亲水胶体-多酚共组装体用于食品结构设计：关联分子结合、网络力学、氧化稳定性与生物可及性

《Food Hydrocolloids》：Hydrocolloid–polyphenol Co-assemblies for food structure design: Linking molecular binding, network mechanics, oxidative stability, and bioaccessibility

　　

•多酚可作为胶凝物质共组装的分子调节剂。
•分子结构与结合模式决定网络的力学性质与组装状态。
•定量配方窗口可区分"增强作用"与"聚集作用"。
•食品基质组分可调节感官响应、迁移和释放行为。
•基于结构指导的设计将凝胶、乳液、薄膜与递送性能联系在一起。

引言

胶凝物质是食品体系中不可或缺的结构形成性配料，因为它们可调节水化作用、黏度、凝胶化、乳液稳定性、泡沫稳定性、持水性、质构、成膜性和可控释放（Banerjee & Bhattacharya, 2012；Benichou et al., 2002；Saha & Bhattacharya, 2010）。蛋白质和多糖类物质，如明胶、酪蛋白、乳清蛋白、大豆蛋白、豌豆蛋白、淀粉、果胶、海藻酸盐、卡拉胶、纤维素衍生物、壳聚糖、阿拉伯胶、黄原胶、瓜尔胶以及类似吉兰胶体系，可形成水化网络或界面结构，决定许多食品的物理稳定性与感官品质（Lin et al., 2021）。其功能性取决于分子量、电荷分布、疏水性、支化度、链段柔顺性、凝胶化机制、持水能力，以及与食品其他成分的相互作用（T. Gao et al., 2024）。在复杂的食品基质中，胶凝物质很少单独发挥作用；它们会与盐类、糖类、脂质、蛋白质、矿物质、色素、风味物质、酶及生物活性化合物发生相互作用（Benichou et al., 2002）。在这些相互作用的分子中，多酚尤为重要，因为初步研究表明，儿茶素、芦丁以及单宁酸类多酚能够与食品蛋白质和多糖结合，改变界面结构或凝胶网络结构，并影响乳液稳定性、流变特性、氧化稳定性和生物可利用性（Cao et al., 2024；W. Chen, Zhu, et al., 2023；He et al., 2023；Li et al., 2022；Xiao, 2022）。

多酚是一类来源广泛、结构多样的植物源食品分子，包括酚酸、黄酮类化合物、儿茶素、花青素、单宁、姜黄素、白藜芦醇，以及富含多酚的植物提取物（EzzahraeSmouni et al., 2024；Quideau et al., 2011）。它们因抗氧化活性、显色作用、抗菌潜力、苦味、涩味以及潜在的促健康功效而受到广泛研究（Bouarab Chibane et al., 2019；Khanzada et al., 2024；Park & Bae, 2025；Rathod et al., 2023）。然而，在食品配方中，多酚还会与蛋白质和多糖类物质发生氢键、疏水缔合、静电相互作用、金属配位、π–π堆积，以及氧化性或共价偶联（W. Chen, Zhu, et al., 2023；Jiang et al., 2024；Yan, Wang, et al., 2023；Zhou et al., 2024）。这些相互作用可改变蛋白质/胶凝物质的结构与功能，包括溶解度、聚集行为、乳化性能、界面行为、流变学特性、抗氧化性能和消化性（Cao et al., 2024；Wei et al., 2024）。因此，多酚不应仅被视为加入胶凝基质中的功能性添加剂，它们还可以充当基质本身的分子调节剂。这一视角对于那些需要同时控制质构、氧化稳定性、生物活性物质保留、色泽、释放行为与感官感知的食品尤为相关（Jin et al., 2025；Xie et al., 2025；L. Zhang, McClements, et al., 2020）。

