《食品科学》：黑龙江八一农垦大学王颖教授、哈尔滨商业大学刘琳琳副教授等：外源氨基酸对植物蛋白功能特性的影响研究进展

随着世界人口的持续增长，当前主要依赖动物蛋白的膳食供给模式正面临严峻的可持续性挑战。研究表明，这种以动物蛋白为主的供给模式会对生态环境造成显著压力，导致自然资源消耗加剧。植物蛋白因其环保、节能以及健康优势逐渐受到人们重视。植物蛋白作为营养丰富且具有多种生物活性的优质蛋白来源，为膳食蛋白质供应提供了重要选择，其在推动蛋白质来源多元化方面展现出巨大的市场潜力。植物蛋白不仅富含必需氨基酸，还具有抗氧化损伤、调节血糖平衡和减轻炎症反应等功能特性，在维持机体健康状态及缓解氧化应激方面表现出显著的积极作用。

尽管植物蛋白因其营养和环境优势日益受到关注，但功能特性不足仍制约着其在食品工业中的应用，表现在：一方面，其功能特性（如溶解性、乳化性和凝胶性）较动物蛋白存在明显差距；另一方面，其营养特性也存在固有缺陷——谷物蛋白普遍缺乏赖氨酸，而豆类蛋白则在含硫氨基酸（甲硫氨酸、半胱氨酸）方面存在不足，这直接导致其生物利用度和消化率显著低于动物蛋白。为满足市场需求并提升产品品质，植物蛋白需通过改性处理改变其理化性质，从而获得优于传统动物蛋白的功能特性，提升其在食品体系中的应用潜力。

目前，蛋白质改性技术主要分为物理、化学、生物以及植物蛋白的复合改性（多糖、酚类物质和氨基酸等）。外源氨基酸（EAA）对植物蛋白的改性具有绿色、高效、温和等优点，被认为是最有前途的天然蛋白质结构和功能修饰方法之一。近年来，国内外对EAA对植物蛋白功能特性及结构变化影响的研究越来越多，例如半胱氨酸（Cys）通过分子间二硫键交联显著改善蛋白网络结构，可同时提升大豆分离蛋白（SPI）和小麦面筋蛋白（WG）的机械性能。除二硫键交联作用外，研究还发现赖氨酸的引入可增强SPI界面吸附能力，显著抑制液滴聚结，提升乳液稳定性。基于EAA在植物蛋白改性中的重要作用，为系统掌握其研究及应用进展，哈尔滨商业大学食品工程学院的朱秀清、刘琳琳*和黑龙江八一农垦大学食品学院的王颖*等人综述EAA对植物蛋白二、三级结构及其溶解性、凝胶性和乳化性等功能特性的研究现状及应用，以期为植物蛋白及其食品开发应用提供参考。

1 改善植物蛋白功能特性氨基酸的概述

1.1 植物蛋白的结构特点及功能性

植物蛋白的结构与功能特性因其来源和分子组成而异，通常可分为球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和清蛋白等类型。与动物蛋白相比，植物蛋白的分子结构更为紧密，多呈球状或纤维状，且具有较多的分子内疏水区域和二硫键。这种结构特性导致植物蛋白溶解性较低、易发生聚集，并且在天然状态下难以充分伸展，从而影响了其在食品加工中的功能特性（如乳化性和凝胶性），特别是在乳液稳定性和质构方面。植物蛋白的结构不同，其功能特性也不同（表1）。

此外，植物蛋白的EAA组成所存在的不平衡现象（如谷物蛋白赖氨酸不足，豆类蛋白含硫氨基酸缺乏）与其特定的空间折叠方式密切相关，这种结构特征进一步影响了植物蛋白消化吸收率和营养价值。为了克服这些功能缺陷，研究人员采用多种方法调整其结构，包括物理处理（如高压均质、超声波破碎）、化学修饰（如脱酰胺化、酰基化）以及酶解技术等。例如，热处理可以改变蛋白质构象，暴露疏水基团以促进分子间交联，而酶解则能通过肽链的断裂从而提高溶解性。这些改性方法虽然能改善植物蛋白的功能特性，但过度处理可能导致关键EAA损失，反而降低其营养价值（如赖氨酸与还原糖发生美拉德反应）或产生潜在有害物质（如赖丙氨酸），因此需要在植物蛋白的功能优化和营养保留之间寻求平衡。通过EAA的添加弥补植物蛋白的缺陷，采用温和物理/生物法（如可控酶解）替代强化学方法进行改性具有重要意义。

