刁云春，張燕鵬,*，張維農(nóng)，胥 偉，胡志雄

（1.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；2.武漢輕工大學 大宗糧油精深加工教育部重點實驗室，湖北 武漢 430023）

蛋白質(zhì)經(jīng)一定的誘導改性后會因其分子結構發(fā)生改變而發(fā)生聚集行為，從而使其功能特性得到改善[1-4]。有研究證明蛋白質(zhì)在酸性條件下經(jīng)長時間加熱后，致密的原絲纖維會扭曲而形成纖維狀納米聚合物。纖維狀納米聚合物形成的機理為蛋白質(zhì)空間構象在酸熱條件下發(fā)生改變，經(jīng)過展開和水解產(chǎn)生多肽片段，多肽片段隨后發(fā)生橫向平行的β-折疊堆積以形成原絲纖維，其主要作用力為氫鍵和疏水相互作用。隨著加熱時間的延長，原絲纖維逐漸伸長并通過液晶相互作用彼此并排對齊，然后通過相互纏繞形成緊密扭曲的纖維狀納米聚合物，此過程的主要驅(qū)動力為空間位阻和靜電相互作用，前者提供扭曲的方向，后者再將扭曲力度進一步擴大[5-6]。而在靠近蛋白質(zhì)等電點的條件下經(jīng)短時間加熱后可形成直徑較大的球狀納米聚合物，其形成過程分為4 個階段：第1階段為蛋白質(zhì)在加熱條件下發(fā)生解離和變性，疏水基團和游離巰基暴露出來，形成更具柔性的結構；第2階段為變性的蛋白質(zhì)由于等電點環(huán)境下的靜電斥力較低而易通過二硫鍵發(fā)生相互作用，形成低聚合物；第3階段為低聚合物進一步通過聚集行為形成初級聚合物；第4階段為當初級聚合物的濃度超過臨界值時則形成較大的團簇狀聚合物，通過透射電子顯微鏡可觀察到所形成的聚集體為球形[7-9]。上述這些蛋白質(zhì)聚合物可使蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和功能特性發(fā)生變化，比如聚合物粒徑的變小導致蛋白質(zhì)溶液的起泡能力增強和黏度增加，泡沫的排液作用減弱，從而改善蛋白質(zhì)泡沫的穩(wěn)定性[10-11]。

目前，研究者對蛋白質(zhì)納米聚合物的研究主要集中在蛋白質(zhì)二級、三級和四級等空間結構[12-14]，以及微觀樣貌的表征[15-17]，然而對蛋白質(zhì)納米聚合物形成的泡沫體系的深入研究，以及納米聚合物與泡沫體系的相互影響機理尚鮮有報道。本文探討了蛋白質(zhì)納米聚合物對泡沫體系影響的相關機理，并闡述了蛋白質(zhì)納米聚合物的相關制備方法，旨在為精準調(diào)控構建蛋白質(zhì)納米聚合物以獲得理想泡沫體系特征的食品提供理論技術支持，探索其在泡沫類食品加工領域的應用。

1 泡沫體系的形成機理

泡沫是一種由液膜分割的氣泡所組成的分散體系，其中液體為連續(xù)相，氣體為分散相。泡沫形成方法主要有攪拌法、搖晃法和起泡法，均是將氣體注入到蛋白質(zhì)溶液或表面活性劑溶液中以形成泡沫。攪拌法和搖晃法是通過快速運動使溶液摻入空氣，而起泡法是通過高壓將大量的氣體注入到溶液，壓力釋放時氣體劇烈噴出而形成氣泡。泡沫體系的形成主要依靠表面活性，當氣體加入到蛋白質(zhì)溶液或表面活性劑溶液中時，蛋白質(zhì)或表面活性劑就會開始吸附于氣泡的界面以降低氣-液界面的表面張力，保持界面液膜的穩(wěn)定性從而形成泡沫分散體系。

