综述：调控蛋白质结构与功能特性的非热加工：递送载体构建综述

《Food Research International》：Non-thermal processing for regulating protein structural and functional properties: A review on delivery carrier construction

　　

- 非热加工在保留营养的同时改善蛋白质功能性。
- 非热加工增强替代蛋白的结构与稳定性。
- 基于蛋白质的载体提高生物活性化合物的稳定性与生物利用度。
- 未来发展需要整合加工与工业化放大。

引言

蛋白质是食品基质中的核心组成成分。它们提供不可或缺的氨基酸，并赋予食品特定的质构及广泛的 functional 特性。动物源性蛋白通常被视为标杆，因为其氨基酸谱与人体营养需求高度匹配，且具有出色的乳化、起泡和凝胶性能。然而，其生产和消费往往伴随着高脂肪和胆固醇摄入以及巨大的环境负担（Aubin等，2025；Tan等，2022）。昆虫、植物和微生物提供了丰富的、具有成本效益且更可持续的替代蛋白来源。然而，这些蛋白质通常存在必需氨基酸谱失衡、溶解性差以及致敏风险等问题（Onwezen等，2021）。因此，近期研究集中于提高其溶解性、乳化能力和凝胶形成行为。物理、化学和酶促改性策略被广泛采用，以调节蛋白质的结构特性并拓展其在食品配料和递送系统中的应用（Wang等，2024）。蛋白质还作为纳米和微米级递送系统中的载体。它们可以形成纳米颗粒或微囊，封装多酚、生物活性肽和其他敏感化合物，从而增强稳定性和生物利用度（Agrawal等，2019）。因此，精确调控蛋白质结构-功能关系已成为食品科学领域的主要研究焦点。

全球人口增长和可持续发展议程使替代蛋白来源始终处于研究前沿。大豆蛋白和豌豆蛋白等植物蛋白已实现工业化生产，但不良风味和潜在致敏性仍限制了消费者的广泛接受（Arteaga-Marin等，2025）。来自黄粉虫、蟋蟀等昆虫的昆虫蛋白具有优良的氨基酸谱和较低的环境足迹，在新型食品和饲料产品中具有相当大的潜力。尽管如此，其应用仍受到提取困难、功能性较弱以及交叉致敏风险的制约（Liguori等，2022）。来自螺旋藻和小球藻的微藻蛋白营养丰富，但刚性细胞壁、典型风味特征以及纯化挑战阻碍了其高效利用（Zhao, Bai等，2024）。酵母蛋白同样前景广阔，但核酸含量高和残留细胞仍是未解决的问题（Pobiega等，2024）。总体而言，这些新兴蛋白通常表现出结构不稳定和功能表达有限的特点，因此高效的加工和结构改性对于充分发挥其应用潜力至关重要。

传统热加工在某些情况下可以改善蛋白质适宜性。然而，它往往会破坏高级结构、导致营养损失并产生有害副产物。例如，在驴奶乳清蛋白中，热处理仅保留了23%的溶菌酶活性（与非热处理相比），还分别造成约70%和77%的乳铁蛋白和IgG损失（Ma等，2024）。高温还会降解热敏感营养素并改变风味（Zhang等，2022）。这些缺点增加了对非热加工技术的兴趣。非热加工利用物理能量场，如压力、电场、超声波和等离子体，在温和或环境条件下进行操作。这些方法旨在修饰和保留蛋白质结构特性，同时保留营养素并增强功能性（Chen等，2024）。图1比较了常见的非热加工方法与常规热加工。

与热加工不同，非热加工技术主要通过物理场或活性物种在温和温度条件下加强分子间相互作用。例如，高压处理可诱导蛋白质部分展开，暴露埋藏的带电基团和疏水基团，从而增强静电排斥或吸引以及疏水相互作用。脉冲电场可促进偶极取向和表面电荷重新分布，进一步影响蛋白质分子间的静电相互作用。超声波引起的空化作用产生强烈的剪切力和局部微环境，破坏聚集体并暴露疏水区域和巯基。低温等离子体可产生活性氧和氮物种，可能促进巯基适度氧化并促进二硫键形成（Suri等，2024）。因此，非热加工提供了一种非加热策略，以调节静电力、疏水性和二硫键，从而改善蛋白质结构和功能特性。典型的非热加工技术包括高压处理、脉冲电场、超声波和低温等离子体（Mannozzi等，2023）。高压处理已在果汁和肉制品的非热杀菌中实现工业化应用，而脉冲电场在液体食品中的微生物灭活和成分提取方面显示出相当大的潜力。超声波主要用于均质化、分散和功能性增强，而低温等离子体近期在表面去污、包装材料改性和食品组分功能调节方面受到关注（Agregán等，2023）。然而，非热加工引起的结构变化不应视为等同于传统高温加工引起的结构变化。其效果高度依赖于蛋白质来源、处理条件和食品基质，因此非热加工可能会以不同于热加工的方式调节蛋白质结构和功能。