1.2 用于植物蛋白改性EAA及其衍生物的种类和特点

EAA的功能特性主要取决于其化学结构（表2）。不同EAA因其酸碱性和反应活性等结构特征的差异，在应用中表现出不同的特性。

对于植物蛋白功能特性的改善，碱性氨基酸因其含有带电侧链基团以及多功能反应位点等特性而备受关注。最具代表性的L-Arg和L-Lys能够通过多种电荷驱动机制调控蛋白质构象，进而提升其功能表现。具体而言，这些碱性氨基酸的带正电侧链可与蛋白质分子表面的负电区域发生静电相互作用，中和部分表面电荷，减弱蛋白质分子间的静电斥力，促进分子的适度展开与重排，从而影响其聚集状态和界面行为。更重要的是，这两种碱性氨基酸的协同作用进一步拓展了其功能改良效果：通过优化蛋白质分子间相互作用，显著提高了大豆蛋白水解物（SPH）所制备乳状液的物理稳定性（如离心稳定性）、微观结构均匀性以及氧化稳定性。研究表明，即使是单一添加碱性氨基酸，也能显著改善WG的凝胶性能。

除了碱性氨基酸的作用，中性氨基酸对植物蛋白的改善也是当前重要的研究方向，这是因为L-Cys和Met这类中性氨基酸能够通过二硫键影响植物蛋白的结构与功能特性。中性氨基酸在植物蛋白分子中参与形成大量的二硫键，这些共价键不仅是维持蛋白质分子交联的关键因素，同时对纤维结构的形成和提高蛋白质功能特性也很重要。以L-Cys为例，其分子结构中含有易氧化的巯基侧链，这使L-Cys具有较强的还原性。研究表明，当L-Cys与大豆蛋白共同进行热处理时，L-Cys会干扰大豆蛋白分子间和分子内的巯基/二硫键交换反应。因此，在热加工过程中，植物蛋白的聚集行为会受到二硫键动态变化的影响——即原有二硫键的断裂与新二硫键的形成，导致大豆蛋白分子间交联程度和聚集状态改变。这一机制不仅解释了含硫氨基酸如何调控植物蛋白的聚集行为，同时也为改善植物蛋白的质构特性提供了理论依据。

在酸性氨基酸中，Glu最常见，并且在生理pH值下Glu带负电。而植物蛋白的带电状态取决于pH值，例如zein在pH＞6时带负电，pH＜6时带正电。所以将zein以不同比例添加到Glu溶液中，当溶液系统的pH值为5时，两种溶液的电荷相反（zein的等电点约为6.20，Glu的等电点约为3.23），因此两种物质由于静电的相互作用而互相吸引。这种吸引力改变了zein的Pickering乳液中不同颗粒大小的液滴的分布，并增加了油滴表面蛋白质的聚集度，从而增加了乳液中油滴的稳定性。为了进一步阐明这种植物蛋白-氨基酸相互作用所导致的结构变化，本文通过图1对相关构象转变进行直观表征。

2 EAA对植物蛋白结构的影响

2.1 EAA对植物蛋白二级结构的影响

EAA的引入可显著改变α-螺旋、β-折叠等二级结构单元的比例，具体见表3。碱性氨基酸（如Lys）的引入对植物蛋白挤出物的二级结构组成产生显著影响：挤压过程中加入Lys可使蛋白结构中α-螺旋和β-折叠构象比例明显上升，而β-转角和无规卷曲比例则呈现下降趋势。这种结构转变主要源于挤出过程中共价交联、氢键和疏水相互作用的动态平衡。α-螺旋和β-折叠含量的增加反映了分子内氢键网络的强化，表明蛋白质结构紧密度显著提高。而对于QPI，在碱性氨基酸（L-Lys和L-Arg）协同作用下，其α-螺旋结构含量减少，这种结构变化源于疏水区域的暴露。L-Lys因更强的阳离子解离能力，可通过静电作用结合QPI的负电残基，更有效地破坏离子键网络，导致更显著的二级结构变化，碱性氨基酸的加入通过破坏这些氢键网络导致二级结构重排。

