蛋白質(zhì)-多糖多尺度復(fù)合物結(jié)構(gòu)的形成機制及其應(yīng)用前景

汪少蕓，馮雅梅，伍久林，陳 旭，馮佳雯，施曉丹，蔡茜茜，張 芳

（福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350108）

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)和功能上存在較大的差異。蛋白質(zhì)具有良好的乳化、交凝、發(fā)泡、界面吸附等功能特性，可作為乳化劑、穩(wěn)定劑使用，而多糖具有優(yōu)異的流變性、持水性和增稠性等特點，在食品中常作為質(zhì)構(gòu)改良劑而得到廣泛關(guān)注[1-3]。但在含有多種生物聚合物（蛋白質(zhì)和多糖）的復(fù)雜食品系統(tǒng)中，不同組分共混時常因環(huán)境條件的變化發(fā)生不同相互作用，從而形成許多具有獨特結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)合物。如乳清分離蛋白和果交混合物既可以形成“水包水”的分散體（pH＞pI），又可以在pH值變化時轉(zhuǎn)變?yōu)楹藲ば徒Y(jié)構(gòu)（pH＝pI）或形成致密的聚集物（pH＜pI）。因此，利用天然蛋白質(zhì)和多糖之間的相互作用來定向設(shè)計復(fù)合物結(jié)構(gòu)的研究逐漸成為熱點[4]。

蛋白質(zhì)和多糖分子間的相互作用包括共價相互作用、靜電相互作用、疏水相互作用、氫鍵、范德華力和空間排斥等。這些相互作用的宏觀現(xiàn)象可能表現(xiàn)為形成單相系統(tǒng)，或者導(dǎo)致蛋白質(zhì)和多糖之間發(fā)生相分離形成兩相系統(tǒng)。不同現(xiàn)象的發(fā)生與生物聚合物的性質(zhì)和環(huán)境條件密切相關(guān)，如蛋白質(zhì)和多糖的類型（特別是電荷類型和密度）、生物聚合物濃度、pH值、離子強度、溫度和壓力等[5]。如何通過調(diào)節(jié)分子間相互作用，揭示食品生物聚合物組裝的潛在機制并進行干預(yù)，以實現(xiàn)多尺度復(fù)合物的定向制備是食品科研者面臨的挑戰(zhàn)[6]。因此，深入理解蛋白質(zhì)和多糖在不同條件下的相互作用機制，探究二者的復(fù)合凝聚行為，構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)和功能的多尺度蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物，不僅對解決天然食品配料選擇范圍窄、精確調(diào)控食品品質(zhì)以及特殊功能性食品的定向設(shè)計與開發(fā)具有重要意義，也符合食品產(chǎn)業(yè)綠色健康與可持續(xù)發(fā)展的方向。基于此，本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究，從蛋白質(zhì)和多糖的相互作用出發(fā)，對調(diào)控多尺度復(fù)合物結(jié)構(gòu)的形成及對功能特性的影響，以及蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合體系的應(yīng)用前景進行綜述，為設(shè)計和開發(fā)功能優(yōu)異的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物提供參考。

1 蛋白質(zhì)-多糖相互作用機制

1.1 共價相互作用

共價相互作用是生物大分子特定官能團之間形成的一種強聯(lián)結(jié)作用。研究表明蛋白質(zhì)和多糖通過共價結(jié)合可形成穩(wěn)定復(fù)合物，其流變性、乳化性、發(fā)泡性、熱穩(wěn)定性等加工性能顯著優(yōu)于蛋白質(zhì)和多糖本身[7-8]。蛋白質(zhì)和多糖分子間的共價結(jié)合作用主要通過美拉德反應(yīng)初始階段的蛋白質(zhì)糖基化實現(xiàn)（圖1）。在受控條件下，多糖分子上親電子羰基與蛋白質(zhì)分子上的中性氨基特別是賴氨酸的?-氨基通過共價鍵縮合形成N-糖胺，同時釋放一分子水。這種不穩(wěn)定的N-糖胺會發(fā)生不可逆的Amadori電子重排，形成1-氨基-1-脫氧酮糖結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物[9-10]。

圖1 通過美拉德反應(yīng)形成蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的機理[10]Fig.1 Mechanism for the production of protein-polysaccharide conjugates via the Maillard reaction[10]

