大豆蛋白基水凝膠的研究進展

蘇 丹，宋子悅，楊 楊, ，王 冰，劉琳琳，邊 鑫，石彥國，張秀敏，于文麗，張 娜,

（1.哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江哈爾濱 150000；2.北京食品科學研究院，北京 100000；3.黑龍江省質量監督檢測研究院，黑龍江哈爾濱 150028）

水凝膠由親水性聚合物鏈的三維網絡組成，其中水是分散相并且至少占凝膠重量的70%[1]。水凝膠的形態介于固體和液體之間，并具有固態和液態的雙重性質[2]，其本身不溶于水，但由于存在親水性部分，因而具有吸收大量水的能力，它能在水中明顯吸水溶脹，并且具有很強的保持水分的能力[3]。此外，它還具有其他特性，如柔韌性、刺激響應性及與活組織的相似性，物理化學特性十分接近生物體內的軟組織[4]。水凝膠是通過合成、天然或雜化聚合物的物理或化學交聯形成的[5]。合成聚合物水凝膠雖然具有優異的機械性能，但其生物相容性和可調性較差，且存在一定的細胞毒性和食品不安全性。因此，目前的相關研究正在向天然聚合物材料水凝膠轉變[3,5-6]。

天然聚合物材料水凝膠通常來自多糖或蛋白質。在水凝膠開發過程中，蛋白質比多糖具有固有優勢，蛋白質包含多種不同的氨基酸，其含有的眾多反應基團可用作化學修飾和交聯以形成聚合物結構的位點[7]，在已報道的各種水凝膠中，蛋白質基水凝膠也由于其優異的特性，如高營養價值、生物相容性、生物降解性、可調機械特性以及與合成聚合物相比的低毒性等而被科研人員廣泛開發和研究[8]。目前，常見的蛋白水凝膠原料包括膠原、絲素蛋白、明膠等，但這些蛋白大多屬于動物蛋白，應用成本較高，且由于其復雜的結構和微妙的性質，它們的精細結構改變也常常受到限制[9]。此外，與動物源性蛋白質相比，植物源性蛋白質（如大豆蛋白）可能更加安全，因為其傳播人畜共患病的可能性較小[10]。

大豆蛋白作為植物蛋白中來源最為豐富的蛋白之一，其具有營養價值高、環境友好以及來源廣泛等特點，在食品工業中已得到廣泛應用。大豆蛋白中含有極性官能團的氨基酸，例如羧基、氨基和羥基等，它們能夠進行化學反應并使大豆蛋白易于修飾[11]。迄今為止，國內外對大豆蛋白基水凝膠的研究已取得一定成果，并已在食品領域得到了一定的應用。因此，本文主要針對大豆蛋白基水凝膠的制備方法、凝膠機理及應用研究進展進行綜述，以期為大豆蛋白基水凝膠的制備及其在食品行業的發展提供一定的參考。

1 大豆蛋白的組成及結構

大豆是眾所周知的食物來源，約含有40%的蛋白質。通過在較低溫度下除油可獲得大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI），大豆水提蛋白經酸化至pH4.5～4.8，可分為貯藏球蛋白和乳清組分[12]，大豆貯藏蛋白主要由白蛋白和球蛋白組成，后者占種子蛋白總量的50%～90%[13]。根據它們的沉降系數，大豆蛋白可分為2S、7S、11S甚至15S組分。大豆蛋白中的白蛋白主要以2S形式存在，而7S，11S或15S組分通常對應于球蛋白。大豆球蛋白（SG）和-伴大豆球蛋白（SC）是兩個主要的球蛋白，有文獻中分別稱為11S和7S[12-13]。

11S形式的天然SG是一種分子量為300～380 kDa的六聚體，通常由六個亞基組成。每個亞基由酸性多肽（A）和堿性多肽（B）組成，通過二硫鍵連接在一起。單個六邊形的A或B多肽被認為通過靜電和氫鍵結合在一起（圖1），11S球蛋白的整個結構主要是通過疏水相互作用保持[13]。SG的四級結構易受到環境條件（如pH和離子強度）以及加工和存儲應力（如冷凍、干燥和加熱）變化的影響，SG由于其較高的巰基和二硫鍵含量而易于聚集[14]。SC是一種三聚體糖蛋白，由三個主要亞基（α‘，α和β）組成，占種子蛋白質總量的30%～50%[13]。這種7S球蛋白通常缺乏殘基，因此，沒有二硫鍵，蛋白結構主要通過亞基間疏水相互作用來維持，易受pH和離子強度變化的影響。與天然SG相似，SC還具有低水平的α-螺旋和非常高的二級結構[13]，而天然SC比天然SG更容易變性[15]。