中性氨基酸（特别是含硫的Cys）通过二硫键介导的分子相互作用实现结构重组。Cys的添加在不同植物蛋白体系中展现出独特的调控机制：在PPI中，1.7 mmol/g Cys与转谷氨酰胺酶协同作用可形成反式二硫键，使复合凝胶硬度提升90%，储能模量提高33.5%。而在大豆蛋白中，Cys则主要触发巯基-二硫键交换反应，引导蛋白质分子形成一种“链-球-链”拓扑网络。该结构特征为球状蛋白区域通过柔性的肽链“链路”相互交联，形成具有三维网络结构的二硫键交联体系。这种特殊的分子间交联不仅促进了挤出过程中纤维状结构的形成，还有效增强了产品的热稳定性。L-Cys通过调控二硫键重组，显著改变了植物蛋白的二级结构动态和聚集行为。具体而言，当L-Cys添加量为0.09%时，PPI的巯基在挤压过程的高温条件下易发生氧化，促进二硫键的形成。这一方面导致巯基含量下降，另一方面引起二硫键含量上升，从而驱动PPI的分子发生重排：α-螺旋和β-转角结构逐渐转化为更稳定的β-折叠结构，然而，当L-Cys添加量超过0.09%时，过度的二硫键交联反而会干扰蛋白质分子的有序重排，对纤维结构的形成产生负面影响。与PPI不同，L-Cys对绿豆分离蛋白（MBPI）的作用表现出浓度依赖的差异性。当添加量增至0.4%时，L-Cys改善了蛋白混合物的水合作用。这主要是由于蛋白质分子展开和极性基团暴露，不仅诱导构象转变，也增强了表面极性。然而，当添加量超过0.5%时，过量还原性氨基酸造成了氧化还原平衡被破坏的现象。此类反应会破坏肽链内或肽链间的连接键，导致面筋网络中谷蛋白亚基间的二硫键不可逆断裂。

相比之下，酸性氨基酸（如Glu）与丝氨酸（Ser）类似，Glu通过独特的构象重排机制发挥作用诱导zein使其β-折叠显著上升，而α-螺旋含量则明显降低，证实了“α-螺旋→β-折叠”的构象转换过程。颗粒乳化性能的改善与β-折叠含量呈正比，而与α-螺旋和无规卷曲含量呈反比，这是因为β-折叠结构有助于暴露更多亲水基团，从而增强颗粒在油-水界面的稳定能力。酸性氨基酸通过静电中和效应改善溶解性，更适用于乳化体系开发。这些发现基于zein-Glu模型体系阐明，但其所揭示的机理可能具有更广泛的意义。因此，未来研究有必要拓展至大豆蛋白、PPI等其他植物蛋白体系，以验证此机制的普适性，从而为开发更广泛的植物蛋白应用奠定基础。

2.2 EAA对植物蛋白三级结构的影响

蛋白质的三级结构是在二级结构的基础上，借助各种二级键折叠成特定球形分子结构的构象。EAA对植物蛋白三级结构的影响可从紫外光谱与荧光光谱的动态变化得知。研究表明，L-Arg的加入显著降低燕麦蛋白在267 nm处的紫外吸光度，这是因为静电相互作用或氢键诱导蛋白质部分折叠导致的原本包埋的Trp/Tyr残基暴露于极性环境中，进而导致π-π跃迁效率降低。EAA对蛋白质构象的调控作用呈现明显的结构特异性。L-Lys在微波场中通过介电缓冲效应调节极性分子（如水分子和蛋白质侧链）的排列与运动，从而减弱蛋白质链间的极性相互作用，促进蛋白质结构的动态调整与构象松弛。这一过程可影响蛋白质的三级结构，使其发生部分展开或微区重排，导致原本暴露在分子表面的芳香族氨基酸残基（如色氨酸、酪氨酸等）被埋藏至疏水区域或发生微环境极性变化。这种构象转变进一步体现为紫外吸光度的下降，并伴随吸收峰红移，说明发色基团的隐藏和微环境亲水性增强。相比之下，L-Arg虽也影响SPH结构，但其作用机制与赖氨酸存在明显差异，主要体现在残基屏蔽效应较弱、构象变化路径不同，从而在光谱行为上表现出不同的响应特征。这种差异在荧光光谱特征上得到进一步印证：Trp/Tyr的最大发射波长（λmax）和荧光强度（FI）的变化模式显示，L-Cys的浓度效应呈现典型的双相特征。

这些结果共同证实，不同EAA可通过特定的分子作用路径，以浓度依赖的方式选择性调控蛋白质的二级和三级结构。这种浓度依赖性效应表明，EAA可通过竞争性结合或空间位阻改变蛋白质折叠平衡。类似机制在L-Arg调控肌球蛋白热响应行为中得以印证：L-Arg替代NaCl后显著改变了蛋白的FI变化趋势。低温阶段（＜55 ℃），L-Arg导致蛋白质结构松散引发荧光猝灭；而在凝胶化区间（65～75 ℃），头对头交联使Trp残基重新包埋。当L-Arg完全替代NaCl时，氢键和离子键比例增加会降低高温凝胶网络稳定性，致使Trp残基重新暴露并伴随FI下降。EAA可通过调控疏水相互作用、二硫键重组和静电网络平衡等分子间作用力精确控制蛋白质折叠路径。典型调控机制包括：L-Cys通过巯基介导的二硫键重组稳定部分解折叠构象；L-Arg则凭借强碱性侧链增强电荷排斥效应，促进蛋白质结构扩展。这些分子层面的调控为定向改善植物蛋白功能特性（如凝胶强度、热稳定性等）提供了有效靶点。在紫外-可见光谱吸光度变化方面，碱性氨基酸表现出不同特性：L-Arg处理使蛋白质显色基团从疏水内部向亲水环境转移，导致对250～280 nm处的吸光度显著降低，但无显著浓度依赖性；而L-Lys则使QPI的紫外吸光度呈现先降后升趋势，可能促进其有序聚集。这一差异源于L-Lys独特的介电特性：其孤对电子在微波场中产生极化效应，通过介电缓冲作用增强加热效率，从而放大QPI的解折叠过程。本文总结了其结构修饰和功能调控的可能路径，并以图2所示的不同种类氨基酸改性植物蛋白的机理图进行综合阐释。

