《食品科学》：东北农业大学隋晓楠教授等：功能性食品蛋白结构调控机理、策略及未来发展趋势

蛋白质作为生命活动的物质基础，是人类营养体系中不可或缺的核心宏量营养素。蛋白质不仅在维持机体生长、发育和组织修复中发挥关键作用，还参与并调控几乎所有的生理生化过程。随着全球人口持续增长、老龄化趋势加剧以及消费者健康意识的提升，人们对食品的需求已不再局限于基本的饱腹与风味体验，而是转向对健康、营养乃至特定生理功能的更高追求。在这一背景下，功能性食品蛋白应运而生，其概念是除了提供人体必需氨基酸等基础营养功能之外，还被赋予或强化了特定生理调节功能、加工适应性能或感官品质提升功能的食品蛋白质。功能性食品蛋白的功能主要分为3 个层面：1）内源性功能：蛋白质本身具有的、可被调控的理化性质（如乳化性、起泡性、凝胶性等）；2）外源性功能：通过结构修饰或改性技术赋予蛋白的功能效益；3）载体功能：形成创新性材料作为生物活性成分（如多酚、维生素、益生元）的递送载体，实现对功能因子的包埋保护和释放。功能性食品蛋白在特医食品、运动营养、健康老龄化等领域有着广泛的应用需求。在特医食品领域，针对术后康复或消化功能障碍人群，需要易于吸收且能提供全面氨基酸支持的短肽或预消化蛋白；在运动营养中，乳清蛋白因其快速的吸收速率和丰富的支链氨基酸含量，被广泛用于促进肌肉合成与恢复；对于面临肌肉减少症风险的老年群体，富含亮氨酸的蛋白质或其水解物则显示出在刺激肌肉蛋白质合成、维持肌力方面的独特优势。不同的应用场景对蛋白质原料的功能特性具有远超传统食品的更高要求。

因此，如何通过精准的结构设计与工艺创新，实现蛋白质功能性的定向改良，已成为当前研究的重要方向。蛋白质的功能表达在很大程度上依赖于其复杂而精细的空间构象，不同层次的结构协同构筑了蛋白质功能实现的物质基础。蛋白质的乳化性、凝胶性、起泡性及持水性等功能特性，并非孤立存在的宏观现象，而是其微观分子结构在复杂食品体系中的外在表现。这些功能的核心源于蛋白质分子的结构属性，包括分子柔性、表面疏水性、二硫键的分布以及电荷特性，它们共同构成了蛋白质与环境相互作用的物质基础。近年来，通过改性技术提升食品蛋白的加工性能与功能特性，使其满足更广泛的食品应用需求，已成为该领域的重要研究方向。以物理加工法为例，传统热处理常导致蛋白质不可控聚集和变性，从而影响其功能活性。相比之下，新兴物理场处理及其复合工艺在调控蛋白质多级结构方面展现出独特优势，不仅能够改善蛋白质溶解性、凝胶性、乳化性等关键功能特性，还可降低致敏性并提升营养利用率。化学改性技术（如乙酰化）同样能够赋予蛋白新的功能属性，但在食品应用中可能带来化学残留、营养损失及免疫学特性改变等潜在问题。相比之下，生物法（如酶工程和发酵）因反应条件温和且特异性较强而受到广泛关注，但也存在反应周期长、底物专一性高以及对致密天然结构作用效率有限等局限。总体而言，传统加工方式往往导致蛋白结构发生不可控破坏，而现代创新工艺及多种工艺协同应用则更强调对蛋白质结构的精准调控，从而为开发新型食品材料提供新的可能。

在此背景下，对食品蛋白质结构调控的理论基础、创新工艺及其应用前景进行系统综述具有重要的学术意义和现实价值。一方面，通过梳理现有研究成果并总结不同调控的作用机理，可为后续研究提供理论参考与技术借鉴；另一方面，相关研究也有助于揭示蛋白质结构调控在功能食品开发、个性化营养供给以及食品可持续发展中的潜在价值。因此，东北农业大学食品学院的隋晓楠*、曹子辰、李小骞等围绕食品蛋白质结构调控展开系统综述，首先阐述蛋白质结构调控的理论基础，包括变性与复性机制、分子间作用力及多尺度表征技术；随后总结物理场、生物、绿色化学及复合工艺等调控策略的最新研究进展；同时阐释这些加工工艺导致结构变化与功能之间的构效关系；继而探讨功能性蛋白在不同食品应用场景中的发展前景；最后结合当前面临的挑战与未来趋势，提出该领域可能的研究方向。通过系统性梳理，旨在为食品蛋白质结构的精准调控及其创新工艺研究提供理论依据和实践导向。

1 功能性食品蛋白结构调控的理论基础

1.1 蛋白质变性、折叠与结构重构机制

蛋白质变性是指天然蛋白质受到不同理化因素的影响，其由氢键、离子键等次级键维系的高级结构被破坏，分子内部结构发生改变，致使蛋白质生物学性质、理化性质改变。在该过程中，蛋白质的多级折叠结构展开，疏水区域暴露于水相环境，从而引发聚集现象。二硫键的稳定性及其在特定条件下的可逆性，在调控蛋白质折叠与解折叠的平衡中发挥重要作用。具体而言，二硫键的断裂会诱导蛋白质解折叠，而在氧化环境下，其正确重组有助于驱动蛋白质重新折叠。在适宜的条件下，蛋白质从伸展态恢复到折叠态，并恢复全部的生物活性，称为复性。然而，复性成功与否不仅依赖于二硫键的正确形成，更是一个包含疏水塌缩、氢键网络重构及静电相互作用再平衡等多步骤协同的复杂动力学过程。 在此基础上，可控变性被认为是提升蛋白质功能属性的关键策略之一。通过精准调节温度、pH值和离子强度等环境条件，可诱导蛋白质产生适度构象松弛或部分变性，从而暴露疏水基团或反应性位点，进而提升其乳化、起泡或凝胶性能。以乳清蛋白为例，适度的热诱导变性可显著增强其乳化性与胶凝性，拓展了其在食品工业中的应用潜力。

图1展示了蛋白质在外部条件（如热、pH值）影响下的变性过程，以及条件恢复时可能的复性路径。在变性过程中，蛋白质天然结构逐渐展开，内部疏水区域暴露；当环境条件恢复时，部分蛋白质可重新折叠回到天然构象并恢复功能，但亦可能出现错误折叠，导致结构松散或聚集。由图1可知，维系蛋白质结构稳定性的主要作用力包括氢键、疏水相互作用、静电相互作用及二硫键等。

1.2 分子间相互作用力与结构稳定调控

分子间相互作用是指存在于不同分子之间的非共价或可逆共价作用力，其协同调控构成了蛋白质结构稳定性与功能形成的分子基础。其中，疏水相互作用在维持蛋白质折叠状态中起关键作用。非极性氨基酸侧链因排斥水相而趋于聚集，从而形成稳定的疏水内核。该过程受溶剂极性和温度等环境因素的显著影响。在食品体系中，通过适度调控疏水相互作用（如引入表面活性剂等）可有效改善蛋白质的溶解性与乳化稳定性。静电相互作用则源于带电氨基酸残基之间的吸引或排斥，对蛋白质构象稳定性及分子间结合行为具有重要影响。其强度易受体系pH值与离子强度调节，可显著影响蛋白质溶解性、聚集行为及界面活性。在实际应用中，通过调节pH值以偏离或接近蛋白质的等电点，可有效控制其聚集状态并优化功能表现。此外，氢键在维系α-螺旋、β-折叠等蛋白质二级结构中发挥核心作用。氢键通常由极性基团间的氢原子与电负性原子形成，为蛋白质提供必要的结构刚性。在蛋白质变性过程中，氢键的破坏会导致结构松散和功能丧失，而其重新形成是复性过程中的关键步骤。在食品热加工中，保持氢键的完整性对于维持蛋白质的营养与功能品质尤为重要。二硫键由半胱氨酸残基通过氧化形成，在胞外蛋白质的构象稳定性中贡献突出。食品加工过程中，二硫键的形成、断裂与重排常直接影响产品的质构特性和感官特性。通过可控的还原或氧化处理，能够选择性调节二硫键状态，使蛋白质实现可逆折叠，从而改善其稳定性、加工性能及货架期表现。