圖1 （a） 由酸性多肽A 和堿性多肽B組成的天然11S大豆球蛋白分子的示意圖；（b） 大豆7S球蛋白α‘的示意圖[15]Fig.1 （a） Schematic diagram of natural 11S soybean globulin molecule composed of acidic polypeptide A and basic polypeptide B;（b） Illustration for soybean 7S globulin α′ [15]

SPI是重要的大豆蛋白產品之一，通常含有85%～90%的蛋白質（以干基計）。SPI具有優異的乳化性、凝膠性、發泡性和成膜性能，這使其成為一種極具吸引力的食品原料。然而由于生產的復雜性，SPI的結構和功能特性隨原材料、加工變量及生產商的不同而有很大差異[16]。SPI在食品加工過程中的功能特性受到可用加工方法的限制，其中，pH對大豆蛋白結構的影響較為顯著，pH相關的結構修飾通常發生在第四級和第三級[14]。商業SPI中的大多數蛋白質都被部分或完全變性，并以聚集甚至不溶的狀態存在[17]，pH或溫度的極值都會降低其溶解度，SG變性后，其溶解性就會喪失，故商用SPI通常在水中較難溶解[15]。

2 大豆蛋白水凝膠的制備方法

基于大豆蛋白水凝膠常用的制備方法來分類，主要可以分為物理交聯、化學交聯以及酶促交聯三類。

2.1 物理交聯制備大豆蛋白水凝膠

物理交聯是一種比較溫和的交聯方法，主要是通過冷凍、加熱、高壓和凍融等方法來制備水凝膠，使得聚合物中的分子鏈通過物理作用力如電荷作用、氫鍵、范德華力等弱力交聯構成三維網絡結構[18]。

2.1.1 大豆蛋白的熱致凝膠 在大豆蛋白基水凝膠中，研究最多且最深入的一類是熱凝膠[19]，通常球狀蛋白凝膠的制備由三個不同的步驟組成：變性、聚集和凝膠，而在典型的熱凝膠中，這些過程在熱處理中同時發生[20]。大豆蛋白的熱變性被認為是形成凝膠的先決條件，其在高于65 ℃的溫度下加熱可形成三維網絡結構[19,21]。大豆分離蛋白受熱的凝膠化過程如圖2所示，可以分為四個步驟：第一步中，天然球蛋白的小聚集體在加熱過程中離解；第二步中，蛋白質再次結合成密集的近似球形顆粒，半徑在30～50 nm之間；第三步中，這些顆粒隨機粘在一起形成自相似聚集體，這些聚集體中蛋白質之間的鍵足夠強，可以抵抗冷卻和稀釋；第四步中，聚集體滲透并形成一個系統跨越網絡[22]。

圖2 加熱導致大豆分離蛋白凝膠化的示意圖[22]Fig.2 Schematic diagram of gelation of soy protein isolate induced by heating[22]