3 EAA对植物蛋白功能特性的影响

EAA的引入可以通过调控蛋白质分子间作用力的方式显著改变其功能特性。借助化学修饰或基因工程技术，将非天然EAA整合进蛋白质结构中，这样能够有针对性地增强或削弱分子间的氢键、疏水作用以及静电相互作用，进而优化其空间构象的动态平衡。

3.1 溶解性

植物蛋白的溶解性是决定其功能特性的关键因素，直接影响乳化性、凝胶性等关键加工特性，在食品工业应用中，植物蛋白作为基础原料或功能性成分，其溶解性直接决定了加工性能与最终应用效果。然而，当环境pH值低于等电点时，蛋白溶解性显著降低50%～70%，导致乳化活性指数（EAI）及凝胶储能模量（G’）也降低，这一现象严重限制了其在酸性饮料和发酵乳制品等食品体系中的应用。因此，添加EAA是目前提高植物蛋白溶解性比较常见的办法。

近年研究发现，植物蛋白中性氨基酸（尤其是含硫氨基酸——Met和Cys）的缺乏也会影响其营养价值和结构功能特性。针对这一结构性缺陷，含巯基的L-Cys通过硫醇-二硫化物动态交换机制展现出独特的双向调控功能：一方面可通过氧化形成胱氨酸，构建分子间交联网络；另一方面又能通过还原作用断裂二硫键，从而实现对SPI溶解特性的精准调控。在植物蛋白高水分挤出过程中，随着Cys含量的增加，蛋白质溶解度呈现先升高后降低的趋势，表明蛋白质分子间作用力先增强后减弱。这是因为Cys的还原性巯基借助二硫键重组改变蛋白质分子的构象，进而影响非共价相互作用，调控分子的交联、重排以及聚集行为。Cys既能断裂原有二硫键以暴露蛋白质活性基团，又能在冷却阶段促进新二硫键和非共价键的形成，最终提高蛋白质分子交联程度。相比之下，Lys与Cys对蛋白质溶解性的调控机制存在显著差异。Lys通过协同作用增强氢键、疏水相互作用以及二硫键的稳定性，进而提高溶解度。挤压实验显示，添加Lys显著提高了氢键、疏水作用和二硫键所提取蛋白的溶解度，其中尿素和十二烷基硫酸钠提取量更高，表明氢键和疏水作用是主要作用力。这归因于Lys氨基的正电荷特性可调控蛋白聚集重排，同时通过增加活性巯基含量促进二硫键形成，从而增强结构稳定性。

L-Arg和L-Lys作为碱性氨基酸，通过抑制蛋白聚集、增强蛋白-溶剂相互作用提高植物蛋白的溶解性。研究表明，L-Arg（等电点为10.76）在添加量0%～1.0%范围内使SPH溶解度提升43.3%，且效果稳定。而当L-Lys（等电点为9.74）的添加量达到0.5%时因等电点沉淀效应溶解度下降。其改善效果主要源于EAA与蛋白质的特异性相互作用，而非单纯pH值调节。L-Arg在高浓度下的优异表现（浊度降低、分散性增强）为植物蛋白的功能化应用提供了重要依据。

当作用对象由SPH替换为SPI时，上述结论仍然成立。实验结果显示，添加碱性氨基酸后的SPI溶解度显著高于未处理对照组，这与先前的研究结果一致，进一步验证了碱性氨基酸对蛋白质溶解性的普遍改善作用。这种改善作用源于多重机制：碱性氨基酸优先与蛋白质侧链结合，既降低疏水相互作用又增强静电排斥；同时，其与芳香族残基的阳离子-π相互作用进一步优化了蛋白质的溶解特性；通过提高蛋白质聚集活化能抑制蛋白分子间相互作用。尽管L-组氨酸（L-His）和L-Arg处理组的溶解度随浓度增加而上升，但由于其与SPI的相互作用较弱，溶解度的提升幅度有限。值得注意的是，0.3% L-Arg处理组的溶解度提升最为显著（43.5%），效果优于其他EAA，表明L-Arg是改善SPI溶解性的最佳选择。

