大量类似的蛋白质被陆续发现
OBPs在嗅觉系统中的作用
嗅觉系统对于生物体识别气味分子至关重要，使它们不仅能够找到营养丰富的食物并避免有毒化合物，还能帮助识别适宜的生态栖息地和配偶（Rihani等人，2021年）。目前普遍认为，OBPs通过携带、失活和/或选择气味分子参与嗅觉受体的周围事件（Briand等人，2002年）。当环境空气中的VOCs和信息素溶解在水相中时
OBPs的体外制备
尽管OBPs在生物体的嗅觉组织中广泛存在，但在自然组织中的表达水平有限。人类鼻腔区域的OBPs含量极低（Briand等人，2002年）。在研究的哺乳动物物种中，从单个动物体内分离出的OBPs量不超过100毫克，而昆虫细胞分泌的OBPs仅为1–2毫克/升（Pelosi & Knoll，2022年；He等人，2023年）。这限制了大规模分离
体外配体结合测定
测量结合亲和力和特异性对于理解OBPs的生理功能非常重要。通过成功构建重组OBPs，研究人员可以在体外进行气味结合研究。确定结合亲和常数的方法主要包括评估平衡状态下总配体浓度与游离配体浓度之间的差异（D'Onofrio等人，2020年）。为此，主要有两类方法：基于分离的方法
用于VOCs检测的生物传感器
食品质量是一个重要的问题，直接影响消费者的生活质量。消费者无法忍受由内部变质或外来物质污染引起的异味（Calabrese等人，2023年）。VOCs作为评估食品新鲜度、真实性和安全性的关键指标。近年来，由于OBPs对VOCs具有天然的亲和力和出色的稳定性，研究人员开发了基于OBPs的传感器
挑战与未来前景
尽管OBPs在食品安全检测和风味管理方面显示出潜力，但要从实验室研究过渡到工业应用，仍需解决若干挑战（见图6）。
结论
OBPs凭借其独特的气味结合、运输和稳定能力，以及在食品VOCs检测方面的潜力，在食品工业中具有巨大前景。然而，目前仍存在一些挑战，如嗅觉机制不明确、制备效率低下和传感器适用性有限等问题。通过跨学科的合作，结合食品科学、生物技术和材料科学，可以推进OBPs变体的具体设计和工程化
未引用的参考文献
Chang等人，2023年；Li等人，2025年；Lu等人，2017年；Pelosi等人，2014年；Pelosi等人，2018a；Pelosi等人，2018b；Stepanenko等人，2025年；Tan等人，2020年；Wang等人，2024年；Yang等人，2025年。CRediT作者贡献声明
王伟哲：概念构思、研究、撰写-原始草稿。孙宝国：方法学、软件、概念构思。艾娜西：撰写-审稿和编辑、资金获取、项目管理、监督。
数据可用性
研究中提出的原始贡献包含在论文/补充材料中，如需进一步咨询，请联系相应的作者。
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了生成式AI工具，包括Google Gemini和DeepSeek，主要用于语言润色、句子重构和提升初稿的整体可读性。重要的是，所有关键的科学概念、数据分析、解释、结论以及论证的逻辑流程都是由作者原创和发展的。使用这些工具后，作者对文本进行了严格审查和实质性修改
致谢
本工作得到了国家重点研发计划（编号：2023YFF1104503）和国家自然科学基金（编号：32272460）的支持。