大豆蛋白的熱誘導膠凝行為可以通過改變加熱溫度、加熱時間、離子強度、pH和蛋白質組合物等熱處理條件來改變[21,23-25]。加熱會導致蛋白質分子變性和展開，活性位點暴露，從而觸發蛋白質之間通過共價鍵（二硫鍵）和非共價鍵（例如疏水性相互作用，靜電相互作用和氫鍵）之間的相互作用形成大分子的聚集體，當大豆蛋白濃度足夠高時，可以形成具有三維網絡的凝膠[26]。CHIEN等[27]僅在熱處理的情況下，制備了不同重量百分比（15、18和20 wt.%）的堅固的大豆蛋白水凝膠，該水凝膠系統能夠通過改變大豆蛋白的濃度來控制水凝膠的性能。蛋白質濃度的增加使水凝膠的結構變得更光滑、更具粘性和更少的顆粒狀。此外，在菊粉水凝膠中添加大豆蛋白（1、 3、6 g/100 g）可以得到結構更為致密和均勻的凝膠網絡，獲得更高的屈服應力、質地（硬度、粘附性）和鋪展性參數[28]。KANGII等[29]發現在較高的加熱溫度和蛋白質濃度下形成了牢固堅韌且不易破碎的大豆蛋白凝膠，凝膠的彈性在所有蛋白質濃度下均相似，但在較高溫度下加熱時較低。因此，為了形成硬質凝膠，必須加熱至93 ℃以上。CAMPBELL等[30]通過酸化和熱處理共同作用制備了高強度大豆蛋白水凝膠，發現相比未加熱酸誘導的大豆蛋白凝膠，加熱后的凝膠強度顯著增加，這是由于熱處理導致蛋白的溶解性降低并產生了大量的二硫鍵，并在分子間β折疊結構的參與下，未折疊的蛋白質部分聚集形成熱凝膠。

2.1.2 大豆蛋白的冷致凝膠 相比于大豆蛋白熱凝膠，冷凝膠的制備條件相對溫和，彌補了大豆蛋白熱凝膠方法由于高溫處理而導致其在熱敏性相關應用中存在的不足[19]。大豆蛋白冷凝膠的制備過程較為復雜，首先，必須要將蛋白溶液加熱至變性溫度之上，以使蛋白分子暴露出可反應的官能團，并且為了避免大豆蛋白形成熱凝膠，需要將體系的蛋白濃度控制在臨界凝膠濃度以下；同時，體系中的離子強度也必須足夠低，否則蛋白分子可能會發生聚集；第二步是在冷卻之后加入鈣鹽，以減少靜電排斥作用，并使得蛋白聚集物間形成鹽橋，促進了體系的凝膠化[31-32]（如圖3所示）。大豆蛋白冷凝膠的凝膠強度與所使用的凝固劑有關，不同種類和濃度的凝固劑誘導的大豆蛋白冷凝膠的凝膠強度不同。倪俊杰等[33]發現大豆蛋白冷凝膠的凝膠強度隨凝固劑質量分數增加而增加，在1%～4%的質量分數范圍內，酸誘導冷凝膠的凝膠強度高于鹽誘導冷凝膠，并且相較于鹽誘導來說，通過酸誘導的大豆蛋白冷凝膠熱穩定性也更高。

圖3 大豆蛋白冷凝膠示意圖[34]Fig.3 Schematic diagram of cold-set soy protein gel[34]

2.1.3 其他物理方法 此外，經高壓、超聲等物理方法處理也會對大豆蛋白水凝膠產生影響，經這些方法處理后的大豆蛋白水凝膠的凝膠能力得到了一定程度的改善。高壓處理可通過疏水鍵和靜電鍵的斷裂來影響蛋白質的構象，從而導致蛋白質變性、聚集、凝膠化。MOLINA等[35]在研究高壓對大豆分離蛋白及其組成成分（包括7S和11S球蛋白）的影響時，發現在20%的蛋白溶液上施加300～700 MPa的壓力可形成大豆蛋白凝膠。通過超高壓處理后獲得的大豆分離蛋白凝膠的凝膠強度隨著大豆分離蛋白質量分數、溫度和處理壓力的增加而增加，并且超高壓處理后凝膠外觀會更加的平滑和細致[36]。目前，超聲作為一種極具潛力的綠色加工技術也越來越受到人們的關注。超聲處理產生的空化和高剪切能量波會導致蛋白質分子的去折疊和部分變性，使得表面活性位點暴露，從而增強了大豆蛋白隨后的熱誘導聚集和凝膠行為[37]。朱建華等[38]發現經超聲處理的大豆蛋白凝膠的凝膠強度值比未超聲處理高，且隨處理時間的增加而進一步增強，這是由超聲處理后蛋白質體系的均勻分散和大豆蛋白質亞基的擴展而形成了致密的凝膠網絡所致。而WANG等[26]在不同蛋白濃度（1%，2%和4% w/v）下通過超聲預處理的樣品在加熱后同樣顯示出了比未超聲處理的大豆蛋白對照樣品更高的凝膠能力。

