综述：乳蛋白与香气化合物之间的相互作用：机制、加工影响及分析方法的全面综述

《Food Hydrocolloids》：Interactions between dairy proteins and aroma compounds: A comprehensive review of mechanisms, processing effects, and analytical methods

乳制品中乳蛋白（DP）与香味化合物（DAC）的相互作用机制及其在加工过程中的动态调控，通过分子特性、物理化学性质、界面行为及加工参数（热处理、pH、离子强度、发酵等）影响香味保留与释放。结合光谱分析、色谱质谱联用、分子动力学模拟和机器学习，揭示了非共价（疏水作用、氢键、静电作用、范德华力）和共价（美拉德反应、氧化）相互作用机制，为乳制品风味稳定和精准控制提供理论支持。

　　

袁海斌|唐灿|陈晨|于海燕|田怀香

上海工业大学香料、香精与化妆品学院，中国上海 201418

摘要

乳制品香气的感知在很大程度上受到乳蛋白（DP）与乳香化合物（DAC）之间相互作用的影响，这两种成分共同决定了挥发性分子在复杂乳制品基质中的结合、保留和释放行为。本文综述了近年来在理解DP-DAC相互作用方面的最新进展，涵盖了从分子特性到加工诱导的调控作用以及分析评估的各个方面。现有证据表明，疏水性力、氢键、静电作用和范德华力是主导非共价结合的主要因素，而热处理、氧化和美拉德反应则可能导致共价修饰，从而显著改变香气的稳定性。加工参数（如热处理、pH值、离子强度、发酵、均质化和干燥）会动态改变蛋白质构象和基质微观结构，进而调节香气的保留和释放动力学。光谱分析、色谱-质谱定量、量热和动力学测量、分子模拟以及机器学习的进步加深了人们对这些相互作用途径和能量学的认识。尽管取得了显著进展，但在量化共价相互作用、将模型系统观察结果与实际乳制品基质联系起来以及预测工业条件下的多尺度香气行为方面仍存在挑战。结合多模态分析、分子动力学和动力学建模的新兴综合方法有望为基于蛋白质的策略提供支持，以实现风味稳定、可控香气释放和乳制品感官优化。

引言

风味是决定乳制品感官质量和消费者接受度的关键因素，而乳香化合物（DAC）是风味感知的重要贡献者。从鲜奶到发酵奶和奶酪等各种乳制品都具有独特的香气特征，这些特征由其特定基质成分的组成和相互作用决定。这些DAC的释放动态、稳定性和感官表现受到乳制品基质内部相互作用的强烈影响，其中乳蛋白（DP）起着尤为关键的作用。

乳蛋白主要由酪蛋白和乳清蛋白组成，不仅因其营养价值和功能特性而受到重视，还通过与挥发性分子的多种物理化学相互作用（包括疏水性相互作用、氢键和静电作用）来调节香气行为（Lesme等人，2020年）。这些相互作用决定了DAC的结合、保留和释放，从而影响其在加工、储存和消费过程中的挥发性、持久性和整体风味感知。

过去十年中，越来越多的研究致力于阐明DP-DAC相互作用机制（图1）。这些研究为理解蛋白质结构和环境因素如何调节香气保留和释放提供了宝贵见解，为优化乳制品系统的风味性能提供了理论指导。然而，大多数研究仅限于简化的模型系统或特定的蛋白质-香气对（陈等人，2025年；Di & Jia，2023年）。虽然基础性综述已经建立了稀溶液中DP-DAC结合的热力学原理，但在动态乳胶体基质中香气化合物的行为仍知之甚少（Kühn等人，2006年）。实际的乳制品系统并非简单的配体-受体对，而是复杂的软物质集合体，其中香气的保留受到胶束完整性、界面流变学和凝胶网络结构的影响。与以往侧重于静态平衡常数的研究不同，本文构建了一个综合框架，将蛋白质结构、加工动态和功能性能联系起来。本文旨在提出对加工乳胶体中风味调节的预测性理解，通过结合分子动力学（MD）和机器学习（ML）的最新进展来弥合分子识别与宏观加工之间的差距。

因此，本文系统总结了近年来对DP与DAC相互作用机制的理解进展，超越了描述性分析，深入到了机制层面的理解。重点关注以下方面：（i）蛋白质的胶体特性和香气化合物的物理化学性质；（ii）分子和超分子水平上的主要相互作用机制；（iii）动态加工参数对相互作用行为的影响；（iv）用于表征这些相互作用的新兴分析和计算方法。与以往主要关注静态平衡常数的研究不同，本文提出了一个多尺度的概念框架：乳制品系统中的香气行为受到内在分子亲和力和加工诱导的基质重组的动态耦合的影响。我们认为，预测实际乳制品中的风味释放需要将微观分子识别与动态的超分子转变（如胶束解离、界面流变学变化和凝胶网络致密化）结合起来。通过弥合分子结合、宏观加工动态和现代计算预测之间的差距，本文旨在将该领域从描述性现象学提升到预测性基质工程。

DP和DAC的物理化学特性

DP与DAC之间的相互作用受多种因素的影响，包括它们的结构特征、物理化学性质和界面行为。系统地理解这些特性是阐明DP-DAC相互作用背后的分子识别和结合机制的基础。这些见解为精确控制乳制品中的风味形成、保留和释放提供了理论基础。如图2所示

DP与DAC之间的相互作用机制

DP通过与挥发性DAC的非共价力相互作用形成可逆复合物，从而调节香气的保留和释放，而不可逆的共价相互作用主要发生在加工过程中（Dai等人，2026年；Zhang等人，2021年）。与共价结合不同，非共价相互作用在水性乳制品环境中混合时自发发生。这些相互作用受热力学驱动，主要由疏水性和特定功能基团决定

加工因素对DP-DAC相互作用的影响

第3节详细介绍了支配DP-DAC相互作用的基本分子力，这些力提供了必要的基础。然而，在实际的乳制品制造过程中，这些静态亲和力往往会被破坏。宏观加工干预（如热应力、显著的pH变化和强烈的剪切力）会破坏这些微观平衡。因此，理解乳制品风味需要超越孤立的分子结合，考虑超分子基质的影响

研究DP-DAC相互作用的方法

要全面理解DP与DAC之间的相互作用，需要整合实验、光谱和计算方法。为了准确捕捉这些多尺度相互作用，整合先进的分析方法和计算模拟至关重要。这种整合有助于弥合原子层面机制与宏观风味释放之间的差距，为优化加工参数提供必要的理论工具

结论

乳蛋白不仅是乳制品的营养和结构成分，还是DAC结合、保留和释放的关键调节因素。这些相互作用涉及疏水性力、氢键、静电作用、范德华力、空间排斥效应，在某些条件下还包括共价反应。它们共同决定了乳制品基质中的结合亲和力、释放动力学和感官感知。光谱学、色谱学等方面的进展

CRediT作者贡献声明

袁海斌：撰写——初稿，监督，方法论，概念化。唐灿：撰写——初稿，研究，数据整理。陈晨：资源获取，正式分析，概念化。于海燕：软件使用，正式分析。田怀香：监督，资源获取，正式分析。

利益冲突声明

本文不存在需要声明的利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32502397）、上海市科学技术委员会（编号：25ZR1402477）、上海市农业委员会项目（编号：T2025302）以及上海市科学技术委员会工程技术研究中心（编号：20DZ2255600）的支持。