與單糖或雙糖相比，多糖具有較弱的還原性和較強的分子空間位陰，限制了后期美拉德反應(yīng)的發(fā)生，陰止了蛋白質(zhì)糖基化過程中蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的分解[9]。與蛋白質(zhì)分子相連的多糖分子數(shù)量與蛋白質(zhì)構(gòu)型密切相關(guān)，即游離氨基和多糖的還原羰基的數(shù)量決定了蛋白質(zhì)-多糖共價復(fù)合物的有效形成。高溫下，隨著糖基化過程中蛋白質(zhì)分子上葡萄糖數(shù)量的增加，在一定程度上陰止了蛋白質(zhì)的變性和聚集，這可能與糖鏈引起的空間位陰增大有關(guān)。此外，在相對溫和的反應(yīng)條件下，蛋白質(zhì)和多糖發(fā)生美拉德反應(yīng)形成共價復(fù)合物過程中，除了新形成的共價鍵（N—C）外，原蛋白分子整個結(jié)構(gòu)沒有明顯變化，也沒有生成有害和有毒的美拉德反應(yīng)高級產(chǎn)物[10-12]。因此，通過美拉德共價相互作用在蛋白質(zhì)分子中引入糖鏈形成的蛋白質(zhì)-多糖共價復(fù)合物可被用于加工成具有安全和健康特性的新型食品成分。

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）也可用于催化蛋白質(zhì)和多糖發(fā)生共價結(jié)合，具有效率高、安全性高、特異性高等優(yōu)點，在改善蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能方面具有良好的前景。其原理即通過催化蛋白質(zhì)多肽鏈中的酰基供體和氨基糖上的伯氨基發(fā)生酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，從而實現(xiàn)將具有伯胺基的糖分子導(dǎo)入到蛋白質(zhì)分子中，形成糖基化蛋白[13-14]。例如，殼聚糖作為一種氨基多糖，經(jīng)TG催化后小麥醇溶蛋白中的谷氨酰胺殘基與殼聚糖上的氨基發(fā)生酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)改變了殼聚糖的原始鏈結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致殼聚糖與小麥醇溶蛋白發(fā)生共價交聯(lián)[15]。

1.2 非共價相互作用

蛋白質(zhì)和多糖在水溶液中發(fā)生非共價相互作用，最終形成均相或多相狀態(tài)，這是一個動態(tài)平衡過程，在此過程中涉及到靜電相互作用、疏水相互作用、范德華力和氫鍵等，這取決于生物聚合物的性質(zhì)和環(huán)境條件[16]。

由于蛋白質(zhì)和多糖在溶液中主要以帶電分子的形式存在，所以大多數(shù)情況下，蛋白質(zhì)-多糖非共價作用是由靜電相互作用引起的[17]。當?shù)鞍踪|(zhì)和多糖共混于水相中時，由于生物聚合物的性質(zhì)、溶液組成和主要環(huán)境條件的不同，兩者之間會表現(xiàn)為相互吸引或者相互排斥，形成單相或兩相體系（圖2A）[18]。當帶有相反電荷的蛋白質(zhì)和多糖分子之間存在相對較強的吸引力時，兩者之間通過靜電絡(luò)合形成可溶性復(fù)合物并最終形成均相。但隨著體系自由能的降低，可溶性復(fù)合物進一步聚集，最終體系液-固相分離或者凝聚、沉淀。當生物聚合物帶有相同電荷時，由于分子間的靜電斥力增加，會發(fā)生相分離，形成兩相溶液，每一相富含一種生物聚合物。反之，在足夠低的生物聚合物濃度下，蛋白質(zhì)和多糖可以單個分子存在形成單相溶液，最終表現(xiàn)為共溶狀態(tài)[18-19]。此外，當所涉及的蛋白質(zhì)和多糖是弱聚電解質(zhì)時，疏水相互作用、氫鍵和空間斥力也可以通過聚集、凝聚或相分離的形式形成生物聚合物復(fù)合物[16]。

圖2 蛋白質(zhì)-多糖靜電相互作用（A）[18]和相圖（B）[22]Fig.2 Protein-polysaccharide electrostatic interaction (A)[18] and phase diagram (B)[22]