与常规热加工相比，这些技术在温和条件下、短时间处理内发挥作用，对营养和感官质量影响有限，符合绿色加工理念（Ramakrishnan等，2023）。由于不同的非热加工技术以不同方式施加能量并遵循不同的反应途径，它们对蛋白质产生的改性效果也不同。因此，处理条件需要针对特定蛋白质体系和目标功能进行定制。如图2所示，当前对常见非热加工方法原理和应用的研究表明，高压处理、脉冲电场、超声波和低温等离子体被广泛用于调节蛋白质结构和功能特性。

与常规热加工相比，后者通常引起广泛的蛋白质展开、聚集和热驱动化学反应，非热加工一般在温和温度条件下通过压力、电场、声空化或活性物种修饰蛋白质结构。因此，非热加工可能更好地保留热敏感营养素和生物活性化合物，同时诱导更可控制的结构变化。然而，这些优势高度依赖于蛋白质来源、食品基质和处理条件，非热加工并不一定能够重现热加工产生的结构和功能特性。

本综述强调了非热加工技术在蛋白质结构调控和递送载体构建方面的最新进展。综述旨在阐明其能量作用机制、结构响应模式和功能改性效果。随着植物、昆虫和微藻蛋白资源的扩展，精确控制结构-功能关系已成为实现其高值化利用的关键步骤。非热加工技术还为构建协同复合递送载体提供了新策略，如蛋白质-多糖体系。在温和温度条件下，非热加工诱导的蛋白质展开和表面电荷重新分布可以暴露更多相互作用位点，增强蛋白质-多糖相互作用。这些复合载体可以增强活性物质的物理化学特性和生物利用度。这些载体在模拟胃肠消化模型和动物研究中也显示出有前景的生物活性。尽管取得了这些进展，但仍面临若干挑战。其潜在机制尚未得到充分理解，亟需标准化处理参数和评价方法。因此，未来工作应基于对潜在机制的更深入理解来优化改性过程。这些努力将支持非热加工在蛋白质功能开发和健康食品生产中的更广泛应用。

章节片段

非热加工技术分类

非热加工技术可以在不显著升高温度的情况下灭活微生物并改性食品组分。它们涵盖广泛的途径，如高压处理、脉冲电场、超声波、低温等离子体、高压均质、超临界二氧化碳处理、辐照以及其他新兴技术。这些方法通过活性物种或物理场诱导蛋白质结构变化。这些变化随后改变蛋白质结构和功能特性（Mannozzi等，2023）。在非热加工中

非热加工对替代蛋白结构和功能性的调控

非热加工对蛋白质结构和功能特性发挥调控作用，精确控制处理条件可以显著改善结构特性和功能活性。如图7所示，某些蛋白质的结构和功能特性在非热加工处理后显著增强。此外，表2总结了非热加工对蛋白质结构和功能特性的若干已报道效果。在本节中，我们使用"替代蛋白"一词

非热加工对蛋白质关键功能特性的影响

非热加工可以显著影响蛋白质的功能特性。关键变化发生在溶解性、乳化能力、起泡性和热稳定性方面。

基于非热加工的蛋白质递送载体构建

非热加工诱导的结构重塑为构建基于蛋白质的递送载体提供了直接的机制基础。适度展开和聚集体解离可以暴露埋藏的带电基团、疏水区域和氢键位点，从而增加与多糖可用的相互作用位点。表面电荷变化可以促进蛋白质与相反电荷多糖之间的静电复合物形成，而增强的表面疏水性有利于

递送载体的消化稳定性与释放

基于蛋白质的递送载体在胃肠道中的消化行为是评价其有效性的一项关键标准。体外模拟消化实验常被用于分析其结构稳定性和包裹生物活性组分的释放特征。

基于蛋白质的递送载体预期在胃中保持其结构。这些载体应保护包裹化合物直至在肠道中释放。非热加工诱导的

局限性与挑战

尽管非热加工为蛋白质改性和递送载体构建提供了温和且灵活的策略，但仍存在若干局限性。首先，非热加工的效果高度依赖于蛋白质来源、分子结构、介质组成、pH、离子强度和处理强度。一种能提高某一蛋白质体系溶解性或乳化特性的处理条件，在另一体系中可能导致过度聚集、氧化或功能性丧失。因此，通用处理

结论与展望

尽管涉及非热加工的技术在蛋白质结构调控和递送载体构建方面展现出巨大前景，但仍面临若干基本问题和应用挑战。首先，非热加工诱导的蛋白质改性的分子机制尚未完全理解，当前研究未能清晰解释不同处理因素如何影响蛋白质结构和功能特性。不同蛋白质对非热加工的响应差异很大，CRediT作者贡献声明

周雅熙：原稿撰写、软件、资源、方法论、调查、形式分析。潘飞：软件、方法论、形式分析。陈华磊：验证、监督。方晓明：监督。彭文军：审阅与编辑、监督。李向心：审阅与编辑、可视化。田文利：审阅与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究由中国国家重点研发计划（2023YFF1103800）和国家自然科学基金（编号32302814）资助。

周雅熙|潘飞|陈华磊|方晓明|彭文军|李向心|田文利