《Ultrasonics Sonochemistry》：Ultrasound-induced protein-polysaccharide complexes: Mechanisms, functionalities and applications in food systems
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理解蛋白质与多糖之间的相互作用是设计食品结构的基础，然而超声精准调控这些相互作用的潜力尚未被系统性地综述。本综述深入探讨了声空化（acoustic cavitation）及其相关的物理和化学效应在驱动蛋白质-多糖复合物形成中的机制性作用。研究人员重点阐述了超声
理解蛋白质与多糖之间的相互作用是设计食品结构的基础，然而超声精准调控这些相互作用的潜力尚未被系统性地综述。本综述深入探讨了声空化（acoustic cavitation）及其相关的物理和化学效应在驱动蛋白质-多糖复合物形成中的机制性作用。研究人员重点阐述了超声诱导的剪切力（shear forces）、微湍流（micro-turbulence）和自由基（free radical）的产生，不仅通过美拉德反应（Maillard reaction）加速共价结合，还通过诱导生物聚合物构象变化来增强非共价作用力，如疏水相互作用（hydrophobic interactions）、氢键（hydrogen bonding）和静电接触（electrostatic contacts）。这些超声介导的结构修饰显著改善了技术功能特性，包括溶解性、乳化性和起泡性能。研究人员进一步讨论了这些增强型复合物如何在乳液稳定化、凝胶制备、生物活性化合物包封和可食用膜形成中推动创新。最后，研究人员指出了关键的研究优先事项，特别是超声参数与分子相互作用机制之间的相关性、缀合物的结构表征以及其在食品应用中安全性的评估。通过提供一个连接基础声化学与食品材料科学的综合框架，本综述将超声定位为一种用于工程化先进食品体系的多功能且可持续的工具。
**论文解读：超声诱导蛋白质-多糖复合物的机制、功能特性与食品应用**
**一、 研究背景与问题提出**
蛋白质和多糖是食品体系中两类至关重要的生物大分子。天然蛋白质主要来源于动物性产品（如肉、鱼、乳制品）和植物性原料（如豆类、坚果），兼具营养提供和功能调控的双重角色，其独特的三维构象直接决定食品的质构特性、风味保留和加工稳定性。多糖是由单糖通过糖苷键连接而成的复杂碳水化合物，主要来源于谷物、块茎和水果等，因其可调控的分子相互作用和水合依赖行为，在食品科学中作为脂肪模拟物、稳定剂、粘度调节剂、胶凝剂和乳化剂而得到广泛应用。研究表明，蛋白质-多糖复合物不仅能保留各组分的营养属性，还能展现出优于单一组分的功能特性，在控制食品的宏观性质（如稳定性、质构和风味）、开发生物活性化合物递送系统、制备可食用包装以及支持生物学功能方面发挥着关键作用。然而，如何高效且精准地调控蛋白质与多糖之间的相互作用以制备多功能复合物，仍是食品科学领域面临的核心挑战。尽管超声作为一种环保、高效、多功能的物理加工技术已被广泛应用于食品研究，但现有综述多聚焦于单一生物聚合物或传统复合方法，关于超声在调控蛋白质-多糖相互作用中的特定作用缺乏系统性总结。因此，开展关于超声诱导蛋白质-多糖复合物机制、功能特性及应用的全面综述具有重要的科学价值和现实意义。
**二、 主要技术方法**
本综述系统梳理了超声诱导蛋白质-多糖复合物形成的研究进展。主要涉及的技术方法包括：高强度超声（high-intensity ultrasound, 20–100 kHz, 10–1000 W/cm2）处理技术，涵盖探头式（probe-based）和浴槽式（bath-based）两种主要超声设备类型；利用声空化产生的物理效应（剪切力、微射流）、机械效应（湍流）和化学效应（自由基生成）驱动生物大分子结构修饰；优化超声参数（模式、功率、频率、时间、振幅）以实现目标复合物形成；通过美拉德反应、酶促交联（转谷氨酰胺酶、漆酶）或化学交联制备共价复合物，以及通过静电、疏水、氢键和范德华力等非共价作用制备复合物。研究数据来源于2015至2024年间Web of Science和Science Direct文献数据库的文献。
