**Sanusi Shamsudeen Nassarawa | Lu Meng | Yangdang Zhang | Aanchal Sharma | Gulzar Ahmad Nayik | Nan Zheng**
**中国农业科学院动物科学研究所农业部与农村事务部牛奶及乳制品质量与安全控制重点实验室，北京100193**
**摘要**
大豆蛋白作为复杂的食物水胶体，其性能受分子构象、胶体组装和网络形成等多层次结构组织的影响。传统的热处理方法往往会导致大豆蛋白无控制地聚集，从而降低界面活性、形成脆性的凝胶网络并减少消化率。相比之下，新兴的加工技术通过调节结构-功能关系来有目的地设计大豆蛋白水胶体，而不仅仅是依赖经验性的配方调整。本文批判性地探讨了高压处理、超声波、脉冲电场、微波和欧姆加热以及酶辅助处理如何作为结构工程工具，在多个长度尺度上重新编程蛋白质的组装路径。文章建立了加工诱导的分子展开、胶体解体或重组、界面吸附动力学、流变行为与胃肠道降解之间的机制联系。特别强调了压力和空化作用对蛋白质-蛋白质及蛋白质-脂质相互作用的影响，以及电穿孔技术在最小程度变性下的传质增强作用，以及控制蛋白水解以调节凝胶弹性和界面粘弹性。比较分析表明，混合和顺序加工策略可以产生协同效应，生成具有更高溶解度、改善的乳化性和发泡性能、定制的凝胶化特性以及加速蛋白质和植物化学物质生物利用性的大豆蛋白水胶体。最后，指出了关键的知识空白，包括需要标准化的界面和消化模型、多尺度结构表征以及预测性设计框架。总之，本文将创新加工技术定位为设计具有目标功能和营养特性的下一代大豆蛋白水胶体的合理工具。
**引言**
由于大豆蛋白的两亲性质及其在水环境中自组装的能力，它们在食品中充当动态的水胶体（Chen等人，2025；Choi & Choi，2024；Feng等人，2026）。大豆蛋白分离物主要由储存球蛋白——甘氨酸蛋白（11S）和β-伴大豆球蛋白（7S）组成，这些蛋白质通过非共价相互作用和二硫键保持紧凑的天然构象，同时保留足够的构象灵活性以响应外部物理化学刺激（Huang等人，2025；Li等人，2024）。这种结构适应性使它们能够形成分散体、粘弹性凝胶和界面膜，将它们与惰性球状蛋白区分开来，并使其成为功能性水胶体系统（Liu等人，2025；Liu等人，2025）。大豆蛋白的功能性取决于它们形成水合、相互作用网络的能力，而不仅仅是其分子组成。与极性和带电残基相关的水合层调节分子移动性和分子间间距，而静电相互作用通过长程排斥或吸引决定胶体稳定性（Yan等人，2024；Yang等人，2025）。这些特性影响聚集动力学和网络拓扑，从而定义了粘度、凝胶强度和界面弹性等宏观性质。同时，界面功能性源于蛋白质在空气-水和油-水界面上的吸附、展开和重组能力，形成稳定的分散体系（Yin等人，2025；Zeng等人，2026）。因此，结构完整性与构象响应性之间的平衡对于实现最佳的水胶体性能至关重要。尽管具有这些理想属性，传统热处理仍然是修改大豆蛋白结构的主要方法，但从水胶体的角度来看，它通常会产生次优的结果。热处理会导致广泛的变性，随后由疏水相互作用和二硫键交联驱动的非特异性聚集，形成不均匀且往往不可逆的网络结构（Bohn等人，2018；Chandrapala等人，2013；Chen等人，2011）。这些聚集物表现出较低的链移动性和有限的结构重排能力，导致凝胶网络脆弱、水分固定效率低下以及在动态条件下的界面性能下降（Zhang等人，2025；Zhong等人，2024）。更严重的是，这种效应反映了胶体适应性的丧失，蛋白质系统陷入刚性、无响应的状态，无法在机械或环境应力下有效重组。这一局限性突显了当前加工方法的一个根本缺陷：无法精确控制实现最佳功能所需的路径。新兴的加工技术提供了通过更选择性和可控地修改蛋白质结构来克服这些限制的机会。高压处理、超声波、脉冲电场、介电加热和酶辅助修饰等技术引入了不同的物理和生化扰动，可以更精确地调节分子间相互作用和超分子组织（Gao等人，2024；Yolandani等人，2023）。然而，现有研究大多仅报告了孤立的功能结果，而没有建立一个将加工条件与结构演变以及最终的功能和生理性能联系起来的统一机制框架。因此，本文的目的是开发一个大豆蛋白水胶体的结构工程框架，该框架整合了加工物理、分子转化和功能结果。如图1所示，该框架将加工技术视为定义胶体相互作用的层次组装驱动因素，包括粒径分布、表面电荷、水合层稳定性和聚集模式。这些结构特征决定了凝胶流变学、界面粘弹性和乳液稳定性等宏观性质，同时也通过影响降解动力学、酶的可达性和营养物质的生物利用性来影响消化行为（Yin等人，2025；Zeng等人，2026）。本文的创新之处在于将水胶体科学、加工机制和消化功能性整合到一个统一的预测框架中。与其列举个别技术的效果，不如建立加工诱导的结构转化与其功能后果之间的机制关系，为设计具有定制性能特征的大豆蛋白系统提供合理的基础。这一框架的核心原则是，加工诱导的扰动（如部分展开、二硫键重排和分子间力的调节）控制着从分子构象到胶体结构，最终到宏观功能性和消化行为的转变。这些转化调节了水合动态、静电相互作用和疏水关联，从而决定了聚集路径、网络形成、界面膜性质和酶的可达性。这种统一的机制视角为解释本文讨论的不同加工策略的效果提供了基础，并在后续部分不再重复。