3.2 凝胶性

凝胶化是植物蛋白最重要的功能特性之一。凝胶网络的形成构建了结构性基质，可有效包埋水、脂肪及风味物质等组分。当蛋白浓度超过临界阈值时，疏水相互作用、静电作用、氢键及二硫键等多重分子间作用力协同驱动三维网络结构的形成。然而，在食品加工过程中，蛋白质的过度变性会导致其分子结构发生不可逆改变，显著降低蛋白质分子间的相互作用能力。这种变性作用会破坏凝胶网络的形成，进而影响持水性、硬度和流变学特性等关键功能指标。

EAA对植物蛋白凝胶特性的调控机制主要体现在分子相互作用和结构重组两个层面。研究表明，碱性氨基酸（L-Lys/L-Arg）通过多重机制显著改善植物蛋白的凝胶性能。L-Lys通过介电缓冲效应增强微波场中极性分子（如水分子、蛋白残基）的运动，进而促进蛋白质聚集行为，其氨基质子化后带正电，不仅可通过与蛋白质负电残基的直接静电相互作用降低分子间斥力，而且解离产生的带电离子还能提高体系电导率。同时，通过暴露疏水微区以及增加游离巯基含量，促进疏水相互作用与二硫键交联。这种分子修饰作用在微波协同下尤为显著，交变电场促使蛋白质带电基团定向重排，形成更致密的三维网络结构。EAA的调控效果与其分子结构特性密切相关。L-Lys较L-Arg具有更长的脂肪族侧链，这一结构特点使其具有更强的疏水相互作用能力。在微波处理过程中，L-Lys的疏水侧链能够更有效地插入蛋白质分子的疏水核心区域，诱导蛋白质构象发生更显著的变化。添加0.6%的L-赖氨酸使QPI和WG凝胶强度分别提升了38%和34%，这种增效作用具有浓度依赖性，过量添加（＞1.0%）反而导致性能下降。对比研究表明，L-Lys的改善效果优于L-Arg，因其能更有效平衡蛋白质的解折叠与有序聚集，扫描电镜显示Lys-QPI凝胶的微腔尺寸较Arg-QPI减小27%，网络结构均匀性显著提高。L-Lys处理后的蛋白质凝胶形成了更为均匀的纳米纤维网络结构，纤维直径分布在50～100 nm范围内，且纤维间交联点分布更为均匀。当Cys的添加量为每克蛋白1.7 mmol时，其通过不同机制增强了复合凝胶的性能。通过转谷氨酰胺酶协同促进11S球蛋白，使凝胶硬度提升12%；而过高添加量（3.3 mmol）则因过度交联导致质地劣变。在适宜浓度下，Cys通过其动态平衡机制，能够促进形成具有理想弹性的凝胶网络结构。

这种结构优化使植物蛋白凝胶在食品工业中展现出重要应用价值，特别是在乳制品替代品开发领域。尽管蛋白质凝胶具备延缓生物活性成分在胃部释放、促进其向肠道靶向释放的优势，但单一植物蛋白仍面临凝胶强度不足和持水性（WHC）较差等技术瓶颈。针对这些问题，目前已发展出多种有效的蛋白结构修饰策略。在植物蛋白改性技术中，物理化学修饰展现出显著效果。例如通过pH值改变和超声波破碎处理，可显著提升植物蛋白的凝胶性能。具体而言，碱性pH值处理能够解离豆类蛋白质的酸碱性亚基，促使其单体形成具有表面活性的聚合物。这种结构重塑不仅能改变11S球蛋白的结构，还可通过增强表面亲水性，使PPI具备与大豆或动物蛋白相媲美的凝胶性能。基于此，EAA与物理场协同已成为提升植物蛋白凝胶性能的前沿方法。在PPI体系中，0.8%～1.2%的L-Arg借助胍基介导的静电中和与氢键优化作用，能够使仿肉制品的析水率降低27%～34%。

3.3 乳化性

植物蛋白凭借其卓越的乳化性能，能够在食品加工中充当乳化剂，进而提升其利用率。SPI已被广泛应用于乳制品中。在此类应用中，评估蛋白质乳化性能时，EAI和乳化稳定性指数（ESI）是两个核心指标，EAI表示单位质量蛋白质能够稳定的油水界面面积，ESI则反映蛋白质维持乳化体系稳定的能力。然而，该性能易受环境因素影响——当pH值接近等电点时，蛋白质易聚集沉淀；高盐浓度产生的静电屏蔽效应也会显著降低其乳化性能。

