植物蛋白-淀粉食品基质的非热界面工程：机制、权衡与转化局限

《Food Research International》：Non-thermal interface engineering of plant protein-starch food matrices: Mechanisms, trade-offs and translational limits

　　

•非热加工被定义为蛋白–淀粉界面工程。
•蛋白–淀粉–水结构决定了功能性与消化性。
•超声与高压显示出最强的机制证据。
•等离子体、脉冲电场和微流化需要更清晰的基质水平验证。
•工艺窗口对于平衡质地、稳定性和消化至关重要。

引言

植物蛋白–淀粉基质构成了许多谷物类、豆类及植物性食品的结构骨架（Ajala等，2023；Dobson等，2022）。它们决定了面团的混合行为、面包的膨化与老化、面条与意面的质地、蛋白–多糖乳液的稳定性，以及富含淀粉和蛋白产品的消化动力学（Gao等，2020；Scott & Awika，2023；Wang等，2024）。随着高蛋白植物性食品、无麸质配方、清洁标签产品和可持续原料流的快速发展，其重要性进一步增强。在这些体系中，淀粉通常提供体积、膨胀能力、糊化、糊化行为、水分结合和可消化碳水化合物，而植物蛋白则贡献网络形成、界面活性、营养品质和基质强化（Chakraborty等，2022；Kumar等，2022；Tang等，2024）。然而，最终食品结构很少是淀粉和蛋白属性的简单加和。它源于淀粉颗粒、直链淀粉和支链淀粉链、蛋白构象、脂质、纤维、面粉微量成分和水在加工过程中的多尺度组织。

这种耦合行为在面粉和面团体系中尤为明显。在小麦基产品为，麸质形成黏弹性网络，嵌入淀粉颗粒并稳定气室，而淀粉糊化和回生控制黏度、质地发展和老化（Scott & Awika，2023；Yan等，2024）。在无麸质基质中，来自豆类、假谷物及其他植物来源的蛋白常被用于补偿麸质的缺失，但它们必须与淀粉、亲水胶体和纤维竞争水分。在乳液和递送系统中，植物蛋白–淀粉或蛋白–多糖复合物可通过吸附在油水界面并在油滴周围形成空间、静电或黏弹性屏障，来调节颗粒润湿性、界面膜强度、液滴稳定性和氧化保护（Feng等，2021；Liu等，2024）。在高蛋白植物食品中，蛋白强化可改变淀粉糊化、口腔崩解、酶可及性和血糖响应（Li等，2021；Lu等，2022）。因此，相同的蛋白–淀粉组合可能改善一种食品属性，同时损害另一种属性，这取决于水合状态、加工历史、基质连续性和两相的物理状态。

非热加工技术为调节这些多组分基质提供了新机遇，同时减少对传统整体加热的依赖。超声（US）、高压处理（HPP）、脉冲电场（PEF）、冷等离子体（CP）、等离子体活化水（PAW）、动态高压微流化（DHPM）和机械活化已被应用于植物蛋白、淀粉、面粉、面团、乳液和完整植物原料（Farrokhi等，2025；Mhaske等，2024；Nikbakht Nasrabadi等，2021；Rostamabadi等，2023）。这些技术施加了不同的初级应力，包括空化、压力诱导水合、电场效应、活性物种介导的氧化、剪切、碰撞和粒径减小（Basak & Annapure，2022；Castro等，2020；Guo等，2020；Pereira等，2024；Vanga等，2021）。尽管存在这些差异，它们经常汇聚到一组共同的结构结果：蛋白解折叠或聚集、淀粉颗粒损伤或糊化、结晶或短程有序变化、表面疏水性和电荷改变、水再分布、界面吸附改变和酶可及性改变（Dome等，2020；Farooq & Yu，2024；Olatunde等，2023；Shi等，2022；Zhu，2021）。

近期的综述已广泛描述了非热改性对分离淀粉、植物蛋白或单个食品产品的影响。然而，其组分中心的组织方式无法确定混合食品中明显的改善究竟源于直接的蛋白-淀粉结合、竞争性水合、相再分布，还是面粉和细胞结构的破坏（Jekle等，2016；Scott & Awika，2023；Zhang等，2021）。因此，本综述的具体需求并非又一份处理效果的清单，而是对耦合的蛋白-淀粉-水基质的证据分级分析。相似的分析变化可产生相反的结果：适度压力可能协调淀粉水合与麸质重排，而过大压力则结合淀粉糊化与蛋白聚集及网络连续性丧失（Chan等，2026；Gutiérrez á等，2023）。超声可在受限能量窗口内增加接触或保留淀粉-麸质组织，但更高严重性可能损伤颗粒、过度聚集蛋白或使基质失稳（Ahmed等，2025；Chang等，2025；Zhu等，2026）。等离子体诱导的氧化同样可在受控活性剂量下改善面粉功能，但在强化时促进聚合、聚集或品质劣化（Bahrami等，2016；Bayati等，2024；Mahanta等，2026；Rout等，2025）。因此，非热加工必须作为基质特异性的界面工程来评估，并明确分离已证明的相互作用与机制推断。

