综述：食品蛋白淀粉样纳米纤维与多糖的结合：从分子相互作用到杂化复合材料及食品应用

《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：The Combination of Food Protein Amyloid Nanofibers and Polysaccharides: From Molecular Interactions to Hybrid Composites and Food Applications

　　

摘要
背景：食品蛋白淀粉样纤维是通过自下而上的策略形成的功能性纳米纤维，凭借其独特的特性，被用于在微观和宏观尺度上构建先进的结构化系统。从可持续性的角度来看，利用食品加工行业的副产品制备淀粉样纤维符合循环经济原则，并减少了与制备高级功能材料原料相关的废物和成本。
范围与方法：本综述重点关注过去五年来在将蛋白淀粉样纤维与多糖相结合以创造宏观结构（如水凝胶、乳液凝胶、油凝胶、气凝胶和薄膜）方面的进展，这些结构具有新颖的结构和功能特性。总结了迄今为止关于这些系统的生物聚合物来源、生产条件、主要发现以及食品应用的研究。
主要发现与结论：尽管蛋白淀粉样纤维与其天然蛋白质形式相比具有独特的功能优势，但它们与多糖的结合会产生由电荷密度、链柔性和环境条件等因素控制的相互作用。吸引或排斥相互作用可以增强水凝胶的质地、硬度和弹性，提高其作为培养肉支架应用于气凝胶生产的适用性，或形成油凝胶。淀粉样纤维 - 多糖复合物在稳定皮克林乳液以及包封和控制释放生物活性化合物方面也表现出巨大潜力。在薄膜制备过程中，多糖和蛋白淀粉样纤维之间在负电荷条件下发生了相分离。本综述突出了多糖与蛋白淀粉样纤维之间的关系，为设计具有定制功能的复合材料提供了框架。

引言
多糖和蛋白质是主要的天然聚合物，适用于生物医学、生物学、组织工程、伤口敷料、智能材料、吸附剂、化妆品、包装、营养品递送和食品技术等领域。生物聚合物比合成聚合物具有独特优势，包括可生物降解性、生物相容性、低毒性和功能特性，这使它们对人类消费安全且对环境有益。大多数研究广泛关注蛋白质与多糖的结合，以利用它们之间的相互相互作用、协同效应和互补益处 (Cheng, et al., 2024; Jabeen & Atif, 2024)。由于多糖和蛋白质是两个具有不同化学结构、特性和功能的类别，预计它们在低浓度和高浓度下的结合可以产生一种互补材料，在提供组成材料优势和可调节性的同时，能够实现相行为的调整 (Yang, Li, Li, Guo, & Sun, 2021b)。生物聚合物之间吸引力和排斥力的微妙平衡促进了结构构建过程。弱相互作用使得兼容结构的形成成为可能，而有限的分子动力可能导致相分离。多糖 - 蛋白质组合在形成气凝胶、水凝胶、乳液凝胶、薄膜和油凝胶等结构中起着关键作用。通常使用包括相模型、浊度测量、显微观察、热分析、流变特性和光谱法在内的一套多样方法来研究多糖 - 蛋白质混合系统 (Yiasmin, et al., 2026)。