2 泡沫體系的穩(wěn)定機理

泡沫體系形成后的動力學穩(wěn)定性則是一個極其復雜的過程。首先，氣-液界面的高自由能導致蛋白質(zhì)泡沫表面非常不穩(wěn)定，氣泡薄膜開始排液導致其不穩(wěn)定，隨后膜破裂和氣體擴散引發(fā)最終的失穩(wěn)。泡沫的排液是指在重力作用下，氣泡薄膜間的液體滲出使得氣泡與液體分離，與其相關的表征指標是泡沫的持水率，即泡沫中液體的體積在泡沫體積中的占比。泡沫的持水率對泡沫結構有很大影響，在正常的狀況下，氣泡的結構可以是有序的，也可以是無序的，持水率較高的氣泡接近于球形，由于重力作用泡沫開始不斷從頂部往下排液，經(jīng)過一段時間的排水后變成多面體形。Indrawati等[18]的研究結果指出，當上層泡沫的持水率小于0.26時，泡沫結構呈現(xiàn)多面體形狀，而下層泡沫持水率大于0.26時呈現(xiàn)出近球形。當兩個相鄰氣泡薄膜的破裂時會造成相鄰氣泡的合并，這種現(xiàn)象稱為膜破裂，主要是由于在表面活性劑分子的排斥力和馬朗戈尼效應作用下流動性不足，導致兩個氣泡合并[19]。此外，泡沫中氣體的相互擴散也是導致泡沫不穩(wěn)定的因素之一，而這種相互擴散存在一定規(guī)律。根據(jù)拉普拉斯方程，氣泡內(nèi)外的壓強差與氣泡半徑成反比，因此氣體會自動從較小的氣泡擴散到較大的氣泡，直至較小的氣泡消失，留下較大的氣泡，這種氣體擴散的現(xiàn)象被稱為奧斯瓦爾德熟化，也叫歧化或者粗化。但值得注意的是，除非泡沫體系平衡時間特別長，否則氣體在泡沫間擴散的速度要遠小于泡沫排液的速度[20-21]。泡沫排液、膜破裂和氣體擴散在泡沫體系中同時存在，又互相關聯(lián)，當排液發(fā)生時，液膜間的液體流動影響著氣泡間的氣體擴散，同時膜破裂和氣體擴散導致泡沫平均直徑增大，加快了泡沫的排液，但無論哪種機制占據(jù)優(yōu)勢，泡沫體系的最終平衡態(tài)都會分離成獨立的液相和氣相。蛋白質(zhì)納米聚合物改善泡沫體系的機理均是建立在上述3 種泡沫失穩(wěn)機制的基礎上，如減少泡沫的排液量、抑制膜破裂和減緩氣體的擴散等。

3 泡沫的微觀結構

觀察并分析泡沫的微觀結構對研究泡沫體系的穩(wěn)定性具有重要的意義。在各個氣泡的平衡過程中，由兩個氣泡組成一個液膜，由3 個液膜組成一個液膜間夾角為120°的類似三角形通道，稱之為普拉特奧邊界（圖1A），而4 個氣泡組成一個三維形態(tài)的普拉特奧邊界交匯點，相鄰的兩個邊界之間夾角為109.5°，稱為節(jié)點（圖1B），這些微觀結構在泡沫排水過程中起著渠道和儲存的作用[22]。因為在普拉特奧邊界的曲率半徑大于泡沫液膜處（平面）的曲率半徑，導致邊界的壓力小于液膜處的壓力，因而產(chǎn)生了一種邊界吸力，也稱毛細抽吸力（表面張力與曲率半徑的比值），于是液膜通過從四處相鄰的普拉特奧邊界排水而逐漸變薄。同時由于重力作用，液體不斷從上層的普拉特奧邊界流向下層，導致上層邊界不斷縮小，曲率半徑變小，下層邊界不斷擴大，曲率半徑也隨之變大，上層邊界吸力比下層的大，從而形成了從下往上的吸力梯度（圖2）。這種吸力梯度會抵消重力作用，邊界吸力會平衡液膜各處的壓力，而氣體的擴散可以通過納米聚合物或者表面活性劑消除，直至泡沫體系達到平衡，最終形成頂部泡沫層-中部氣液分散層-底部液體層的狀態(tài)（圖3）[23]。