针对这一技术瓶颈，研究发现碱性氨基酸可通过多重协同机制突破环境限制，显著改善植物蛋白的乳化特性。以SPH体系为例，添加1%的L-Arg和L-Lys分别使EAI提高258.03%和181.48%。这是因为碱性氨基酸通过调节蛋白质表面电荷及溶解性，从而突破环境限制，并且诱导蛋白质结构展开，增加表面疏水性，而其作为两亲性分子直接吸附于油水界面。这种增效作用呈现浓度依赖性：L-Arg添加量超过0.5%时，会与蛋白质竞争界面吸附，导致EAI提升幅度降低；ESI优化则存在0.1%～0.5%的最佳添加量区间，低浓度EAA通过增强静电斥力和降低界面能提高稳定性，而高浓度可能导致过度吸附，削弱空间位阻效应。对比发现，L-Arg在SPH和SPI体系中的增效作用均显著优于L-Lys和L-His，这一差异源于其更强的碱性（pH值调节能力）和独特的胍基结构，L-His不仅能增强蛋白质柔性，还可通过Arg-蛋白质复合物形成更稳定的界面膜。尽管pH值升高对EAI的改善至关重要，但ESI的提升更依赖于结构修饰诱导的疏水基团暴露和静电相互作用增强。上述碱性氨基酸的调控机制在不同植物蛋白体系中展现出普适性。以PPI体系为例，Arg的浓度梯度实验证实其多维度调控作用：Arg添加量从0%增至0.2%时，PPI的EAI提升28.35%（达10.91 m2/g）。其作用机制主要在于L-Arg能够通过增强电荷斥力有效抑制PPI的聚集，同时作为一种两亲分子吸附至油水界面。当Arg添加量超过0.2%时，EAI的下降趋势与SPH体系中观察到的竞争吸附效应一致。

Arg对PPI乳液稳定性的调控呈现典型的多因子协同特征。低添加量（0.05%～0.2%）的Arg能够诱导PPI结构展开，这增加了界面蛋白吸附量（67.29%），增强了静电斥力（Zeta电位绝对值增加48.2%），并优化流变特性（黏度降低40.58%），从而显著提升了乳液的稳定性。

而酸性氨基酸对植物蛋白乳化性的调控机制主要基于非共价键相互作用。将zein以不同的比例加入到Glu溶液中，由于zein等电点（pI≈6.20）与Glu等电点（pI≈3.23）存在差异，当体系pH值为5时，两者携带相反电荷，通过静电相互作用产生分子间吸引。研究表明，Glu的引入能显著增强zein胶体纳米粒子的油相稳定作用，有效抑制乳液渗漏和分层现象，从而提升乳液体系的稳定性。

4 EAA在植物蛋白食品中的应用

4.1 在植物蛋白乳化剂中的应用

植物蛋白因其可持续性和营养优势，已成为食品工业中极具潜力的天然乳化剂。然而，其实际应用仍面临分子结构不稳定（易发生聚集和变性）以及易受环境条件（如pH值、温度和离子强度等）影响两大技术瓶颈。近年来的研究表明，EAA能够借助多重协同作用机制，涵盖分子结构修饰、界面特性调控以及流变行为优化等方面，显著提升植物蛋白的乳化性能，为研发新型高性能植物基乳化剂开辟了关键的技术途径。EAA对植物蛋白乳化特性的改良机制及其应用潜力在食品工业中呈现多层次的协同作用。EAA首先通过竞争性吸附和构象变化直接影响乳化活性。L-Arg和L-Lys通过降低界面张力，促使更多蛋白分子定向吸附于油水界面，形成稳定膜结构。该机制对氧化损伤蛋白同样有效，可使乳化活性提升21%～23%，但受限于氧化交联，其效果仍低于未氧化蛋白15%～18%。而Cys则通过特异性断裂二硫键，使燕麦球蛋白解离为柔性亚基，表面疏水性显著增加（22%～35%），界面蛋白覆盖率显著提升，从而将乳化活性提高37.1%。这表明，EAA的类型决定了其主导作用路径——碱性氨基酸侧重竞争吸附，而Cys更依赖结构解离。

在乳化稳定性方面，EAA的pH值调控功能成为关键纽带。Arg/Lys通过调节体系pH值，使其偏离蛋白质等电点，增强静电排斥效应，同时使疏水基团和游离巯基得以暴露，形成双重稳定机制。EAA通过pH值调控，显著提升了植物蛋白乳液的稳定性。L-Arg/L-Lys促使体系pH值偏离蛋白等电点，增强静电排斥作用，同时暴露疏水基团和游离巯基，进而形成双重稳定机制。虽然Cl-可能减弱盐效应，但EAA强化的界面膜可有效弥补这一影响。Cys则通过断裂OPI分子内二硫键，促使蛋白质结构展开，形成更致密的界面膜，有效阻碍油滴聚并。Cys处理能够降低乳液粒径（如从4 722 nm降至2 238 nm），并改善分布均匀性，形成稳定性更高的乳浊体系。激光共聚焦扫描显微镜图像证实，经Cys处理的蛋白可形成更细小、均匀的油滴，且絮凝现象减少。短期储存可完全抑制相分离。