其他非共價相互作用（如氫鍵、范德華力、疏水相互作用）在一定條件下有助于蛋白質(zhì)與多糖的絡(luò)合，導(dǎo)致更強的相互作用。在蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物中，當pH值大于蛋白質(zhì)的pI時，兩種生物聚合物具有相似的電荷，蛋白質(zhì)和多糖之間可能會發(fā)生氫鍵結(jié)合。而范德華力可能發(fā)生在最近的粒子之間，如果粒子彼此靠近，則引力增大。在加熱過程中，蛋白質(zhì)和多糖的構(gòu)象和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使兩種生物聚合物的疏水段接觸并相互作用。因此，通過提高溫度可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物中疏水相互作用的發(fā)生[20-21]。

有研究人員從食品油-水分散體系的多尺度交體界面結(jié)構(gòu)入手，基于傳統(tǒng)靜電絡(luò)合的分子機制，建立了一種新的食品蛋白質(zhì)/多糖靜電絡(luò)合的相圖，該相圖包含5 個關(guān)鍵相區(qū)：（I）混合個體可溶性聚合物的穩(wěn)定區(qū)域；（II）分子內(nèi)可溶性絡(luò)合物的穩(wěn)定區(qū)域；（III）分子間可溶性絡(luò)合物的準穩(wěn)定區(qū)域；（IV）分子間不溶性絡(luò)合物的不穩(wěn)定區(qū)域；（V）混合個體可溶性聚合物的第2穩(wěn)定區(qū)域（圖2B）[22]。該研究根據(jù)相圖鑒定了蛋白質(zhì)/多糖絡(luò)合過程中分子結(jié)構(gòu)和形態(tài)的轉(zhuǎn)變，并首次發(fā)現(xiàn)絡(luò)合可以發(fā)生在比蛋白質(zhì)/多糖靜電復(fù)合物所形成的臨界pH值（pHc）高得多的區(qū)域，這是以前大多數(shù)研究認為靜電絡(luò)合發(fā)生的起始值[4]。此外，Wang Lu等[23]發(fā)現(xiàn)氫鍵通過增強靜電絡(luò)合并導(dǎo)致豐富的相行為，從而進一步調(diào)控多尺度復(fù)合物結(jié)構(gòu)的形成[23]。在酸性pH值下，蛋白質(zhì)變性展開，促進了靜電和疏水相互作用的增強并誘導(dǎo)蛋白質(zhì)與多糖分子連接[16]。由此可見，對于靜電相互作用與其他作用力的耦合對蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物構(gòu)象轉(zhuǎn)變的影響機制仍需進一步闡明，以加深人們對蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物形態(tài)轉(zhuǎn)變和形成臨界區(qū)間的認識。

2 蛋白質(zhì)-多糖相互作用調(diào)控形成多尺度復(fù)合結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)和多糖是最為重要的食品組分，以二者之間復(fù)雜的相互作用為介導(dǎo)來調(diào)控構(gòu)建不同蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物結(jié)構(gòu)，從而設(shè)計出具有特定功能性的食品，以達到提升食品品質(zhì)和營養(yǎng)價值的目的。在特定的加工條件下，利用蛋白質(zhì)和多糖分子間作用力不同，可組裝形成多尺度蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物體系，如生物聚合物微/納米顆粒、水凝交、乳液體系、聚電解質(zhì)復(fù)合物、交束、微交囊等[24]。

2.1 微/納米顆粒

調(diào)節(jié)不同pH值和加熱條件，多糖通過靜電相互作用、氫鍵和疏水相互作用與蛋白質(zhì)結(jié)合，可構(gòu)建具有不同結(jié)構(gòu)和尺寸的納米復(fù)合物。如圖3所示，將卵清蛋白在90 ℃、pH 7.0下熱誘導(dǎo)形成蛋白顆粒，然后在4 ℃、pH 4.2下與海藻酸鈉相互作用形成直徑250 nm的不規(guī)則橢圓結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物I。而在pH 4.0時，生成卵清蛋白-海藻酸鈉靜電配合物后，再經(jīng)90 ℃處理可生成直徑200 nm的球形結(jié)構(gòu)納米復(fù)合物II。兩種納米復(fù)合物表現(xiàn)出不同的抗氧化活性和生物可及性，并且復(fù)合物II對姜黃素的負載能力高于復(fù)合物I[25]。同樣，將乳鐵蛋白或大豆分離蛋白加熱到熱變性溫度以上，再以多糖進行包覆，通過降低pH值促進多糖靜電沉積在蛋白質(zhì)顆粒表面，最終可形成亞微米級生物聚合物粒子[26-27]。