2.2 化學交聯制備大豆蛋白水凝膠

化學交聯是將交聯劑添加到聚合物溶液中以共價鍵形式交聯分子鏈以形成網絡結構的過程。 蛋白質的化學交聯所使用的交聯劑一般是包含雙官能團的化學試劑，可以與大豆蛋白的分子鏈上的羥基、羧基、氨基等官能團發生席夫堿、加成、縮合等反應[39]，利用這些特性，使得具有不同結構與性能的大豆蛋白水凝膠被設計與合成。目前用于蛋白質的典型化學交聯劑包括戊二醛、聚乙二醇、京尼平等。

2.2.1 美拉德型交聯劑 含有醛基的化學交聯劑如戊二醛，甲醛和乙二醛等已被廣泛用于交聯蛋白質[40-41]，這類反應被稱為“美拉德型”交聯[42-43]，因為在兩個單獨的蛋白質分子上的兩個賴氨酸殘基與交聯劑上的醛基之間形成了共價酰胺鍵[44]。CAILLARD等[45]將甘油醛與戊二醛進行了比較，發現甘油醛雖然較戊二醛更為安全，但甘油醛對蛋白交聯的影響程度較弱，而大豆蛋白水凝膠的凝膠性能主要取決于交聯劑的濃度和交聯程度，相比于甘油醛，戊二醛能更好地改善水凝膠的流變性能和溶脹性。

2.2.2 京尼平 京尼平（Genipin，GP）是一種從梔子果實梔子中提取的天然交聯劑，具有1/10000的細胞毒性和良好的生物相容性，被認為是戊二醛的潛在替代品[46]。該分子具有獨特的結構，能迅速與伯氨基反應，形成分子間和分子內共價鍵，形成藍色水凝膠[47]。SONG等[48]使用京尼平作為交聯劑研究了對大豆分離蛋白凝膠的影響，發現隨著京尼平含量的增加，初始凝膠時間縮短，凝膠的穩定性得到改善。此外，發現適當提高反應溫度有利于大豆分離蛋白在京尼平的存在下凝膠化。金蓓等[49]利用京尼平作為交聯劑交聯大豆蛋白和殼聚糖制備復合水凝膠作為茶堿控釋載體，結果發現京尼平的添加量不僅可以增強復合水凝膠的網絡結構穩定性，而且隨著含量的增加，復合水凝膠在模擬腸胃液中的溶脹度和控釋速率隨之降低。

2.2.3 乙二胺四乙酸二酐 氨基酸殘基與酸酐的酰化是蛋白質最常見的化學修飾之一，使用乙二胺四乙酸二酐（EDTAD）對賴氨酰殘基進行改性能夠將大量羧酸鹽陰離子（COO-）并入大豆蛋白質分子中，產生許多水結合位點，從而增加其親水性[50]。CUADRI等[7]研究了使用EDTAD將大豆蛋白功能化獲得水凝膠的可行性，發現EDTAD修飾后大豆蛋白的親水性特征顯著增加，隨著功能化程度的提高，水的吸收量增加更大，水凝膠中含有較大的多孔區域。

2.2.4 聚乙二醇 聚乙二醇也是一種用來制備大豆蛋白水凝膠的較為常見的化學交聯劑。劉杰等[51]使用Tempo-BAIB催化體系將聚乙二醇單甲醚中的羥基氧化成醛基，通過席夫堿及還原反應將聚乙二醇片段接枝到大豆分離蛋白的分子鏈上，大豆分離蛋白經聚乙二醇改性后可以在37 ℃自發形成凝膠，并隨著聚乙二醇接枝率的增加，凝膠化時間可以小于30 min。SNYDERS等[8]發現由含水量為96%的聚乙二醇和大豆蛋白制成的雜化水凝膠的彈性模量可以隨原料比例組成的改變而發生變化，因此，可通過改變其組分來調節其機械性能。