在食品加工过程中，这些作用力并非孤立存在，而是在热、剪切、压力、pH值变化及酶促作用等外场驱动下发生动态重排与级联演变，形成由分子构象松弛、界面暴露到聚集组装的连续结构转变路径。例如，在热处理过程中，温度的升高首先会破坏维系二级结构的氢键，导致蛋白质结构松散并暴露疏水区域。这一初始变化随即触发疏水相互作用的增强，促使暴露的疏水基团发生聚集。在静电屏蔽效应或新的二硫键作用下形成稳定聚集体，最终导致蛋白质凝胶化或沉淀。这种由氢键破坏引发疏水驱动聚集，再由共价键锁定的级联反应，正是热处理诱导蛋白质凝胶网络形成的分子基础。在高压处理中，作用顺序则有所不同：高压优先破坏疏水相互作用和静电相互作用，导致蛋白质天然构象解体，但氢键往往得以保留，从而形成区别于热变性的“熔球态”结构；这种独特的作用顺序使得高压技术可用于制备具有特定功能特性（如改善乳化性、保持营养活性）的蛋白原料。超声处理则通过空化效应产生的局部高温、高压及剪切力，同时影响多种作用力：首先打断蛋白质分子间的非共价聚集，随后可能促进特定区域的氢键重排或诱导二硫键的断裂与重组，从而实现蛋白质的粒径减小、溶解性提升及界面活性增强。深入理解这些作用力在具体加工条件下的动态演变规律及其相互耦合关系，是实现蛋白质结构精准调控的理论关键。

1.3 蛋白质构象变化的多尺度表征技术

全面解析食品蛋白质结构变化对其功能特性的影响，需要依托多尺度、跨方法的综合表征体系，以实现从原子与分子层级到微观与宏观结构的系统理解。因此，本文总结了食品蛋白质结构常用的关键表征技术（表1）。在光谱技术方面，荧光光谱可通过监测芳香族氨基酸残基所处微环境的变化，敏感反映折叠状态与疏水区域的暴露程度。圆二色光谱能够定量获取蛋白质二级结构组成（如α-螺旋与β-折叠），有效监测其在变性与复性过程中的结构动态变化。红外光谱尤其是对酰胺I带分析，可进一步揭示氢键网络与折叠模式的变化。色谱技术如尺寸排阻色谱-高效液相色谱（SEC-HPLC）可在加工过程中准确表征蛋白质的聚集行为与粒径分布，为理解蛋白质结构变化对体系稳定性的影响提供数据支持。在散射技术方面，动态光散射（DLS）能够测定蛋白质的流体动力学尺寸及分布，揭示其在复杂体系中的粒径变化及聚集状态。显微技术如原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）则从纳米至微米尺度直观呈现蛋白质表面形貌、聚集体结构及加工诱导的微观结构演变。热分析技术如差示扫描量热法 则通过测定热转变温度评估蛋白质的热稳定性，为加工工艺参数优化提供依据。

通过将上述光谱、色谱、散射、显微成像及热分析等多尺度表征手段有机整合，并结合对蛋白质变性-复性机制与分子间作用力的系统调控，可构建起更加完整的结构-功能关联框架。多手段互补不仅有助于阐明加工过程中蛋白质构象变化的驱动因素，还能揭示结构演化对溶解性、乳化性、凝胶性等关键功能属性的影响机制。该理论体系的完善将为蛋白质功能改善、品质调控及新型食品系统开发提供科学依据，为食品工业在营养、质构和口感等多维度的创新需求提供重要支撑。

2 功能导向的食品蛋白结构调控策略

2.1 物理场调控策略

随着食品工业向绿色、高效和可持续方向不断发展，传统热加工等蛋白改性方式逐渐暴露出一定局限性。这类方法可能导致热敏营养成分损失，同时存在能耗较高和功能调控手段有限等问题。在此背景下，物理场调控技术作为一种新兴的加工策略逐渐受到广泛关注。该技术凭借作用效率高、能耗低、无需化学添加剂以及能更好保留食品天然品质等优势，受到了研究人员的广泛关注。如图2所示，新兴物理场技术为蛋白质结构的精准调控提供了多样且绿色的途径，有望突破传统加工方式的局限，为实现食品蛋白功能的高效、可控与可持续调制提供新的技术支撑。

2.1.1 高静压

高静压（100～800 MPa）是一种典型的非热食品加工技术，可在较低能耗条件下通过调控蛋白质的三级与四级结构影响其功能性与营养属性。其加工效果受压力、温度、时间及pH值影响：较低压力通常有助于改善蛋白质的溶解性与界面活性；中高压力易诱导聚集，导致溶解性降低；而更高的压力则可能引发不可逆变性。高静压的显著优势在于能够最大程度保留原有风味与热敏性营养物质，但仍需结合工艺参数与体系配方的协同优化，在保证品质的同时兼顾产品安全性。

高静压作用于蛋白质的结构效应具有明显的层次性：四级结构或多聚体通常优先发生解离，而单链蛋白的显著展开往往需要更高的压力。其主要作用机制源于压力导致体系趋向于体积较小的状态，促进水分子进入蛋白质内部空腔并削弱疏水相互作用，从而增强蛋白质的溶剂化程度并诱导构象展开，表现为疏水基团暴露与构象去折叠。此外，高静压作用还受到多种结构因素调控，例如配体或辅因子的结合可通过稳定构象提升蛋白质的抗压能力，而不同结构域对压力的敏感性亦存在差异。值得注意的是，高静压还可以改变蛋白质可逆自组装与结晶的动力学过程，通过影响结晶与非结晶构象之间的平衡，实现对其组装行为的调控。

2.1.2 超声

超声技术是一种利用高频机械波能量调控蛋白质构象的物理场手段，其主要作用机制源于空化效应及由此产生的瞬时高温、高压和强烈剪切力。在高强度超声处理下，蛋白质分子呈现明显的结构重排，主要表现为α-螺旋和β-转角等有序结构的减少，以及β-折叠和无规卷曲比例增加，表明蛋白质从紧密结构向松散、柔性结构转变。超声引发的空化效应和机械剪切力可削弱分子内氢键和疏水相互作用，促使蛋白质展开，暴露出内部的疏水基团和巯基，从而提升表面疏水性和溶解性。同时，适度超声还能促进形成小尺度可溶性聚集体，可能伴随二硫键交联和分子重排，从而增强蛋白质的界面活性和乳化稳定性。然而，若超声功率过高或处理时间过长，则可能导致蛋白质过度聚集和氧化，反而降低其功能性能，因此工艺条件需精确控制。