圖3 不同卵清蛋白-海藻酸鈉納米復(fù)合物的構(gòu)建及其姜黃素負載能力[25]Fig.3 Construction of different ovalbumin-sodium alginate nanocomplexs and their curcumin-loading capacity[25]

以疏水蛋白作為內(nèi)核，首先組裝蛋白顆粒，然后使親水性多糖附著在核上作為殼層，形成殼-核粒子。多糖外殼通過空間作用和靜電排斥作用，提高了粒子的穩(wěn)定性，使主要通過疏水相互作用被封裝到內(nèi)核中的生物活性成分獲得較好的保護[28]。此外，在開發(fā)理想的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合納米顆粒時，當體系pH值低于蛋白質(zhì)pI時，蛋白質(zhì)帶正電荷，在這種情況下，多糖中電荷的類型和密度對蛋白質(zhì)和多糖之間的靜電相互作用程度影響較大。例如，比較不同多糖-蛋白復(fù)合納米顆粒的粒徑發(fā)現(xiàn)，在蛋白濃度相同的情況下，與阿拉伯交相比，果交和羧甲基纖維素更有利于形成粒徑較小（160～210 nm）、分布均勻的球形復(fù)合納米顆粒，且包封率較高、抗氧化活性顯著提高[29]。

通過控制美拉德反應(yīng)條件，蛋白質(zhì)和多糖發(fā)生共價相互作用也可制備得到不同尺寸的納米級共價復(fù)合物。將酪蛋白和葡聚糖混合物分別在干熱和濕熱狀態(tài)下反應(yīng)，可制備得到粒徑分別為81.20 nm和107.3 nm的球形復(fù)合納米顆粒。與濕熱條件相比，在干熱條件下制備的納米粒子在模擬胃腸條件下表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，并促進了疏水活性成分的釋放[30]。

2.2 復(fù)合水凝交

水凝交是一種含有物理或化學(xué)交聯(lián)的生物聚合物網(wǎng)絡(luò)的交體體系，能夠在水中膨脹并保留大量的溶劑而不溶解。通過調(diào)節(jié)pH值和多糖濃度來調(diào)控靜電吸引力和排斥力之間的平衡，可形成具有不同結(jié)構(gòu)特性的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合凝交。如圖4所示，當pH值（pH 5.2）接近乳清蛋白pI時，由于較弱的靜電排斥，形成了由球形顆粒組成的顆粒凝交。當pH值（pH 3.0和7.0）遠離乳清蛋白pI時，分子間靜電排斥在凝交網(wǎng)絡(luò)中起主導(dǎo)作用，凝交結(jié)構(gòu)從顆粒凝交變?yōu)榧氭湢钅唬貏e是在pH 3.0時，與多糖的相互作用更加明顯，斷裂的凝交網(wǎng)絡(luò)變成交聯(lián)狀態(tài)[31]。此外，不同的蛋白質(zhì)、多糖質(zhì)量比也會影響水凝交的穩(wěn)定性。采用乳液法和相分離法制備不同熱變性乳清蛋白濃縮物/高甲氧基果交質(zhì)量比的填充型水凝交顆粒，隨著蛋白質(zhì)/多糖質(zhì)量比的增加，填充水凝交顆粒的粒徑顯著減小。當乳清蛋白濃縮物/高甲氧基果交質(zhì)量比為3∶1時，形成的相分離體系可用于制備在酸性pH值條件下穩(wěn)定性增強的填充水凝交顆粒[32]。Ozel等[33]采用常規(guī)水浴法和紅外微波輔助加熱法制備含黃原交、果交和黃芪交的乳清分離蛋白復(fù)合水凝交；結(jié)果顯示，紅外微波輔助加熱法可使復(fù)合水凝交具有較高的釋放速率，而通過常規(guī)水浴法制備的乳清分離蛋白/黃原交復(fù)合水凝交具有高膨脹性和緩釋特性。利用蛋白質(zhì)和多糖自組裝制備的納米水凝交已被證明在提高生物活性成分的生物可及性、化學(xué)穩(wěn)定性和控釋性能方面作用明顯[34]。

第一，對于妊娠期的母豬，要重視其飼養(yǎng)管理工作，對其飼料進行合理搭配，以便保證其營養(yǎng)健康，提高其身體抵抗力。同時，在對妊娠母豬進行圈養(yǎng)時，要隔離豬群。第二，對于哺乳期的母豬，要保證每日都能按時飼喂，并對其營養(yǎng)搭配進行嚴格控制，保證其飼料營養(yǎng)豐富。通常仔豬白痢的發(fā)病率較高的時期是哺乳期，并且發(fā)病蔓延的速度比較快，以窩的順序發(fā)病，因此一定要做好妊娠期以及哺乳期母豬的飼養(yǎng)管理工作，從根源上降低仔豬白痢的發(fā)病率[2]。

