多糖作为植物基肉替代品中的加工响应性结构调节剂：分子相互作用、加工平台与产品特异性设计

《Carbohydrate Polymers》：Polysaccharides as process-responsive structural modulators in plant-based meat analogues: Molecular interactions, processing platforms, and product-specific design

　　

## 摘要

植物基肉类似物发展迅速，但复制动物肉的分层纤维结构、多汁性、脂肪般的润滑感以及加工稳定性仍面临挑战。本文综述了多糖作为加工响应型结构调节剂的作用，其功能取决于分子特性和加工历史。链结构、电荷特性、分子量、水合行为以及凝胶化动力学与蛋白质-多糖缔合、相分离、界面组织、水的固定化以及复合网络形成相关联。本文讨论了加热、剪切、冷却、离子交联、挤压和沉积对这些相互作用及后续结构发育的影响。在绞碎和重组产品、整切替代品、脂肪模拟物、3D打印产品和植物基海产品类似物中，对代表性多糖（包括卡拉胶、魔芋葡甘露聚糖、黄原胶、甲基纤维素、海藻酸、刺槐豆胶、结冷胶、淀粉和膳食纤维）进行了比较。现有证据表明，有效的多糖设计需要充足的分子流动性以支持混合、变形和取向，并在目标架构形成后进行及时的网络固定。报告的进展受到多糖特性、水合历史、离子条件和加工参数报告不一致的限制。因此，未来研究应从经验性的亲水胶体添加转向以结构为指导、数据辅助的蛋白质-多糖-脂质系统配方设计，并辅以标准化表征、感官验证和多目标优化。

## 引言

全球人口的持续增长、经济发展以及饮食结构转型增加了对高质量蛋白质和肉类产品的需求。然而，传统畜牧业生产与大量的土地和水资源消耗、温室气体排放、疾病防控压力以及抗生素使用方面的顾虑密切相关，仅依靠动物农业日益难以满足未来的蛋白质需求（Parlasca & Qaim, 2022）。因此，替代蛋白的开发已成为多元化全球蛋白质供应和减轻传统肉类生产环境负担的重要策略。

植物基肉类似物主要由植物蛋白配制而成，通过加工复制动物肉的部分结构、感官和营养特性，包括纤维质地、多汁性、外观、风味和烹饪行为（Dekkers, Boom, & van der Goot, 2018; Tyndall et al., 2024）。其广泛的原料可用性、相对较低的环境影响、可调控的配方、不含饮食胆固醇以及可富集膳食纤维的潜力，促进了其在学术界和食品工业中的发展（Ishaq et al., 2022; Tyndall et al., 2024）。然而，许多商业和实验产品在分层纤维结构、定向撕裂、脂肪般的润滑感、水分释放、风味传递以及烹饪和储存过程中的结构稳定性方面与动物肉仍存在显著差异。因此，复制肌纤维、结缔组织、水相和脂肪区的多尺度组织仍然是一个重大的技术挑战。

植物基肉类的质量取决于蛋白质、脂质、风味和色素组分、粘合剂和亲水胶体的协同贡献（Bohrer, 2019; Kyriakopoulou et al., 2021; Wang, Cai, et al., 2023）。蛋白质提供主要的结构框架，大豆蛋白、豌豆蛋白和小麦面筋（WG）仍然是应用最广泛的来源，因其成熟的凝胶化、水合和纤维化特性（Mazumder et al., 2023; Sui et al., 2024; Wang, Lyu, et al., 2023）。大豆浓缩蛋白在加热和剪切联合作用下可形成各向异性和部分纤维状结构（Grabowska et al., 2016），而豌豆分离蛋白（PPI）的纤维化程度和质地受高水分挤压（HME）过程中含水量和热机械条件的强烈影响（Sun, Zhang, et al., 2023）。小麦面筋不同于球状的大豆和豌豆蛋白，可形成连续的黏弹性网络，大豆分离蛋白（SPI）/小麦面筋混合物可通过共存蛋白质结构域的变形和对齐产生更显著的各向异性宏观结构（Dekkers, Emin, et al., 2018; Pietsch et al., 2019）。包括绿豆蛋白和菌丝蛋白在内的替代蛋白也在探索中，以丰富产品结构（Hwang et al., 2024）。