近年来，源自多糖和蛋白质的天然纳米纤维由于其与整体天然 counterparts 相比独特的性质而引起了广泛关注。纳米级成分存在于自然界中，有助于形成具有高性能特性和不同功能的多级结构，例如木材或丝绸结构中的纳米纤维 (Li, et al., 2021; Ling, et al., 2018)。据报道，源自提取或自组装的天然纳米纤维具有可持续性、重量轻、高度有序的微结构和优异的机械性能等独特性质 (De France, Zeng, Wu, & Nystr?m, 2021; Khalesi, Lu, Nishinari, & Fang, 2021)。此外，纳米纤维可以作为单一成分或与其他生物聚合物混合，用于水凝胶、薄膜、气凝胶、微凝胶和微纤维等宏观架构中 (Li, et al., 2021; Zhang, et al., 2025)。这些独特的性质以及它们作为宏观结构构建块的作用，使得它们被应用于各种高级功能材料中 (De France, et al., 2021; Knowles & Mezzenga, 2016)。纳米纤维的结构，特别是其高度多孔的性质和相互连接的孔隙，导致了最大药物负载量。生物相容性纳米纤维与细胞外基质在微观结构和功能上的相似性，可以为药物释放的精确调节提供合适的条件 (Alam, Karmakar, Rengan, & Khandelwal, 2023)。负载药物的基于生物聚合物的纳米纤维可用于伤口愈合。纳米纤维还具有作为组织工程支架模拟组织结构的巨大潜力，因为它们能促进细胞粘附、增殖和分化 (Malik, et al., 2021; Parham, et al., 2022)。成功设计了使用纤维素纳米纤维 (CNF) 薄膜作为传感器，用于对 Cu2+ 和 Cs+ 的选择性和特异性检测。该薄膜的特性包括灵活性、良好的机械性能、高渗透性和易于功能化 (Rahmawati, Shih, & Imae, 2020)。此外，天然纳米纤维的应用已整合到生物传感器平台中，并被提议用于开发有效的食品安全监测方法 (Yao, et al., 2023)。因此，近年来对天然纳米纤维及其多样化应用的研究迅速扩展。

在过去十年中，食品蛋白淀粉样纳米纤维，被称为淀粉样纤维 (AF)，由于其主要初始来源、生产方法和应用，日益成为材料科学和工程领域众多研究的主题。虽然蛋白淀粉样纤维以前被认为是一种体内病理状态，与阿尔茨海默病和帕金森病有关，因为 1959 年在体内组织中观察到聚集物的电子显微镜观察 (Fallot, et al., 2025; Yadav, et al., 2024)。蛋白淀粉样纤维可以在特定条件下，利用自下而上的策略，从源自动物、植物和微生物的天然蛋白质来源中生产。这些具有高度有序β-折叠结构的自组装蛋白质，凭借其界面和凝胶形成特性，可以在不同的微观和宏观尺度上创建不同类型的乳液或功能性结构化系统 (H. Sun, et al., 2025b; Yue, et al., 2022)。据报道，各种食品蛋白质，如乳、蛋、豆类和谷物蛋白质，在低酸性 pH 值、低盐浓度下加热时能够形成淀粉样纤维。蛋白淀粉样纤维也是由枯草芽孢杆菌等细菌产生的，以便在恶劣的环境条件下生存，从而保持结构完整性、增加膜柔性并减少化学和生物降解。从食品蛋白质来源生产淀粉样纤维也与可持续性和循环经济相关，因为它们可以从食品工业副产品中获得，从而最大限度地减少食品浪费，并能够从廉价原料生产纳米纤维 (Roy Goswami, et al., 2026; Sawant & Girard, 2026; H. Sun, et al., 2025b)。功能性蛋白淀粉样纤维作为纳米传感器、药物或营养品载体、包装材料，以及吸附膜、医疗保健、组织工程和营养与食品应用中具有 numerous 应用。淀粉样纤维形成的结构具有高度适应性，可以通过化学、酶解和变性修饰，或通过掺入纳米材料和生物活性分子来定制特定应用 (Khalesi, et al., 2021; Peydayesh & Mezzenga, 2021; Yadav, et al., 2024)。

