《ADVANCES IN COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》：Soy protein amyloid fibrils for the design of innovative soft matter systems
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摘要大豆蛋白自组装成淀粉样纤维（SAFs）已成为工程化先进淀粉样软物质系统的有效策略。在受控的酸性和热条件下，大豆蛋白发生结构重组，形成富含β-折叠的高长径比纤维状架构，具有增强的机械性能和可调的界面性能。大豆蛋白的组成复杂性，特别是其β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（1
摘要
大豆蛋白自组装成淀粉样纤维（SAFs）已成为工程化先进淀粉样软物质系统的有效策略。在受控的酸性和热条件下，大豆蛋白发生结构重组，形成富含β-折叠的高长径比纤维状架构，具有增强的机械性能和可调的界面性能。大豆蛋白的组成复杂性，特别是其β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S）组分，有助于形成结构不同、形态和功能多样的纤维，为针对特定应用定制 SAF 架构提供了机会。本综述总结了 SAF 形成分子机制的最新进展以及 governing 其功能性能的 structure-processing-function relationships（结构 - 加工 - 功能关系），强调了蛋白质组成、纤维化条件和分子间相互作用如何共同决定纤维架构和功能。全面讨论了 SAFs 在培养肉和肉类替代品、乳液、泡沫、水凝胶、生物活性递送系统、薄膜以及用于水净化的功能材料中的新兴应用。还强调了与结构控制、规模化生产和实际应用相关的当前挑战，以及合理纤维工程化的未来机会。总体而言，本综述突出了 SAFs 作为多功能构建模块的潜力，可用于合理设计下一代基于淀粉样的软物质系统，用于先进食品与材料应用。
引言
在适当条件下，自组装涉及分子从无序状态到由分子间相互作用驱动的定义明确的架构的自发组织 [1]。该过程在物理学、生物学和材料科学等众多领域发挥着基础作用 [2]。离子强度、溶剂性质、pH 值和温度等因素关键影响不同长度尺度上的分子组织。在合适条件下，蛋白质和肽可以自组装成高度有序的纳米结构，包括富含β-折叠的淀粉样纤维（AFs）[3]。AFs 是高度有序的纳米级纤维，其特征在于直径小、长度延伸和高长径比。AFs 最初主要是在生物医学研究的背景下进行研究的，与神经退行性疾病（包括阿尔茨海默病和帕金森病）中的蛋白质错误折叠和聚集密切相关 [4]。
近年来，淀粉样纤维化已成为增强食品蛋白质技术功能特性的最有前景的策略之一 [5]。源自食品蛋白质的 AFs（PAFs）由于其出色的特性，已被用作先进材料的多功能构建模块。PAFs 表现出明确的形态、独特的结构、物理化学和功能特性，即高长径比、高度有序的分子结构、多样的功能属性和改进的机械特性。PAFs 的一个定义性结构特征是交叉β-折叠架构，位阻拉链基序有助于稳定纤维状结构。PAFs 可以在酸性条件、高温下形成，纤维化时间根据蛋白质来源和加工条件而异 [6]。酸性条件下的热诱导自组装可以增强 AFs 的物理化学稳健性和功能特性，包括改善的泡沫、乳液和流变性能 [4]。与其天然蛋白质对应物相比，PAFs 可能在各种物理化学应力下表现出增强的稳定性，包括酸性和热条件，突出了它们作为食品系统中功能成分的潜在应用 [7]。
膳食蛋白质是必需宏量营养素，不仅有助于人类营养，还有助于食品的结构和感官属性，因此影响消费者的接受度和偏好 [8]。除了营养作用外，这些蛋白质表现出多样的技术功能特性，使它们成为先进软物质系统（包括生物活性递送系统、水凝胶和纳米结构材料）的诱人构建模块 [9]。尽管许多植物源蛋白质可能比动物蛋白质表现出较不利的功能和物理化学特性，特别是在溶解度和凝胶化能力方面，但对动物蛋白质生产环境影响的日益认识加剧了对植物基替代品的兴趣。一个关键挑战是工程化具有增强技术功能特性的植物蛋白质，包括改善的凝胶化、乳化和流变性能，以满足下一代食品系统的需求 [10]。