4.2 在植物肉类类似物中的应用

植物肉类类似物的品质关键在于模拟动物肉的质地与多汁性。通过调控形成凝胶网络的密度与亲水性，可同时优化产品的质构参数（如硬度、弹性）和持水性，从而实现这一目标。EAA能够通过调控蛋白质分子间的相互作用，显著影响植物肉类类似物的质构特性，尤其是纤维化程度。以SPC为例，SPC的纤维化程度随Cys添加量增加呈现先升后降的趋势，在0.1%添加量时达到最优（纤维化度1.59），可能因适量Cys修饰蛋白结构促进纤维化，而过量添加（如0.2%）会产生负面影响。这一现象的原因在于，适量Cys能够对挤出物的蛋白质结构起到积极修饰作用，从而提升纤维化程度。具体来说，在高温高剪切条件下，Cys提供的游离巯基与植物蛋白中暴露的巯基发生交换反应，形成分子间二硫键，从而构建稳定的纤维网络结构，这一过程促进了蛋白质分子间交联网络的形成，从而增强纤维化结构。后续研究进一步证实了在PPI挤压过程中添加0.09%的L-Cys，其硬度和咀嚼性均达峰值（分别为8 315、3 770 g），弹性同步优化；但当添加量增至0.15%时趋于稳定。这种现象是因为L-Cys介导的二硫键重组机制：断裂原始二硫键暴露活性位点，并在冷却阶段促进新非共价键形成，从而优化蛋白交联网络。其作用机制主要涉及：通过增强氢键作用改变蛋白质分子间相互作用；促进冷却阶段蛋白质分子的定向重排。研究表明，这种纤维结构的形成本质上源于挤压过程中蛋白质-蛋白质相互作用的动态调控。为更直观地阐释从微观分子相互作用到宏观质构特性的完整路径，图3系统展示了植物蛋白-氨基酸相互作用对植物肉类类似物质构的影响机理。

植物肉类类似物加工过程中，流变特性直接影响产品质构的形成和加工性能的调控。在高温高剪切挤压条件下，植物肉类类似物的流变行为会发生显著变化，这也能够有效表征植物蛋白分子间的缔合与聚集行为。储能模量（G’）和损耗模量（G”）分别表征材料的弹性和黏性特征，其比值（tan δ＝G”/G’）反映黏弹特性。适量的Cys（＜0.15%）可通过二硫键交联强化植物蛋白分子的聚集，显著提升G’并降低tan δ，进而形成弹性凝胶结构（G’＞G”），有效改善产品的质构。但过量Cys（＞0.15%）会破坏交联网络，导致G’下降形成弱凝胶态。屈服应力作为启动流动的最小应力，是评价材料内聚强度和结构稳定性的关键参数之一。除二硫键交联外，其他分子相互作用同样可调控蛋白凝胶性能，类似地，Lys的加入可通过氢键和疏水作用促进蛋白质聚集，降低tan δ值，进一步增强凝胶弹性和内聚强度。这种流变特性的变化也影响了植物肉类类似物的3D打印性能。将L-Cys加入MBPI和WG混合植物蛋白中进行3D打印，可有效降低油墨的屈服应力，使其更易于通过细小喷嘴实现连续的挤出成型。实验证明，添加0.4%的L-Cys能使3D打印植物肉墨水的持水性提升至32.60%，较对照组提高近7倍。这一改善主要源于L-Cys分子中的巯基增强了材料的亲水性，并促进氢键网络重构，从而显著增强水分保持能力。以Glu和zein为稳定剂，制备了Pickering乳液。zein与Glu的质量比对乳液流变特性（G’、G”值）存在显著影响。当两者比例达10∶1时，G’和G”出现峰值，Pickering乳液弹性最优。机理分析表明：zein在解折叠过程中形成静态展开构象，而带负电的Glu通过静电作用结合蛋白骨架，显著增强其刚性。在改善植物肉类类似物的WHC方面，氨基酸的引入也展现出显著效果。实验数据显示，即使在等电点条件下，添加0.5%的L-Lys仍能使WHC获得显著提升。这一现象并非孤立发生，而是在多种蛋白体系中普遍存在。例如，L-His、L-Lys和L-Arg在鸡肉盐溶蛋白凝胶、肌球蛋白凝胶等不同蛋白体系中，都表现出类似的持水性增强效果。EAA改善WHC的作用机制具有多重性。首先，EAA可以通过改变体系pH值，使其偏离蛋白质的等电点，从而改善蛋白质的溶解性和水合能力。其次，EAA的添加能够增强蛋白质分子间的相互作用，提高蛋白质的溶解度和水合能力。