圖1 普拉特奧邊界（A）和節(jié)點（B）示意圖Fig.1 Schematic diagram of plateau border (A) and node (B)

圖2 上-下邊界通道示意圖Fig.2 Schematic diagram of upper-lower border passage

圖3 泡沫最終平衡體系（A）及示意圖（B）Fig.3 Foam final equilibrium system (A) and schematic diagram (B)

4 蛋白質(zhì)納米聚合物性質(zhì)對泡沫體系的影響

4.1 蛋白質(zhì)納米聚合物的粒徑對泡沫體系的影響

聚合物的粒徑影響著蛋白質(zhì)溶液的起泡特性，一般而言，粒徑越小，蛋白質(zhì)溶液的起泡特性越好。Morales等[24]采用加熱與超聲波組合處理大豆分離蛋白，結果表明大豆分離蛋白原溶液的粒徑大約為120 nm，熱處理使大豆分離蛋白的平均粒徑減小至約100 nm，熱處理和超聲組合處理使其平均粒徑減小至約63 nm，而它們的起泡能力卻逐漸增大，表明蛋白質(zhì)納米聚合物的起泡能力與其粒徑成反比。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，β-乳球蛋白在pH 5.8時可形成水力學半徑約150 nm近似球體的納米聚合物，在低pH值環(huán)境時可形成水合直徑10～30 nm、水合長度1 400～2 500 nm的纖維狀聚合物，結果表明纖維狀聚合物比球狀納米聚合物具有更好的泡沫穩(wěn)定性[2]。

4.2 蛋白質(zhì)納米聚合物表面凈電荷對泡沫體系的影響

蛋白質(zhì)的表面凈電荷量會影響納米聚合物顆粒之間的相互作用，因而會影響蛋白質(zhì)溶液的起泡特性。研究發(fā)現(xiàn)，ζ電位絕對值越高，納米聚合物顆粒之間的靜電斥力越強，這有利于改善蛋白質(zhì)溶液的分散性和溶解性，從而使納米聚合物體系的起泡能力得到改善[25]，例如當β-乳球蛋白形成納米聚合物時，分子中帶電荷的氨基酸暴露出來，因此表面電荷發(fā)生變化，等電點也隨之改變，導致納米聚合物比天然β-乳球蛋白具有更好的泡沫穩(wěn)定性。還有相關研究發(fā)現(xiàn)當大豆蛋白被加熱形成可溶性聚集體時，其ζ電位由-34.4 mV降低至-36.4 mV，這使得納米聚合物體系之間的靜電斥力更大，所形成的泡沫體系也更加穩(wěn)定[1-2]。

4.3 蛋白質(zhì)納米聚合物形態(tài)對泡沫體系的影響

納米聚合物的形態(tài)與外部環(huán)境有著密切的聯(lián)系，如在不同的pH值環(huán)境下蛋白質(zhì)納米聚合物主要呈現(xiàn)3 種形態(tài)：纖維狀、球形顆粒和不規(guī)則形聚集體（圖4）[26]，其中目前被深入研究的主要是球形納米顆粒與纖維狀納米聚合物。球形納米顆粒又被稱為微凝膠，通常由交聯(lián)的聚合物網(wǎng)絡組成，內(nèi)部由共價鍵或其他強大的分子內(nèi)力將動力學穩(wěn)定的結構結合在一起。纖維狀納米聚合物結構的核心是交叉的β-折疊結構，連續(xù)的β-折疊結構通過氫鍵堆積在垂直于纖維長軸的方向上，然后多股纏繞形成最終的纖維狀結構。

圖4 不同pH值下的納米聚合物形態(tài)[26]Fig.4 Nano-polymer morphology at different pH levels[26]