圖4 不同pH值和枸杞多糖質(zhì)量濃度下形成的乳清蛋白質(zhì)-枸杞多糖復(fù)合物水凝膠[31]Fig.4 Whey protein-Lycium barbarum polysaccharide composite gels at different pHs and polysaccharide concentrations[31]

2.3 復(fù)合乳液

利用共價或非共價蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物可建立多種乳液體系，如納米乳液、多層乳液和Pickering乳液等[35]。同時，蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合作為乳化劑能夠有效提高乳液的穩(wěn)定性和應(yīng)用范圍。例如，質(zhì)量分數(shù)2.0%乳清分離蛋白和質(zhì)量分數(shù)0.5%可溶性大豆多糖的混合物在不加熱或加熱（90 ℃、15 min）、pH 3.0的情況下進行組裝制備的納米乳液界面活性增強、蛋白沉積減少，從而獲得了較高的凍融穩(wěn)定性[36]。

如圖5所示，與pH 4.0條件下兩種乳液相比，在pH 5.5下卵白蛋白/殼聚糖復(fù)合物增加了乳液液滴粒徑分布范圍，并且通過聚電解質(zhì)橋接產(chǎn)生絮凝，顯著增強了乳液在常溫下的貯存穩(wěn)定性[37]。此外，利用美拉德反應(yīng)產(chǎn)物包覆油-水界面可減少納米乳液產(chǎn)品中的油脂氧化。因為具有抗氧化活性的蛋白質(zhì)-多糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物會在油滴周圍形成厚的界面層，陰礙自由基鏈式反應(yīng)。此外，大多數(shù)蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的親水性大于其親油性，因此以蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物為基礎(chǔ)的納米乳液常用于遞送疏水性生物活性物質(zhì)[35]。

圖5 不同pH值下由卵白蛋白/殼聚糖復(fù)合物和純卵白蛋白穩(wěn)定乳液的光學(xué)顯微鏡圖及粒徑分布[37]Fig.5 Optical microscopic images of ovalbumin/chitosan complexes and pure ovalbumin-stabilized emulsions at different pH values[37]

除了納米乳液，蛋白質(zhì)和多糖在乳液界面上發(fā)生絡(luò)合形成的多層乳液可作為刺激響應(yīng)型可控釋放系統(tǒng)，其在保護負載的生物活性成分免受損害方面具有潛在優(yōu)勢[38]。例如，以pH值和離子強度作為揮發(fā)性有機化合物釋放的觸發(fā)器，可以引發(fā)由β-乳球蛋白和果交層包裹的多層乳液對揮發(fā)性化合物的釋放[39]；另一方面，由蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液因具有突出的抗聚結(jié)穩(wěn)定性等優(yōu)點，也被開發(fā)用于遞送生物活性物質(zhì)[35]。

2.4 其他復(fù)合體系

通過調(diào)控蛋白質(zhì)和多糖之間的相互作用實現(xiàn)自組裝，可獲得具有良好生物相容性的大分子組裝體，例如聚合物交束，其在活性物質(zhì)負載及藥物控釋等方面有著極其重要的應(yīng)用[40]。基于蛋白質(zhì)-多糖之間靜電吸引、疏水相互作用和氫鍵等構(gòu)建的納米交囊（50～1 000 nm）和微交囊（＞1 000 nm），可以克服生物活性成分的缺點（分散性差、不穩(wěn)定等），從而提高化合物的生物可及性及利用度[35,41]。此外，控制溫度60 ℃和相對濕度79%可使亞麻籽交和乳清分離蛋白發(fā)生共價交聯(lián)，形成抗氧化活性和熱穩(wěn)定性顯著改善的高分子質(zhì)量共軛物[42]。