大豆是一种主要全球作物，主要因其油脂和蛋白质含量而种植，是国际贸易中具有重要战略意义的商品 [11]。尽管具有农业和经济意义，但大豆价值链与环境挑战（包括森林砍伐和高耗水）相关，这在一定程度上与作为动物饲料的大豆需求增加有关 [12]。大豆蛋白（SPs）包含四个主要组分（2S、7S、11S 和 15S），代表了一种广泛可用的植物源蛋白质来源。它们提供了有利的氨基酸谱和良好的消化率，支持其营养价值 [13]。由于其丰富、营养价值和成本效益，SPs 被广泛应用于各种食品应用中 [14]。将 SPs 转化为高长径比 SP AFs（SAFs）可以进一步增强其功能特性。在酸性 - 热条件下，SAFs 可以通过蛋白质单体或肽的组装生成。在此过程中，SPs 可以发生酸诱导水解，产生较小的多肽，随后通过 一个 非共价相互作用网络自组装成 SAFs [15]。
SPs 代表一个组成复杂的蛋白质系统，由两种主要球蛋白主导，即β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S）。这些组分表现出不同的纤维化行为，导致具有不同形态和结构特性的纤维。特别地，7S 通常形成较短且更柔韧的纤维，而 11S 倾向于产生较长且更刚硬的纤维。这些内在差异表明蛋白质组成是 SAF 结构多态性的关键决定因素，并为针对不同应用定制纤维架构和功能提供了机会 [16], [17]。此外，SAFs 的高度有序交叉β架构、高长径比和成网能力赋予了增强的流变和界面特性，并促进了结构化凝胶网络的形成，从而扩大了它们在食品结构化和生物活性递送系统中的应用潜力 [18], [19]。此外，SAFs 的功能可以通过受控的分子间相互作用进一步定制，包括多酚介导的组装，这调节纤维网络形成、凝胶化行为和机械特性 [20]。这些特性使 SAFs 非常适合开发新型功能软物质系统 [21], [22], [23], [24]。
章节片段
从大豆衍生蛋白质到 SAFs
食品衍生蛋白质的淀粉样纤维化越来越被认为是一种有效策略，用于定制其结构和物理化学特性 [4]。SPs 是源自大豆的丰富且易于获得的蛋白质，使其成为 AF 形成的诱人前体 [24], [25], [26], [27]。
在一项研究中，Yu 等人 [7] 在酸性（pH 2.0）条件下加热 85 °C 0–24 小时，从 SP 分离物（SPI）合成了 SAFs。结果揭示了一个多步骤途径
影响 SAFs 稳定性和适用性的因素
SAFs 的稳定性和形成受物理化学和加工参数的强烈影响 [22]。纤维架构具有独特的机械特性、热稳定性和功能，这些特性受各种条件（如溶液特性、蛋白质序列、界面现象、SAF-赋形剂相互作用 等）的强烈调节 [15], [21], [39]。对这些因素的深入了解对于定制纤维化动力学、避免不必要的至关重要
SAFs 在软物质系统中的应用
利用 SPs 的淀粉样纤维化为创造软材料开辟了新的途径，其应用范围从食品结构化到生物活性递送和包装 [28], [40], [52], [53], [54], [55]。SAFs 独特的纳米纤维架构，结合其可调的机械特性和功能多样性，使其能在广泛的应用中使用。在食品工业中，SAFs 可以表现出增强的凝胶化、乳化和泡沫特性
SAFs 使用中的挑战
尽管在理解 SAFs 方面取得了重大进展，但在广泛使用成为可能之前，必须解决几个关键挑战。
pH shift 处理可以诱导可逆的结构重排和纤维解聚。在碱化过程中，长纤维逐渐解聚成较短的纤维，最终成为小寡聚体，而重新酸化促进了去聚合纤维片段重新组装成结构不同的纤维状聚集体，最终
展望和未来方向
SAFs 作为可编程构建模块用于创新软物质系统的能力，为下一代功能材料的合理设计开辟了新的途径。未来研究将越来越侧重于建立纤维化条件、纤维架构和新兴功能之间的精确关系，从而能够设计具有应用特定特性的 SAF 基系统。对关键参数（包括 pH、温度，...）的先进控制
结论
SAFs 代表一类新兴的可再生蛋白质基构建模块，用于开发新型软物质系统。通过在酸性和热条件下受控的自组装，SPs 可以转化为高度有序的纤维状架构，其特征是延伸的形态、富含β-折叠的结构、高长径比以及可调的界面和机械特性。这些结构特性为 SAFs 提供了独特的能力，使其能够作为多功能
CRediT 作者贡献声明
Mohammad Mahdi Rostamabadi: 写作 – 初稿，方法论，调查，数据整理。 Fuat Topuz: 写作 – 初稿，调查，数据整理。 Hadis Rostamabadi: 写作 – 初稿，项目管理，方法论，概念化。 Yutao Wang: 写作 – 审查与编辑，方法论，形式分析。 Seid Mahdi Jafari: 写作 – 审查与编辑，验证，监督，形式分析。
Mohammad Mahdi Rostamabadi|Fuat Topuz|Hadis Rostamabadi|Yutao Wang|Seid Mahdi Jafari
伊斯法罕理工大学农业学院食品科学与技术系，伊朗伊斯法罕 84156-83111
