综述：改性植物蛋白在吞咽障碍友好型食品中的应用

本综述系统阐述了物理（热处理、超声波、高压等）、化学（糖基化、pH调节）和生物（酶法、发酵）改性技术如何提升植物蛋白的溶解性、凝胶性、乳化性等关键功能特性，及其在符合国际吞咽障碍饮食标准（IDDSI）的凝胶食品、乳液体系和3D打印食品中的创新应用，为开发适合吞咽障碍患者（尤其是老年人）的高营养、安全易吞咽的特医食品提供了重要理论依据和技术策略。

　　

引言：应对吞咽障碍的营养挑战

随着全球人口老龄化的加速，吞咽障碍（Dysphagia）已成为一个日益突出的公共卫生问题。吞咽障碍不仅限制了食物的选择，还显著增加了误吸、肺炎、营养不良和脱水等严重并发症的风险，严重降低老年人的生活质量。传统的吞咽障碍食品主要通过添加黄原胶、卡拉胶等亲水胶体或淀粉来增稠和凝胶化，以满足国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）设定的标准。然而，这些增稠剂往往缺乏关键营养素，长期使用可能导致蛋白质等宏量营养素摄入不足。

植物蛋白因其来源广泛、成本效益高、健康益处多和环境可持续性等优势，成为理想的食品基础原料。然而，天然植物蛋白存在水溶性低、对环境条件敏感、功能性能有限等固有局限，制约了其在吞咽障碍靶向食品系统中的应用。幸运的是，各种改性策略已被证明能有效增强植物蛋白的功能特性，从而改善其在吞咽障碍友好型食品中的适用性。

植物蛋白改性对吞咽障碍友好型食品关键功能特性的影响

蛋白质是复杂的生物大分子，其功能由其结构决定。植物蛋白改性方法主要分为物理改性、化学改性和生物改性三大类。这些技术通过破坏蛋白质的高级结构（如三级、四级结构），暴露反应基团，增强分子柔性和相互作用潜力，从而显著改善其理化特性。

物理改性：能量场驱动的结构重塑

物理改性通过机械能或热能改变蛋白质结构，包括热处理、微波加热、超声波处理（UT）、高压处理（HPP）、脉冲电场（PEF）和冷等离子体等技术。

热处理是最广泛应用且工业上可行的技术。适度的热处理可以部分展开蛋白质分子，破坏氢键、疏水相互作用等非共价键，从而改善凝胶性、热稳定性、持水能力、乳化性和消化性。例如，在80°C下处理30分钟可使假谷物蛋白形成结构化的三维凝胶，改善质地和口感。然而，过度加热可能导致蛋白质过度聚集、溶解度下降和营养损失。

微波加热利用电磁波使极性分子快速旋转和摩擦，产生体积加热效应。它能有效提高蛋白质的溶解度和乳化能力，并可通过调节功率和时间精细调控凝胶的硬度、粘附性、内聚性和弹性，满足个体化质地需求。

超声波处理依靠空化效应、机械振动和局部热效应。超声波能选择性改变蛋白质的二级和三级结构，显著提高溶解度、乳化性、起泡性和凝胶性能。例如，经超声波处理的豌豆蛋白凝胶表现出更均匀、稳定的网络结构，具有优异的弹性和持水能力，这对于制备柔软、细腻的吞咽障碍食品至关重要。

高压处理（如高静水压力HHP）在常温或较低温度下进行，能压缩蛋白质基质，破坏非共价相互作用，导致分子展开和重排。高压处理可显著改善蛋白质的溶解度、乳化稳定性和凝胶强度。例如，豌豆蛋白在适当高压下能形成内聚性凝胶，其致密且有弹性的网络结构易于在口腔中变形和流动，降低了残留和误吸风险。

脉冲电场（PEF） 和冷等离子体是新兴的非热改性技术。PEF通过瞬时高压脉冲产生的强电动力改变蛋白质构象，提高溶解度和乳化性。冷等离子体利用活性氧氮物种修饰蛋白质结构，增强其功能特性，同时能较好地保留热敏性营养素。

化学改性：精准的分子修饰

化学改性通过共价或非共价方式选择性改变蛋白质侧链基团，主要包括糖基化和pH调节。

糖基化是蛋白质氨基与还原糖羰基之间的共价结合反应（美拉德反应）。糖基化可引入亲水糖链，显著提高蛋白质的溶解度、乳化稳定性和凝胶强度。例如，豌豆蛋白与阿拉伯糖的糖基化结合物平均粒径减小，溶解度和乳化性改善。糖基化还能赋予产物抗氧化、抗炎等生物活性。

pH调节是一种简单有效的预处理策略。通过将环境pH调节至远离蛋白质等电点的极端值（如pH 2或12），可以增加蛋白质分子表面的净电荷，增强静电斥力，从而显著提高溶解度。例如，在pH 11.0下处理银杏籽蛋白1小时，其溶解度显著增加。适宜的pH条件有助于蛋白质在油水界面的快速吸附，形成稳定的乳液。