尽管人们对胶凝物质—多酚相互作用的研究兴趣日益增长，但该领域仍处于碎片化状态。近期的综述已涉及多糖—多酚相互作用及其应用（Xue, Du, et al., 2024）、多糖结合多酚的"加工—消化"行为（Liang et al., 2025）、多酚—蛋白质—多糖三元体系（Xue, Feng, et al., 2024），以及更广泛意义上的蛋白质/多糖—多酚相互作用机制（Shahidi & Athiyappan, 2025；Xue et al., 2025；Zaman & Ayaz, 2026）。本综述填补了另一处空白，即将胶凝物质的精细结构与结合可逆性同网络力学、界面组装、口腔润滑感与涩感、活性化合物迁移、消化释放以及复杂食品中特定于应用的性能失效边界联系起来。本文采用这种"结构—功能"框架来区分同一相互作用究竟是有利的、中性的还是有害的，而不是将络合反应视为固有地有利。例如，更强的蛋白质—多酚缔合能够提高抗氧化剂的保留率和网络完整性，但过强的缔合则可能降低溶解度、增加浊度、损害消化性，或限制释放。反之，较弱的、更具可逆性的体系可能改善口腔或胃肠道中的释放，但在贮存期间提供的保护却较少。这些权衡关系促使人们建立一种特定于应用的设计框架，而非追求单一的"最佳"结合强度。

胶凝物质—多酚共组装体系与现代食品基质的设计密切相关，因为它们可以在同一个材料系统中整合多种功能。在凝胶和水凝胶中，多酚可作为物理交联剂、抗氧化剂、呈色化合物或网络调节剂，这在多酚—明胶水凝胶以及多酚改性蛋白凝胶体系中得到了体现（Cao et al., 2024；Sun et al., 2025；Zhang et al., 2025）。在乳液和泡沫中，蛋白质或多糖类物质—多酚复合物可改变界面吸附、液滴或泡沫稳定性、抗氧化能力以及与质构相关的性质（Huang et al., 2025；Luan et al., 2023；Rodríguez et al., 2015；Zembyla et al., 2019）。在可食性薄膜和包衣中，富含多酚的提取物可提升抗氧化活性和紫外/阻隔性能，同时还会改变拉伸强度、柔韧性、水蒸气透过率、溶解度、溶胀以及释放行为（Kowalczyk et al., 2022）。在递送体系中，胶凝物质或蛋白质—多糖基质可保护多酚免受环境应力和消化的影响，同时控制释放与生物可利用性（Han et al., 2026；Sun et al., 2025；Tan et al., 2023）。这些例子表明，评价胶凝物质—多酚体系时，不应仅关注其化学抗氧化能力，还应关注网络架构、流变学特性、界面稳定性、感官品质、释放行为以及整个食品基质的综合性能。

本综述将胶凝物质—多酚共组装体系视为多功能食品结构系统，重点关注分子结合、网络力学、氧化稳定性、生物可利用性以及实际的食品性能。文章首先定义胶凝物质与多酚的构建单元及其结构描述参数，随后探讨非共价与共价相互作用机制、对结合状态的环境调控、凝胶化与流变学特性、界面组装、可食性薄膜、消化行为、可控释放、感官效应，以及真实食品基质的约束条件。文章的核心目标之一，是将分子结构与可逆或持久的结合关系，与网络架构、界面行为、流变学特性、迁移、消化及感官性能等方面的可测量变化联系起来。本文的另一核心分析前提在于：两种组装伙伴的分子结构——包括多酚的拓扑结构与官能团，以及胶凝物质的构象与精细结构——共同决定了可供利用的相互作用图景，从而衍生出网络与界面性质。文章的末几节将这些关系转化为针对凝胶食品、乳制品与植物基食品体系、饮料、乳液、酱汁、包衣、活性包装以及递送平台等具体应用的设计规则。

各节要点

胶凝物质与多酚构建单元
胶凝物质—多酚共组装体系源于两类高度多样化的食品分子所具有的互补结构特征：一类是胶凝物质，可构建水化网络、界面、薄膜、凝胶并提供黏度；另一类是多酚，可提供抗氧化活性、色泽、分子结合、交联、感官效应及消化功能（Quideau et al., 2011；Yemenicio?lu et al., 2020）。这些体系的行为在很大程度上取决于两类分子的化学身份，以及它们各自的……（原文此处截断）