**三、 主要研究结果**
* **超声作用机制（2.1 & 2.2）**：超声的核心机制是声空化效应，其产生的瞬态空化可形成局部高温（2000–5000 K）和高压（300–1200 bar），并伴随产生 hydrodynamic shear stress、湍流等物理和机械效应。这些效应能够诱导蛋白质和多糖发生结构改变，如去折叠、解聚和功能基团暴露，从而促进两者间的共价和非共价相互作用。超声的化学效应主要涉及空化泡高温分解产生的自由基，可促进美拉德反应等共价结合过程。超声参数（功率、频率、时间等）的优化对实现预期的结构修饰至关重要，且不同参数的报道单位（W, W/L, W/cm2）需根据实验语境进行合理解读。
* **调控分子间相互作用（3.1 & 3.2）**：超声通过改变大分子的空间结构来调控蛋白质-多糖复合物形成。对于非共价复合物，超声诱导的构象变化可暴露活性位点，增强静电相互作用、氢键和疏水相互作用等。然而，超声的作用存在双相效应，即存在一个最优能量窗口，在此窗口内可促进复合，而超过该窗口则可能导致蛋白质过度聚集或多糖过度解聚。对于共价复合物，超声能显著加速美拉德反应，提高接枝度，并改变产物的结构（降低α-螺旋和β-折叠含量，增加β-转角和无规卷曲含量）和理化性质（表面疏水性增强）。此外，超声还可通过诱导蛋白质去折叠，暴露更多谷氨酰胺或酪氨酸残基，从而增强转谷氨酰胺酶或漆酶介导的酶促交联效率。
* **功能特性增强（4.1 & 4.2 & 4.3）**：超声辅助制备的蛋白质-多糖复合物表现出显著增强的技术功能特性。在溶解性方面，超声辅助糖基化通过共价连接亲水性多糖链及空间位阻效应，在宽pH范围内（尤其等电点附近）显著提高复合物的溶解度。在乳化性方面，超声处理通过促进蛋白质去折叠、增加表面疏水性和减小粒径，增强复合物在油-水界面的吸附能力，从而提升乳化活性指数（emulsifying activity index, EAI）和乳液稳定性指数（emulsion stability index, ESI），但同样展现出非线性的能量阈值效应。在起泡性方面，超声增强起泡能力，而多糖则保证泡沫稳定性，两者发挥协同作用，且复合处理顺序对泡沫性能有重要影响。
* **食品工业应用（5.1 - 5.4）**：超声处理后的蛋白质-多糖复合物在食品工业中展现出广阔的应用前景。在乳液应用中，超声可应用于乳化前预处理或乳化过程中，两种策略均能减小液滴尺寸、提高界面吸附量，并增强乳液对环境应力（如热处理、冻融）的稳定性，同时还能提高包封生物活性化合物（如槲皮素）的稳定性。在凝胶制备方面，超声辅助制备的复合物可形成结构更致密、均匀的水凝胶和乳液凝胶，具有增强的凝胶强度、持水性和质构特性，在3D打印和吞咽障碍人群食品等领域展现出应用潜力。在可食用膜方面，超声不仅能直接改善膜材料的机械性能和阻隔性能，还可作为提取工具回收食品废弃物中的功能成分，或用于制备纳米乳液基膜体系，以增强膜的抗菌和抗氧化活性，延长食品保质期。在生物活性化合物递送方面，超声可促进形成更小、更均匀、结构更致密的纳米颗粒，显著提高包封效率（如将玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶复合物中白藜芦醇的包封效率从55.85%提升至74.20%），并有效保护生物活性物质免受胃肠道消化和紫外照射等环境胁迫的降解，实现缓释效果。
**四、 结论与展望**
本综述系统阐明了超声在调控蛋白质-多糖相互作用中的核心作用，证实了声空化及其伴随的物理、化学效应通过诱导蛋白质去折叠、多糖解聚和反应基团暴露，有效促进共价和非共价复合物的形成。这些结构修饰显著提升了复合物的溶解性、乳化性和起泡性，并拓展了其在乳液、凝胶、可食用膜及生物活性递送系统中的应用。研究结论确立了超声作为一种结构调控器，能够协调从分子相互作用到宏观材料特性的多尺度组织。未来研究亟需重点关注以下优先方向：建立超声参数与分子结果间的定量关联、解决反应器工程和放大化挑战、系统评估改性复合物的安全性，以及表征复合物的结构异质性和批次一致性。有前景的应用方向包括与3D打印和可持续包装等新兴领域的融合，以实现超声在食品科学领域的全面应用潜力。