關于納米聚合物的形態(tài)對泡沫體系的影響，Lazidis等[27]認為天然的蛋白質(zhì)有助于泡沫的產(chǎn)生，因為它們在泡沫產(chǎn)生過程中可以快速擴散并吸附在表面，而經(jīng)變性所形成的納米聚合物對泡沫的穩(wěn)定性則有顯著影響，因為其能夠穩(wěn)定吸附在氣-液界面，增加了界面薄膜的黏彈性。有關蛋白質(zhì)納米聚合物顆粒形態(tài)對泡沫體系影響的進一步分析結果表明，在油-水或氣-水界面，球狀納米聚合物與纖維狀納米聚合物在液滴或者氣泡之間的穩(wěn)定機理如圖5所示[28]。球狀納米聚合物在兩個相鄰氣泡間的分散方式有雙層堆積（圖5A1）、單層堆積（圖5A2）和隨機堆積（圖5A3）3 種類型，其中雙層堆積在實際中很難以實現(xiàn)，可能是受實際界面吸附的限制，而當以單層堆積的方式吸附在界面上，其自身體積的大部分處于流動相中，剩下的則處于分散相中[29]。除單層堆積和雙層堆積外，在實際實驗中觀察發(fā)現(xiàn)大部分球狀納米聚合物則呈現(xiàn)出一種無定形的弱聚集形態(tài)，這意味著納米聚合物不會像前兩種方式迅速吸附形成單層膜或雙層膜，所以出現(xiàn)了一種更厚且無序的隨機堆積的穩(wěn)定方式，相比前兩種，隨機的聚集增大了界面處的黏度，更能減緩薄膜地排液。另外，在表面粗糙度相似的情況下，與球狀納米聚合物相比，具有高長徑比的纖維狀納米聚合物（圖5B）更能穩(wěn)定泡沫，因為它對泡沫提供的保護面積更大。上述4 種穩(wěn)定方式，其機理都是在增大泡沫的表面強度，同時促進氣泡薄膜處溶液黏度的增大，一方面有助于蛋白質(zhì)膜的耐沖擊作用；另一方面也有助于減緩氣泡薄膜的排液作用。

圖5 球狀納米顆粒（A）和纖維狀納米顆粒（B）穩(wěn)定氣泡示意圖[29]Fig.5 Schematic diagram of stable bubbles of spherical nanoparticles (A)and fibrous nanoparticles (B)[29]

4.4 蛋白質(zhì)納米聚合物界面特性對泡沫體系的影響

蛋白質(zhì)可以較容易地吸附在不同相之間的界面上，除了可以降低表面張力外，還可以形成黏彈性較高、穩(wěn)定性較強的蛋白質(zhì)膜。表面張力的降低可以用來解釋蛋白質(zhì)的最佳起泡條件，但并不能解釋泡沫的穩(wěn)定性，如乙醇、庚烷、苯等一些純有機液體，它們的表面張力比純水低，與表面活性劑溶液的表面張力接近，卻并不能起泡。因此，需要引用蛋白質(zhì)的黏彈性膜對泡沫的穩(wěn)定性進行解釋，只有當液體表面能夠形成具有一定強度的蛋白質(zhì)膜，其具有的低表面張力才有助于泡沫的穩(wěn)定。然而，在食品體系中通常被用作發(fā)泡劑的蛋白質(zhì)成分并不足以達到形成剛性蛋白質(zhì)膜的條件，而蛋白質(zhì)納米聚合物顆粒可以緊緊吸附于泡沫的液膜上以形成一層具有黏彈性的界面薄膜，能夠使泡沫體系保持較好的穩(wěn)定性[30-32]，例如Jung等[33]研究了β-乳球蛋白兩種不同長度的纖維狀聚集體在油-水界面的界面膜流變學性質(zhì)，并與天然β-乳球蛋白界面膜進行對比，發(fā)現(xiàn)纖維狀聚集體吸附至界面時間更短，且其蛋白質(zhì)膜具有更高的黏彈性模量；Gao Zhiming等[34]通過研究發(fā)現(xiàn)，與天然β-乳球蛋白相比，其纖維聚集體可以有效提高界面活性，增強界面上蛋白質(zhì)分子間的相互作用。因此，蛋白質(zhì)納米聚合物對泡沫穩(wěn)定性的影響不僅與界面張力有關，還取決于對氣-液界面流變特性的影響[32]。另外，當?shù)鞍踪|(zhì)納米聚合物吸附至界面后會在氣-液界面形成一定結構的蛋白質(zhì)膜以增大界面處蛋白質(zhì)溶液的黏度，從而減緩泡沫的排液作用，這有利于泡沫體系穩(wěn)定性的提高。

