《Food Hydrocolloids》：Polysaccharide-driven assembly of β-Lactoglobulin complexes: structure–function relationships and application-oriented design
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摘要β-乳球蛋白（β-Lg）由于其明确的结构和优良的功能特性，是研究蛋白质-多糖相互作用的重要模型蛋白。然而，多糖结构如何调控结构演变和功能表现仍不清楚。本综述系统地考察了β-Lg-多糖体系的自组装行为及其功能表现的调控原理。它建立了一个将多糖结构描述符、相互作用模式、多尺度
摘要
β-乳球蛋白（β-Lg）由于其明确的结构和优良的功能特性，是研究蛋白质-多糖相互作用的重要模型蛋白。然而，多糖结构如何调控结构演变和功能表现仍不清楚。本综述系统地考察了β-Lg-多糖体系的自组装行为及其功能表现的调控原理。它建立了一个将多糖结构描述符、相互作用模式、多尺度自组装、复合结构类型与功能表现联系起来的框架。现有证据表明，分子量、电荷密度、链构象和功能基团类型是复合行为的决定性因素。这些参数通过调控静电相互作用、氢键、疏水相互作用和共价相互作用，在多个长度尺度上支配结构演变。自组装从分子缔合逐步发展至纳米尺度、介观尺度和宏观尺度结构，包括可溶性复合物、纳米颗粒、复杂胶束相和凝胶网络。这些结构可稳定乳液、递送生物活性化合物、形成凝胶并调控消化行为。本综述还总结了食品加工过程中的稳定性、大规模生产、成本控制、法规合规性和安全性等方面的挑战。此外，还探讨了分子模拟、人工智能、机器学习和先进体外消化模型在精准设计方面的潜力。综合而言，这些发现为β-Lg-多糖体系的理性设计与工业化开发提供了理论指导。
引言
在许多非人类哺乳动物物种中，β-乳球蛋白（β-Lg）是乳中含量最丰富的乳清蛋白。它约占牛乳总蛋白的10%和乳清蛋白的50%（Wang等人，2024a）。作为一种典型的脂质结合蛋白，β-Lg具有特征性的β-桶状结构，内部含有一个疏水结合口袋。该口袋可结合多种疏水生物活性化合物，支持β-Lg在营养递送方面的潜在应用（Broersen，2020；Sulatskaya等人，2021）。β-Lg还表现出乳化活性、起泡性和凝胶能力（Peydayesh & Mezzenga，2021）。胃肠道消化可释放具有抗氧化活性和血管紧张素转化酶抑制活性的生物活性肽（Hernández-Ledesma等人，2007；Shao等人，2024）。尽管具有这些营养和功能特性，β-Lg在食品体系中的应用仍受限于其结构不稳定性和有限的功能表现。β-Lg的构象对环境条件极为敏感。在日常食品加工（包括巴氏杀菌和喷雾干燥）过程中，它容易发生展开、聚集甚至凝胶化（Belloque & Smith，1998；Meng等人，2024）。当体系pH接近β-Lg的等电点（pI）时，会发生聚集、沉淀和相分离，限制了β-Lg在酸性食品中的使用（Broersen，2020）。β-Lg还是一种主要的牛乳过敏原，对消化具有强抗性，含有免疫球蛋白E（IgE）结合表位（Hattori等人，2004；Rahaman等人，2017；Wang等人，2021）。因此，在不损害其固有功能优势的前提下提高其结构稳定性和应用性能已成为主要研究焦点。鉴于多糖具有良好的生物相容性、结构多样性和调控胶体行为的能力，它们已被广泛用于改善蛋白质的稳定性和功能性（Chen等人，2024；Zhang等人，2022）。多糖可通过静电相互作用、氢键和疏水相互作用与β-Lg形成复合物（Fontes-Candia等人，2025；Lang等人，2024）。改变多糖类型和复合条件可引导β-Lg-多糖复合物的进一步自组装，形成可溶性复合物、纳米颗粒、复杂胶束相和凝胶网络（de Kruif等人，2004；Ye，2008）。这些结构类别在稳定乳液、包埋和递送生物活性化合物、形成凝胶以及调控消化行为方面的能力各不相同。它们为应对β-Lg单独使用时结构不稳定和功能受限的问题提供了一种潜在策略。