本综述批判性地考察非热调节对食品相关基质中陆地植物蛋白-淀粉系统的影响。它涵盖小麦麸质以及来自大豆、豌豆、大米、玉米/醇溶蛋白、马铃薯、鹰嘴豆、鲁冰花、荞麦、青稞、苔麸及其他谷物、豆类和假谷物的蛋白。评估的食品形式包括纯化模型复合物、面粉、面团、面包、蒸包、面条、意面、无麸质产品、乳液、饮料和食品凝胶。藻类蛋白、动物蛋白系统、饲料、生物医学材料、包装膜和非食品应用被排除在外。外围证据仅在阐明可在植物蛋白-淀粉食品中合理运作的机制时使用，并标识为间接证据而非等同于直接基质证据。

对2016至2026年发表在科学引文索引核心合集中的记录进行关键词共现分析，识别出六个相互连接的研究领域：非热加工、谷物基基质、淀粉结构转变、植物蛋白与界面系统、流变与质地特性，以及与消化相关的功能（图1a）。该映射还揭示了一个碎片化的证据基础，其中加工、结构、产品质量和消化通常作为分离的终点来研究。本文发展的加工-结构-功能-消化框架在四个操作层面是新的（图1b）：它(i)将证据分类为直接混合系统测量、基质水平观察或单组分外推；(ii)分离分子结合与水合介导及全基质途径；(iii)评估功能增益与淀粉-蛋白共消化权衡；(iv)要求机制发现在模型到食品及试点规模转化中经受住考验。目标并非普遍性地对技术进行排名，而是建立基于证据的设计规则并识别当前机制主张超出可用数据之处。

部分摘录

植物蛋白-淀粉体系的相互作用架构

此处，界面工程指对淀粉颗粒、植物蛋白、水结构域、纤维、脂质和油水界面之间接触区的有意控制。区分四条途径：(i)由结合、吸附或相互作用热力学测量支持的直接分子结合；(ii)通过竞争性水合、水桥接或改变水流动性介导的水合耦合；(iii)当淀粉和蛋白被单独改性时产生的空间共组织

非热界面工程的证据框架

表2比较了主要非热技术的主导应力、可能的界面效应、食品应用和主要局限性。这些处理不应仅因避免了传统整体加热而被分组。超声产生空化和局部剪切；压力处理改变水合、相变和蛋白构象；基于等离子体的处理引入活性物种；脉冲电场主要通过电场和

超声与声处理

超声是研究植物蛋白-淀粉基质最多的非热技术之一。声空化、微流和局部剪切可破坏蛋白聚集体、暴露疏水或活性基团、损伤淀粉颗粒、加速水合并增加颗粒间接触。空化也可通过水的超声解产生羟基自由基（·OH）和其他短寿命活性物种。这些物种可能氧化氨基酸侧链，降低自由巯基

功能结果、权衡与食品应用

食品功能为分子和结构变化是否在技术上具有实用性提供了必要的检验。如图3所示，加工变量首先改变多尺度结构，但产品响应的方向取决于初始基质和目标功能。更大的蛋白解折叠可能改善吸附但增加聚集；淀粉损伤可能增强水合但产生粘性；更强的网络形成可能改善质地但减少消化性

消化性、营养权衡与证据边界

消化性是非热改性最具影响但证据最不稳定的结果。许多研究从未消化的淀粉水解、蛋白消化或生物可及性推断营养益处。这样的结构指标可支持机制但不能替代消化数据。最强的证据将处理诱导的结构与同一基质中的淀粉和蛋白消化联系起来，对于

关键证据缺口与研究优先级

该领域的核心限制并非缺乏表明非热处理改变淀粉或蛋白的报告，而是缺乏跨加工、耦合结构、食品性能和消化的因果联系。证据成熟度不均衡：超声和HPP拥有相对较强的混合基质支持，而PEF、基于等离子体的过程和微流化经常从单组分、水合主导或全原料测量中被解释。这种不对称应该

结论

非热加工可通过蛋白构象、淀粉完整性、水分分区、界面吸附和基质连续性的耦合变化重新组织植物蛋白-淀粉食品。现有证据支持界面工程解释，但不支持对技术的普遍排名，也不支持更大的结构改性本身就有益的假设。超声和HPP目前提供最强的混合系统证据，具有功能性

CRediT作者贡献声明

Qiaonan Yang：撰写 – 原稿，可视化，方法学，概念化。Chao Xu：撰写 – 原稿，监督，资源。Jie Li：监督，资源。Xufeng Wang：监督，资源。Can Hu：撰写 – 审阅与编辑，资源。Xiaokang Yi：撰写 – 审阅与编辑，资源，资金获取。

未引用参考文献

Chakraborty等，2022；Gutiérrez á, Rico, Ronda, Caballero和Martín-Diana，2023；Li等，2024；Li等，2024；Zhang等，2024；Zhang, He, Zhang和Jiang，2024

利益冲突声明

作者声明他们不知道任何可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。

Qiaonan Yang | Chao Xu | Jie Li | Xufeng Wang | Can Hu | Xiaokang Yi