胶凝物质—多酚体系中的分子相互作用机制
分子相互作用是胶凝物质—多酚共组装的基础，因为它决定了多酚究竟是保持分散状态、发生可逆结合、形成络合物、强化网络、诱发聚集、稳定界面，还是被包埋在凝胶和薄膜之中（Xue, Du, et al., 2024）。这些相互作用可以是非共价或共价、氧化性或可逆的，也可由环境触发，其效应很大程度上取决于双方伙伴的分子结构（Kieserling et al. 等，原文此处截断）。

网络形成、凝胶化与流变学调控
网络形成是胶凝物质—多酚相互作用转化为与食品相关的结构、质构与稳定性这一阶段。根据其结构、浓度以及所处的胶凝基质不同，多酚可以充当分子桥梁、填料、交联剂、抗氧化剂、增塑剂或网络破坏剂（Y. Chen, Cao et al., 2022；Zhang et al., 2025）。在蛋白质体系中，多酚可促进聚集、增强凝胶强度、改变界面薄膜，或……（原文此处截断）

界面组装、乳液、泡沫与薄膜
界面组装在物理上与第4节所述的本体网络相耦联，而非彼此独立的现象。相同的蛋白质、多糖和多酚，可以在连续相与油—水或气—水界面之间分配；因此，本体中的聚集会改变可用于吸附的材料数量与构象，而连续相的黏度则会影响脂肪上浮、排水与颗粒碰撞频率。反之，界面上的络合作用也可能……（原文此处截断）

生物可利用性、消化性与可控释放
生物可利用性、消化性与可控释放是胶凝物质—多酚食品基质中的核心考量，因为多酚的功能价值不仅取决于其在配方中的存在，还取决于其在加工和贮存期间的稳定性、在消化过程中的释放，以及在吸收部位或生物活性作用位点的潜在可用性（de Oliveira et al., 2026；Qu et al., 2025；Sun et al., 2022；L. Zhang, McClements, et al., 2020）。

食品应用与基质特定设计
胶凝物质—多酚共组装体系具有广阔的潜力，因为它们能够把结构调控与抗氧化活性、显色调节、活性保护、可控释放及感官调节结合起来。不过，其实用性仍取决于能否将胶凝物质结构与多酚化学同目标食品及其加工条件相匹配。表3中的决策图将结合状态与所需功能联系起来，并指出了失效判据；表4则把这些……（原文此处截断）

挑战、标准化与未来设计框架
胶凝物质—多酚共组装体系在多功能食品基质设计中具有强大潜力，但其实用开发受到变异性、基质复杂性、感官约束以及表征方法不一致的限制（Y. Gao et al., 2024）。同一胶凝物质—多酚组合可能在某一体系中强化凝胶，在另一体系中使饮料失稳，或在递送基质中降低生物可利用性（Qazi et al., 2024）。这些差异产生的原因在于，共组装是一个……（原文此处截断）

结论
胶凝物质—多酚共组装体系为设计集质构调控、抗氧化保护、界面稳定、活性包装与生物活性物质递送于一体的多功能食品基质提供了一条颇具前景的策略。其功能取决于胶凝物质结构、多酚化学、分子结合、网络形成、水分迁移性、流变学特性、界面行为以及消化相关释放之间的协同效应。本综述传递的核心信息是：……（原文此处截断）

CRediT作者贡献声明
Muhammad Saeed Akhtar：撰写—审阅与编辑、可视化、验证、监督、软件、资源、构思。
Atif Ali Khan Khalil：撰写—初稿、可视化、验证、软件、资源、构思。

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在本稿的撰写过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）以协助语言润色、内容组织以及文献核查。在使用该工具之后，作者对所撰写的内容与参考文献进行了审阅、编辑和核实，并视需要作出修改，对稿件的全部内容承担全部责任。

资助
本研究未获得来自公共、商业或非营利机构基金会的任何专项资助。

利益冲突声明
作者声明，不存在任何可能被认为对本研究所述工作产生影响的已知竞争性经济利益关系或私人关系。

Muhammad Saeed Akhtar｜Atif Ali Khan Khalil