脂质和复合添加剂通过调节润滑性、多汁性、风味、色泽和产品完整性来补充蛋白质基质。椰子油和可可脂等固体脂肪贡献硬度和热转变，而植物油、藻类油和亚麻籽油提供润滑作用并携带脂溶性风味（Chen et al., 2023）。结构化脂质体系可进一步控制油的分布和释放：蛋白质稳定的油凝胶改善口腔润滑性，乳液凝胶增强油保留并调节质地，乳液填充凝胶可调节脂质相关挥发物的热释放（Han, Wang, et al., 2023; Kang et al., 2024; Kothuri et al., 2025）。酵母提取物、水解植物蛋白、氨基酸和还原糖等调味剂用于增强类肉香气，而甜菜衍生色素、甜菜红素、番茄红素、姜黄素和Monascus色素则调节生熟外观（Botella-Martínez et al., 2022; Kale et al., 2022; Sakai et al., 2022）。粘合剂和稳定剂进一步提高内聚力和加工稳定性；例如，甲基纤维素（MC）和卡拉胶增强形状保持性，而黄原胶和瓜尔胶调节粘度和相稳定性（Wang, Lyu, et al., 2023）。

在这些组分中，基于多糖的亲水胶体传统上被作为增稠剂、粘合剂、保水剂、稳定剂或凝胶材料引入。淀粉、卡拉胶、海藻酸、魔芋葡甘露聚糖（KGM）、黄原胶（XG）、MC、结冷胶、刺槐豆胶和膳食纤维可调节连续相粘度、水的流动性、脂质分散、颗粒粘附和热稳定性（Kyriakopoulou et al., 2021; Rasul et al., 2025）。然而，仅通过各自的增稠或保水能力来描述这些配料，无法充分解释其在结构复杂的植物基肉体系中的作用。

多糖充当加工响应型结构调节剂。其作用来源于在特定热力和机械条件下与蛋白质、水、脂质和离子的相互作用（Yang et al., 2026）。静电缔合、氢键、分子缠结、缔合复合和分离性相分离可改变蛋白质聚集、界面组织、网络连通性以及共存相的可变形性。在高水分挤压（HME）过程中，多糖可影响熔融粘度、水分分布、相分离、变形、取向以及对冷诱导固定，从而促进或抑制各向异性结构的形成（Sui et al., 2024; Zhang et al., 2020）。因此，其贡献在很大程度上取决于变形期间是否保持分子流动性，以及网络形成是否发生在加工过程的适当阶段。

从简单混合体系向共组装和互穿网络的转变进一步说明了这种扩展的结构作用。将三醋酸葡甘露聚糖纳入转谷氨酰胺酶交联的SPI网络，产生了具有更高交联度、杨氏模量和冻融稳定性的互穿结构（Zhao et al., 2026）。类似地，SPI/κ-卡拉胶（κ-CG）和SPI/κ-CG/KGM体系中的适度复合增强了分子间缔合、网络紧密度和凝胶完整性（Li et al., 2022; Lu et al., 2023）。这些发现表明，多糖性能不仅取决于添加量，更取决于其与蛋白质基质的兼容性、水合和凝胶化动力学以及在不过度限制结构重排的情况下增强网络的能力（Taghian Dinani, Zhang, et al., 2023）。

多糖还扩展到脂质组织和感官递送领域。蛋白质-多糖复合物、乳液凝胶和复合基质可影响脂质分布和油释放，而基于多糖的载体可调节风味化合物的保留和传递。尽管类肉香气主要来源于氨基酸、肽、还原糖和含硫前体，但含多糖的基质可通过封装和传递控制来改变挥发性物质的保留和释放（Silva Barbosa Correia et al., 2024; Sun, Chen, et al., 2023）。这些新兴功能进一步证明，多糖不仅影响机械性能，还影响功能组分在空间和时间上的分布。

尽管取得了这些进展，多糖在植物基肉类中的应用仍主要依赖经验。同一种名目多糖在不同蛋白来源、含水量、离子环境和加工路线下的结果往往存在差异。重要的分子和加工描述符——包括分子量、支化度、电荷密度、取代度或乙酰化度、水合历史、添加顺序、离子类型、剪切条件和凝胶化时机——未被一致报告。此外，从静态蛋白质-多糖凝胶得出的结论往往被直接迁移至挤压、打印或整体产品体系中，尽管它们的变形历史和结构时间尺度截然不同。因此，目前仍缺乏一个将多糖分子特性与多尺度相互作用、加工行为、结构架构和产品最终质量联系起来的框架。