尽管β-Lg-多糖体系已被广泛探索，但大多数研究集中在特定体系或单一应用上，包括乳液稳定化和生物活性化合物递送（Du等人，2022；Sun等人，2022）。多糖体系在结构和功能差异背后的共同原理尚未得到系统建立。现有综述主要讨论蛋白质-多糖相互作用机制或功能应用，往往将二者作为独立主题处理。对于多糖结构特征如何调控复合途径、驱动结构演变并最终决定功能结果的统一理解仍然缺乏。尚未建立系统框架将分子量、电荷密度、链构象和功能基团类型等关键参数与复合结构形成及功能表现联系起来。为弥补这些空白，本综述以β-Lg为研究对象，以多糖结构特征作为核心组织原则。它建立了一个连接多糖结构描述符、复合途径、结构演变和功能结果的结构-功能框架。讨论重点在于分子量、电荷密度、链构象和功能基团类型如何支配β-Lg的复合行为。本综述还考察了通过不同自组装途径产生的结构与其相关功能表现之间的关系。这些结构包括纳米颗粒、胶束相和凝胶网络，而功能则涵盖乳化活性、凝胶能力、消化行为和生物活性化合物递送。环境条件还决定了β-Lg的构象状态和表面电荷分布，为复合提供了结构背景。因此，本综述首先考察环境因素对β-Lg-多糖体系的影响，然后总结其在功能食品中的潜在应用并识别未来研究方向。本综述旨在为β-Lg-多糖体系的理性设计和精准控制提供参考。
章节片段
β-乳球蛋白的结构特征
β-Lg是反刍动物乳中主要的乳清蛋白。牛β-Lg存在A和B两种变异体，两者在第64和118位氨基酸残基处有两个点突变。尽管存在这些替换，两种变异体具有高度相似的三维（3D）结构（Turck等人，2022）。本综述以牛β-Lg为研究对象。
在天然状态下，β-Lg形成非共价缔合的同源二聚体。每个单体由162个氨基酸残基组成，分子量约为18.3 kDa（Loveday &
β-乳球蛋白的环境响应性构象转变
β-Lg是一种典型的环境响应性蛋白，其构象状态和聚集行为受pH、温度和离子强度的强烈影响。环境条件改变其表面电荷分布、疏水暴露程度和聚集倾向。它们还决定了结合位点的可及性以及与多糖相互作用时复合途径的选择。理解这些环境诱导的构象转变
β-Lg-多糖复合机制
环境诱导的构象转变改变了β-Lg的表面电荷分布、疏水暴露程度和结合位点可及性。这些变化进而改变了β-Lg与多糖的相互作用方式。不同的相互作用机制又决定了β-Lg-多糖体系的形成和行为。在非共价体系中，自组装主要由静电相互作用、氢键、疏水相互作用和
β-Lg-多糖体系的多尺度自组装与结构演变
β-Lg的自组装行为受多糖结构特征在多尺度上的调控。这些特征包括分子量、电荷密度、链构象、分支度和化学取代度（Wang等人，2022）。基于明确报告的结构证据，本综述将β-Lg-多糖组装体分为七大结构类别：可溶性复合物、不溶性复合物、胶束相、核-壳纳米颗粒、
乳液和泡沫稳定性
β-Lg-多糖复合物主要通过优化界面层结构来增强乳液和泡沫的稳定性。根据自组装模式，可区分三种代表性的稳定机制：共价刷层、核-壳界面层和界面网络。共价结合物通过形成包含β-Lg锚定层和外层多糖刷层的架构来增加界面膜厚度和空间位阻效应（Wooster &
β-Lg-多糖组装体的潜在食品应用
β-Lg-多糖体系的食品应用得益于其可调的自组装结构。不同结构在界面稳定性、递送能力、流变性能和消化行为方面各有差异，使其适用于不同的食品应用。可溶性复合物主要用于稳定酸性饮料。核-壳颗粒和微胶囊适用于生物活性化合物递送，而凝胶和网络则可支撑结构化食品制造。
结论
本综述综合了β-Lg-多糖体系的研究进展，并建立了一个将多糖结构描述符、相互作用模式、多尺度自组装、结构类型和功能表现联系起来的统一框架。多糖的分子量、电荷密度、链构象和功能基团类型是支配β-Lg复合的主要结构描述符。这些描述符通过调控静电相互作用、氢键、疏水
CRediT作者贡献声明
张涵：概念化。齐聪平：方法学。郭立东：验证。肖九富：初稿撰写、调查研究。许雪彬：正式分析。杨春娟：可视化。匡海学：资源、项目管理。王治彬：审阅与编辑、监督、资金获取
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到寒区心血管病研究国家重点实验室开放课题项目（SKLFZCD）、哈尔滨医科大学（编号：HDHY2024015）、黑龙江省中医药科研专项课题（编号：ZHY2024-049）和黑龙江省重点研发计划科研专项（编号：GA22B012）的支持。
肖九富 | 许雪彬 | 张涵 | 齐聪平 | 郭立东 | 杨春娟 | 匡海学 | 王治彬
教育部北药基础与应用研究重点实验室，黑龙江中医药大学，哈尔滨，150040，中国
