综述：同步流变学-傅里叶变换红外光谱技术作为一种新兴策略，用于食品软物质的动态结构-功能分析 简称：利用SR-IR技术解析食品软物质的动态结构-功能关系

《Current Opinion in Food Science》：Simultaneous Rheology-FTIR Spectroscopy as an Emerging Strategy for Dynamic Structure-Function Analysis of Food Soft Matter: Short title: Dynamic Structure-Function Decoding by SR-IR

　　

食品软物质的结构和功能源于分子相互作用、介观组织以及整体力学之间的时间依赖性耦合。传统的傅里叶变换红外（FTIR）光谱学和流变学通常分别进行，这使得捕捉瞬态中间体并建立跨尺度的机械联系变得困难。同时进行流变学-FTIR光谱学（SR-IR）研究通过在同一样品在相同扰动下发振动和流变响应来克服这一限制。本综述区分了SR-IR揭示的四个机械过程：相互作用重新分布、构象重排、界面重组和网络形成。这些过程与宏观结果（如凝胶强度、保水能力、稳定性、质地和乳液性能）是分开考虑的。最近对蛋白质-多糖、淀粉、蛋白质纤维以及含脂系统应用进行了批判性评估，并对同步和异步的二维相关光谱进行了解读。我们认为，SR-IR的主要价值在于解析连接分子重排与功能发展的时间序列。文章讨论了目前在水干扰、时间分辨率、采样一致性和界面特异性方面的局限性，并提出了标准化定量分析、多尺度建模和基于不确定性的人工智能等未来方向。

引言

食品软物质系统，包括蛋白质组装体、多糖网络、淀粉基质、乳液和复合凝胶，表现出由动态分子相互作用和层次化组织控制的复杂结构-功能关系。它们的功能特性不仅仅由组成决定，还源于加工、储存和消费过程中的结构演变。理解分子重排如何转化为凝胶强度、物理稳定性、保水能力和质地等宏观性质仍然是食品科学中的核心挑战1, 2*, 3, 4, 5, 6**。

传统的表征方法可以提供有关分子结构或整体机械特性的宝贵信息，但这些测量通常分别进行，有时还在不同的实验条件下进行。这种分离的分析可能会导致时间上的不匹配，使得难以将光谱转变直接与结构发展联系起来。在蛋白质聚集、凝胶化、糊化、相变和网络形成过程中，这种限制尤为重要，因为瞬态中间体可能无法通过终点测量来捕捉2*, 4, 6**, 7**, 8, 9, 10*。因此，需要能够在同一样品中监测分子和机械演变的分析策略。

同时进行流变学-傅里叶变换红外光谱学（SR-IR）是一种原位分析平台，它能够在相同的扰动条件下整合分子振动信息和流变响应。通过同步记录红外光谱以及储能模量（G′）、损耗模量（G″）和粘度等参数，SR-IR可以将分子相互作用和构象的变化与网络发展联系起来。最近在蛋白质-多糖凝胶、淀粉系统、蛋白质纤维、乳制品凝胶和蛋白质-脂质聚集体中的应用展示了这一潜力2*, 3, 4, 7**, 8, 11, 12, 13, 14*, 15, 16。

二维相关光谱学（2D-COS）可以通过解析重叠的光谱变化并指示带对定义扰动的响应顺序来扩展这种分析。当与同步的流变数据结合时，它有助于区分同时发生的分子变化和在结构形成不同阶段发生的分子变化2*, 4, 7**, 12, 17, 18**。同时，必须谨慎解释序列分配，并通过适当的光谱和实验控制来支持。

我们认为，SR-IR的主要价值不在于简单地结合FTIR和流变学，而在于能够沿着相同的加工轨迹检查分子和机械的演变。这使得可以识别相互作用重新分布、构象重排或界面重组何时在机械上变得相关，同时避免仅凭同步数据无法支持的因果判断3, 4, 6**, 7**, 8, 11, 14*, 15, 16。

本综述简要介绍了SR-IR在解码食品软物质动态结构-功能关系方面的作用。我们没有试图进行全面描述，而是重点关注在蛋白质-多糖、淀粉、蛋白质纤维、乳制品和含脂系统中通过同步测量提供的机械信息。然后讨论了当前在定量分析、多尺度建模和数据驱动的食品结构设计方面的局限性和实际方向。

章节片段

SR-IR实现分子事件和结构演变的动态解析

同时进行流变学–FTIR光谱学（SR-IR）通过同步测量，将分子尺度的结构信息与宏观机械响应联系起来19, 20。与传统的独立进行FTIR光谱学和流变学分析的方法不同，SR-IR能够在相同的环境条件下实时监测光谱演变和机械发展。

食品软物质系统的结构演变是由分子力之间的层次化耦合、构象重排和网络组织驱动的。SR-IR通过同时跟踪分子变化和机械发展，使得这一过程得以追踪。

材料稳定性和保水能力

宏观稳定性表现为对热或机械破坏的抵抗力、减少的Syneresis现象以及持续的水分保持能力。在蛋白质-多糖系统中，那些形成更强分子关联和更连续网络的配方通常表现出更高的粘弹稳定性和更低的血清分离3, 7**, 8, 11, 12, 14*, 25, 26, 27, 29, 31, 32, 33。然而，类似的稳定性提升可以通过不同的相互作用途径实现，因此应该对光谱变化进行

尽管SR-IR为理解动态结构-功能关系提供了独特的机会，但在它能成为食品结构设计的预测平台之前，还需要解决几个挑战。第一个挑战是对光谱-流变关系的定量解释。目前的SR-IR研究主要依赖于对峰位移动、强度变化和流变变化的定性分析来推断分子机制。然而，建立定量

结论

SR-IR是一种通过同步捕获分子演变和机械响应来解码食品软物质系统中动态结构-功能关系的策略。与传统的终点表征方法不同，SR-IR提供了直接洞察分子相互作用、结构重排、网络形成和功能属性之间联系的途径。将SR-IR与2D-COS相结合进一步提高了机械分辨率，揭示了分子变化的时间序列

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报告的工作。

致谢

本研究由“乳清蛋白-植物多糖复合凝胶的制备及其在宠物酸奶中的应用”（项目编号86026400）和黑龙江省自然科学基金（项目编号LH2024C121）资助。

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报告的工作。

在评审期间发表的特别感兴趣的论文已标出：

Siyi Lyu|Huiyu Xiang|Weibing Tao|Chuangxi Chen|Xiaomeng Sun

中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院乳品科学实验室，邮编150030