2.1.3 冷等离子体

冷等离子体是由部分电离气体组成的活性态物质，被称为继固体、液体和气体之后的“第四态”。作为一种非热、绿色的新兴物理场技术，冷等离子体在食品蛋白改性中显示出独特优势。据报道，冷等离子体处理能诱导花生分离蛋白质高级结构的改变，显著改善其溶解性、乳化稳定性和持水能力，且不破坏一级结构。对于乳清分离蛋白，冷等离子体生成的活性粒子可引发适度的氧化反应和构象松弛，使蛋白质链局部展开并暴露更多反应位点，从而提升其界面行为和整体功能特性。这类结构变化为乳清分离蛋白在食品体系中作为功能性配料的应用提供了新的可能。

2.1.4 微波

微波是一类频率范围在300 MHz～300 GHz之间的电磁波，其在食品加工的核心机制是介电加热，即极性分子在电磁场作用下发生高速旋转与相互摩擦，从而迅速产生热量。作为一类常见的快速加热技术，微波处理与高静压、超声和冷等离子体处理类似，可通过能量刺激调控蛋白质的高级结构和构象，从而影响其理化性质与功能表现。不同之处在于，微波依赖极性基团对电磁能量的选择性吸收，既可实现快速、均匀升温，也可在适宜条件下诱导蛋白质产生构象松弛或再折叠。Han Zhong等指出，蛋白质中的极性基团可吸收微波能量并通过快速介电加热效应改变蛋白质周围的微环境，从而影响氢键、疏水相互作用和范德华力等非共价相互作用，导致蛋白质发生部分展开或结构重构。因此，微波凭借其加热效率高、处理速度快等特点，在蛋白质结构调控与功能改良方面具有较大应用潜力。

2.2 生物调控策略

生物调控策略近年来在食品蛋白质改性领域受到广泛关注，其通过酶法、微生物发酵等生物学途径实现对蛋白质结构的精准干预与功能特性的定向提升。相比物理加工方法，生物调控策略具有条件温和、作用特异、安全可靠且对环境友好的优势。如图2所示，酶法、发酵处理、基因与蛋白质工程等主要的生物策略通过各自独特的机制作用于蛋白质分子。

2.2.1 酶法

酶法改性主要利用蛋白酶的专一催化作用，通过水解肽键或形成共价键等方式，定向改变蛋白质的分子结构，并优化其功能性质。研究表明，采用胰蛋白酶或碱性蛋白酶对大豆蛋白、酪蛋白等进行水解，可有效改善其在等电点附近的溶解性与乳化性。转谷氨酰胺酶等交联酶催化蛋白质分子内及分子间形成共价交联，从而增强其凝胶性与界面稳定性。改性效果高度依赖酶的种类及工艺条件，若控制不当可能导致过度水解及苦味肽积累。因此，需要对反应时间、酶添加量及体系条件等工艺参数进行精准优化，以平衡改性效率与产物品质。此外，随着蛋白质工程技术的发展，通过定点突变技术在目标酶活性位点进行改造，可实现对其底物亲和力和催化活性的调控。这为开发性能可调控的生物催化剂提供了新的思路，并为食品蛋白的精准结构设计与功能强化提供可行路径。

2.2.2 微生物发酵法

发酵法是一种利用微生物代谢活动修饰食品蛋白质的传统生物技术，其核心机制主要依赖于微生物分泌的酶系及其代谢产物对蛋白质进行水解、交联、脱酰胺等修饰。乳酸菌、酵母等发酵微生物分泌的蛋白酶可对蛋白质进行特异性水解，生成低分子质量的多肽和游离氨基酸。同时，发酵还能降解植酸、单宁等抗营养因子，从而改善蛋白质的消化性与提高营养利用率。该过程不仅有助于提升蛋白质的消化率与生物利用度，还能生成具有抗氧化、降血压及免疫调节等生理活性的生物活性肽，从而赋予发酵食品额外的健康功能。其次，发酵过程中酸化与酶解的协同作用能破坏植物蛋白分子内的疏水相互作用和二硫键，改变其二级与三级结构，促使蛋白质从紧密构象向柔性化转变，进而提升其溶解性和界面活性。以豆类和谷物蛋白为例，发酵能显著降低植酸、单宁等抗营养因子含量，从而提升蛋白质消化性和营养价值。

2.2.3 基因与蛋白质工程

基因与蛋白质工程是食品蛋白改性领域的前沿策略。该方法通过修饰蛋白质编码基因或对重新设计蛋白质结构，可在分子水平实现对其结构与功能的精准定制，从而克服酶法与发酵法在蛋白修饰精度与可预测性方面的局限性。例如，借助定点突变技术可特异性替换关键氨基酸，精确调控蛋白网络结构，进而提升其热稳定性。通过定向进化技术在体外模拟进化过程，迭代筛选出具有显著pH值稳定性的蛋白质。该技术的优势在于其定制化与高度可预测性，从靶点识别、分子设计、表达纯化到功能验证具备完整的闭环流程，随着智能蛋白质结构预测与高通量筛选技术的融合发展，基因与蛋白质工程正成为蛋白质定向功能强化的前沿方向。

2.3 绿色化学调控策略

绿色化学与生化调控策略是植物蛋白改性领域的重要发展方向。其核心在于采用环境友好的化学手段，在分子水平实现对蛋白质构象的精准调控，从而赋予或增强其特定功能特性。该类方法通常具有条件温和、专一性强、副产物少等优势，符合食品工业绿色制造的发展要求。因此，开发新型绿色修饰技术，对系统提升植物蛋白的功能品质，并拓展其高值化应用具有重要研究价值。

2.3.1 pH值偏移处理

pH值偏移处理是一种基于酸碱环境调控的蛋白质改性手段。将蛋白质溶液pH值调节至极端酸性或碱性条件，促使蛋白质部分去折叠，随后回调至中性或接近中性pH值，使其重折叠。通过这一可逆的结构伸展与再组装过程，实现蛋白质高级结构的重构。尽管可能导致部分三级结构的损失，但能较好地维持二级结构。有研究表明，该处理能有效改善蛋白质的溶解度、乳化性及发泡性等功能特性。pH值偏移处理的作用机理在于蛋白质构象的可逆变化，其改性效果受pH值、处理时间及pH值变化速率等因素协同影响。适度的碱性pH值偏移处理可有效增强蛋白质的凝胶持水性。然而，极端pH值条件下的pH值偏移处理具有一定的双重性，其对蛋白质功能特性的影响可能表现为增强或抑制，这通常与蛋白质在去折叠和再折叠过程中结构重组程度以及二级结构变化和分子间相互作用的调整有关。

2.3.2 糖基化改性

糖基化改性是一种基于美拉德反应的绿色共价修饰策略。该反应通过蛋白质游离氨基与还原糖羰基发生缩合反应，形成稳定的糖基化产物。该过程常伴随蛋白质二级、三级或四级结构的改变，其一级结构除被修饰的赖氨酸残基外基本保持不变。糖基化改性受碳水化合物类型、加热方式及反应时间等多因素影响。Zhao Yucong等通过调控大豆分离蛋白与葡萄糖的比例，有效控制了蛋白质糖基化程度，从而显著提升了蛋白质的溶解度、乳化性及界面活性。研究发现，糖基化反应能够增强蛋白复合薄膜的结构致密性和机械强度，并在部分体系中表现出一定的抗菌活性。糖基化反应的程度可精准调控大豆蛋白的消化特性。Feng Jilu等的研究表明，温和加热条件能够显著延缓糖基化蛋白质在胃部的消化速率，而对其在肠道内的最终消化率影响较小，展示了糖基化调控蛋白质消化路径的潜力，为其在特定营养递送体系中的应用提供了理论依据。