生物改性：绿色高效的生物催化

生物改性利用酶或微生物代谢来定制蛋白质的功能，包括酶法改性和发酵。

酶法改性使用高度特异性的生物催化剂，如蛋白酶和转谷氨酰胺酶（TGase）。蛋白酶水解肽键，降低分子量，提高溶解度和消化率。转谷氨酰胺酶催化γ-谷氨酰基-ε-赖氨酸交联反应，促进蛋白质聚合，显著增强凝胶强度和弹性。例如，用4%的TGase在60°C下处理豌豆蛋白，可显著改善其凝胶特性。

发酵利用乳酸菌、酵母菌或霉菌等微生物。发酵过程中，微生物代谢产生的蛋白酶可水解肽键，生成短链肽和游离氨基酸，从而改善蛋白质的溶解度、风味和消化率。发酵还能有效降解植酸、胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子。例如，乳酸菌发酵藜麦和鹰嘴豆蛋白可释放出低分子量肽，显著提高溶解度。

改性植物蛋白在吞咽障碍友好型食品中的应用

改性植物蛋白在吞咽障碍食品中的应用主要体现在凝胶体系、乳液基体系和3D打印食品中。

凝胶食品中的应用

凝胶体系因其柔软、内聚的质地和易于吞咽的特性，在吞咽障碍管理中具有独特优势。大豆分离蛋白（SPI）是研究最广泛的植物蛋白之一。通过调节SPI含量（如8.9%、11.4%、13.9%），可显著改善凝胶强度、粘度和稳定性，其制备的蛋奶冻、果冻和布丁能满足IDDSI 6级（软烂易嚼）要求。超声波处理的豌豆蛋白凝胶咀嚼性、柔软度和保湿度提升，适用于吞咽障碍配方。发酵改性的亚麻籽蛋白与绿豆淀粉复合可形成致密、多孔的凝胶网络，达到IDDSI 7级（常规易嚼食品）标准。

乳液基食品中的应用

乳液基体系（如牛奶、果汁、汤类）是吞咽障碍患者的常用食品。改性植物蛋白作为天然乳化剂，可显著提高乳液体系的乳化稳定性、粘度和流变特性。例如，豌豆蛋白与乳蛋白复配可提高饮料的表观粘度、屈服应力和弹性模量，并加速消化水解，表明其具有更好的生物利用度。高内相Pickering乳液（HIPPEs）技术利用改性大豆蛋白、玉米醇溶蛋白等稳定油水界面，可制备出能量密度高、质地柔软、呈奶油状的乳液，其具有剪切稀化行为和自支撑结构，非常适合3D打印吞咽障碍食品。

3D打印技术在吞咽障碍友好型食品中的应用

3D打印（增材制造）技术通过逐层沉积材料构建物体，为吞咽障碍食品开发带来了革命性变化。它能精确控制食物的形状、结构和内部孔隙率，从而调控质地参数（如硬度、内聚性、粘附性），使其符合特定的IDDSI等级（如4级：细泥状/极稠；5级：细馅状/湿润）。

改性植物蛋白因其可调的流变性和凝胶特性，成为理想的3D打印生物墨水。例如，经超声波、热或微波改性的豌豆蛋白与草莓粉等水果粉末混合制成的凝胶，具有改善的动态流变性能和自支撑能力，打印出的样品被归类为IDDSI 4级。添加黄原胶等增稠剂可进一步增强粘度和挤出均匀性。大豆分离蛋白与蜂蜡、玉米油制备的油凝胶/水凝胶复合体系，可通过调节打印参数（如喷嘴直径、打印速度、平台温度）实现质地从IDDSI 5级到7级的精确调控。

展望未来，4D打印技术在3D基础上引入了时间维度，使打印食品能根据生理刺激（如温度、pH）发生程序化的形状、质地或风味释放变化，为个性化吞咽障碍食品系统开辟了智能化的新途径。

结论与展望

改性技术显著提升了植物蛋白在吞咽障碍友好型食品中的应用潜力。通过物理、化学和生物方法定向改善蛋白质的功能特性，可以制备出安全、营养、适口性好的特医食品。3D打印技术的结合更进一步实现了食品结构的精准设计和个性化营养定制。

然而，仍面临一些科学挑战：蛋白质构象转变与最终食品质地属性之间的构效关系需深入解析；蛋白质与食品体系中其他组分（脂质、碳水化合物、盐）相互作用的动态机制及其对吞咽过程中食团流变特性的调控规律尚不明确；目前缺乏客观、量化的吞咽障碍食品分类和个性化工具。未来研究需要整合多学科方法，在分子、微观和宏观尺度上阐明结构-功能关系，开发先进的实时评估技术，并优化植物蛋白与其他功能成分的协同配方策略，以设计出满足吞咽障碍患者特定需求的下一代食品。