**7S和11S球蛋白**
大豆蛋白水胶体的功能行为从根本上受两种主要储存球蛋白——β-伴大豆球蛋白（7S）和甘氨酸蛋白（11S）的结构特性控制。这两种蛋白质在四级结构、构象刚性和相互作用潜力方面存在差异，这些共同决定了它们在聚集、凝胶化和界面组装中的作用（Hou等人，2025；Ma等人，2025）。
**高压处理（HPP）**
高压处理（HPP）通过压力驱动的热力学途径修改大豆蛋白水胶体，选择性地扰动非共价相互作用，同时保持共价结构，这使其与热处理有根本区别（Astorga-Oquendo等人，2023）。在通常为200至600 MPa的压力下，体积压缩会破坏氢键、静电盐桥和水合介导的相互作用，而不引起一级结构的改变。
**工程化大豆蛋白水胶体的新兴功能特性**
所考虑的功能特性直接来源于先前确定的结构属性，即蛋白质构象、表面疏水性和电荷分布以及分子间相互作用模式（Balan等人，2024；Zhao等人，2025）。因此，重点不在于重新建立机制基础，而在于这些预定义的结构状态如何转化为可测量的功能性能，如溶解度、界面行为和凝胶化。
**加工驱动的蛋白质消化率调节**
大豆蛋白的消化率受蛋白酶可达性和基质降解动力学的影响，这两者都由加工定义的结构状态决定，而非蛋白质的固有组成（Cao等人，2025；Chen等人，2025）。消化酶如胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶需要物理上接触到肽键，但这种接触受到蛋白质紧凑性、聚集密度和网络组织的限制，这些因素共同决定了消化速率和程度。
**顺序和同时加工效果**
混合加工策略作为结构工程级联过程出现，而不是加性单元操作，其中施加力的顺序和时间重叠决定了任何单一技术都无法实现的新兴水胶体行为（Cao等人，2025；Chen, G.等人，2025）。从胶体物理学的角度来看，顺序和同时加工在能量在长度尺度上的分布方式上存在根本差异，从而编程蛋白质的展开。
**为特定食品系统定制大豆蛋白水胶体**
成功地将大豆蛋白水胶体应用于多种食品基质需要基于结构的功能定位，其中分子组装状态被有目的地设计以匹配特定系统的物理化学约束，而不仅仅是通用的“功能性”指标（Alrosan等人，2026；An & Li，2025）。如图10所示，饮料、乳液和肉类仿制品位于多维加工-功能设计空间的不同区域。
**未解决的结构-功能问题**
尽管结构工程技术取得了快速进展，但对大豆蛋白水胶体行为的预测控制仍然有限，主要是由于关于加工诱导的结构如何在多个长度尺度上演变以及这些结构如何定量转化为功能结果的问题尚未解决（Bailey等人，2020；Chen等人，2021）。当前方法通常依赖于批量测量与功能之间的间接相关性，但这些相关性...
**结论**
本文建立了一个通过目标加工策略设计大豆蛋白功能的机制框架，表明功能行为不仅受组成或加工强度的影响，还受加工编码的结构状态的影响，这些结构状态调节分子移动性、界面适应性和跨长度和时间尺度的网络降解。通过系统地整合溶解度、界面性能、凝胶化和消化方面的见解...
**作者贡献声明**
Gulzar Ahmad Nayik：撰写——审稿与编辑、可视化、软件、调查、形式分析。
Nan Zheng：撰写——审稿与编辑、验证、软件、方法学、概念化。
Yangdang Zhang：撰写——审稿与编辑、验证、项目管理、形式分析。
Aanchal Sharma：撰写——审稿与编辑、验证、资源管理、调查、形式分析、数据管理。
Sanusi Shamsudeen Nassarawa：撰写——审稿与编辑、原始草稿。
**利益冲突声明**
作者声明没有利益冲突。
**数据可用性声明**
本研究未涉及生成或分析新数据；所有信息均来自手稿中引用的先前已发表的来源。
**资助**
中国国家重点研发计划（2022YFD1301000）和农业科学技术创新计划（ASTIP-IAS12）
**利益冲突声明**
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。请继续进行。