2.4 联用/复合调控策略

2.4.1 物理-生物协同调控

物理-生物联用技术通过物理场处理与生物改性方法的协同作用，实现对蛋白质结构与功能特性的精准调控。其核心机理在于物理处理可改变蛋白质分子间的非共价相互作用，诱导其结构发生部分展开或变性，从而暴露出内部包埋的酶切位点及疏水基团，进而大幅提升后续生物改性的效率。该技术的调控效果主要取决于物理处理参数与生物改性条件的协同匹配程度，通过优化改性条件可实现对产物分子质量分布、界面性质及释放行为的精准调控。Han Chunpeng等通过超声波预处理诱导大豆蛋白结构展开与乳液细化，为后续乳酸菌发酵提供了作用界面与反应位点，两者协同构建了更致密均匀的凝胶网络，显著提升了凝胶的持水性与机械强度。热-酶协同改性是一种重要的蛋白质结构调控策略。其中，热处理可诱导大豆蛋白发生结构变性解聚，改变其聚集状态并暴露更多酶作用位点，从而提高蛋白酶水解的可及性并促进可溶性蛋白的释放。通过结构重排有助于调控蛋白质的溶解性及功能特性，实现蛋白质结构与功能的协同增强。

2.4.2 生物-化学联用策略

生物-化学联用策略整合了酶解处理的特异性与化学修饰的共价构建能力，对蛋白质进行结构调控与功能强化。该策略通过蛋白酶精准断裂肽键，破坏蛋白质结构并暴露特定活性基团，再结合化学交联等手段进一步构建共价网络，从而实现对蛋白质结构与功能的定向调控。酶水解与交联改性相结合能够对大豆蛋白结构进行重组。通过对大豆蛋白进行可控酶解处理降低其分子质量，促进分子间互锁，再借助自合成交联剂的环氧基团与蛋白暴露位点交联，构建致密的共价交联网络，可显著提升大豆蛋白的流变学性能。利用蛋白酶的特异性差异对大豆蛋白进行酶解，可实现对其不同亚基的差异化降解，促使疏水基团暴露及蛋白结构松散。在此基础上结合酸性条件下的热处理，可显著促进大豆蛋白衍生淀粉样原纤维的形成，并快速生成稳定的凝胶网络，从而实现功能强化。

2.4.3 多组分复合结构构建

蛋白质与多糖的复合是构建功能化植物基材料的关键策略。通过物理处理手段可精准调控两者间的相互作用力，从而定向构建具有特定微观结构与功能特性的复合物。所选物理处理方式直接影响复合物的最终构效关系。采用电处理可促进蛋白质与多糖形成以共价键和强静电相互作用为主的稳定复合物，促使其具备部分晶体结构，显著降低其溶解度与持水性。其水悬浮液则呈现出典型的弱凝胶流变特性。有研究人员比较了剪切均质与涡流流体处理对大豆蛋白-多糖复合体系的影响，发现剪切均质有助于促进其形成结构致密的复合物，从而显著提升该体系的流变特性；而涡流流体处理则有助于构建多孔的网络结构，更适用于功能成分的包埋与递送载体设计。

2.5 新兴与智能化技术

上述联用与复合调控策略已在蛋白质结构修饰与功能强化方面展现出显著成效。然而，这些策略本质上是传统技术的整合与优化，在一些复杂环境与个性化需求等方面依然存在局限。随着食品工业向个性化、功能化与智能化方向发展，新兴技术如3D打印、纳米工程以及数据驱动与AI优化为蛋白质结构的调控开辟了新路径。如图3所示，通过将绿色化学调控、复合调控策略到新兴智能技术进行梳理归纳，可从不同尺度实现蛋白质构象的精准调控与功能特性的定向强化，共同拓展食品蛋白高值化应用的潜力。

2.5.1 增材制造（3D打印）驱动的结构设计

增材制造是一种通过对蛋白质基材料程序化可控沉积构建三维物体的技术。凭借其精准构型与可定制化的优势，在食品加工领域备受关注。该技术不仅能在宏观上塑造食品形态，还可通过调控打印参数与材料配方在微观尺度上调控蛋白质构象，从而实现营养、质构与感官的协同优化。Lille等指出，蛋白质、淀粉及纤维混合物在适当固含量和屈服应力条件下能够实现良好的形状保持，而不同蛋白质来源的颗粒特性与相互作用会显著影响挤出行为与最终产品的结构精度。Carranza等在大豆分离蛋白与红甘蓝多酚复配体系中发现，多酚与蛋白质的相互作用可有效调节面团的黏弹性与流变特性，从而提升打印品的自支撑性与结构保真度。增材制造为实现从蛋白质分子结构到宏观食品质构的多尺度调控提供了可行路径。3D打印对蛋白结构的调控主要源于打印过程中产生的剪切、挤出及热条件对蛋白分子构象和相互作用的影响。四维打印在三维打印基础上，引入对湿度、温度或pH值等外界刺激产生响应的智能材料，开发出能够随时间或食用环境变化而调整质地、释放营养素或改变风味的智能食品系统，为个性化营养提供了新的技术方向。

2.5.2 纳米工程调控蛋白质组装

纳米工程是在分子和纳米尺度上实现对蛋白质结构精准操控的新兴策略。其核心在于通过纳米粒子、纳米胶束、纳米纤维或纳米乳等结构载体，改变蛋白质的空间构象与相互作用模式，从而定向赋予或增强其特定功能。研究表明，许多食品中的天然纳米结构（如酪蛋白胶束和乳清蛋白聚集体）能够作为天然纳米载体，实现对疏水性营养素的包埋和递送，从而调控蛋白质在食品体系中的构象稳定性与聚集行为。此外，基于α-乳白蛋白水解产物自组装形成的纳米管，可作为营养物质的包埋载体，在保持蛋白质骨架结构的同时，显示出重塑其高级结构和功能特性的潜力。Cui Guoxin等强调了“蛋白质冠层”在纳米尺度调控中的关键作用。当纳米颗粒进入食品或生物体系时，其表面会自发吸附蛋白质分子，形成稳定或动态的蛋白质冠层。这种相互作用可能诱导蛋白质二级与三级结构的构象转变，改变疏水基团的暴露程度，从而影响其溶解性、稳定性及与细胞受体的识别特性。

2.5.3 数据驱动与人工智能辅助设计

数据驱动与人工智能技术正在为蛋白质结构解析与功能预测提供新的技术范式。以AlphaFold2为代表的深度学习模型在CASP14中实现了接近实验精度的蛋白质三维结构预测，显著提升了从氨基酸序列到空间构象的解析能力。此外，RoseTTAFold等模型亦可实现蛋白复合物结构预测，为理解多组分体系中蛋白相互作用提供理论研究工具。这类模型能根据氨基酸序列预测蛋白质的三维结构，为理解食品蛋白在不同pH值、温度或压力条件下的构象稳定性评估提供了结构基础。在功能预测层面，机器学习模型已被用于预测蛋白质热稳定性与消化特性。例如，基于深度学习的热稳定性预测模型显著提升了筛选耐加工蛋白的效率。相关研究也表明，整合序列特征与结构嵌入信息的模型可实现对蛋白消化行为的有效预测，为减少体外实验成本提供新思路。此外，机器学习已被用于加工参数与质量指标之间的关系建模（如预测pH值、温度对食品质构和色泽的影响），显示出优于传统统计方法的拟合能力。未来，随着高通量实验数据与AI模型的深度融合，蛋白质结构调控有望实现从经验优化向可预测设计的转变，为纳米递送体系构建和智能食品配方开发提供数据支撑。