5 蛋白質(zhì)納米聚合物的制備方法

5.1 酸熱誘導法

酸熱誘導法作為一種物理改性方法，是制備蛋白質(zhì)納米聚合物最常見的方法，其原理是蛋白質(zhì)分子受熱時，其空間結構發(fā)生去折疊并舒展開。變性之后的蛋白質(zhì)在不同的pH值環(huán)境下通過非共價作用力發(fā)生聚集，如離子鍵、范德華力和疏水相互作用等，從而導致納米聚合物的產(chǎn)生。通常這些納米聚合物的形成與性質(zhì)主要受pH值和加熱溫度的影響。van der Linden等[35]研究β-乳球蛋白在80 ℃加熱條件下其聚集體結構隨pH值的變化，結果顯示，在低離子濃度下，當pH值遠離β-乳球蛋白等電點時會形成較透明的線性聚合物；而在接近β-乳球蛋白等電點時，分子間靜電斥力較弱導致較渾濁的團簇形聚合物形成，其原理示意圖如圖6所示。而不同的加熱溫度也影響著蛋白質(zhì)變性形成聚合物的過程，如在β-乳球蛋白變性過程中存在著連續(xù)的反應和不同的產(chǎn)物，當暴露在60～85 ℃環(huán)境中時，β-乳球蛋白的球狀折疊結構打開，開始部分伸展，形成較大的聚合物；當加熱溫度進一步升高至85～105 ℃時，此時β-乳球蛋白的巰基暴露出來，在分子間形成二硫鍵重新折疊，從而形成較小的聚合物；當溫度加熱到105 ℃以上時，聚合物中的二硫鍵斷裂，β-乳球蛋白分子會進一步繼續(xù)伸展[36]。胡靜[2]通過調(diào)節(jié)天然β-乳球蛋白的pH值和溫度制備出了β-乳球蛋白的納米聚合物，其中在pH 2.0、80 ℃條件下攪拌加熱16 h制得了長度為500～700 nm的纖維狀納米聚合物，在pH 5.8、85 ℃條件下攪拌加熱15 min則制備出了粒徑為350 nm的納米顆粒狀聚合物。Zhang Yehui等[37]通過對米糠蛋白進行酸熱處理發(fā)現(xiàn)，在pH 2.0、90 ℃下加熱2 h后，米糠蛋白形成了纖維狀聚合物，且纖維狀聚合物的形態(tài)呈線狀或柔韌性，而在pH 7.0時其聚合物形態(tài)變?yōu)閳F簇狀?？偟膩碚f，酸熱處理改變了天然蛋白質(zhì)的空間結構，在一定程度上改善了蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，使其功能特性優(yōu)于天然蛋白質(zhì)[38]。

圖6 pH值對蛋白質(zhì)納米聚合物形成的影響示意圖[35]Fig.6 Schematic diagram of the effect of pH on the formation of nano-polymers[35]

除此之外，采用不同的酸處理對形成的蛋白質(zhì)納米聚合物體系也存在影響，如有研究發(fā)現(xiàn)，使用HCl溶液酸化時，由于酸化過程中氫離子分散不均勻，pH值變化較快，易使蛋白質(zhì)顆粒迅速發(fā)生聚集。D-葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯（D-glucose-δ-lactone，GDL）在水解的過程中可緩慢釋放葡萄糖酸，逐漸降低溶液的pH值，與HCl溶液酸化處理的納米聚合物相比，采用GDL酸化制備的蛋白質(zhì)納米復合物顆粒粒徑更小、分布更均勻[39-40]。