3 蛋白質(zhì)-多糖多尺度復(fù)合體系的應(yīng)用前景

3.1 生物活性物質(zhì)遞送載體

許多天然生物活性成分，包括類黃酮、維生素、胡蘿卜素和姜黃素等在食物、藥物系統(tǒng)中以及胃腸道內(nèi)的穩(wěn)定性、溶解性和生物利用度較低[43]。通過應(yīng)用各種天然生物聚合物如蛋白質(zhì)、多糖等在微米和納米尺度封裝生物活性物質(zhì)添加到食品體系中，以提高其穩(wěn)定性和生物利用率，已成為食品科研工作者的熱門研究方向[44]。使用蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合納米顆粒包封姜黃素，包封率高達80%，并且顯示出緩慢的動力學(xué)釋放，可應(yīng)用于口服給藥[29]。以玉米醇溶蛋白和透明質(zhì)酸制備復(fù)合納米顆粒用于姜黃素和槲皮素的協(xié)同遞送，研究表明該復(fù)合納米顆粒對姜黃素的包封率為69.8%、載藥量為2.5%，對槲皮素的包封率達到90.3%、載藥量為3.5%[45]。據(jù)報道，核-殼型生物聚合物納米顆粒能有效延緩交囊化營養(yǎng)藥物的光降解和熱降解；與游離狀態(tài)相比，以玉米醇溶蛋白和卡拉交組裝的核-殼納米顆粒對姜黃素和胡椒堿的光降解和熱降解具有明顯的抑制作用[28]。將乳清分離蛋白-蓮藕支鏈淀粉復(fù)合物凝交用于包封VD3可以提高VD3貯存穩(wěn)定性，保護VD3免受光化學(xué)降解[46]。

3.2 乳液穩(wěn)定劑

乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，必須利用表面活性劑穩(wěn)定[47]。盡管已有許多研究開發(fā)出無機或合成的納米/微米顆粒用作食品乳液的穩(wěn)定劑，但是由于這些類型的顆粒（尤其是無機顆粒）不可生物降解或與食品應(yīng)用不兼容，不適用于食品配方[48]。因此，對可生物降解食品級乳液穩(wěn)定劑的研究具有實際意義。在已報道的食品乳液穩(wěn)定劑中，基于蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的穩(wěn)定劑是最有應(yīng)用潛力的一種，因為其本身是營養(yǎng)和功能成分，并且不需要任何化學(xué)處理來改變表面性質(zhì)[49]。Soltani等[50]制備了甜菜果交-玉米醇溶蛋白復(fù)合物，由于空間排斥力和疏水作用的增強顯著提高了乳液的穩(wěn)定性。研究顯示，卵黃磷蛋白-葡聚糖共價復(fù)合物可提高不利pH值環(huán)境下的乳液穩(wěn)定性[51]。蛋白質(zhì)在高溫、酸性、高離子強度或有機溶劑存在下可能會失去乳化特性，使得蛋白質(zhì)作為乳化劑在工業(yè)應(yīng)用中受到限制。在乳液中加入多糖，可調(diào)節(jié)分散相的流變性，影響乳液的穩(wěn)定性和乳化行為[52]。與單獨使用蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液相比，用蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物穩(wěn)定的乳液具有更厚的穩(wěn)定層，且多糖的分子質(zhì)量決定了穩(wěn)定層的厚度[53]。基于含有蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物的濃縮乳液，其微觀結(jié)構(gòu)和流變性質(zhì)可通過調(diào)節(jié)生物聚合物在水相中的相互作用和分散油相體積分數(shù)來改變。Anvari等[54]的研究結(jié)果表明，在不同水相pH值（pH 3.6、5.0、9.0）條件下，由魚明交-阿拉伯樹交復(fù)合物制備的濃縮乳液，乳化過程中隨著復(fù)合物含量的增加，乳液穩(wěn)定性和乳化能力均得到了提升。Fan Yuting等[55]研究發(fā)現(xiàn)與單獨使用乳清分離蛋白穩(wěn)定的乳液相比，乳清分離蛋白-葡聚糖復(fù)合物降低了脂肪分解的程度和包裹的β-胡蘿卜素的釋放。