4.3 在植物蛋白抗氧化剂中的应用

慢性非传染性疾病的扩散与氧化应激状态密切相关，其核心机制在于机体氧化稳态失衡。植物蛋白作为重要的抗氧化物质来源，其活性成分可有效调控氧化反应动力学过程。与此同时，石油基合成塑料在食品包装领域的广泛应用所引发的环境问题，也促使人们探寻更具可持续性的替代方案。在这两个研究方向的交汇点上，植物蛋白凭借其多级结构调控潜力及优异的氧气阻隔性能，在食品抗氧化与保鲜领域展现出独特优势。

EAA对植物蛋白抗氧化特性的调控呈现多维度协同作用机制。以L-Arg为例，其通过分子、界面及构象发挥抗氧化效应，L-Arg的胍基结构借助电子转移，直接清除2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）阳离子自由基，同时通过螯合Fe2+阻断氧化链式反应。而当L-Arg的添加量为0.2%时，则促进蛋白质有序排列形成致密界面膜（厚度增加约30%），有效阻隔水相促氧化剂与脂质接触。除此之外，L-Arg通过静电作用改变SPH二级结构，暴露疏水位点增强1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基清除能力（0.5%添加组效果最佳）。然而，这种抗氧化效应存在严格浓度阈值，当L-Arg添加量超过0.5%时，其自聚集产物会在油水界面进行竞争性占据（吸附率下降15%～20%），导致SPH乳液硫代巴比妥酸反应物值升高34.5%且DPPH自由基清除率显著降低。EAA在植物蛋白食品抗氧化领域作用显著，其中Cys的调控机制尤为突出。Cys凭借其还原性巯基，使SPI分子内的二硫键断裂，降低成膜液的黏度，进而提升干燥效率。在抗氧化应用领域，1%的Cys能够抑制鲜切茄子多酚氧化酶的活性，使新鲜茄子直至第9天才出现可见褐变。它与SPI基膜协同形成半透性屏障，通过调节氧气与二氧化碳的交换降低脂质过氧化程度，使丙二醛含量减少30%。

EAA在植物蛋白食品抗氧化领域的应用已从单一膜材料向多元化场景拓展。在食品保鲜领域，其通过抑制脂质过氧化和酶促褐变延长货架期；在营养强化领域，则作为抗氧化肽前体或信号分子，激活内源性抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶）以维持食品氧化还原稳态。研究还发现，EAA与植物精油联用可提升SPI膜紫外阻隔性，抑制光氧化反应，使油脂过氧化值降低50%，为烘焙食品抗老化提供新策略。

结语

植物蛋白作为可持续的优质蛋白来源，功能特性不足和营养缺陷制约了其在食品工业中的应用潜力。本文综述了EAA的添加是提升植物基食品品质的关键策略。EAA通过共价和非共价作用调控植物蛋白构象，从而对其功能特性（如溶解性、乳化活性及凝胶强度等）产生影响，并具有应用潜力。但目前研究还缺乏对新型/多样性植物蛋白（如藻类）与广泛结构/电荷/反应性氨基酸相互作用的系统性评估及普适规律；剂量效应关系不清楚；缺乏分子层面作用机制（构象动态、关键作用力、动力学）的解析及构效关系构建；功能特性综合评价不足，尤其缺乏在复杂食品体系中与其他组分互作影响的考量（理化、营养消化率/过敏原性、感官风味/质地/色泽、可持续性）等问题。未来研究需要整合先进光谱技术（荧光光谱、圆二色光谱、红外光谱）与计算模拟（分子对接/分子动力学）、结构生物学（若适用），精准解析多种EAA与多样性植物蛋白的分子相互作用；系统研究新兴植物蛋白（如鹰嘴豆、藻类）与多样特性EAA的互作规律，为植物蛋白改性应用提供理论支撑。

引文格式：

朱秀清, 王胤霖, 尚佳萃, 等. 外源氨基酸对植物蛋白功能特性的影响研究进展[J]. 食品科学, 2026, 47(3): 333-344. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250813-088.

ZHU Xiuqing, WANG Yinlin, SHANG Jiacui, et al. A review on the effects of exogenous amino acids on functional properties of plant proteins[J]. Food Science, 2026, 47(3): 333-344. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250813-088.

实习编辑：王雨婷；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。

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