2.2.5 其他化學交聯方法 迄今為止，除上述常見的交聯劑外，還出現了一些新的交聯劑被用于與大豆蛋白合成水凝膠。例如，盧新生等[52]提供了一種新的改性方法，即采用甲基丙烯酸單體（PMAA）接枝改性大豆分離蛋白，通過接枝聚合的方法制備了具有天然高分子和合成高分子的雙重優異性能的SPI-PMAA水凝膠。此外，在堿性條件下，通過自由基聚合可以誘導蛋白質與多酚交聯。GUO等[19]通過大豆分離蛋白和多酚類物質坦尼酸 （TA） 共價反應制備了SPI-TA水凝膠，結果表明在pH為11時，大豆分離蛋白和坦尼酸可形成保水性為95.5%±0.052%的水凝膠，當坦尼酸的濃度為88～117 μmol/g時凝膠硬度最佳，其具有典型的凝膠行為，這也為蛋白質與多酚共價結合制備凝膠劑提供了參考。

2.3 酶促交聯制備大豆蛋白水凝膠

另一種用于制備大豆蛋白水凝膠的常用方法是生物酶交聯，這是一種無毒、可行且有效的交聯方法。轉谷氨酰胺酶 （Transglutaminase，TGase） 可以催化谷氨酰胺殘基（Gln）的γ-羥胺基和賴氨酸殘基（Lys）的ε-氨基之間的酰基轉移反應，導致分子間或分子內交聯[53]。轉谷氨酰胺酶共可催化三個反應：酰基轉移反應、谷氨酰胺（Gln）與賴氨酸（Lys）殘基的交聯反應以及脫酰胺基反應（如圖4所示）[54]。因此TGase被廣泛用于食品加工業中以改善食品蛋白質的膠凝特性[55-56]。例如，β-伴大豆球蛋白的大部分亞基和大豆球蛋白SPI的酸性亞基可以通過TGase聚合，并且可以使用TGase作為凝結使豆漿形成冷凝膠[57-58]。SONG等[59]使用微生物轉谷氨酰胺酶與大豆分離蛋白制備了具有可調凝膠時間和機械強度特性的蛋白質基水凝膠，并研究了其作為載體控制5-氨基水楊酸釋放的可能性，證實了藥物的控制釋放行為，表明所形成的SPI水凝膠具有控制藥物釋放的潛在應用。為了得到性能更好的大豆蛋白水凝膠，陸續出現許多新的水凝膠制備方法，以滿足不同產品的需要。GAN等[60]通過將化學交聯和酶促交聯共同作用，經研究發現此方法得到的凝膠比單交聯所得凝膠網絡結構更加致密，凝膠強度和粘彈性也明顯增強。

圖4 谷氨酰胺轉氨酶催化蛋白質共價形成的作用機制[54]Fig.4 Cross linking mechanism of glutamine aminotransferase and protein[54]

綜上所述，對物理交聯、化學交聯及酶促交聯制備大豆蛋白水凝膠的優缺點進行了總結（如表1所示）。基于物理交聯的大豆蛋白水凝膠制備方法無需加入任何交聯劑和催化劑，較為安全，但該方法制備的水凝膠結構穩定性差，力學性能較差[61]。基于化學交聯形成大豆蛋白水凝膠機械強度高，穩定性好，但其中大多數的交聯劑都不安全且不具有成本效益[62]。而通過酶交聯制備的大豆蛋白水凝膠綠色安全，結構穩定且生物相容性好，由于物理交聯和化學交聯方法制備的水凝膠均存在一定的不足，為了擴展大豆蛋白水凝膠的應用，目前，越來越多的研究開始嘗試酶催化交聯的方法來制備水凝膠。

表1 不同水凝膠的制備方法的優缺點對比Table 1 Comparison of the advantages and disadvantages of different hydrogel preparation methods

3 大豆蛋白基互穿網絡水凝膠

互穿網絡水凝膠 （Interpenetrating polymer network hydrogels，IPN） 是由兩種或兩種以上的聚合物組成，一般通過物理或化學方法合成和相互連接[63]。其中，雙網絡水凝膠是互穿網絡水凝膠的一種特殊形式，它由兩個具有獨特特性的滲透聚合物網絡組成，其中剛性的網絡作為第一網絡，而柔性的網絡作為第二個網絡。互穿聚合物網絡的形成可以保留每個網絡結構的特性，并由于交聯網絡中的互鎖結構而提高材料的穩定性[64]，目前大豆蛋白互穿網絡水凝膠的相關研究正逐漸增多，根據原料來源可將其分為大豆蛋白/天然聚合物互穿網絡水凝膠和大豆蛋白/合成聚合物互穿網絡水凝膠。