5.2 蛋白質(zhì)-多糖復合法

蛋白質(zhì)與多糖的復合物中最具代表性的是蛋白質(zhì)的糖基化產(chǎn)物。糖基化反應是蛋白質(zhì)與多糖發(fā)生美拉德反應而形成蛋白質(zhì)-多糖共聚物，其中蛋白質(zhì)上的氨基和還原糖的羧基相互結合，對蛋白的功能特性有著重要的修飾作用。通常，糖基化反應主要包括干熱法和濕熱法，其中干熱法最早使用，也是最主要的糖基化法，其方法操作簡單、反應易受控制、反應產(chǎn)物接枝度高，但反應時間較長。Liu Gang等[41]將麥芽糖糊精與乳清分離蛋白在80 ℃下進行了干熱法糖基化處理2 h，結果發(fā)現(xiàn)改性后的乳清分離蛋白表現(xiàn)出良好的透明分散狀態(tài)。濕熱法則與之相反，由于是基于液相進行蛋白質(zhì)的糖基化改性，其反應迅速，反應耗時短，但是該方法存在反應不完全、接枝度低、反應物復雜且難以控制等問題。王松等[42]利用濕熱法將葡萄糖和大豆分離蛋白進行糖基化處理，處理后大豆分離蛋白的乳化性、溶解性和凝膠性均得到較大的改善。除糖基化處理外，也存在其他的方法來制備蛋白質(zhì)-多糖納米復合聚合物，如Li Hao等[43]通過采用簡單的抗溶劑沉淀法在pH 4.0條件下制備了玉米醇溶蛋白-可溶性大豆多糖復合納米顆粒，其穩(wěn)定的玉米醇溶蛋白納米顆粒在pH 2.0～8.0時都沒有聚集和沉淀，即便在較高的離子強度和溫度下，它們也比較穩(wěn)定。除了玉米醇溶蛋白和可溶性大豆多糖的復合納米顆粒之外，Li Juan等[44]發(fā)現(xiàn)使用玉米醇溶蛋白和阿拉伯膠以質(zhì)量比為1∶1.5制備出的蛋白質(zhì)-多糖納米復合物最為穩(wěn)定，其在pH 3.0～9.0的范圍內(nèi)具有較高的ζ電位。Wang Lei等[45]將抗溶劑沉淀法和熱處理工藝相組合，可制備出顆粒粒徑更小、分布更均勻的球形玉米醇溶蛋白-多糖納米顆粒。總之，蛋白質(zhì)與多糖反應的最終目的是改善蛋白質(zhì)的理化和功能性質(zhì)，糖基化作為一種使蛋白質(zhì)-多糖復合的方法，能在溫和、安全的條件下進行，且除了糖和蛋白質(zhì)之外，沒有其他化學試劑，同時賦予了接枝產(chǎn)物優(yōu)良的功能特型，因此具有一定的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