3 蛋白结构-功能关系及健康效应机制

大量研究表明，食品加工或结构调控策略（如物理场、酶解或化学修饰）会改变蛋白的构象稳定性、分子间相互作用及聚集行为，从而在分子尺度上重塑其理化性质与功能特性，并进一步影响其在人体中的消化动力学和生理效应。深入理解蛋白结构-功能关系，不仅有助于指导改性策略的优化设计，更能够揭示蛋白质在人体消化吸收及健康干预中的内在机制，为实现从“结构调控”到“功能实现”的精准转化提供理论依据。

3.1 蛋白结构重构对理化性质的影响

蛋白质的结构重构直接决定其溶解性、表面疏水性、热稳定性及聚集行为等基础理化性质（图4）。例如，适度的结构展开可暴露更多亲水或疏水基团，从而提高蛋白溶解性或界面吸附能力，而过度聚集则可能导致溶解性下降和颗粒尺寸增大。对大豆蛋白和小麦面筋蛋白进行高水分挤压处理，在视觉观察和SEM下均能清晰观察到纤维结构。在挤压过程中发挥重要作用，其中二硫键由分子内结合模式转变为分子间结合模式。对蛋白质二级结构的分析表明，从α-螺旋向β-折叠的转变以及二者维持理想平衡对于纤维结构的形成至关 重要。超声处理的脱毒李子仁蛋白分离物，其溶解度提高1.08 倍，同时可以使粒径减小，Zeta电位绝对值增大，表明蛋白质聚集体的有效解离及分散稳定性的 提升。Pérez-Andrés等研究了冷大气气流等离子体对2 种食品成分（明胶和猪肉中的血红蛋白）以及从牛肺中分离出的新型功能性蛋白质（一种肉制品）工艺功能特性的影响。结果显示，冷大气气流等离子体对其功能性、流变性和凝胶特性有显著影响，可能是由于样品蛋白质的表面疏水性和暴露的游离巯基也有所增加；这可能促进了疏水相互作用和二硫键的形成，从而产生了机械性能得到增强的产品（凝胶）。另外，相较于传统植物蛋白，新兴蛋白资源如小球藻蛋白则呈现独特的结构特征：其α-螺旋和β-转角含量较低，而β-折叠和无规卷曲含量较高，这一构象基础使其表面疏水性显著高于大豆蛋白和豌豆蛋白。

3.2 蛋白结构与功能活性（乳化、凝胶、界面等）的构效关系

蛋白质的乳化性、凝胶性及界面活性等功能特性与其分子结构之间存在明确的构效关系（图4）。研究表明，黄酮类化合物（木犀草素、槲皮素、芦丁）与大豆分离蛋白通过氢键和疏水相互作用结合，能够显著提高蛋白质的构象柔性和界面吸附能力。其中，芦丁因其较多的羟基和糖苷基团，促使大豆蛋白的α-螺旋和无规卷曲比例上升，在油-水界面形成更为连续稳固的蛋白膜，最终构建出致密的微观结构和优异的流变特性。大豆蛋白经过酸热处理后，从天然球状转变成纤维状蛋白。这种蛋白质能够形成单体、寡聚体、原纤维和成熟纤维，其浓度会随着酸加热时间的延长而增加。研究证明，加热12 h蛋白形成的乳液对聚结的抵抗力最强，其在油滴周围形成了更坚固的界面层，并在连续相中形成了更密集的黏弹性网络。不同植物蛋白微凝胶颗粒的比较研究进一步证实，粒径最小、界面张力最低、界面吸附量最高的绿豆分离蛋白，其稳定的Pickering乳液表现出最高的表观黏度和储能模量，且制备的冰淇淋气泡分布更均匀、尺寸更小、硬度更理想。

3.3 结构调控对消化行为与生物利用度的影响

蛋白质的结构特征直接影响其在胃肠道的消化行为及最终生物利用度（图4）。抗营养因子的存在、蛋白质的聚集状态及二级结构组成均可显著改变蛋白质对消化酶的敏感性。酶法水解是实现蛋白质结构修饰、提升消化性能的有效策略：以菠萝蛋白酶和嗜热菌蛋白酶处理豆类蛋白（蚕豆、扁豆、绿豆）后，蛋白质发生广泛降解，形成不同分子质量的肽段，圆二色光谱和傅里叶变换红外光谱分析证实蛋白质二级结构发生显著改变。这些结构变化直接促进了消化行为的改善和生物活性的释放。影响蛋白质生物利用度的关键因素包括其理化性质、抗营养因子、食品基质互作及胃肠消化条件。靶向酶解和发酵处理被认为是生成具有改善治疗特性生物活性肽的有效方法，而物理/化学修饰则可增强蛋白质抵抗蛋白水解的能力并提升功能表现。以蛋白质为基础的纳米递送系统（如纳米颗粒、乳状液和脂质体）在保护生物活性化合物和优化生物利用度方面展现出广阔前景。例如，120 ℃热改性椰子球蛋白与黄原胶复合构建的乳液体系，对姜黄素的包埋率达82.23%，显著高于90 ℃改性组（78.62%）和纯油组；在50 ℃高温储存15 d后，该体系的姜黄素保留率和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼清除率均最高，表明其优异的保护效果。体外模拟消化进一步显示，该复合乳液的游离脂肪酸释放速率初期较低，有助于实现脂质消化的调控和活性成分的缓释。

4.4 蛋白结构调控在健康干预的潜在作用

结构调控不仅改善蛋白质的理化性质和消化行为，更赋予其多样化的健康干预功能（图4）。通过精准设计蛋白质的水解程度和肽段组成，可生成具有特定生物活性的肽段，在慢性病预防和健康促进方面发挥积极作用。研究表明，经酶法水解制备的豆类蛋白水解物，其二肽基肽酶IV抑制活性、α-葡萄糖苷酶抑制活性和α-淀粉酶抑制活性均显著增强，显示出良好的血糖调控潜力。同时，水解物的胰脂肪酶抑制活性和胆固醇酯酶抑制活性也显著提高，表明其在抗肥胖方面的潜在应用价值。食源性生物活性肽的健康益处已得到广泛证实，其在阿尔茨海默病、高血压、2型糖尿病、肝病和炎症性肠病等疾病干预中的作用机制正逐步阐明。生物活性与肽的结构特征（如分子质量、氨基酸序列及组成中特定氨基酸的存在）密切相关，分子质量低于1 300 Da、氨基酸残基少于10 个的短肽通常表现出更强的生物 活性。计算机模拟筛选技术的发展为高效鉴定和设计新型生物活性肽提供了有力工具。此外，蛋白质结构调控还可用于开发针对特定人群的功能性食品：通过发酵或酶解修饰降低蛋白质的致敏性，为过敏人群提供安全可靠的蛋白源，在婴儿配方奶生产过程中引入高静水压处理，能够有效降低天然大豆蛋白的致敏性，最高可降低48.6%；通过调控蛋白质的交联程度和聚集状态，可开发适用于老年人或吞咽障碍人群的易消化软质凝胶；通过特定的氨基酸释放动力学特性，可开发满足运动营养需求的缓释蛋白产品。综上所述，蛋白质结构调控正在从“加工适性改善”向“健康功能精准设计”深度拓展，为实现食品工业向个性化营养时代的迈进提供了科学基础和关键技术支撑。