3.1 大豆蛋白/天然聚合物互穿網絡水凝膠

天然聚合物一般具有優異的生物降解性、可再生性和良好的生物相容性，是用于制備水凝膠的首選材料。目前，已有研究將甜菜果膠、玉米纖維膠、殼聚糖等天然聚合物與大豆蛋白構建互穿網絡水凝膠用以改善大豆蛋白水凝膠的功能特性。例如，有學者們以甜菜果膠和大豆蛋白為原料，通過漆酶和谷氨酰胺轉氨酶兩步酶誘導交聯制備了甜菜果膠/大豆蛋白雙網絡水凝膠，提高了水凝膠的機械性能、質構特性和韌性[65-66]；還有通過熱處理和漆酶兩步凝膠法制備了大豆蛋白/甜菜果膠雙網絡水凝膠，發現與單網絡水凝膠相比，雙網絡水凝膠具有優異的力學性能、保水性和微觀結構[67]。DENG等[68]以玉米纖維膠和大豆分離蛋白為原料，在漆酶誘導和熱處理作用下制備了雙網絡水凝膠，發現該水凝膠的硬度和變形能力均優于單網絡水凝膠，并且雙網絡水凝膠具有更密集的孔隙結構和平滑的表面。然而，由于加熱過程不適合封裝熱敏性活性物質，因此，YAN等[69]通過漆酶和葡萄糖酸δ-內酯誘導開發一種新型玉米纖維膠和大豆分離蛋白雙網絡水凝膠，該雙網絡水凝膠具有pH響應，遞送釋放效率高，可作為熱敏生物活性化合物的口服輸送工具。

3.2 大豆蛋白/合成聚合物互穿網絡水凝膠

與天然聚合物水凝膠相比，化學合成聚合物水凝膠的來源種類更加豐富，其在力學性能上也更具優勢。目前，已有研究將大豆蛋白與化學合成的高分子聚合物，如聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸等為原料制備互穿網絡水凝膠。LIU等[70-71]制備了大豆蛋白和聚（N-異丙基丙烯酰胺）組成的熱敏互穿聚合物網絡水凝膠，發現水凝膠具有良好的可混溶性、高孔隙率和溫敏性，并且可以通過調節大豆蛋白或交聯劑的含量來控制活性物質的釋放比。李榕[72]通過同步互穿網絡方法制備了大豆分離蛋白/聚甲基丙烯酸-β-羥乙酯（SPI/PHEMA）水凝膠和大豆分離蛋白/聚甲基丙烯酸互穿網絡（SPI/PMAA）水凝膠，發現SPI/PHEMA水凝膠具有清晰的網絡結構，孔壁厚度相差甚微，網孔尺寸大小不均一，水凝膠的熱穩定性隨著HEMA的加入而增加；SPI/PMAA水凝膠具有多孔網狀結構，熱穩定性和pH敏感性，并且具有良好的緩釋性能，其緩釋效果較好。

綜上所述，由大豆蛋白與天然聚合物制備或合成聚合物制備的互穿網絡水凝膠都可以改善單一大豆蛋白基水凝膠性能較差的不足。因此，大豆蛋白互穿網絡水凝膠因其具有的諸多優勢，已逐步成為大豆蛋白基水凝膠研究的熱點。

4 大豆蛋白水凝膠的應用

大豆蛋白基水凝膠具有低成本、無毒性、高營養價值和較好的的生物相容性等優點，這為其在食品領域中的應用提供了更多的可能性。迄今為止，基于大豆蛋白的水凝膠在食品系統中的應用研究已取得了一定的進展，而文獻表明，大豆蛋白基水凝膠具有包埋遞送生物活性物質的能力，因此，目前將其應用于輸送系統方面的研究相對較為深入[73-74]。