5.3 酶法制備

酶法制備主要利用生物學手段，結合不同目的而選擇適當?shù)纳锩笇Φ鞍踪|(zhì)進行改性，使蛋白質(zhì)氨基酸殘基和多肽鏈發(fā)生變化，導致其理化性質(zhì)也隨之改變，從而獲得較好的功能特性蛋白質(zhì)的過程。研究者采用谷酰基肽鏈內(nèi)切酶水解乳清蛋白發(fā)現(xiàn)，乳清蛋白水解后產(chǎn)生許多短肽鏈的親水性多肽，增強了乳清蛋白的親水性。另一方面，疏水性多肽的暴露和一定程度上水解導致的分子間靜電斥力減弱，使得不同溶解度的多肽之間主要通過疏水相互作用引發(fā)聚集，從而形成聚集體[46-47]。然而，過度的水解并不能總是促進蛋白質(zhì)功能特性的改善，反而會失去某些天然蛋白質(zhì)原有的功能特性，這主要取決于蛋白質(zhì)的結構和酶的種類[48]。另外，酶交聯(lián)也是酶法制備蛋白質(zhì)納米聚合物的一種方式，其機理是通過蛋白質(zhì)水解和共價交聯(lián)來增強蛋白質(zhì)的功能和營養(yǎng)特性。酶交聯(lián)法主要是利用轉谷氨酰胺酶（又稱谷氨酰胺轉胺酶，是一種催化酰基轉移反應的轉移酶）可以催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)或分子間的交聯(lián)、蛋白質(zhì)和氨基酸之間的連接以及蛋白質(zhì)分子內(nèi)谷氨酰胺基水解，能夠聚合蛋白多肽之間形成共價聚合物，從而通過改善蛋白質(zhì)的結構和功能特性來提高蛋白質(zhì)的應用范圍[49]。Meng Shi等[50]選擇木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和無花果蛋白酶3 種酶對花生蛋白進行水解后，再用轉谷氨酰胺酶對其進行交聯(lián)，結果發(fā)現(xiàn)與花生蛋白相比，交聯(lián)后產(chǎn)物的分子質(zhì)量增大，有較大的團聚物形成，起泡性和乳化性均得到了改善，但經(jīng)無花果蛋白酶水解后交聯(lián)對起泡性和乳化性的改善效果稍差些，是因為無花果蛋白酶對花生蛋白水解產(chǎn)生大量短肽，短肽更難以與較大的聚合物交聯(lián)。于殿宇等[51]采用轉谷氨酰胺酶對米糠蛋白進行改性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)酶交聯(lián)處理后的米糠蛋白的溶解度增大，起泡特性和乳化特性均有所提高。孫佳等[52]使用轉谷氨酰胺酶對乳清分離蛋白進行酶交聯(lián)，制備出了分子質(zhì)量為120 kDa的大分子聚合物，且生成聚合物的量隨著超聲處理時間的延長而增加，酶交聯(lián)后其表面疏水性與熒光強度均得到增加，表明蛋白空間結構發(fā)生改變，并與超聲處理時間呈正相關，但酶交聯(lián)使乳清分離蛋白粒徑增大，而超聲處理則使其粒徑變小，更有利于生成致密、均勻的網(wǎng)絡狀聚合物。蛋白質(zhì)的酶交聯(lián)法能夠通過專一改善蛋白質(zhì)的分子肽鍵制備蛋白質(zhì)納米聚合物，具有效率高、產(chǎn)物品質(zhì)高、毒副作用低以及酶交聯(lián)條件溫和等優(yōu)勢，是一種綠色健康的蛋白質(zhì)改性方式。