4 功能性蛋白在食品中的应用前景

随着消费者对健康与营养需求的日益增长，兼具基础营养与特定生理活性的功能性蛋白已成为食品领域的研究热点（图5）。其中，植物源、动物源及微生物源蛋白因其多样的功能特性，在食品领域的应用日益广泛。动物蛋白凭借其优异的凝胶性、持水性、持油性、起泡性及乳化性等功能特性，长期以来是食品配方中的核心蛋白来源。然而动物蛋白的生产伴随着较高的环境成本，促使业内寻求可持续、低成本且环境友好的动物蛋白替代体系。尽管多种替代蛋白的功能特性已有系统研究并取得阶段性进展，但其要成为动物蛋白的可行替代品，仍需突破加工技术、感官品质与营养均衡等方面的多重挑战。

4.1 功能强化型食品

4.1.1 高蛋白饮料

在全球范围内，以植物蛋白为基础的高蛋白饮料正逐渐兴起，这类产品因有助于产生饱腹感、控制食欲并辅助体重管理而受到广泛关注。相较于传统的粉剂冲调形式，高蛋白饮料趋向于即饮型产品的发展方向。为克服植物蛋白饮料普遍存在的口感粗糙和体系稳定性不足等问题，常通过酶解改性处理的乳清蛋白或豌豆蛋白改善其溶解性与风味。同时，通过复配膳食纤维、维生素等成分制作的产品不仅能够满足上班族和老年人等群体即时补充能量与蛋白质的需求，还因其具有较高的饱腹感为体重管理人群提供了有效的膳食选择。

4.1.2 代餐粉

代餐粉是一类依据特定营养需求，通过科学的营养素配比设计并经标准化工序加工而成的配方营养产品。其核心优势在于精准控制热量供应的同时，提供全面的营养素支持。该产品不仅能保障蛋白质、维生素和矿物质等必需营养素的摄入，还表现出调节糖脂代谢、增强饱腹感和降低热量摄入的功能特性，在体重管理与肥胖相关疾病防控中具有重要应用前景。Wu Suxi等通过优化以米糠蛋白、大豆分离蛋白及赤藓糖醇为主的复合配方工艺，有效提升了产品品质，为其工业化生产提供了技术支撑。

4.1.3 运动营养食品

藻类及其蛋白质作为功能性食品成分既能满足特殊人群对高营养的需求，也能为追求健康生活方式的人群提供新型膳食选择，在食品领域展现出独特应用价值。其中，源自藻类的高蛋白功能性食品在运动营养领域的应用关注度持续提升，尤其是素食运动员群体，需要摄入足量的优质蛋白促进运动后肌肉修复和体重控制。藻类蛋白因其全面的氨基酸谱和可持续生产特性，可作为蛋清蛋白及乳清蛋白的有效替代，填补素食运动员的膳食缺口。此类高蛋白功能性食品的开发为运动人群提供了更多元化的营养选择。

4.2 特殊人群营养

4.2.1 老年营养

当前，全球人口老龄化已成为亟待应对的重大社会经济挑战。老年群体普遍面临钙摄入不足问题：一方面，其日常膳食中的钙摄入量偏低；另一方面，随着年龄增长，老年人的消化吸收功能逐渐衰退，进一步降低了钙的利用率。这不仅会显著增加骨质疏松症的发病风险，也会增加心血管疾病的患病概率，对老年人健康构成严重威胁。因此，针对钙吸收能力减退或乳制品摄入受限的老年群体，钙强化食品（如强化谷物制品）可作为具有潜力的营养来源。此类食品不仅有助于改善钙摄入情况，其中含有的膳食纤维、维生素、矿物质等必需营养素也对老年人健康具有积极作用。

4.2.2 婴幼儿营养

母乳被广泛认为是婴幼儿的最佳营养来源，也是婴幼儿配方奶粉研发的黄金标准。婴幼儿配方奶粉的研发目标不仅在于模拟母乳的营养组成，还在功能层面尽可能接近母乳对婴幼儿生长发育的支持效果。近年来，在法律完善与消费升级的驱动下，婴幼儿配方奶粉市场持续增长，其中特殊医学用途及功能型婴幼儿配方奶粉（如低敏配方、有机配方、添加功能性成分的配方）贡献显著。Liu Wei等采用动态体外消化模型比较了羊乳、牛乳与母乳的消化特性，揭示了乳蛋白组成对脂质消化的多维度影响，乳清蛋白可通过乳化作用加速脂质分解，较高的酪蛋白比例会延缓胃排空。这些发现为改进婴幼儿配方奶粉、使其更接近母乳提供了理论依据，表明通过优化蛋白质组成与脂质结构或可进一步提升配方奶粉的营养功效。未来研究可围绕特定群体需求展开，开发更具针对性的婴儿配方奶粉，既可为早产儿、低出生体重儿提供贴合其生长发育需要的营养方案，也可为受过敏、乳糖不耐受、代谢紊乱等疾病困扰的婴幼儿提供个性化营养供给。

4.2.3 糖尿病营养

功能性蛋白在糖尿病患者血糖控制与并发症预防方面展现出了巨大潜力。根据国际糖尿病联盟发布的流行病学数据显示，全球糖尿病患者数量已超5.37亿。对于这一庞大群体，传统药物治疗往往带来沉重的经济压力，因此，医学营养治疗至关重要，特殊医学用途液体糖尿病配方食品（FSMP）可作为辅助手段稳定血糖，减少药物使用量，从而有效缓解患者的经济负担，为糖尿病管理提供了更具性价比的选择。然而，FSMP作为典型的复合水包油（O/W）型乳液体系，在储存期间易受多重因素影响而出现稳定性问题，例如布朗运动、重力作用及外部机械扰动均会导致液滴碰撞，进而出现脂肪漂浮、絮凝、聚集、相分离等物理失稳现象，极大地限制了产品贮藏与应用。针对此问题，Zheng Xueting等通过调整酪蛋白-黄原胶-卡拉胶三元复合物中黄原胶和卡拉胶的比例，有效提高了FSMP的稳定性，为开发稳定性优良的FSMP提供关键技术参考。

4.3 未来食品与可持续发展

据预测，到2050年全球人口总数将增至98亿。随着人口的不断增加，全球蛋白质需求呈持续攀升态势。人口与需求的双重增长趋势，正驱动可持续替代蛋白市场快速扩容。传统畜牧业生产难以满足因人口增加带来的巨大蛋白质需求，这主要是因为其会增加温室气体排放、造成土地退化并消耗大量水资源。同时，过量食用红肉已被证实与心血管疾病、2型糖尿病及结直肠癌患病风险增加相关。为应对这些挑战，植物基肉类替代品应运而生，并有望成为极具潜力的解决方案。这类产品不仅有效模拟传统肉制品的感官品质与营养构成，同时具备减轻环境负荷及降低潜在健康风险的双重优势。Zhang Changtai等将青霉菌菌丝蛋白与豌豆蛋白经双螺杆挤压共混，结果表明添加5%的真菌蛋白即可显著提升产物纤维化程度与咀嚼性，能够有效模拟真实肉类的质地。然而，当前植物基肉类产品在肉制品质地模拟方面仍存在局限性，精准复现动物肉特有的纤维结构仍是当前植物肉领域亟待突破的技术难题。