大多数以往关于食品蛋白淀粉样纤维及其功能性的综述主要集中在蛋白质来源、形成方法和单组分系统中的应用 (Du, et al., 2026; Knowles & Mezzenga, 2016; Lendel & Solin, 2021; Li, Kambanis, Sorenson, Sunde, & Shen, 2024; Roy Goswami, et al., 2026; Shen, et al., 2021; Xu, et al., 2023; Yadav, et al., 2024; Yue, et al., 2022)。将蛋白淀粉样纤维与多糖结合是一种有效的策略，通过调节它们的相行为和分子相互作用，同时利用两种生物聚合物的优势，来工程化具有新功能性和应用的复合材料。此外，了解蛋白淀粉样纤维 - 多糖相互作用使得设计具有特定应用定制功能的复合材料成为可能。本综述首先基于相图和热力学特性，强调了多糖和蛋白淀粉样纤维的相互作用。然后，我们回顾了蛋白淀粉样纤维和多糖在创造宏观架构（包括水凝胶、乳液凝胶、油凝胶、气凝胶、薄膜和微纤维）中的联合利用，同时总结了它们的生物聚合物来源、生产条件和主要结果。最后，解释了复合材料的食品应用。本文提供了由蛋白淀粉样纤维和多糖组成的混合系统的全面概述，突出了它们的结合如何产生单一生物聚合物凝胶中不存在的协同效应。通过详细阐述多糖的类型、蛋白淀粉样纤维的来源、复合材料的制备方法以及食品应用，本文总结了关于食品蛋白淀粉样纤维 - 多糖混合系统的信息，并解决了现有文献中的关键差距。此外，还提到了这些复合材料未来的研究方向和前景。

章节片段
多糖 - 蛋白淀粉样纤维相互作用
多糖、蛋白质及其相互作用在食品的流变和微观结构特性中起着关键作用。因此，了解蛋白淀粉样纤维与多糖之间的相互作用机制，可以实现具有特定功能的食品结构和质地的理性设计，例如健康食品的开发、生物活性物质的包封和靶向释放、肉类替代品支架和口腔加工 (Bealer, et al., 2020; 多糖 - 蛋白淀粉样纤维组合用于复合材料
如图 1 (C) 所示，食品蛋白淀粉样纤维可以形成包括整体水凝胶、气凝胶、乳液凝胶、油凝胶、薄膜和纤维在内的超分子结构。淀粉样纤维形成的最早例子可能是在食品蛋白质的加工和凝胶化过程中被识别出来的。在这方面，WPI、BLG 和溶菌酶已被广泛研究。蛋白淀粉样纤维被认为是凝胶形成剂，因为它们是具有高长径比的胶体颗粒。因此，混合多糖 - 蛋白淀粉样纤维复合材料的食品应用
蛋白淀粉样纤维 - 多糖复合材料的食品应用如图 4A 所示，具体示例如下。淀粉样纤维和多糖的结合可用于生产针对特定应用的质地改良食品，例如吞咽困难食品，并制备各种类型的乳液（如皮克林、HIPE 和 W/W）、乳液凝胶和油凝胶，适用于设计低脂、低盐和低卡路里产品。乳清蛋白淀粉样
结论与未来展望
将食品废弃蛋白质升级再造为具有专门应用的功能性高级材料，对于提高全球食品系统的可持续性至关重要。与它们的天然状态相比，蛋白淀粉样纤维提供了独特的优势，包括高度有序的结构、高长径比、优异的机械性能和易于功能化。同时，多糖和淀粉样纤维的联合使用深刻影响了它们的界面相互作用和
数据可用性
本研究描述的研究未使用数据。
CRediT 作者贡献声明
霍达·哈莱西：概念化，写作 – 初稿，写作 – 审查与编辑。夏亚姆·S·萨布拉尼：概念化，验证，修订，写作 – 审查与编辑。马赫萨·马佐比：概念化，验证，写作 – 审查与编辑，修订，资源。马赫迪亚尔·沙赫巴齐：概念化，验证，写作 – 审查与编辑。萨埃德·贾法里：概念化，验证，写作 – 审查与编辑。桑杰·马文克雷·兰加帕：概念化，监督，验证，可视化，
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文中报告的工作。
致谢
这项研究由泰国国王蒙克督科技大学北部曼谷分校资助，合同编号为 KMUTNB-Post-69-10。
霍达·哈莱西 | 夏亚姆·S·萨布拉尼 | 马赫萨·马佐比 | 马赫迪亚尔·沙赫巴齐 | 萨埃德·贾法里 | 桑杰·马文克雷·兰加帕 | 萨查特·辛钦
天然复合材料研究组实验室，材料生产工程系，诗琳通国际泰德研究生工程学院，泰国国王蒙克督科技大学北部曼谷分校，泰国曼谷