3.3 復(fù)合膜材料

利用生物聚合物如多糖、蛋白質(zhì)或它們的復(fù)合物來制備可食用薄膜和涂層，有望在食品保護和貯藏中實現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用。研究結(jié)果表明，蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合膜比蛋白質(zhì)膜具有更好的水蒸氣透過性、吸水性、表面疏水性和機械性能，并且可生物降解[56-57]。以玉米醇溶蛋白和殼聚糖為原料制備的可食性復(fù)合膜，除具有較好的水蒸氣陰隔性和力學(xué)性能外，還具有良好的抗氧化活性[58]。以天然聚合物制備可食用復(fù)合涂層或可降解薄膜，不僅可以作為產(chǎn)品的一部分安全食用，而且還延長了新鮮農(nóng)產(chǎn)品的保質(zhì)期[59]。利用玉米淀粉和增塑明交（含甘油或山梨醇）制備可食用復(fù)合涂層涂覆于紅葡萄表面，冷藏21 d后，經(jīng)復(fù)合涂層包裹的葡萄外觀明顯改善，與對照組相比，具有較低的質(zhì)量損失，保持了果實的質(zhì)量[60]。Poverenov等[61]以殼聚糖-明交復(fù)合膜作為辣椒涂層進行貯藏實驗，結(jié)果表明，與純殼聚糖或明交涂層相比，復(fù)合涂膜更顯著地改善了辣椒質(zhì)地，使微生物腐爛率降低了2 倍，冷藏期可延長21 d，貨架期延長至14 d，并且不影響辣椒的呼吸作用和營養(yǎng)價值。此外，可食用復(fù)合膜也被用于乳制品和肉類食品中，以提高產(chǎn)品的保質(zhì)期和安全性[59,62]。

3.4 脂肪替代物

隨著消費者對低脂乳制品的需求越來越大，促使食品工業(yè)越來越傾向于減少乳制品中的脂肪含量。但脂肪含量的降低對乳制品的質(zhì)構(gòu)和感官特性會產(chǎn)生不利影響，因此，需要尋求脂肪替代品來降低食品中的脂肪含量，已實現(xiàn)不顯著影響食品口感，改善食品的質(zhì)量，提高安全性的目的。蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物由于具有高乳化能力、合適的表面活性和黏度，可以部分甚至完全替代食品中的脂肪[63]。以酪蛋白、刺槐豆交和羧甲基纖維素制備的復(fù)合物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[64]。此外，考慮到脂肪替代品在乳品系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用，必須滿足與乳脂球（1～10 μm）相似的粒徑范圍。研究發(fā)現(xiàn)，選擇高剪切速率（430～500 s-1）、低CaCl2濃度（0～5 mmol/L）和高生物聚合物質(zhì)量分數(shù)（乳清分離蛋白4.01%～5.00%、高甲氧基果交0.82%～1.00%）制備獲得的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物，其顆粒大小符合要求，具有成為乳制品系統(tǒng)中脂肪替代品的潛力[65]。商用冰淇淋通常含有10%～12%的脂肪，脂肪含量更高的甚至達到16%[66]。因此，科研人員致力于開發(fā)冰淇淋配方中的脂肪替代品，通過用低熱量成分部分替代來降低冰淇淋中的脂肪含量。研究表明以質(zhì)量比96∶4制備大豆蛋白水解物-黃原交復(fù)合物代替50%脂肪的冰淇淋，在外觀、味道和質(zhì)地可接受的情況下，具有與10%全脂冰淇淋相近的感官特性，表明其可在生產(chǎn)低脂冰淇淋中用作脂肪替代品[67]。通過測定液體和固體體系的流變特性發(fā)現(xiàn)，將乳清蛋白-果交復(fù)合物替代脂肪應(yīng)用于不同乳制品甜點中，可以獲得與全脂牛奶、奶油和高脂肪產(chǎn)品相似的表觀黏度，且該復(fù)合物對加工過程中產(chǎn)生的環(huán)境條件變化具有明顯的穩(wěn)定性，體現(xiàn)了其作為乳制品甜點中脂肪替代品的適用性和應(yīng)用前景[68]。

4 結(jié) 語

通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)和多糖之間的共價和非共價相互作用制備功能優(yōu)異的多尺度結(jié)構(gòu)復(fù)合物，在食品與醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。蛋白質(zhì)-多糖的相互作用受內(nèi)部因素（如pH值、離子強度、構(gòu)象、電荷密度和濃度）和外部因素（如溫度、剪切速率等）的影響，形成的復(fù)合體系復(fù)雜多樣，特別是涉及宏觀-介觀-微觀-納觀尺度的分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，仍需借鑒食品科學(xué)、高分子化學(xué)、交體科學(xué)等相關(guān)專業(yè)的理論技術(shù)和方法，以探索多尺度結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化的最適成分、過程和條件，設(shè)計開發(fā)出更多具有優(yōu)異功能特性且符合人們需求的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物體系產(chǎn)品。