相较于传统动物乳制品，植物奶凭借其天然无乳糖、无胆固醇等特性，为乳蛋白过敏及乳糖不耐受群体提供了替代选择。消费者对健康饮食的需求也成为推动植物奶市场增长的重要动因，也使其成为食品加工与营养领域的研究焦点。然而与动物源性乳相比，植物奶在营养层面仍存在短板，主要体现在长链Omega-3脂肪酸含量不足，且Omega-3与Omega-6脂肪酸比例失衡等关键问题上。目前已有研究通过制备由植物蛋白稳定的Pickering纳米乳液递送核桃油等不饱和油脂，从而实现有益脂肪的高效负载与递送，精准弥补植物奶在特定营养成分上的不足。

全球面临“粮食需求激增”与“传统农业不可持续”的尖锐矛盾，联合国粮农组织预测2050年全球粮食需增产50%方能满足近百亿人口的消费需求，然而目前全球仍有超10亿 人处于营养不良状态。Gao Le等系统阐述了利用液态、气态及固态非粮原料规模化生产单细胞蛋白的前沿进展。与利用粮食原料的传统单细胞蛋白生产相比，该路径具有耗水量少、土地利用率高、碳排放低的显著优势，有望成为合成生物学驱动下实现粮食安全、环境可持续与经济可行三重目标并行的核心发展方向。未来可通过“菌株设计-酶工程-工艺创新-系统整合”的多维度协同创新，推动该技术由实验室研究向大规模工业化生产转化，助力全球可持续食物系统的构建。

5 面临的挑战和未来发展趋势

功能性食品蛋白作为当前食品科学与技术领域的研究热点，其发展既为高附加值产品开发提供了新机遇，也面临着从基础科学到产业转化的系统性挑战。如图6所示，本节系统剖析该领域的核心挑战，并结合前沿趋势展望未来发展方向，为后续学术研究与产业升级提供路线参考。

5.1 面临的挑战

机理研究深度不足，多尺度结构变化的实时与精准表征仍存在困难。蛋白质在剪切、加热、高压、酶解等条件下的构象演变过程极为复杂。目前，食品蛋白结构研究多聚焦于单一尺度（如分子构象或聚集状态），对加工过程中从氨基酸残基修饰（纳米级）到凝胶网络形成（微米级）的跨尺度连续变化缺乏系统认知。现有表征技术（例如圆二色光谱、核磁共振（NMR）波谱、傅里叶变换红外光谱）多适用于静态或终点分析，难以实现全尺度动态追踪。在超声波、高压均质等动态加工过程中，蛋白质瞬时结构变化、折叠/去折叠路径以及聚集体早期成核过程仍缺乏有效的原位、实时监测手段。这种“表征碎片化”与“动态监测缺失”的双重限制，严重制约了结构-功能关系构效模型的精准构建，导致工艺优化缺乏可靠的理论指导。

工艺可控性与可放大性差，阻碍了实验室成果向工业化产品的转化。多种创新物理改性技术（如低温等离子体、动态高压微射流）在实验室规模下效果优异，但在工业化放大时面临“尺度效应”难题。实验室装置的物理场（声场、压力场、电磁场）分布相对均匀，而工业规模下复杂的流体力学行为、能量传递效率及传热传质效应均发生显著改变，导致小试条件下的最佳工艺参数难以在工业大规模条件下重现。例如，实验室超声处理器与工业级连续流反应器中的空化效应强度与空间分布迥异，导致工艺效果难以重现。此外，连续化生产中物料停留时间分布的不确定性和传质传热效率的控制难题进一步加剧了产品一致性与规模化生产的挑战。

系统性评价体系尚未健全，限制了产品的市场认可度。现有对功能性蛋白改性与新型蛋白资源开发的评估，普遍缺乏贯穿安全性、营养性、生物利用度及感官接受度的系统性研究框架。现有研究多集中于蛋白改性后的功能特性和短期理化指标，而忽视了其在复杂食品体系中的稳定性、消化释放特性及个体差异性。尽管急性毒理学评价已较为成熟，但长期摄食带来的潜在风险（如新生成分子的致敏性、慢性毒理学效应及长期代谢影响）数据仍较为匮乏。此外，现有营养生物利用度评估多依赖体外模拟消化模型，其与人体真实生物利用度的相关性有待验证。因此，需构建整合体外消化、细胞模型、动物实验及临床研究的多层次评价系统，为功能性蛋白配料的安全性与有效性提供坚实依据。

成本与能耗是制约商业化推广的关键经济因素。高静压、冷等离子体、微射流等新兴加工技术虽在提升蛋白功能特性方面具有明显优势，但其高昂的设备成本与运行能耗远高于传统工艺。以高静压技术为例，其设备初期投资巨大，且运行过程中频繁的升压-保压-泄压循环导致能耗成本居高不下。一些依赖高纯度试剂或复杂分离步骤的酶法或化学改性工艺，其成本效益比亦有待优化。因此，开发低能耗、高效率且易于现有生产线兼容的新装备与工艺，有望成为推动其大规模商业化应用的关键。

5.2 未来发展趋势

尽管食品蛋白结构调控研究已取得显著进展，但其发展仍受限于结构解析深度不足、结构-功能因果机制不清、复杂体系预测能力弱以及绿色规模化路径不成熟等关键问题。未来研究亟需从经验驱动逐步转向机制驱动与数据驱动（图6），建立多尺度结构解析、功能预测模型与可持续加工体系相融合的系统框架。

5.2.1 精准结构解析与智能调控

尽管结构生物学与计算模拟技术已取得长足进步，但将其应用于食品蛋白的动态、复杂体系时仍面临显著瓶颈。当前高分辨率技术（如冷冻电镜、AFM及单分子力谱等）主要用于捕获近原子尺度的结构细节，揭示氨基酸残基排布、结构域相互作用及构象动态变化等微观特征，但难以实时追踪其在加工（如加热、剪切、界面吸附）过程中的动态构象演变及多尺度组装行为。与此同时，多学科交叉融合，尤其是计算模拟与人工智能的深度结合正成为研究主流。分子动力学模拟可揭示蛋白质在极端条件（如高压、高温）下的分子折叠路径和相互作用机理。以AlphaFold2、RoseTTAFold为代表的人工智能工具已在蛋白质结构预测方面取得突破性 成果。但其对改性蛋白、多蛋白复合，以及复杂食品基质中蛋白行为的预测能力仍有限。因此，未来的研究重点需从“结构解析”转向“动态调控”。一方面，需开发原位、实时表征技术，如结合微流控芯片的同步辐射小角X射线散射或原位环境电镜，以捕捉蛋白质在模拟加工环境下的实时构象变化与自组装过程。另一方面，应构建专门针对食品蛋白的数据库，训练可预测蛋白质在复杂环境（界面、溶液、凝胶）中行为及功能的AI模型，实现从“结构预测”到“功能预测”的跨越。在此基础上，通过融合创新表征手段、机器学习与高通量实验数据，构建“工艺参数-结构特征-功能属性”的闭环反向设计模型，有望实现从特定功能需求出发，反向推荐最优工艺参数与分子修饰路径，推动食品蛋白改性走向数字化与智能化。