5.4 其他方法

除了最常見的酸熱誘導法、蛋白質(zhì)-多糖復合法以及酶法制備外，還出現(xiàn)了一些比較新的蛋白質(zhì)納米聚合物制備方法。例如，Sui Xiaonan等[53]利用超聲處理卵磷脂和大豆分離蛋白形成的復合物，發(fā)現(xiàn)經(jīng)150 W、24 min的超聲處理后，復合物的乳化性和乳化穩(wěn)定性得到顯著改善，但是當超聲功率增加至450 W時，超聲處理反而增加了復合物顆粒的尺寸，同時降低乳化穩(wěn)定性和復合物的電荷，表明超聲處理引發(fā)了大豆分離蛋白-卵磷脂復合物的結構變化。同樣地，采用高強度低頻超聲（high intensity low-frequency ultrasound，HIU）協(xié)同熱處理大豆分離蛋白，發(fā)現(xiàn)HIU處理改變了大豆分離蛋白聚合體的空間結構，減小了顆粒尺寸，增加了可溶性聚集物和游離巰基的含量，提高了其溶解性，增強了表面疏水性，形成了更密集的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡[54-55]。另外，利用小分子化合物對蛋白質(zhì)進行修飾也可以形成納米復合物，主要的作用力包括共價作用和非共價作用，共價作用主要是二硫鍵，非共價作用包括氫鍵、疏水相互作用、范德華力和靜電相互作用等，但在聚合過程中后者的作用很低，共價作用占主導[56]。李揚等[57]利用花青素修飾大豆分離蛋白，結果表明形成的大豆分離蛋白-花青素復合物比天然大豆分離蛋白表現(xiàn)出更好的乳化性和起泡性；Li Ting等[58]研究了水稻蛋白與花青素絡合后的功能性質(zhì)和結構變化，結果表明水稻蛋白結構發(fā)生變化導致分子譜圖強度的增加和酰胺帶的譜移，其聚合物主要由氫鍵和疏水相互作用形成，并且在pH 3時表現(xiàn)出優(yōu)越的起泡特性。Wu Weiguo等[59]使用茶多酚修飾卵清蛋白，研究了其對卵清蛋白起泡性能、凝膠性能以及熱變形溫度的影響，結果表明1%（終質(zhì)量分數(shù)，后同）的卵清蛋白與0.25%的茶多酚混合處理10 min后，起泡性和泡沫穩(wěn)定性達到了最大值，同時隨著茶多酚添加量的增加，卵清蛋白-茶多酚復合物的凝膠強度增大，熱變性溫度降低，表明蛋白質(zhì)空間結構發(fā)生改變。此外，球磨處理也是一種改善蛋白質(zhì)結構的新型技術，其原理是球磨處理過程中，碰撞、摩擦和剪切產(chǎn)生綜合作用，促使蛋白分子結構改變而影響其功能特性[60]。譚文等[61]對蛋清蛋白進行球磨處理后發(fā)現(xiàn)，蛋白分子之間表面電荷數(shù)下降，表面疏水性降低，蛋白分子柔性增加，有助于調(diào)整分子結構更好地分布于泡沫表面，從而改善了蛋清蛋白的起泡特性。這表明球磨處理破壞了蛋清蛋白的天然結構，促使蛋白結構重新折疊或聚集[62-63]。

不同蛋白質(zhì)聚合物制備方法所基于的原理和所涉及的蛋白質(zhì)分子間的作用力不同，因此應當考慮制備方法本身的特點和蛋白質(zhì)分子的結構特性，選擇合適的蛋白質(zhì)納米聚合物制備方式，以達到改善蛋白質(zhì)溶液起泡特性的目的。幾種常見的蛋白質(zhì)納米聚合物制備方法的原理及特點如表1所示。

表1 不同蛋白質(zhì)納米聚合物制備方法的原理與優(yōu)缺點Table 1 Principles, advantages and disadvantages of different preparation methods for protein nano-polymers

6 結 語

在食品工業(yè)中，蛋白質(zhì)作為一種兩親性物質(zhì)可通過在不同環(huán)境下的改性來引發(fā)蛋白質(zhì)聚集行為以形成納米聚合物。蛋白質(zhì)納米聚合物的粒徑、表面凈電荷、形態(tài)、界面特性等將直接影響其溶解性和起泡特性，進而在一定程度上影響到食品的品質(zhì)。因此，控制好蛋白質(zhì)的聚集行為，了解蛋白質(zhì)納米聚合物與泡沫體系之間的關聯(lián)性，對指導泡沫類食品行業(yè)的發(fā)展具有重要作用。隨著對蛋白質(zhì)聚集行為和蛋白質(zhì)納米聚合物制備方法的不斷創(chuàng)新研究，蛋白質(zhì)納米聚合物功能特性的研究在食品加工中依舊是今后的主要熱點方向。未來針對蛋白質(zhì)納米聚合物泡沫體系的研究可以集中于建立“蛋白質(zhì)分子-納米聚合物-泡沫體系”的關系模型，闡明三者之間的影響機理，旨在精準調(diào)控蛋白質(zhì)納米聚合物從而獲得理想的泡沫體系，為泡沫類食品在食品工業(yè)中的應用提供理論基礎。