近年来有几篇综述从互补角度研究了植物基肉类中的多糖，但它们主要以多糖类型、化学结构或单一加工平台来组织内容。本综述采用不同的方法，通过考察多糖在多个结构化路线中的功能——高水分挤压、剪切诱导结构化、湿法纺丝、三维打印（3D打印）和离子交联——这些路线施加了根本不同的变形和固定时间尺度。随后，采用以产品为导向的框架比较多糖在绞碎和重组产品、整切替代品、脂肪模拟物、三维打印产品和植物基海产品类似物中的作用。海产品类似物和数据辅助配方优化中的新兴应用也值得重点关注，因为这些领域在以往综述中受到的关注相对有限。

因此，本综述将多糖视为调节相流动性、界面组织、水和脂质分布以及结构固定的加工响应型组分，而非被动的配方添加剂。首先定义特定产品的结构要求，随后分析蛋白质-多糖相互作用和多尺度结构机制。接着比较结构-功能关系和主要商业化多糖，以及它们的加工和产品特定应用。最后，讨论当前证据的局限性和未来定量、多功能和可持续多糖设计的策略。通过整合分子特性、加工条件和产品要求，本综述旨在支持从经验性的亲水胶体添加向植物基肉体系的以结构为指导的设计的转变。

## 章节摘要

### 植物基肉类的组成基础

植物基肉类的质量通过蛋白质、脂质、复合添加剂和亲水胶体的协同组合来构建（Bohrer, 2019; Kyriakopoulou et al., 2021; Wang, Cai, et al., 2023）。如图1所示（见图2），蛋白质通过加工诱导的变性、聚集和取向提供结构框架；脂质贡献润滑性、不透明度和香气释放，并可被结构化为脂肪模拟相；调味料、色素和粘合剂……

### 多糖介导结构化的多尺度机制

多糖在分子、胶体和宏观长度尺度上调节植物基肉类结构。其作用不仅来源于与蛋白质的直接缔合，还来源于相兼容性、连续相流变性、界面组织、水流动性以及网络形成时机的变化。这些机制与加工条件紧密耦合，包括pH、离子强度、温度、剪切、水合历史和冷却或后交联。

### 结构-功能关系和多糖的产品特定选择

多糖在植物基肉类中的功能与其分子结构、电荷特性、分子量、水合能力和凝胶化行为密切相关。这些性质调节蛋白质-多糖缔合、水流动性、相组织、流变行为和网络形成，从而决定其对不同产品结构和加工条件的适用性。如第3节所述，这些结构决定因素作用于……

### 多糖在植物基肉类似物中的质量功能和相关权衡

多糖通过蛋白质组织、水流动性、脂质分布、网络连通性以及感官化合物的保留或释放等方面的相互关联效应来影响植物基肉类质量。然而，不同质量属性的改善不一定同时发生。粘度增加可能增强保水性但限制相变形，而更强的凝胶化可能改善形状稳定性但降低多汁性或结构各向异性。

### 多糖的加工和产品特定应用

加工策略主要在变形和结构固定的顺序上有所不同。绞碎和重组产品依赖颗粒粘合而无需广泛的定向排列。HME将热力和机械变形与后续冷却诱导固定相结合，而剪切池结构化提供对共存相的可控变形。湿法纺丝将纤维形成与凝固分离，而3D打印需要剪切诱导流动后随……

## 结论与未来展望

多糖已从传统的增稠剂和保水剂演变为植物基肉类的关键结构组分。其分子结构、水合、流变性和凝胶化行为决定了蛋白质-多糖相互作用、相组织、水和脂质分布以及结构固定。本综述贯穿始终的一个原则是：混合、变形和取向过程中的分子流动性与网络固定之间的时间匹配……

## CRediT作者贡献声明

徐一阳：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，可视化，软件。

唐俊杰：写作——审稿与编辑，可视化，软件。

庞杰：写作——审稿与编辑，监督。

陈星燕：写作——审稿与编辑。

吕伟：写作——审稿与编辑。

肖婷：写作——审稿与编辑。

邓荣华：写作——审稿与编辑。

同彩灵：写作——审稿与编辑，资源，资金获取。

吴春华：写作——审稿与编辑，监督。

## 利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文报道工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

## 致谢

福建省教育厅中青年教育科研项目（科技类）（JZ240090）。福建省星火计划（2024S0004）。

## 作者列表

徐一阳 | 唐俊杰 | 庞杰 | 陈星燕 | 吕伟 | 肖婷 | 邓荣华 | 同彩灵 | 吴春华