5.2.2 个性化营养与健康导向的应用创新

个性化蛋白食品的开发已展现出巨大潜力，但从理论走向产业化应用，仍需克服科学与工程上的双重障碍。目前针对特定人群（如老年人、运动员）的蛋白食品设计大多停留在宏观质地和传统配方，缺乏满足其特定营养功能需求的产品。例如，面向老年人或吞咽障碍人群，可开发口腔质地稳定、胃肠内易消化的软质凝胶蛋白；通过酶法修饰或表位屏蔽技术降低蛋白致敏性，为过敏人群提供安全可靠的食品蛋白源；针对运动营养需求，则可定制具有特定氨基酸释放动力学特性的缓释蛋白产品。同时，应发展能模拟特定人群生理条件的先进体外消化模型（如动态胃肠道模型），并结合动物实验及临床营养研究，建立蛋白质结构（如交联度、聚集态）与消化吸收动力学、代谢响应之间的定量关联，确保产品的营养健康功能和安全性，为产品的产业化提供理论和技术支撑。此外，还需研究模块化、智能化的生物加工与分离技术，以应对未来小批量、多品种的个性化蛋白配料生产需求，推动蛋白食品从基础营养供给向精准健康干预的功能延伸。

5.2.3 新型蛋白资源开发与绿色低碳工艺发展

面对全球人口增长与可持续发展的双重压力，开发微生物蛋白、藻类蛋白、昆虫蛋白及细胞培养肉等替代性蛋白已成为全球共识。然而，这些新兴蛋白普遍存在风味不佳、溶解性差、功能特性有限等问题，其产业化高度依赖于结构改性技术。传统的单一改性方法（如简单加热或酶解）难以有效破解其顽固结构并释放功能，且常带来新的异味或营养损失。因此，利用创新工艺实现新型蛋白的结构重塑与功能优化有望成为未来研究热点。此外，推动工艺向绿色低碳转型也将成为该领域技术创新的重要目标。未来将更注重开发高静压-酶解等联合技术和能量循环利用系统，推动绿色可持续技术发展。同时，应将生命周期评价作为工艺开发的必需一环，开发低能耗、高水效的分离提取技术，并探索加工副产物的高值化转化路径，构建“零废弃”的循环生产模式。这些创新为构建多元化、可持续的未来食品供应体系提供关键解决方案，助力食品工业可持续发展。

6 结 语

食品蛋白质作为人体必需氨基酸的重要来源，其营养价值和健康功能高度依赖于自身的结构特性。在人口增长、消费升级与慢性病高发的多重社会背景下，传统蛋白质供给模式已难以满足多元化、精准化的膳食需求，功能性食品蛋白由此应运而生。与传统蛋白相比，功能性食品蛋白强调构效关系的主动设计与功能强化，旨在通过结构调控赋予蛋白质更优的加工适应性和靶向健康效益，因而成为食品科学领域的研究热点。本文系统梳理了功能性食品蛋白在理论解析、调控技术及应用转化方面的研究进展。在理论层面，重点探讨了蛋白质分子间作用力的动态演变、变性与复性行为及其可塑性调控机制，并结合多尺度结构表征技术，可为阐明结构与功能的耦合关系提供关键证据。在调控策略层面，归纳了物理场（如高静压、超声、冷等离子体）、生物修饰（酶法、发酵、基因工程）、绿色化学（pH值偏移、糖基化）及其协同组合等新兴技术手段，在改善蛋白质乳化性、起泡性、凝胶性及界面行为等方面的应用效果，可为实现特定功能导向的蛋白质设计奠定技术基础。在应用层面，功能性食品蛋白已广泛渗透至高蛋白饮料、代餐粉、运动营养及特殊医学用途食品等领域，逐步从基础营养供给载体向精准健康干预工具转型，展现出在老龄化应对、慢病防控及个性化营养方面的重要潜力。然而，当前研究仍面临诸多瓶颈：蛋白质在复杂加工环境下的多尺度结构演变机制尚未系统阐明；实验室成果向工业化转化存在显著的放大效应问题；安全性、有效性及标准化评价体系尚不完善；部分新兴技术的成本与能耗问题也制约其规模化推广。功能性食品蛋白的结构调控应将更加注重多技术协同与系统集成。通过物理场精准调控、生物靶向修饰与化学绿色改性的深度融合，将在温和条件下实现蛋白质功能的高效强化；多组分、多尺度的协同工艺有望突破单一策略的功能上限，推动蛋白质由经验性加工向智能设计转变。通过结构调控赋能，既可拓展大豆、谷物等传统蛋白的应用潜能，也有助于加速微生物蛋白、藻类蛋白等新兴资源的产业化进程。多技术融合驱动的蛋白结构工程有望成为下一代功能性食品研发的核心路径，为构建可持续、个性化、精准化的未来食品体系提供关键支撑。

第一作者、通信作者：

隋晓楠二级教授
东北农业大学食品学院

隋晓楠，二级教授，博士生导师，东北农业大学，食品学院，东北农业大学首席教授。毕业于新加坡国立大学（NUS）获博士学位，国家自然科学杰出青年基金获得者，国家自然科学优秀青年基金获得者，第十八届中国青年科技奖获得者，“十四五”国家重点研发计划项目首席科学家。任黑龙江省绿色食品科学研究院副院长（正处级）、第七届中国青年科技工作者协会农业科技与种业专业委员会秘书长、全国青科协委员、第十三届和第十四届全国青联委员、第四届和第五届黑龙江省青科协副会长、中国农学会农产品贮藏加工分会副主任委员、中国食品科学技术学会青年工作委员会副主任委员等职务。主要从事大豆蛋白质研究，围绕大豆球蛋白分子结构解析、构效关系表征、调控机制等关键科学问题，揭示食品加工中蛋白质分子变构、组装、重排基本科学规律，实现大豆蛋白质绿色加工和高值化利用。先后主持国家级、省部级项目/课题20余项，包括国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目和课题、教育部“霍英东青年教师基金”，人社部“高层次留学回国人才”、中国科协“青年人才托举工程”、美国GFI科学基金、黑龙江省青年“龙江学者”、黑龙江省“头雁”团队骨干成员等。担任Sustainable Food Proteins副主编、Journal of Food Biochemistry学术编委、《食品科学》青年编委、《未来食品科学》编委等。以第一或通信作者在Aggregate、Biomaterials等期刊发表多篇SCI论文，h指数53，他引10000余次，累计影响因子1023.8。出版英文独著1 部，英文专著4 部。荣获2025年新加坡国立大学“杰出年轻校友奖”、2024年“强国青年科学家”引领计划、2022年至2025年全球前2%顶尖科学家、黑龙江省五四青年奖章、哈尔滨市五四青年奖章，研究成果获中国食品科学技术学会科技创新奖-杰出青年奖、美国化学学会（ACS）农业与食品化学部青年科学家奖、美国油脂化学家协会（AOCS）青年科学家奖、国际食品科学技术联盟（IUFoST）青年科学家奖、德国施普林格（Springer）全球优秀博士论文奖、黑龙江省自然科学一等奖、“2022年中国食品科技十大进展”等荣誉。

引文格式：

隋晓楠, 曹子辰, 李小骞, 等. 功能性食品蛋白结构调控机理、策略及未来发展趋势[J]. 食品科学, 2026, 47(8): 1-18. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260115-127.

SUI Xiaonan, CAO Zichen, LI Xiaoqian, et al. Advances in structural modulation of functional food proteins: mechanisms, strategies, and future trends[J]. Food Science, 2026, 47(8): 1-18. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260115-127.

实习编辑：林安琪；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

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