大豆蛋白基水凝膠可以運送一些風味不佳或者穩定性較弱的營養物質（如核黃素、多酚等）。其中，核黃素作為一種水溶性維生素，涉及到人體內許多代謝反應，而人體并不能合成核黃素，必須通過腸道吸收獲得作為營養素[75]。因此，核黃素常被選為輸送系統研究的生物活性化合物/營養化合物模型[76]。MALTAIS等[77]研究了大豆蛋白冷固水凝膠作為核黃素遞送裝置的應用，發現在胃蛋白酶存在下，凝膠至少可保護核黃素6 h，當pH為7.5時，凝膠網絡結構消失，結果表明大豆蛋白冷固水凝膠有助于通過胃腸道輸送生物活性分子并在小腸中輸送。HU等[76]用高強度超聲處理負載核黃素的TGase誘導的大豆蛋白水凝膠，并發現經超聲處理可以提高膠凝收率和包封效率，降低胃腸道降解，因此獲得了核黃素的長期釋放，這些證明了大豆蛋白凝膠作為生物活性化合物/營養載體的潛力。此外，為了擴大這些輸送設備的潛在用途范圍，MALTAIS等[78]利用冷凍干燥的冷固型大豆蛋白凝膠制作片劑研究了核黃素的釋放，在模擬胃液中用胃蛋白酶消化水凝膠和片劑6 h，核黃素的零級釋放較低，片劑和水凝膠的釋放分別達到23%和13%，這些低釋放值歸因于大豆蛋白基質對胃蛋白酶水解的抵抗行為，因為大豆蛋白中存在較少量的疏水性芳香族氨基酸，這些氨基酸是胃蛋白酶的優先裂解位點，6 h胰酶消化導致載藥水凝膠和片劑的徹底降解。因此，由大豆蛋白水凝膠制成的片劑是結腸給藥的理想選擇。

基于大豆蛋白的水凝膠在作為益生菌的輸送系統上也有了一定的研究。LEW等[79]和YEW等[80]利用酶交聯大豆分離蛋白與香蕉皮、香蕉果肉、芝麻皮和可可皮等農業廢棄物混合，開發益生菌保護載體，發現該水凝膠負載益生菌在胃條件下釋放率低，但在腸道條件下釋放率高，可用作新的益生菌載體，用于增強胃腸道的轉運和儲存。YAN等[81]研究大豆蛋白分離物/甜菜果膠的互穿網絡冷集水凝膠輸送益生菌，發現該水凝膠具有高封裝效率（超過 88.9%），并保持了更好的存儲穩定性，作為食品載體用于口服益生菌具有巨大潛力。

此外，DING等[82]通過將葉酸、大豆蛋白和大豆多糖自組裝制備了負載葉酸大豆蛋白/大豆多糖水凝膠，研究發現蛋白和多糖可以抑制紫外線照射期間溶解氧和葉酸之間的反應，在酸性條件下，在熱量、氧氣和光的存在下制備和儲存納米凝膠后，納米凝膠中的大多數葉酸分子仍保留在其自然結構中，并且可以在中性pH（即腸道中）快速釋放。由于大多數的食品和飲料都是酸性的，因此大豆蛋白納米凝膠是食品和飲料中葉酸的合適輸送系統。

5 結論與展望

大豆蛋白基水凝膠可以通過不同的制備方法以及構建互穿聚合物網絡等技術來調整所需特性，包括凝膠剛度、機械強度、降解性等。然而，大豆蛋白水凝膠的發展還有很大的空間，許多問題尚未解決。如發現新的綠色安全交聯方法，改善現有大豆蛋白水凝膠存在的不足；或通過一些新技術來增強蛋白質水凝膠機械性能而不損害其生物相容性等等。并且，通過不同方法獲得的大豆蛋白基水凝膠在食品系統中的實際應用也還有待證實。目前，大豆蛋白基水凝膠在食品領域應用還較為單一，應加大大豆蛋白水凝膠的開發力度，拓展其在食品領域更多的應用研究，如脂肪替代品、食品包裝材料等，也是當前大豆蛋白水凝膠研究的重要方向。隨著對大豆蛋白基水凝膠的材料和制備方法的探索不斷深入，其在食品領域的發展也將會越來越廣。